一種提高產(chǎn)品性能的可生物降解水溶性聚合物的制備工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種提高產(chǎn)品性能的可生物降解水溶性聚合物的制備工藝，包括：(a)首先，制備中間產(chǎn)物，且在制備過程中選用二氧化錳作為催化劑；(b)稱取一定量的中間產(chǎn)物，溶解后，水解，然后冷卻，調(diào)至中性；(c)將上述溶液蒸發(fā)濃縮，將所得濃溶液傾倒入無水乙醇中；(d)形成沉淀，沉淀物經(jīng)過濾、干燥即得目標(biāo)產(chǎn)物。本發(fā)明能快速制備出可生物降解水溶性聚合物，且制備工藝簡單，制備成本低，易于操作；通過合理選擇反應(yīng)過程中的催化劑，從而提高了目標(biāo)產(chǎn)物的性能。
【專利說明】一種提高產(chǎn)品性能的可生物降解水溶性聚合物的制備工藝
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種提高產(chǎn)品性能的可生物降解水溶性聚合物的制備工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]水溶性聚合物是指親水性的高分子材料，即在水中能溶解或溶脹而形成溶液或分散液的高分子材料。
[0003]水溶性聚合物屬于功能高分子材料，最重要的性質(zhì)是它的親水性。水溶性聚合物的親水性來自其分子中含有的親水基團(tuán)。 最常見的親水基團(tuán)包括羧基、羥基、酸胺基、胺基、醚基等。這些基團(tuán)不但使高分子具有親水性，而且還可以發(fā)生進(jìn)一步的反應(yīng)，生成具有新性質(zhì)的高分子化合物。由于其獨特的性能，水溶性聚合物發(fā)展很快，現(xiàn)已具有一定的規(guī)模，形成了水溶性聚合物產(chǎn)業(yè)。它與表面活性劑產(chǎn)業(yè)一起，被稱為精細(xì)化工的兩大支柱。
[0004]近年來，水溶性聚合物廣泛應(yīng)用于各個行業(yè)，在石油開采、造紙、紡織、水處理、醫(yī)藥、化妝品、陶瓷、食品、日用工業(yè)、化學(xué)工業(yè)等領(lǐng)域有著廣泛的用途。
[0005]水溶性的烯鍵單體是制備水溶性聚合物的主要原材料，是其性能、功能和用途的重要決定因素之一。水溶性聚合物主鏈分子結(jié)構(gòu)的空間排布為線性分子結(jié)構(gòu)，因決定聚合物性質(zhì)的唯一研究方法是其溶液的性質(zhì)，故溶解狀態(tài)上，發(fā)生水溶脹。制備手段可采用化學(xué)引發(fā)、光引發(fā)、輻射引發(fā)、接枝、互穿/半互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)，大分子組合化學(xué)等技術(shù)來獲得所要求的聚合物。
[0006]經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，水溶性高分子材料已經(jīng)從最初的幾個系列產(chǎn)品，發(fā)展成為完整的水溶性高分子工業(yè)，并以其難以替代的卓越性能，在石油開采、造紙、紡織、水處理、醫(yī)藥、化妝品、陶瓷、食品、日用工業(yè)、化學(xué)工業(yè)等領(lǐng)域有著廣泛的用途。
[0007]水溶性高分子幾乎應(yīng)用于油氣田開采的整個過程，從鉆井、固井、完井到三次采油、油氣集輸，均使用了包括天然、半合成、合成幾個大類的各種水溶性高分子材料。石油開采過程中使用水溶性高分子材料最為集中的包括三個方面為:鉆井、壓裂和三次采油。
[0008]聚合物的生物降解是指在各種生物作用下，聚合物發(fā)生降解、同化的過程。降解機(jī)理依據(jù)聚合物的性質(zhì)和白然環(huán)境的不同可分為兩類:一是通過活性或非活性水解將高分子聚合物斷裂成低分子量物質(zhì)，然后發(fā)生生物同化(水-生物降解)，這是雜鏈高分子，如纖維素、淀粉以及聚乳酸(PLA)脂肪族類聚合物發(fā)生生物降解的主要過程。最近有資料表明，光氧化作用對水-生物降解有加速作用。這類聚合物適宜制作衛(wèi)生用品，而不適宜于農(nóng)業(yè)或工業(yè)包裝業(yè)；二是聚合物發(fā)生過氧化作用而斷裂成低分子量的物質(zhì)，然后發(fā)生生物同化(氧化-生物降解)，碳鏈高分子的降解機(jī)理屬于此類。由此可見，生物降解與光作用、水作用、氧化作用相互促進(jìn)，并具有協(xié)同效應(yīng)。
