通過控制原料配比提高產品收率的水溶性聚合物製備工藝的製作方法

2023-10-06 19:10:19 1

通過控制原料配比提高產品收率的水溶性聚合物製備工藝的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種通過控制原料配比提高產品收率的水溶性聚合物製備工藝，包括：(a)首先，製備中間產物，製備過程中，按質量比計，馬來酸酐∶硫酸銨＝1.0∶1.0～1.0∶1.2；(b)將中間產物溶解後，水解，冷卻，調至中性；(c)將去離子水與中間產物混合；(d)加熱升溫攪拌使固體溶解；(e)加鹼滴定水解，溶液變為紅棕色，pH值達8-9之間時停止加鹼；(f)將得到的紅棕色溶液去除水份，得到乾燥的聚合物鈉鹽，乾燥去水，得目標產物。本發明能快速製備出可生物降解水溶性聚合物，且製備工藝簡單，製備成本低，易於操作，製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】通過控制原料配比提高產品收率的水溶性聚合物製備工藝
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及一種通過控制原料配比提高產品收率的水溶性聚合物製備工藝。
【背景技術】
[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]水溶性聚合物屬於功能高分子材料， 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。由於其獨特的性能，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。
[0004]近年來，水溶性聚合物廣泛應用於各個行業，在石油開採、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。
[0005]水溶性的烯鍵單體是製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。製備手段可採用化學引發、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，並以其難以替代的卓越性能，在石油開採、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於油氣田開採的整個過程，從鑽井、固井、完井到三次採油、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。石油開採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:鑽井、壓裂和三次採油。
[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，然後發生生物同化(水-生物降解)，這是雜鏈高分子，如纖維素、澱粉以及聚乳酸(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。這類聚合物適宜製作衛生用品，而不適宜於農業或工業包裝業；二是聚合物發生過氧化作用而斷裂成低分子量的物質，然後發生生物同化(氧化-生物降解)，碳鏈高分子的降解機理屬於此類。由此可見，生物降解與光作用、水作用、氧化作用相互促進，並具有協同效應。
[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後，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並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，由於天然聚合物是以葡萄糖或胺基酸等為結構單元構成的大分子，降解後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大然高分子相同，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，並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，其用量佔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，對環境的汙染日益嚴重。
[0011]近年來，聚合物的廣泛使用大大促進了人類文明，但聚合物在使用後大多難以降解，日益嚴重地汙染環境，生物降解型聚合物可以減輕此類汙染，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。在製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，對水溶性聚合物的製備工藝顯得尤為重要。

