CN101563367B - 制备纯化的阳离子瓜尔胶的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示一种制备DS在0.01-3之间的阳离子瓜尔胶的方法，该阳离子瓜尔胶不含硼，适用于化妆品领域和家庭清洁产品，该方法包括以下步骤：a)100重量份瓜尔胶粉末与3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵和氢氧化钠在5-500重量份含20-50重量％水的水-醇混合物中反应；b)调节水和醇的量，以得到含65-95重量％水-醇混合物的分散体，所述水-醇混合物含30-50重量％的水，在搅拌下将该分散体在15-40℃的温度保持至少10分钟；c)在真空下过滤该混合物，干燥，得到纯化的阳离子瓜尔胶。

Description

制备纯化的阳离子瓜尔胶的方法
技术领域
本发明涉及适用于化妆品领域和家庭清洁产品的不含硼的纯化的阳离子瓜尔胶的制备方法。
通过本发明方法制得的阳离子瓜尔胶具有技术上合适的性质，在酸性和碱性pH下都能溶于水，因此在非常宽泛的pH范围内的水溶液中都产生粘度，而且该阳离子瓜尔胶具有一定的纯度，使得它适用于化妆品领域。
阳离子多糖是天然产品的衍生物，由于其调理性质(即改善了涂覆了该物质的基材的性质，所述基材通常是纸、皮肤、毛发或织物)而常用作工业添加剂。
该性质使得它们在工业上可以用于制备洗发水(香波)、护发素、乳霜、个人或家庭护理清洁剂，以及使织物具有柔软的触感和抗静电性质的柔软剂(参见例如Conditioning Agents for Hair & Skin，编辑R.Schueller和P.Romanowski，Marcel Dekker Inc，NY，1999)。
除了调理作用外，这些多糖还具备稠化和调节溶解了该物质的溶液的流变性质的能力，这种能力在工业上是有用的。
具体地说，这些瓜尔胶阳离子衍生物中的阳离子多聚半乳甘露聚糖对于用这些物质配制的洗发水(香波)清洗过的毛发的湿润和干燥梳理(combability)性能方面的提高已经表现出最佳的结果。
众所周知，在化妆品配制中，存在非特意地加入和控制、批次与批次之间无法预测且发生变化的材料，即使它们的量非常微少，也会在制剂的制备过程中产生问题，例如相分离和粘度的改变。
而且，在最近几年，用于制备化妆品的原料的毒性受到特别关注。例如，EC指令(Directive)76/768/EEC及其之后的修订版中限制或禁止了某些物质存在于化妆品原料中，以保护消费者的健康。
尤其是在上述指令中，在附件II中列出了数种化妆品中禁止存在的物质，分为致癌质、诱变物质或对生殖有毒性的物质，涉及类别CMR1、CMR2或CMR3(依据EEC指令67/548/EEC)；同样依据EEC指令76/768/EEC，对于并非作为必要成分而只是在原料生产过程中带入的杂质的其它物质的存在量进行了限制。
因此，对于应用于化妆品制剂和直接与皮肤接触的其它制剂(例如家庭清洁产品)而言，无论是为了消费者的健康还是考虑到化妆品生产相关的技术问题，最重要的是瓜尔胶的阳离子衍生物要尽可能地避免杂质。
而且，化妆品制剂和家庭清洁剂具有各种各样的pH，从防垢剂的明显酸性pH到染发剂的明显碱性pH；因此在这些产品中使用在所有pH条件下都能溶于水的成分在工业上将是非常方便的。
背景技术
从70年代早期就已经知道了阳离子瓜尔胶衍生物，当时它们用于生产防水纸(参见US 3,589,978)。
阳离子瓜尔胶衍生物在化妆品中的首次应用要追溯到1977年，当时瓜尔胶的阳离子衍生物用于制备所谓的“二合一”洗发水(香波)，这类洗发水除了具有正常的清洁功能外还具有护发性质(参见US 4,061,602)。
用于化妆品的阳离子瓜尔胶衍生物已知的INCI名称为瓜尔胶羟丙基三甲基氯化铵(Guar Hydroxypropyltrimonium Chloride)，化学名称为瓜尔胶2-羟基-3-(三甲基铵)丙基醚氯化物。
在上文引用的专利US 3,589,978专利中描述了其合成例子，需要在碱性催化剂(例如氢氧化钠)存在下，2，3-环氧丙基三甲基氯化铵或(3-氯-2-羟丙基)三甲基氯化铵在瓜尔胶的羟基上反应。
试剂2，3-环氧丙基三甲基氯化铵属于致癌物CMR2类别；试剂3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵即使毒性低于相应的环氧化物，也归入CMR3类别，该试剂在碱性介质中转化为2，3-环氧丙基三甲基氯化铵。
