JP2007297320A - グリセリルエーテルの精製方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】グリセリルエーテルと不純物として高沸点成分及び低沸点成分が含まれている粗グリセリルエーテルを、第1蒸留で、該グリセリルエーテル及び低沸点成分を含む留分(a)と高沸点成分(b)とに分離し、該グリセリルエーテル及び低沸点成分を含む留分(a)を、更に第2蒸留で精製グリセリルエーテルと低沸点成分とに分離する、グリセリルエーテルの精製方法である。
【選択図】なし
Description
グリセリルエーテルは、グリシジルエーテルを加水分解して開環することにより得ることができ、その加水分解法として種々の提案がなされている。例えば、グリシジルエーテルをカルボン酸と反応させてグリセロールモノエステルを生成させた後、酸触媒下で加水分解する方法(特許文献1)、グリシジルエーテルとカルボニル化合物とを反応させて1,3−ジオキソラン化合物を生成させた後、酸触媒下で加水分解する方法(特許文献2)、カルボン酸及びアルカリの共存下に加水分解する方法(特許文献3)、亜臨界状態下で無触媒で加水分解する方法(特許文献4)等が知られている。
かかる状況から、より温和な条件下で、効率的に粗グリセリルエーテルの臭い成分等を除去しうるプロセスの開発が望まれていた。
すなわち、本発明は、下記一般式(1)で表されるグリセリルエーテル、及び不純物として該グリセリルエーテルと沸点の異なる高沸点成分と低沸点成分が含まれている粗グリセリルエーテルを、第1蒸留で、該グリセリルエーテル及び低沸点成分を含む留分(a)と高沸点成分(b)とに分離し、該グリセリルエーテル及び低沸点成分を含む留分(a)を、更に第2蒸留で精製グリセリルエーテルと低沸点成分とに分離する、グリセリルエーテルの精製方法、を提供する。
一般式(1)において、Rで示される炭素数1〜20の炭化水素基としては、置換又は無置換の飽和又は不飽和の炭化水素基が挙げられる。例えば、炭素数1〜20の直鎖又は分岐鎖のアルキル基、炭素数2〜20の直鎖又は分岐鎖のアルケニル基、炭素数6〜14のアリール基等が挙げられる。かかる炭化水素基は、その水素原子の一部又は全部がフッ素原子で置換されていてもよい。フッ素原子で置換されている場合の置換度及び置換位置は特に限定されない。
また、Rの水素原子がフッ素原子で置換された炭化水素基の具体例としては、ナノフルオロヘキシル基、ヘキサフルオロヘキシル基、トリデカフルオロオクチル基、ヘプタデカフルオロオクチル基、ヘプタデカフルオロデシル基等のパーフルオロアルキル基等が挙げられる。
OAで示される炭素数2〜4のオキシアルカンジイル基の具体例としては、オキシエチレン基、オキシトリメチレン基、オキシプロパン−1,2−ジイル基、オキシテトラメチレン基等が挙げられる。
また、グリセリルエーテルの具体例としては、上記の具体例で示されたグリシジルエーテルを加水分解して得られるグリセリルエーテルが挙げられる。
上記の中では、反応性及び反応選択性を向上させる観点から、Rは炭素数1〜12の炭化水素基が好ましく、OAはオキシエチレン基、オキシトリメチレン基,オキシプロパン−1,2−ジイル基、オキシテトラメチレン基から選ばれる1種以上の基が好ましく、pは0〜5が好ましく、0がより好ましい。
亜臨界水は誘電率が大きく減少しているため、常温の水に対しては不溶性であるグリシジルエーテルも、亜臨界水に対しては溶解しやすく、反応系が均一化するため、反応性が向上し、無触媒でも反応が進行し、高収率でグリセリルエーテルを得ることができる。また、加水分解時に、炭化水素鎖等の主鎖の分解まで起きることの少ない安定性の高いグリシジルエーテル系では、亜臨界状態を超え超臨界状態(374℃以上、22MPa以上)で加水分解を行うこともできる。
