羊毛脂分离产物及皂化技术研究

信玉峰，杨 陈

(1.三明学院 艺术与设计学院，福建 三明 365004； 2.江西服装学院 服装工程学院，江西 南昌 330201)

国内外对羊毛脂分离产物及皂化技术的研究，现主要着重于对羊毛脂分离的研究。而在分离的研究中，主要是研究用何种技术分离，如使用超临界二氧化碳[1]、超声波萃取[2]、亚临界萃取[3]等方法的研究上，而忽视了对其分离产物及传统皂化技术的研究。对羊毛脂分离产物的研究较少，没有足够重视传统皂化技术，较少比较产物能得到多少，各种技术之间的优缺点。

羊毛脂是绵羊毛发中主要的分泌物，其成分主要是三大醇类化合物以及大量相关的脂肪酸形成的脂[4]。羊毛脂及其衍生物是重要的工业原料，其产品已经渗透到国民生产生活的各个方面。羊毛脂皂化分离之后的产物，能研发出品种繁多的生产生活用品。而对羊毛脂的生产开发，关键是对羊毛脂的皂化及分离。羊毛脂的皂化方法常见的大概有6种，但在皂化分离过程中，皂粉容易与羊毛醇混合在一起，增加分离难度。因此，萃取时需要的时间就会变长，而且容易造成分离不稳定、羊毛醇产量低的弊病[5]。本文通过分析羊毛脂及其衍生物在生产生活中的价值和对常见皂化技术的皂化率的比较，分析出较高皂化率的获取方法，为相应工业生产提供一定参考，为进一步的研究其他皂化技术做铺垫。

1 羊毛脂及其衍生物分析

利用羊毛脂可以生产出多种化学产品，都具有较好的实用价值[6]。羊毛脂通过各种化学反应，如聚合反应、裂解反应，改变其化学键位，经过提纯，可得到各种各样的化工用品或者其生产原料，也可以进一步制作出更贵重的胆固醇产品[7]。

1.1 羊毛脂醇

在碱性皂化与水分离之后，羊毛脂便可以得到羊毛脂醇，其可以吸收重达本身4倍质量的水分，对皮肤的改善作用较好[8]，而且其中还含有大量的滋养成分，因而可以被当做营养成分加入到高档的化妆品中。在医药方面，羊毛脂醇不仅可以入药，作为药材的基础部分，也对相关的一些皮肤疾病具有较好的辅助治疗效果。羊毛脂醇具有气味淡、不黏紧等特点，因而也可以作为乳化剂被添加于化妆品中。

1.2 羊毛酸

对羊毛脂皂化分离后可以得到羊毛酸物质，羊毛酸进行分子蒸馏之后可以得到全新质量的产品[9]。羊毛酸可以使水分子加速向皮肤内渗透，具有较好的皮肤护理作用。同时，在洗涤过程中也具备较好的清洁效果，可以在皮肤表面形成薄膜，具有较强的抗水性能，因而被广泛应用至面部及眼部的化妆品中。除此之外，将羊毛酸加入洗发香波中可以使头发变得更加明亮、柔软，而其本身具有的固化特性也使其在喷雾推进剂中形成稳定的润肤乳液[10]。

1.3 乙酰化衍生物

对羊毛脂进行乙酰化改进后，不但可以保留原有产物的优点，也可以改善原产物的色味等特性，使产品变得更加亲油、柔软。同时，羊毛脂乙酰化产物也可以形成抗水薄膜，具有防裂效果，是极为有效的护肤剂原料。除此之外，羊毛脂在乙酰化后，可以在皮肤上形成保护膜，具有较好的柔软性。因此，羊毛脂在乙酰化后的产物也可当作柔软剂，加入护肤品中，增加护肤品的柔软性和光泽性。

1.4 乙氧基化衍生物

乙氧基化衍生物具有较强的水溶性，其产品不具有油腻感，经常被当做乳化剂、助溶剂、润湿剂及分散剂，加入到各个化工用品之中。常见的香皂、洗手液等，也经常加入该成分，用以降低皮肤的干燥感，增加皮肤的柔软性。如果在香水中添加乙氧基化衍生物，可以使香水变得更加澄澈，并具备良好的抗汗效果。

