控制反應過程中原料配比的水溶性聚合物制備工藝的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種控制反應過程中原料配比的水溶性聚合物制備工藝，包括：(a)首先，制備中間產物，且制備過程中，按質量比計，馬來酸酐∶硫酸銨＝1.0∶1.1～1.0∶1.3；(b)稱取一定量的中間產物，溶解后，水解，然后冷卻，調至中性；(c)將上述溶液蒸發濃縮，將所得濃溶液傾倒入無水乙醇中；(d)形成沉淀，沉淀物經過濾、干燥即得目標產物。本發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，制備出的目標產物具有較高的性能；且通過控制反應過程中的原料配比，從而提高整個工藝過程的收率。
【專利說明】控制反應過程中原料配比的水溶性聚合物制備工藝
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及一種控制反應過程中原料配比的水溶性聚合物制備工藝。
【背景技術】
[0002]近年來，水溶性聚合物廣泛應用于各個行業，在石油開采、造紙、紡織、水處理、醫藥、化妝品、陶瓷、食品、日用工業、化學工業等領域有著廣泛的用途。
[0003]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。
[0004]水溶性聚合物屬于功能高分子材料，最重要的性質是它的親水性。水溶性聚合物的親水性來自其分子中含有的親水基團。最常見的親水基團包括羧基、羥基、酸胺基、胺基、醚基等。這些基團不但使高分子具有親水性，而且還可以發生進一步的反應，生成具有新性質的高分子化合物。由于其獨特的性能，水溶性聚合物發展很快，現已具有一定的規模，形成了水溶性聚合物產業。它與表面活性劑產業一起，被稱為精細化工的兩大支柱。
[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構的空間排布為線性分子結構，因決定聚合物性質的唯一研究方法是其溶液的性質，故溶解狀態上，發生水溶脹。制備手段可采用化學引發、光引發、輻射引發、接枝、互穿/半互穿聚合物網絡，大分子組合化學等技術來獲得所要求的聚合物。
[0006]經過數十年的 發展，水溶性高分子材料已經從最初的幾個系列產品，發展成為完整的水溶性高分子工業，并以其難以替代的卓越性能，在石油開采、造紙、紡織、水處理、醫藥、化妝品、陶瓷、食品、日用工業、化學工業等領域有著廣泛的用途。
[0007]水溶性高分子幾乎應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，聚合物發生降解、同化的過程。降解機理依據聚合物的性質和白然環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，然后發生生物同化(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生用品，而不適宜于農業或工業包裝業；二是聚合物發生過氧化作用而斷裂成低分子量的物質，然后發生生物同化(氧化-生物降解)，碳鏈高分子的降解機理屬于此類。由此可見，生物降解與光作用、水作用、氧化作用相互促進，并具有協同效應。
[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。嚴格地說降解塑料是在特定的環境條件下，其化學結構發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，現已經對可生物降解高分子材料的概念做出了非常科學的定義。降解材料是指通過自然界微生物(細菌、真菌等)作用而發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構單元構成的大分子，降解后的成分可作為微生物的養分，因此這類高分子可以生物降解；半合成高分子其主鏈的結構與天然高分子相同，因此也可生物降解，但這兩類高分子化合物的種類有限，性能也遠遠不能滿足生產和生活的要求。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行調節和改變，可生產出能滿足不同需求的聚合物產品，因此，在各個領域得到了廣泛應用，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成，化學穩定性好，其結構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，難以進入生態循環，在自然界的累積越來越多，對環境的污染日益嚴重。
[0011]近年來，聚合物的廣泛使用大大促進了人類文明，但聚合物在使用后大多難以降解，日益嚴重地污染環境，生物降解型聚合物可以減輕此類污染，因此各國政府及學術界非常重視可生物降解聚合物的研究和開發。在制備水溶性聚合物的工藝過程中，原料配比不同，產物的收率也將不同，如何確定一個適合的原料配比，對水溶性聚合物的制備工藝顯得尤為重要。
【發明內容】
[0012]本發明的目的在于克服上述現有技術的缺點和不足，提供一種控制反應過程中原料配比的水溶性聚合物制備工藝，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，制備出的目標產物具有較高的性能；且通過控制反應過程中的原料配比， 從而提高整個工藝過程的收率。
[0013]本發明的目的通過下述技術方案實現:控制反應過程中原料配比的水溶性聚合物制備工藝，包括以下步驟:
[0014](a)首先，制備中間產物，且制備過程中，按質量比計，馬來酸酐:硫酸銨=
1.0: 1.1 ~1.0: 1.3 ；