依据US 3,589,978所描述的内容，该反应可以在异丙醇、甲醇、乙醇和叔丁醇之类的溶剂中、在30-60℃之间的温度下进行；在该专利的实施例A中，在反应结束时，在中和了过量的碱之后，对产物进行干燥，研磨，并用甲醇洗涤，以消除未反应的季铵试剂。
US 3,589,978中没有报告最终产品中残留的阳离子试剂(2，3-环氧丙基三甲基氯化铵)的量；但是我们发现甲醇本身是毒性产品。
在US 4,031,307中，描述了在两相体系中制备瓜尔胶的阳离子衍生物的方法，具体是固体瓜尔胶与阳离子化试剂在含碱性催化剂的水-水溶性溶剂的混合物中反应；反应后，通过离心或过滤分离得到的产物，较佳的做法是首先用合成中使用的水-溶剂混合物进行洗涤，然后再用无水形式的相同溶剂进行洗涤而对产物进行纯化。
在US 2001051143中，制备瓜尔胶阳离子衍生物的方法包括在反应结束后，用85重量％的异丙醇水溶液进行第一洗涤，然后用纯异丙醇进行第二洗涤；在US 2001051140中，制备瓜尔胶阳离子衍生物的方法包括在反应结束后，用85％的异丙醇水溶液进行两次洗涤。
在所有这些公开出版物中，都没有提及得到的阳离子瓜尔胶衍生物中存在的杂质的类型或杂质的含量，在阳离子瓜尔胶衍生物用作化妆品原料时，杂质将成为最终化妆品的一部分。
为了消除用水和溶剂洗涤而纯化引起的困难和负担，目前市场上大部分阳离子瓜尔胶衍生物是通过以下处理纯化：只用水洗涤先前已经用硼酸盐交联的产品，例如CA 2,023,324中所描述的，在此情况中，将硼砂加入到反应相中；这样得到的阳离子瓜尔胶衍生物含有少量硼(硼酸化的瓜尔胶)。
用硼酸交联的目的是通过硼酸根阴离子在多糖链之间形成键，使产物不能溶于水。
这些键在碱性pH下是稳定的，因此在这种情况中可以洗去产物中的副产物。
在酸性条件下，与硼酸根形成的键消失，产物能溶于水，可以表现其稠化和调理性质。
与硼酸根的反应在pH变化时是可逆的；因此，即使产物在酸性pH下预溶解，使其重新处于碱性条件下也能引起制剂粘度的变化，结果引起产品质量的变化。
因此，硼酸化的阳离子瓜尔胶衍生物的限制在于它们只能用于在酸性或弱酸性pH条件下使用的产品，这是因为用硼酸盐处理过的产品在pH大于7时是不溶的。
此外，必须发现硼酸衍生物是归入CMR2类别的对生殖具有毒性的物质。
染发剂代表了正在飞速发展的家庭&个人护理项目中的一种；它们通常在pH大于8的条件下配制，因此不可以用通过硼酸交联纯化的阳离子瓜尔胶衍生物配制它们。
在水溶液中通常pH高于7.5且常含有皮肤柔软和调理剂的固体皂条的制备，代表了人们非常感兴趣的未硼酸化的阳离子瓜尔胶衍生物应用的另一领域。
通常具有碱性pH并且可能有利地含有具有皮肤保护功能的共配试剂的脱毛乳霜和织物粉末清洁剂的制备和生产是可以使用未硼酸化的阳离子瓜尔胶衍生物的其它配制方法。
目前本申请人已经发现了一种制备纯化的阳离子瓜尔胶的方法，该物质在所有pH下都可溶，不含硼，并且对使用了该物质作为组分的化妆品制剂的稳定性或毒性性质产生影响的其它杂质的含量减少。
发明内容
因此，本发明的根本目的是制备DS在0.01-3之间的阳离子瓜尔胶的方法，该方法包括以下步骤：a)100重量份瓜尔胶粉末与3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵和氢氧化钠在5-500重量份含20-50重量％水的水-醇混合物中反应；b)调节水和醇的量，以得到含65-95重量％水-醇混合物的分散体，所述水-醇混合物含30-50重量％的水，在搅拌下将该分散体在15-40℃的温度保持至少10分钟；c)在真空下过滤该混合物，干燥，得到纯化的阳离子瓜尔胶。
可用于本发明的瓜尔胶粉末是任何可以商购的瓜尔胶粉末，优选最多含10重量％的水。
在本文中“阳离子瓜尔胶”表示瓜尔胶2-羟基-3-(三甲基铵)丙基醚氯化物。
为了获得取代程度(DS)在0.01-3之间的阳离子瓜尔胶，在步骤a)中，使用2-600重量份3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵和0.4-160重量份氢氧化钠(或等量的其它强碱)在搅拌下进行反应。
在本文中“取代程度_(DS)”表示通过1H-NMR测量的瓜尔胶羟基上阳离子基团的取代程度。
为了在步骤b)中调节中水和醇的量，可以加入水和/或醇，或者通过蒸馏除去过量的水和醇，或者既加入水和/或醇也进行蒸馏，或者不一定需要加入水和/或醇，也不一定需要除去任何物质。