1.5 胆甾醇

胆甾醇是一种呈白色或淡黄色的片状晶体，并以各种游离形式存在于动物体内的组织中[11]。胆甾醇被广泛应用到生产生活的各个领域[12]，其作为一种常见的具有较高活性的添加助剂，经常被加入到化妆品中，且此类物质具备一定的保湿与柔滑作用，对皮肤没有明显刺激，尤其适合干性皮肤的人群。同时，胆甾醇还含有四元的碳骨架，可以消除偏振，具备一定的防晒效果，可以被用作面霜原材料，减少面部皱纹，使皮肤达到快速回弹、重建面部肌肤活性的效果。此外，胆甾醇还常用于加工维生素D及人工牛黄，是临床上比较重要的药物产品。

通过对羊毛脂及其衍生物分析，可发现其有强大的经济价值潜力，内在经济效益明显。对其的研究，对我国毛产品的绿色生产、环境保护、经济建设等都具有较大的促进作用，开发价值明显。

2 羊毛脂皂化及其产物的分离方法

2.1 试剂及设备

原料：羊毛脂(酸值<3，含量>99.5%，一等品，吴江市金裕羊毛脂有限公司)。

主要试剂：氯化钙(CaCl2，分析纯，廊坊亚太龙兴化工有限公司)；氢氧化钠(NaOH，分析纯，山东德州众勤化工有限公司)；甲醇(CH3OH，分析纯，河北正元化工集团)；乙醇(CH3CH2OH，分析纯，南昌远洋化工有限公司)；异丙醇((CH3)2CHOH，分析纯，卓群化工有限公司)。

主要设备：GZ-GW-03型烘箱(广州瑞丰实验设备有限公司)，501A型超级恒温器(上海实验仪器厂有限公司)，JJ-1型増力电动搅拌器(上海新诺仪器设备有限公司)，WT0200型电子天平(温州市大荣纺织仪器有限公司)。

2.2 工艺流程

在带有回流冷凝管的1 000 mL三颈烧瓶中，加入相应试剂，测量温度，在恒温水中加热至回流，让其达到78～79 ℃后，使用机械搅拌器快速搅拌，在15～20 min内滴加10 g羊毛脂,回流反应8 h,得到皂化产物，取样，迅速冷却后称量，然后进行中和，测量皂化率。

2.3 皂化实验分析

2.3.1 二价金属氯化物进行皂化

二价金属氯化物种类较多，比较常见的是氯化钙。氯化钙原料成本相应比较便宜，而且使用后有极高的回收率。用氯化钙进行皂化时，只需保证有较高的温度和压力即可。但由于氧化钙在水中的溶解度较低[13]，以致在较低温度下不易发生化学反应，因而需要严格的环境条件，并在较高温度与较高压力下进行反应。氯化钙的使用量与羊毛醇产量的关系见表1。可以看出，氯化钙用量增大，羊毛醇产率也提高。由于氯化钙获取途径较多，成本也较低，所以二价金属氯化物进行皂化是比较值得推广的一种羊毛脂皂化方法。

表1 氯化钙的使用量与羊毛醇产量的关系

2.3.2 碱作用下进行皂化

羊毛脂在搅拌机搅拌均匀之后，在碱的作用下，可直接发生皂化反应。如果羊毛脂分散程度较高，反应也可以在日常的环境中进行。但由于羊毛脂反应较为复杂，需要加入一定量的表面活性剂，如羊毛脂酸盐等，并使羊毛脂发生乳化现象，虽然此过程温度较高，但羊毛脂没能直接接触碱液，所以取得皂化效果并不理想，无法获得较高的皂化率。

2.3.3 碱醇溶液中进行皂化

低级醇类溶液在溶解氢氧化钠时，有较高的溶解度。这种较高的溶解度，在高温条件下也同样存在。所以在溶解羊毛脂时，也可以在高温的碱性条件下进行，其皂化效果也较好。此过程也可以用水来替代乙醇，但此工艺有个缺点，即乙醇回收工作量较为庞大，增大了成本费用[14]。添加乙醇助剂对皂化率的影响见表2。