[0009]可生物降解聚合物材料是相對通用聚合物而言的，廣義上認(rèn)為材料在使用廢棄后，在一定條件下會自動分解而消失掉。嚴(yán)格地說降解塑料是在特定的環(huán)境條件下，其化學(xué)結(jié)構(gòu)發(fā)生顯著變化并造成某些性能下降的能被生物體侵蝕或代謝而降解的材料。隨著對可生物降解高分子材料研究的不斷深入，現(xiàn)已經(jīng)對可生物降解高分子材料的概念做出了非?？茖W(xué)的定義。降解材料是指通過自然界微生物(細(xì)菌、真菌等)作用而發(fā)生降解的高分子聚合物。
[0010]在幾大類水溶性聚合物中，由于天然聚合物是以葡萄糖或氨基酸等為結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成的大分子，降解后的成分可作為微生物的養(yǎng)分，因此這類高分子可以生物降解；半合成高分子其主鏈的結(jié)構(gòu)與天然高分子相同，因此也可生物降解，但這兩類高分子化合物的種類有限，性能也遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足生產(chǎn)和生活的要求。合成類水溶性高分子品種多，性能各異，并可通過改變原料單體的種類和比例進(jìn)行調(diào)節(jié)和改變，可生產(chǎn)出能滿足不同需求的聚合物產(chǎn)品，因此，在各個領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，其用量占水溶性高分子總量的60%以上。這類高分子的不足之處是主鏈全部由碳原子構(gòu)成，化學(xué)穩(wěn)定性好，其結(jié)構(gòu)決定了該類高分子不能生物降解，自然降解的速度也非常緩慢， 難以進(jìn)入生態(tài)循環(huán)，在自然界的累積越來越多，對環(huán)境的污染日益嚴(yán)重。
[0011]近年來，聚合物的廣泛使用大大促進(jìn)了人類文明，但聚合物在使用后大多難以降解，日益嚴(yán)重地污染環(huán)境，生物降解型聚合物可以減輕此類污染，因此各國政府及學(xué)術(shù)界非常重視可生物降解聚合物的研究和開發(fā)。催化劑是合成過程中的一個決定因素，催化劑的好壞不僅關(guān)系到產(chǎn)物產(chǎn)量的高低，同時關(guān)系到反應(yīng)能否順利進(jìn)行。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點和不足，提供一種一種提高產(chǎn)品性能的可生物降解水溶性聚合物的制備工藝，該制備工藝能快速制備出可生物降解水溶性聚合物，且制備工藝簡單，制備成本低，易于操作；通過合理選擇反應(yīng)過程中的催化劑，從而提高了目標(biāo)產(chǎn)物的性能。
[0013]本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實現(xiàn):一種提高產(chǎn)品性能的可生物降解水溶性聚合物的制備工藝，包括以下步驟:
[0014](a)首先，制備中間產(chǎn)物:稱取馬來酸酐平穩(wěn)地倒入實驗容器中；再稱取硫酸銨和蒸餾水，加入二氧化錳作為催化劑，一起注入實驗容器中；開動攪拌器，恒溫；反應(yīng)開始立即放出大量的熱，溫度升至80°C以上并得乳白色濁液，繼續(xù)攪拌至懸浮物完全溶解，得澄清均相溶液；加熱至設(shè)定溫度，將反應(yīng)混合物用電熱套升溫，并保持良好的攪拌；當(dāng)?shù)竭_(dá)100°C時打開塞子，水份開始平穩(wěn)地蒸發(fā)，繼續(xù)加熱，反應(yīng)溶液變渾濁，然后變?yōu)榈t色粘稠液，接著變?yōu)榻埸S色，粘度增大；保持溫度一定時間，停止加熱，讓其自然冷卻至室溫，得到脆性的桔黃色固體，即為中間產(chǎn)物；
[0015](b)稱取一定量的中間產(chǎn)物，溶解后，水解，然后冷卻，調(diào)至中性；