[0015](b)稱取一定量的中間產物，溶解后，水解，然后冷卻，調至中性；
[0016](c)將上述溶液蒸發濃縮，將所得濃溶液傾倒入無水乙醇中；
[0017](d)形成沉淀，沉淀物經過濾、干燥即得目標產物。
[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，加入催化劑，一起注入三口燒瓶中，開動攪拌器，60°C時恒溫6小時；反應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混合物用電熱套升溫，并保持良好的攪拌，當到達100°C時打開塞子，水份開始平穩地蒸發，繼續加熱，反應溶液變渾濁，約I分鐘后變為淡紅色粘稠液，接著變為桔黃色，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，即為中間產物。
[0019]所述步驟(b)中，中間產物用水溶解。
[0020]所述步驟(b)中，50°C下用NaOH水溶液水解Ih,然后冷卻至室溫,用稀鹽酸調至中性。
[0021 ] 所述步驟(C)中，溶液通過旋轉蒸發器蒸發濃縮。
[0022]所述步驟(a)中，馬來酸酐:硫酸銨=1.0: 1.2。
[0023]綜上所述，本發明的有益效果是: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，制備出的目標產物具有較高的性能；且通過控制反應過程中的原料配比，從而提高整個工藝過程的收率。
【具體實施方式】
[0024]下面結合實施例，對本發明作進一步的詳細說明，但本發明的實施方式不僅限于此。
[0025]實施例:
[0026]本實施例涉及的控制反應過程中原料配比的水溶性聚合物制備工藝，包括以下步驟:
[0027](a)首先，制備中間產物，且制備過程中，按質量比計，馬來酸酐:硫酸銨=
1.0: 1.1 ~1.0: 1.3 ；
[0028](b)稱取一定量的中間產物，溶解后，水解，然后冷卻，調至中性；
[0029](c)將上述溶液蒸發濃縮，將所得濃溶液傾倒入無水乙醇中；
[0030](d)形成沉淀，沉淀物經過濾、干燥即得目標產物。
[0031]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，加入催化劑，一起注入三口燒瓶中，開動攪拌器，60°C時恒溫6小時；反應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混合物用電熱套升溫，并保持良好的攪拌，當到達100°C時打開塞子，水份開始平穩地蒸發，繼續加熱，反應溶液變渾濁，約I分鐘后變為淡紅色粘稠液，接著變為桔黃色，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，即為中間產物。
[0032]所述步驟(b)中，中間產物用水溶解。
[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,用稀鹽酸調至中性。
[0034]所述步驟(C)中，溶液通過旋轉蒸發器蒸發濃縮。
[0035]所述步驟(a)中，馬來酸酐:硫酸銨=1.0: 1.2。
[0036]由于在制備水溶性聚合物的工藝過程中，原料配比不同，產物的收率也將不同，為了得到最佳的原料配比，本發明做了原料配比對產品收率的影響實驗，實驗過程中，固定馬來酸酐的物質的量，定其1，催化劑用量為0.5% (占原料的質量百分數)，改變硫酸銨的物質的量，60°C反應6h,測定其收率,其結果如下表所示:
[0037]
【權利要求】
1.控制反應過程中原料配比的水溶性聚合物制備工藝，其特征在于，包括以下步驟: (a)首先，制備中間產物，且制備過程中，按質量比計，馬來酸酐:硫酸銨=1.0: 1.1 ~1.0: 1.3 ； (b)稱取一定量的中間產物，溶解后，水解，然后冷卻，調至中性； (c)將上述溶液蒸發濃縮，將所得濃溶液傾倒入無水乙醇中； (d)形成沉淀，沉淀物經過濾、干燥即得目標產物。
2.根據權利要求1所述的控制反應過程中原料配比的水溶性聚合物制備工藝，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，加入催化劑，一起注入三口燒瓶中，開動攪拌器，60°C時恒溫6小時；反應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混合物用電熱套升溫，并保持良好的攪拌，當到達100°C時打開塞子，水份開始平穩地蒸發，繼續加熱，反應溶液變渾濁，約I分鐘后變為淡紅色粘稠液，接著變為桔黃色，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，即為中間產物。
3.根據權利要求1所述的控制反應過程中原料配比的水溶性聚合物制備工藝，其特征在于，所述步驟(b)中，中間產物用水溶解。
4.根據權利要求1 所述的控制反應過程中原料配比的水溶性聚合物制備工藝，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，用稀鹽酸調至中性。
5.根據權利要求1所述的控制反應過程中原料配比的水溶性聚合物制備工藝，其特征在于，所述步驟(C)中，溶液通過旋轉蒸發器蒸發濃縮。
6.根據權利要求1所述的控制反應過程中原料配比的水溶性聚合物制備工藝，其特征在于，所述步驟(a)中，馬來酸酐:硫酸銨=1.0: 1.2。
【文檔編號】C08F122/06GK103709292SQ201210409872
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2012年10月9日 優先權日:2012年10月9日
【發明者】張濤 申請人:張濤