表2 添加乙醇助剂对皂化率的影响

2.3.4 碱溶液中加助剂进行皂化

羊毛脂在皂化反应时，碱性溶液中也可加入一定量的助剂。加入助剂后有助于羊毛脂的皂化，且这种助剂具备以下几种作用，首先可以溶解羊毛脂，并使反应时间有较大程度的缩短，从而达到提高效率的目的；其次助剂的加入，会使皂膜更易破裂，对羊毛脂中钠和钾等盐类有更好的溶解，达到反应更彻底的效果；最后助剂的加入，有助于反应物黏合度的降低，有助于分子的碰撞过程，进而加快皂化反应速度。在实际工业生产中，常用助剂种类繁多，最常见的如醇类、合成洗涤剂以及苯类物质等[15]。

醇类的助剂主要包括乙醇、异丙醇等物质，具体操作流程为：将乙醇作为助剂，并将其与氢氧化钠充分混合，常用质量分数为88%～90%的乙醇与质量分数为3%～5%的氢氧化钠溶液混合，混合之后将其充分搅拌，完成皂化后用石油醚对得到的产物羊毛醇进行萃取[16-17]。低级醇对羊毛醇萃取能力关系见表3。

表3 低级醇对羊毛醇萃取能力关系

由表3可以看出，乙醇和异丙醇效果较好，是值得推广使用的醇类助剂。

近年来，部分研究学者改进了这种皂化方法，通过研究碱溶度、醇助剂的种类，得出了最适宜的分离条件[18]。除此之外，在碱性溶液中加入合成洗涤助剂也可以降低皂化温度，并有效抑制皂化过程中的泡沫。

2.3.5 相转移催化剂进行皂化

在反应中使用相转移催化剂，也可加快羊毛脂皂化反应速度，提升衍生产品的回收率,而且还会使原本反应条件要求较多、反应困难的情况大大减轻，使其在日常缓和条件下也能完成。常见的相转移催化剂种类较多，如冠醚、开链聚醚、季铵盐等，其中使用最广泛的是季铵盐，它不但制作简单，且成本较低，可以获得较高的羊毛脂醇回收率[19-20]。

从上面情况可以看出，使用二价金属氯化物在碱醇溶液中进行皂化方案及使用二价金属氯化物在碱溶液中加助剂进行皂化方案，性价比较高，方案较为可行。仍需值得注意的是羊毛脂皂化过程的较多不稳定因素，这应该是羊毛脂结构复杂造成的，以致其皂化及产物分离过程变得十分复杂，为此，建议应该掌握皂化分离过程中的几种重要的影响因素，以提升羊毛脂皂化分离的效率。一方面，在羊毛脂的皂化过程中，可以利用碱金属以及其他金属的氢氧化物，例如氢氧化钠、氢氧化钙以及氢氧化钡等，使用水中加油的皂化加料方式，以取得较好的破乳效果，并在短时间内得到较高的皂化率。另一方面是分离方法应注意利用无机酸进行中和，这是因为在皂化过程中通常需要加入过量碱物质，加大了分离难度，而利用无机酸进行中和，有助于分离的进行。同时，钙皂几乎不会溶于溶剂，因而还应将钠皂与钾皂改为钙皂，使分离工作变得更为容易。除此之外，醇类、烃类以及石油醚等都可以作为皂化反应的萃取剂，但实际选择萃取剂时应时刻遵循环保原则，并在综合考虑皂化产物、分离难易程度以及成本大小的前提下，选择最适合的皂化分离萃取剂。

3 结束语

羊毛脂的皂化与分离过程十分复杂，很多企业并不明确其中的内在机制，很多分离技术还有待进一步研究与改善。分析实验结果，可以看出在羊毛脂皂化过程中应该加入一定的乙醇助剂，也可以直接利用乙醇进行皂化，虽然此过程中存在醇回收问题，但却取得了较好的分离效果，因而是一种较好的皂化分离方法。本文主要以粗羊毛脂为生产原料，利用羊毛脂的分离规律，探索了适宜的皂化分离条件。