[0016](C)將上述溶液蒸發(fā)濃縮，將所得濃溶液傾倒入無水乙醇中；
[0017](d)形成沉淀，沉淀物經(jīng)過濾、干燥即得目標(biāo)產(chǎn)物。
[0018]所述步驟(a)的具體步驟為:用天平稱取9.89g的馬來酸酐平穩(wěn)地倒入250ml的三口燒瓶中，再稱取9.80g硫酸銨和約7ml蒸餾水，加入二氧化錳，一起注入三口燒瓶中，開動攪拌器，60°C時恒溫6小時；反應(yīng)開始立即放出大量的熱，溫度升至80°C以上并得乳白色濁液，繼續(xù)攪拌約IOmin后，懸浮物完全溶解，得澄清均相溶液，此時采用油浴加熱，控制在60°C左右，加熱約一小時后將反應(yīng)混合物用電熱套升溫，并保持良好的攪拌，當(dāng)?shù)竭_(dá)100°C時打開塞子，水份開始平穩(wěn)地蒸發(fā)，繼續(xù)加熱，反應(yīng)溶液變渾濁，約I分鐘后變?yōu)榈t色粘稠液，接著變?yōu)榻埸S色，粘度增大，在200°C左右保持約2分鐘后，停止加熱，讓其自然冷卻至室溫，得到脆性的桔黃色固體，即為中間產(chǎn)物。
[0019]所述步驟(b)中，中間產(chǎn)物用水溶解。
[0020]所述步驟(C)中，溶液通過旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器蒸發(fā)濃縮。
[0021]所述步驟(b)中，50°C下用NaOH水溶液水解Ih,然后冷卻至室溫,用稀鹽酸調(diào)至中性。
[0022]綜上所述，本發(fā)明的有益效果是:能快速制備出可生物降解水溶性聚合物，且制備工藝簡單，制備成本低，易于操作；通過合理選擇反應(yīng)過程中的催化劑，從而提高了目標(biāo)產(chǎn)物的性能。
【具體實施方式】
[0023]下面結(jié)合實施例， 對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，但本發(fā)明的實施方式不僅限于此。
[0024]實施例:
[0025]本實施例涉及的一種提高產(chǎn)品性能的可生物降解水溶性聚合物的制備工藝，包括以下步驟:
[0026](a)首先，制備中間產(chǎn)物:稱取馬來酸酐平穩(wěn)地倒入實驗容器中；再稱取硫酸銨和蒸餾水，加入二氧化錳作為催化劑，一起注入實驗容器中；開動攪拌器，恒溫；反應(yīng)開始立即放出大量的熱，溫度升至80°C以上并得乳白色濁液，繼續(xù)攪拌至懸浮物完全溶解，得澄清均相溶液；加熱至設(shè)定溫度，將反應(yīng)混合物用電熱套升溫，并保持良好的攪拌；當(dāng)?shù)竭_(dá)100°C時打開塞子，水份開始平穩(wěn)地蒸發(fā)，繼續(xù)加熱，反應(yīng)溶液變渾濁，然后變?yōu)榈t色粘稠液，接著變?yōu)榻埸S色，粘度增大；保持溫度一定時間，停止加熱，讓其自然冷卻至室溫，得到脆性的桔黃色固體，即為中間產(chǎn)物；
[0027](b)稱取一定量的中間產(chǎn)物，溶解后，水解，然后冷卻，調(diào)至中性；
[0028](C)將上述溶液蒸發(fā)濃縮，將所得濃溶液傾倒入無水乙醇中；
[0029](d)形成沉淀，沉淀物經(jīng)過濾、干燥即得目標(biāo)產(chǎn)物。
[0030]所述步驟(a)的具體步驟為:用天平稱取9.89g的馬來酸酐平穩(wěn)地倒入250ml的三口燒瓶中，再稱取9.80g硫酸銨和約7ml蒸餾水，加入二氧化錳，一起注入三口燒瓶中，開動攪拌器，60°C時恒溫6小時；反應(yīng)開始立即放出大量的熱，溫度升至80°C以上并得乳白色濁液，繼續(xù)攪拌約IOmin后，懸浮物完全溶解，得澄清均相溶液，此時采用油浴加熱，控制在60°C左右，加熱約一小時后將反應(yīng)混合物用電熱套升溫，并保持良好的攪拌，當(dāng)?shù)竭_(dá)100°C時打開塞子，水份開始平穩(wěn)地蒸發(fā)，繼續(xù)加熱，反應(yīng)溶液變渾濁，約I分鐘后變?yōu)榈t色粘稠液，接著變?yōu)榻埸S色，粘度增大，在200°C左右保持約2分鐘后，停止加熱，讓其自然冷卻至室溫，得到脆性的桔黃色固體，即為中間產(chǎn)物。
[0031]所述步驟(b)中，中間產(chǎn)物用水溶解。