为了避免蒸馏，在步骤a)中，优选水-醇混合物的用量小于或等于步骤b)的分散体中存在的量。
较佳地，在本发明方法的步骤a)中，使用50-200重量份的水-醇混合物。
依据本发明的优选实施方式，在步骤a)中使用10-100重量份3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵和2-27重量份氢氧化钠进行反应，在制备结束后得到DS在0.05-0.5之间的阳离子瓜尔胶；这种取代程度可以获得最佳的调理性能。
通常，依据本领域中众所周知的常识，在步骤a)中反应在40-80℃的温度进行0.5-4小时；反应结束后将pH调节在4-10之间；步骤c)的干燥在60-90℃的温度进行，在过滤后，对纯化的阳离子瓜尔胶进行研磨。
用于本发明方法的醇是乙醇、异丙醇或它们的混合物。
依据一个特别优选的方面，本发明方法包括单次洗涤和单次过滤，使用较少量的水和醇；得到的阳离子瓜尔胶不含硼、毒性溶剂和作为致癌、诱变或对生殖具有毒性的物质归入CMR1、CMR2或CMR3类别的物质。
特别地，通过本发明方法得到的纯化的阳离子瓜尔胶不含3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵，具有最低含量的2，3-二羟丙基三甲基氯化铵(可能是在阳离子化反应中由3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵与水反应形成)。
本发明方法的一个优点是可以高产率获得纯化的阳离子瓜尔胶，这是因为产物完全不溶于使用的水-醇混合物。
使用所报告量的水和醇对于该目的而言是非常重要的，因为除了确保阳离子瓜尔胶完全不溶之外，还可以获得纯化的产物。
通过离子交换色谱，使用阳离子交换柱，用甲磺酸溶液洗脱，来检测阳离子化试剂残余物及其相关的二羟基化衍生物(glycol)。
本文中“不含3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵”指本发明的阳离子瓜尔胶中3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵的浓度低于上述方法的检测下限(在此情况中低于0.15％)。
通过本发明方法得到的产物在任何pH下可以快速且完全地溶解；可用于大部分不同的化妆品制剂，它能够通过其正电荷与带有弱负电荷的基材结合，还能够增稠和调节所采用的水溶液的流变性质。
本发明方法的另一个优点是，这种得到的阳离子瓜尔胶含小于3重量％的无机盐(在700℃通过焙烧测得的量)，具体是小于2重量％的氯化钠，人们已经知道氯化钠的存在将影响化妆品领域中常用的增稠剂的效果。
本申请人认为，要获得本发明阳离子瓜尔胶典型的纯度性质，在本发明的方法中使用粉末形式的瓜尔胶是非常重要的。
本发明的阳离子瓜尔胶还可以用于产品纯度性质特别重要的其它工业领域，例如用于家庭护理(house care)，以及用于可能与皮肤接触的所有产品中。
实施例1
在5升搅拌的反应器中，在室温下加入800克瓜尔胶粉末，通过真空/氮气洗涤将反应环境钝化，在剧烈搅拌下加入溶解在450克1/9水/异丙醇溶液中的50克氢氧化钠。在50-60℃的温度继续搅拌30分钟；加入用100克水稀释的224克3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵(85％)。在该温度保持2小时后，将反应冷却到40℃，加入二氧化碳气体直到pH约为8。
实施例2
在搅拌下，将按照实施例1所述制得的反应混合物分散在8000克水-异丙醇混合物(60重量％醇)中；将得到的分散体搅拌30分钟，然后用织物过滤器真空过滤(0.4-0.5atm)。
在流化床干燥器上采用暖空气对这样得到的纯化的阳离子瓜尔胶进行干燥，直到湿含量约为3重量％，然后进行研磨和分析。
分析结果报告在表1中。
实施例3
在搅拌下，将按照实施例1所述制得的反应混合物分散在8000克水-乙醇混合物(60重量％)中；将得到的分散体搅拌30分钟，然后用织物过滤器真空过滤(0.4-0.5atm)。
在流化床干燥器上采用暖空气对这样得到的纯化的阳离子瓜尔胶进行干燥，直到湿含量约为3重量％，然后进行研磨和分析。
分析结果报告在表1中。
实施例4
在搅拌下，将按照实施例1所述制得的反应混合物分散在8000克水-乙醇混合物(60重量％)中；将得到的分散体搅拌30分钟，然后用织物过滤器真空过滤(0.4-0.5atm)。