亜臨界状態下での加水分解は無触媒で進行するが、原料グリシジルエーテルに混入する可能性のある微量の塩化物の影響を避けるため、アルカリを添加することもできる。用いるアルカリとしては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等のアルカリ金属水酸化物が好ましい。アルカリの添加量は、塩化物の塩素含有量に相当するモル量が好ましい。
また、亜臨界法においては必ずしも溶媒を必要としないが、原料グリシジルエーテルの性状、亜臨界水への溶解度に応じて、溶媒を用いることもできる。この場合、亜臨界状態下で反応性の低い溶媒を用いるのが好ましい。反応形態はバッチ式でも連続式でもよい。
粗グリセリルエーテルとしては、グリシジルエーテルを前記の亜臨界法により加水分解して得られたものが好ましい。この粗グリセリルエーテルは、主成分としてグリセリルエーテルを80質量%以上、好ましくは95質量%以上含有し、その他に、不純物として未反応のグリシジルエーテル、低沸点成分、熱分解性の高沸点成分等を20質量%未満、好ましくは5質量%未満含有する。
ここで、低沸点成分とは、グリセリルエーテルよりも高い蒸気圧をもつ低沸点物を意味し、具体的には、エタノール、イソプロピルアルコール、ブタノール、2−エチルヘキサノール等のアルコール、アセトアルデヒド、プロパナール、ブタナール等のアルデヒド、グリシジルエーテル等が挙げられる。また、高沸点成分とは、グリセリルエーテルよりも低い蒸気圧をもつ高沸点物を意味し、具体的には、1,3−ジアルキルグリセリルエーテル、グリセリルエーテルの2量体や逆付加体等が挙げられる。
粗グリセリルエーテル中には、熱負荷がかかることにより臭気を発生する物質が存在し、また、グリセリルエーテル自体も、熱負荷により臭気発生等の品質悪化を伴う。そのため、グリセリルエーテル及びその他の熱分解性物質の熱分解を抑えるために、蒸留操作はなるべく熱負荷の低い条件下におくことが好ましい。
そこで、第1蒸留器内の塔底液温は、好ましくは100〜300℃、より好ましくは120〜200℃、第1蒸留器内の塔底圧力は、好ましくは0.1〜20kPa、より好ましくは0.1〜5kPaとして蒸留を行う。なお、第1蒸留器内の液温は、高沸点成分の分離を妨げない範囲で低くすることが好ましい。また、第1蒸留器内の底部から高圧水蒸気や不活性ガスを吹込む方法やフラッシュ蒸発させる方法なども採用可能である。
前記高沸点成分は熱分解性の成分を含むため、蒸留時に、その熱分解性の高沸点成分が低沸点の臭い成分と比較的安定な成分に分解される。このため、第1蒸留器底部からは比較的安定な成分が排出され、第1蒸留器頂部から留出する留分には、グリセリルエーテルと、前記低沸点成分が含まれている。この低沸点成分には、当初の粗グリセリルエーテル中に存在していた低沸点の臭い成分と、蒸留時に高沸点成分の一部が熱分解して生成した低沸点の臭い成分が含まれている。
第2蒸留器内の塔底液温は、好ましくは100〜300℃、より好ましくは120〜200℃、第2蒸留器内の塔底圧力は、好ましくは0.1〜20kPa、より好ましくは0.1〜5kPaとして蒸留を行う。なお、第2蒸留器内の液温は、低沸点成分の分離を妨げない範囲で低くすることが好ましい。また、第2蒸留器内の底部から高圧水蒸気や不活性ガスを吹込む方法やフラッシュ蒸発させる方法なども採用可能である。
分離した精製グリセリルエーテルは、高温による臭いの劣化を抑制するために、速やかに冷却することが好ましく、冷却後の温度は50℃以下が好ましい。
第2蒸留器頂部から抜き出される低沸点成分には、当初の低沸点の臭い成分と、蒸留時に高沸点成分の一部が熱分解して生成した低沸点の臭い成分の殆ど全てが含まれている。その結果、第2蒸留器底部から抜き出された精製グリセリルエーテルには、臭い成分や高沸点成分は殆ど含まれていない。従って、第2蒸留器底部から抜き出された精製グリセリルエーテルは、充分に脱臭され、そのまま製品とすることができる。
蒸留操作としては、回分式又は連続式いずれでもよく、加熱滞留時間の短い連続式蒸留がより好ましい。また蒸留の形式としては、例えば、単蒸留、精留、分子蒸留、水蒸気蒸留、共沸蒸留等が挙げられる。これらは単独で又は2種以上を組み合わせて行うことができる。