[0032]所述步驟(C)中，溶液通過旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器蒸發(fā)濃縮。
[0033]所述步驟(b)中，50°C下用NaOH水溶液水解Ih,然后冷卻至室溫,用稀鹽酸調(diào)至中性。
[0034]由于催化劑是合成過程中的一個決定因素，催化劑的好壞不僅關(guān)系到產(chǎn)物產(chǎn)量的高低，同時關(guān)系到反應(yīng)能否順利進(jìn)行。本發(fā)明選取了 2種不同的催化劑作為反應(yīng)過程中的催化劑，并做了相應(yīng)的對比實驗，實驗結(jié)果如下表所示:
[0035]
【權(quán)利要求】
1.一種提高產(chǎn)品性能的可生物降解水溶性聚合物的制備工藝，其特征在于，包括以下步驟: (a)首先，制備中間產(chǎn)物:稱取馬來酸酐平穩(wěn)地倒入實驗容器中；再稱取硫酸銨和蒸餾水，加入二氧化錳作為催化劑，一起注入實驗容器中；開動攪拌器，恒溫；反應(yīng)開始立即放出大量的熱，溫度升至80°C以上并得乳白色濁液，繼續(xù)攪拌至懸浮物完全溶解，得澄清均相溶液；加熱至設(shè)定溫度，將反應(yīng)混合物用電熱套升溫，并保持良好的攪拌；當(dāng)?shù)竭_(dá)100°C時打開塞子，水份開始平穩(wěn)地蒸發(fā)，繼續(xù)加熱，反應(yīng)溶液變渾濁，然后變?yōu)榈t色粘稠液，接著變?yōu)榻埸S色，粘度增大；保持溫度一定時間，停止加熱，讓其自然冷卻至室溫，得到脆性的桔黃色固體，即為中間產(chǎn)物； (b)稱取一定量的中間產(chǎn)物，溶解后，水解，然后冷卻，調(diào)至中性； (c)將上述溶液蒸發(fā)濃縮，將所得濃溶液傾倒入無水乙醇中； (d)形成沉淀，沉淀物經(jīng)過濾、干燥即得目標(biāo)產(chǎn)物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高產(chǎn)品性能的可生物降解水溶性聚合物的制備工藝，其特征在于，所述步驟(a)的具體步驟為:用天平稱取9.89g的馬來酸酐平穩(wěn)地倒入250ml的三口燒瓶中，再稱取9.80g硫酸銨和約7ml蒸餾水，加入二氧化錳，一起注入三口燒瓶中，開動攪拌器，60°C時恒溫6小時；反應(yīng)開始立即放出大量的熱，溫度升至80°C以上并得乳白色濁液，繼續(xù)攪拌約IOmin后，懸浮物完全溶解，得澄清均相溶液，此時采用油浴加熱，控制在60°C左右，加熱約一小時后將反應(yīng)混合物用電熱套升溫，并保持良好的攪拌，當(dāng)?shù)竭_(dá)100°C時打開塞子，水份開始平穩(wěn)地蒸發(fā)，繼續(xù)加熱，反應(yīng)溶液變渾濁，約I分鐘后變?yōu)榈t色粘稠液，接著變?yōu)榻埸S色，粘度增大，在20(TC左右保持約2分鐘后，停止加熱，讓其自然冷卻至室溫，得到脆性的 桔黃色固體，即為中間產(chǎn)物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高產(chǎn)品性能的可生物降解水溶性聚合物的制備工藝，其特征在于，所述步驟(b)中，中間產(chǎn)物用水溶解。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高產(chǎn)品性能的可生物降解水溶性聚合物的制備工藝，其特征在于，所述步驟(c)中，溶液通過旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器蒸發(fā)濃縮。
5.根據(jù)權(quán)利要 求1所述的一種提高產(chǎn)品性能的可生物降解水溶性聚合物的制備工藝，其特征在于，所述步驟(b)中，50°C下用NaOH水溶液水解lh，然后冷卻至室溫，用稀鹽酸調(diào)至中性。
【文檔編號】C08F122/06GK103724506SQ201210404596
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2012年10月10日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月10日
【發(fā)明者】曾理 申請人:曾理