【發明內容】

[0012]本發明的目的在於克服上述現有技術的缺點和不足，提供一種通過控制原料配比提高產品收率的水溶性聚合物製備工藝，該製備工藝能快速製備出可生物降解水溶性聚合物，且製備工藝簡單，製備成本低，易於操作，製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:通過控制原料配比提高產品收率的水溶性聚合物製備工藝，包括以下步驟:
[0014](a)首先，製備中間產物，且製備過程中，按質量比計，馬來酸酐:硫酸銨=
1.0: 1.0 ~1.0: 1.2 ；
[0015](b)稱取一定量的中間產物，溶解後，水解，然後冷卻，調至中性；
[0016](c)量取去離子水倒入實驗容器中與中間產物混合；
[0017](d)加熱升溫並攪拌使固體溶解；
[0018](e)加鹼滴定水解， 溶液變為紅棕色，pH值達8-9之間時停止加鹼；
[0019](f)將得到的紅棕色溶液去除水份，得到乾燥的聚合物鈉鹽，粉碎細化乾燥去水，即得目標產物。
[0020]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時恆溫6小時；反應開始立即放出大量的熱，溫度升至80°C以上並得乳白色濁液，繼續攪拌約IOmin後，懸浮物完全溶解，得澄清均相溶液，此時採用油浴加熱，控制在60°C左右，加熱約一小時後將反應混合物用電熱套升溫，並保持良好的攪拌，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分鐘後變為淡紅色粘稠液，接著變為桔黃色，粘度增大，在200°C左右保持約2分鐘後，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。
[0021]所述步驟(b)中，中間產物用水溶解。
[0022]所述步驟(b)中，50°C下用NaOH水溶液水解Ih,然後冷卻至室溫,用稀鹽酸調至中性。
[0023]所述步驟(C)中，量取50ml的去離子水倒入500ml的三口燒瓶中與中間產物混合 ο
[0024]所述步驟(d)中，加熱升溫到50°C。
[0025]所述步驟(e)中，用50%的NaOH溶液均勻滴定水解，約50分鐘後，溶液變為紅棕色，pH值達8-9之間時停止加鹼。
[0026]所述步驟(e)中，將得到的紅棕色溶液在80°C下減壓濃縮，去除水份，得到乾燥的聚合物鈉鹽，粉碎細化後送入乾燥箱中乾燥去水，即得目標產物。
[0027]所述步驟(a)中，馬來酸酐:硫酸銨=1.0: 1.1。
[0028]綜上所述，本發明的有益效果是:能快速製備出可生物降解水溶性聚合物，且製備工藝簡單，製備成本低，易於操作，製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】
[0029]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於此。
[0030]實施例:
[0031]本實施例涉及的通過控制原料配比提高產品收率的水溶性聚合物製備工藝，包括以下步驟:
[0032](a)首先，製備中間產物，且製備過程中，按質量比計，馬來酸酐:硫酸銨=
1.0: 1.0 ~1.0: 1.2 ；
[0033](b)稱取一定量的中間產物，溶解後，水解，然後冷卻，調至中性；
[0034](c)量取去離子水倒入實驗容器中與中間產物混合；
[0035](d)加熱升溫並攪拌使固體溶解；
[0036](e)加鹼滴定水解，溶液變為紅棕色，pH值達8-9之間時停止加鹼；
[0037](f)將得到的紅棕色溶液去除水份，得到乾燥的聚合物鈉鹽，粉碎細化乾燥去水，即得目標產物。
[0038]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時恆溫6小時；反應開始立即放出大量的熱，溫度升至80°C以上並得乳白色濁液，繼續攪拌約IOmin後，懸浮物完全溶解，得澄清均相溶液，此時採用油浴加熱，控制在60°C左右，加熱約一小時後將反應混合物用電熱套升溫，並保持良好的攪拌，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分鐘後變為淡紅色粘稠液，接著變為桔黃色，粘度增大，在200°C左右保持約2分鐘後，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。
[0039]所述步驟(b)中，中間產物用水溶解。[0040]所述步驟(b)中，50°C下用NaOH水溶液水解lh,然後冷卻至室溫,用稀鹽酸調至中性。
[0041]所述步驟(C)中，量取50ml的去離子水倒入500ml的三口燒瓶中與中間產物混合。
[0042]所述步驟(d)中，加熱升溫到50°C。
[0043]所述步驟(e)中，用50 %的NaOH溶液均勻滴定水解，約50分鐘後，溶液變為紅棕色，pH值達8-9之間時停止加鹼。
[0044]所述步驟(e)中，將得到的紅棕色溶液在80°C下減壓濃縮，去除水份，得到乾燥的聚合物鈉鹽，粉碎細化後送入乾燥箱中乾燥去水，即得目標產物。
[0045]所述步驟(a)中，馬來酸酐:硫酸銨=1.0: 1.1。
[0046]由於在製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% (佔原料的質量百分數)，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:
[0047]
【權利要求】
1.通過控制原料配比提高產品收率的水溶性聚合物製備工藝，其特徵在於，包括以下步驟: (a)首先，製備中間產物，且製備過程中，按質量比計，馬來酸酐:硫酸銨=1.0: 1.0 ~1.0: 1.2 ； (b)稱取一定量的中間產物，溶解後，水解，然後冷卻，調至中性； (c)量取去離子水倒入實驗容器中與中間產物混合； (d)加熱升溫並攪拌使固體溶解； (e)加鹼滴定水解，溶液變為紅棕色，pH值達8-9之間時停止加鹼； (f)將得到的紅棕色溶液去除水份，得到乾燥的聚合物鈉鹽，粉碎細化乾燥去水，即得目標產物。
2.根據權利要求1所述的通過控制原料配比提高產品收率的水溶性聚合物製備工藝，其特徵在於，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時恆溫6小時；反應開始立即放出大量的熱，溫度升至80°C以上並得乳白色濁液，繼續攪拌約IOmin後，懸浮物完全溶解，得澄清均相溶液，此時採用油浴加熱，控制在60°C左右，加熱約一小時後將反應混合物用電熱套升溫，並保持良好的攪拌，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分鐘後變為淡紅色粘稠液，接著變為桔黃色，粘度增大，在200°C左右保持約2分鐘後，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所述的通過控制原料配比提高產品收率的水溶性聚合物製備工藝，其特徵在於，所述步驟(b)中，中間產物用水溶解。
4.根據權利要求1所述的通過控制原料配比提高產品收率的水溶性聚合物製備工藝，其特徵在於，所述步驟(b)中，50°C下用NaOH水溶液水解lh，然後冷卻至室溫，用稀鹽酸調至中性。
5.根據權利要求1所述的通過控制原料配比提高產品收率的水溶性聚合物製備工藝，其特徵在於，所述步驟(c)中，量取50ml的去離子水倒入500ml的三口燒瓶中與中間產物混合。
6.根據權利要求1所述的通過控制原料配比提高產品收率的水溶性聚合物製備工藝，其特徵在於，所述步驟(d)中，加熱升溫到50°C。
7.根據權利要求1所述的通過控制原料配比提高產品收率的水溶性聚合物製備工藝，其特徵在於，所述步驟(e)中，用50%的NaOH溶液均勻滴定水解，約50分鐘後，溶液變為紅棕色，pH值達8-9之間時停止加鹼。
8.根據權利要求1所述的通過控制原料配比提高產品收率的水溶性聚合物製備工藝，其特徵在於，所述步驟(e)中，將得到的紅棕色溶液在80°C下減壓濃縮，去除水份，得到乾燥的聚合物鈉鹽，粉碎細化後送入乾燥箱中乾燥去水，即得目標產物。
9.根據權利要求1所述的通過控制原料配比提高產品收率的水溶性聚合物製備工藝，其特徵在於，所述步驟(a)中，馬來酸酐:硫酸銨=1.0: 1.1。
【文檔編號】C08F122/06GK103724505SQ201210404537
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2012年10月10日 優先權日:2012年10月10日
【發明者】肖瀘燕 申請人:肖瀘燕