蒸留に用いる装置も特に限定されない。例えば、化学装置便覧第2版(丸善株式会社発行)第1096頁〜第1113頁に記載されるような水平多管型、バスケット型、強制循環型、上昇薄膜型、流下液膜型、攪拌液膜型等の蒸発装置、単缶式、予熱缶付、循環式等の回分式単蒸留装置、噴霧式、流下式、充填塔式等の連続式単蒸留装置、段塔、充填塔、垂直流下式、水平流式、攪拌式、遠心式等の連続式精留装置、回分式、流下薄膜式、遠心式等の分子蒸留装置等を挙げることができる。
棚段塔に用いるトレイとしては、バルブトレイ、泡鐘トレイ、多孔板トレイ、リフトトレイ、フレキシトレイ、ナッターフロートバルブトレイ等が挙げられる。
充填塔に用いられる充填物としては、ラシヒリング、ポールリング等のリング型充填物、ベルサドル、インターロックサドル等のサドル(馬の鞍の形)型充填物の他、マクマホンパッキング、キャノンパッキング、ディクソンパッキング、テラレット、スプレーパック、パナパック、インターパック、グッドロールパッキング,ステッドマンパッキング、スルザーパッキン(スルザーケムテック社製)、SFLOW(住重プラントエンジニアリング株式会社製)、モンツパック(モンツ社製)などがある。これらの中では、充填塔高さ当たりの蒸留段数が多く、製品への熱負荷を下げる観点から、圧力損失の少ないスルザーパッキンやSFLOW、モンツパック等の規則充填物を用いることが好ましい。
第1蒸留塔(器)及び第2蒸留塔(器)の還流比及び理論段数は、原料中の各種成分の物性値から、蒸留シュミレーターにより算出した値を利用することができる。第1蒸留塔(器)の段数は、通常2〜50段、好ましくは4〜40段、より好ましくは5〜30段程度であり、第2蒸留塔(器)の段数は、通常2〜50段、好ましくは4〜40段、より好ましくは5〜30段程度である。
精製グリセリルエーテル中のグリセリルエーテルの含有量としては、好ましくは80重量%以上、より好ましくは90重量%以上、更に好ましくは95重量%以上である。
原料油である2−エチルヘキシルグリシジルエーテル(ガスクロマトグラフィー純度99%以上)を74.1g/min、及び270〜290℃に加熱したイオン交換水を716.7g/minで連続的に管型反応器に供給した。反応温度を270〜290℃、反応圧力を8MPaに保持し、反応管内部の滞留時間が3minとなるように流量を設定した。反応終了品を脱水処理したものを粗2−エチルヘキシルグリセリルエーテルとして、実施例の蒸留原料として使用した。
上記と同様の手法を用いて、原料油である粗イソデシルグリシジルエーテルを280〜300℃、9MPaの反応条件で処理し、反応終了品を脱水処理したものを粗イソデシルグリセリルエーテルとして、実施例の蒸留原料として使用した。
表2に示す組成の粗イソデシルグリセリルエーテルを5Lの四つ口フラスコに仕込み、塔底液温194℃,塔底圧力0.2kPa、高沸点成分カット率4.8%(質量基準)となるようにバッチ蒸留した後、その留分をスルザーラボパッキングDXが充填された、理論段数10段の第2精留塔(塔径50mm)に4.5g/minで塔底液温159℃、塔底圧力0.9kPa、低沸点成分カット率4.0%(質量基準)、還流比10で連続供給し、表2に示す組成の精製イソデシルグリセリルエーテルを得た。
20〜40歳代計7人のパネラーに、最終的に得られた冷却した製品の臭いを嗅いでもらい、以下の表1に示す官能評価基準に従って採点を行ない、その平均値の少数第一位を四捨五入して臭いスコアとした。その結果、臭いスコアは2であり、充分に脱臭されており、化粧品・香粧品に好適に利用できることが分かった。結果を表2に纏めて示す。