在流化床干燥器上采用暖空气对这样得到的纯化的阳离子瓜尔胶进行干燥，直到湿含量约为3重量％，然后进行研磨和分析。
分析结果报告在表1中。
实施例5(对比例)
在搅拌下，将按照实施例1所述制得的反应混合物分散在8000克水-丙酮混合物(60重量％丙酮)中；将得到的分散体搅拌30分钟，然后用织物过滤器真空过滤(0.4-0.5atm)。
在流化床干燥器上采用暖空气对这样得到的阳离子瓜尔胶进行干燥，直到湿含量约为3重量％，然后进行研磨和分析。
分析结果报告在表1中。
实施例6(对比例)
在搅拌下，将按照实施例1所述制得的反应混合物分散在8000克水-异丙醇混合物(90重量％醇)中；将得到的分散体搅拌30分钟，然后用织物过滤器真空过滤(0.4-0.5atm)。
在流化床干燥器上采用暖空气对这样得到的阳离子瓜尔胶进行干燥，直到湿含量约为3重量％，然后进行研磨和分析。
分析结果报告在表1中。
实施例7(对比例)
在搅拌下，将按照实施例1所述制得的反应混合物分散在2400克水-异丙醇混合物(60重量％醇)中；将得到的分散体搅拌30分钟，然后用织物过滤器真空过滤(0.4-0.5atm)。
在流化床干燥器上采用暖空气对这样得到的阳离子瓜尔胶进行干燥，直到湿含量约为3重量％，然后进行研磨和分析。
分析结果报告在表1中。
表1
实施例   溶剂   瓜尔胶/混合物   水/溶剂   灰   Chloridrine＊   Glycol＊
1   -   -   -   8％   0.4％   2.7％
2   i-PrOH   1/10   40/60   2.7％   无   0.5％
3   EtOH   1/10   40/60   2.1％   无   0.3％
4   i-PrOH   1/5   40/60   2.9％   无   0.7％
5＊＊   丙酮   1/10   40/60   5％   无   1.9％
6＊＊   i-PrOH   1/10   10/90   7％   无   1.6％
7＊＊   i-PrOH   1/3   40/60   4.5％   无   1.3％
*Chloridrine＝3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵
Glycol＝2，3-二羟丙基三甲基氯化铵
**对比例

Claims (6)

1.制备取代程度在0.01-3之间的阳离子瓜尔胶的方法，该方法包括以下步骤：a)100重量份瓜尔胶粉末与3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵和氢氧化钠在5-500重量份含20-50重量％水的水-醇混合物中反应；b)调节水和醇的量，以得到含65-95重量％水-醇混合物的分散体，所述水-醇混合物含30-50重量％的水，在搅拌下将该分散体在15-40℃的温度保持至少10分钟；c)在真空下过滤该混合物，干燥，得到纯化的阳离子瓜尔胶。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤a)中，反应在搅拌下，使用2-600重量份3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵和0.4-160重量份氢氧化钠，在40-80℃的温度进行0.5-4小时，在反应结束后调节pH到4-10之间；步骤c)的干燥在60-90℃之间的温度进行。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤a)的反应在50-200重量份的水-醇混合物中进行。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述醇是乙醇、异丙醇或它们的混合物。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，在步骤a)中使用10-100重量份的3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵和2-27重量份的氢氧化钠。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，在过滤后，对经过纯化的阳离子瓜尔胶进行研磨。
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