表2に示す組成の粗2−エチルヘキシルグリセリルエーテルを1Lの四つ口フラスコに仕込み、塔底液温161℃、塔底圧力0.4kPa、高沸点成分カット率4.2%(質量基準)となるようにバッチ蒸留した後、その留分をスルザーラボパッキングDXが充填された、理論段数10段、の精留塔(塔径50mm)に5.7g/minで塔底液温153℃、塔底圧力0.8kPa、低沸点成分カット率6.0%(質量基準)、還流比10で連続供給し、表2に示す組成の精製2−エチルヘキシルグリセリルエーテルを得た。
冷却したサンプルを用いて実施例1と同様の官能評価を行った結果、臭いスコアは3であり、充分に脱臭されており、化粧品・香粧品に好適に利用できることが分かった。結果を表2に纏めて示す。
表2に示す組成の粗2−エチルヘキシルグリセリルエーテルを理論段数15段の精留塔に5kg/minで塔底液温157℃,塔底圧力2.0kPa、カット率5.0%(質量基準)、還流比10で連続供給した後、その缶出液を理論段数15段の精留塔に4.7kg/minで塔底液温169℃、塔底圧力3.1kPa、カット率7.7%(質量基準)、還流比20で連続供給し、表2に示す組成の精製2−エチルヘキシルグリセリルエーテルを得た。
冷却したサンプルを用いて実施例1と同様の官能評価を行った結果、臭いスコアは2であり、充分に脱臭されており、化粧品・香粧品に好適に利用できることが分かった。結果を表2に纏めて示す。
表2に示す組成の粗イソデシルグリセリルエーテルをスルザーラボパッキングDXが充填された、理論段数10段の精留塔(塔径50mm)に4g/minで塔底液温170℃、塔底圧力1.0kPa、低沸点成分カット率4.2%(質量基準)、還流比10で連続供給した後、その缶出液を1Lの四つ口フラスコに塔底温度169℃、塔底圧力0.5kPa、高沸点成分カット率4.3%(質量基準)、9g/minで連続供給し、表2に示す組成の精製イソデシルグリセリルエーテルを得た。
冷却したサンプルを用いて実施例1と同様の官能評価を行った結果、臭いスコアは5(臭いを感じる)であり、化粧品・香粧品には利用できなかった。結果を表2に纏めて示す。
表2に示す組成の粗2−エチルヘキシルグリセリルエーテルをスルザーラボパッキングDXが充填された、理論段数10段、の精留塔(塔径50mm)に7.5g/minで塔底液温150℃、塔底圧力1.2kPa、低沸点成分カット率4.3%(質量基準)、還流比10で連続供給した後、その缶出液を1Lの四つ口フラスコに塔底液温132℃、塔底圧力0.3kPa、高沸点成分カット率6.2%(質量基準)、7g/minで連続供給し、表2に示す組成の精製2−エチルヘキシルグリセリルエーテルを得た。
冷却したサンプルを用いて実施例1と同様の官能評価を行った結果、臭いスコアは5(臭いを感じる)であり、化粧品・香粧品には利用できなかった。結果を表2に纏めて示す。
Claims (6)
- 下記一般式(1)で表されるグリセリルエーテル、及び不純物として該グリセリルエーテルと沸点の異なる高沸点成分と低沸点成分が含まれている粗グリセリルエーテルを、第1蒸留で、該グリセリルエーテル及び低沸点成分を含む留分(a)と高沸点成分(b)とに分離し、該グリセリルエーテル及び低沸点成分を含む留分(a)を、更に第2蒸留で精製グリセリルエーテルと低沸点成分とに分離する、グリセリルエーテルの精製方法。
(式中、Rは置換又は無置換の飽和又は不飽和の炭素数1〜20の炭化水素基を示し、OAは炭素数2〜4のオキシアルカンジイル基を示し、pは平均付加モル数を示し0〜20の数であり、pが2以上のときOAは同一でも異なっていてもよい。) - 粗グリセリルエーテルが、グリセリルエーテルを80質量%以上含有するものである、請求項1又は2に記載のグリセリルエーテルの精製方法。
- 第2蒸留が精留である、請求項1〜3のいずれかに記載のグリセリルエーテルの精製方法。
- 第1蒸留及び第2蒸留が連続蒸留である、請求項1〜4のいずれかに記載のグリセリルエーテルの精製方法。
- 精留を規則充填物を有する精留塔で行う、請求項4又は5に記載のグリセリルエーテルの精製方法。
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