一种提高产品性能的可生物降解水溶性聚合物的制备工艺的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种提高产品性能的可生物降解水溶性聚合物的制备工艺，包括：(a)首先，制备中间产物，且在制备过程中选用二氧化锰作为催化剂；(b)称取一定量的中间产物，溶解后，水解，然后冷却，调至中性；(c)将上述溶液蒸发浓缩，将所得浓溶液倾倒入无水乙醇中；(d)形成沉淀，沉淀物经过滤、干燥即得目标产物。本发明能快速制备出可生物降解水溶性聚合物，且制备工艺简单，制备成本低，易于操作；通过合理选择反应过程中的催化剂，从而提高了目标产物的性能。
【专利说明】一种提高产品性能的可生物降解水溶性聚合物的制备工艺
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种提高产品性能的可生物降解水溶性聚合物的制备工艺。
【背景技术】
[0002]水溶性聚合物是指亲水性的高分子材料，即在水中能溶解或溶胀而形成溶液或分散液的高分子材料。
[0003]水溶性聚合物属于功能高分子材料，最重要的性质是它的亲水性。水溶性聚合物的亲水性来自其分子中含有的亲水基团。 最常见的亲水基团包括羧基、羟基、酸胺基、胺基、醚基等。这些基团不但使高分子具有亲水性，而且还可以发生进一步的反应，生成具有新性质的高分子化合物。由于其独特的性能，水溶性聚合物发展很快，现已具有一定的规模，形成了水溶性聚合物产业。它与表面活性剂产业一起，被称为精细化工的两大支柱。
[0004]近年来，水溶性聚合物广泛应用于各个行业，在石油开采、造纸、纺织、水处理、医药、化妆品、陶瓷、食品、日用工业、化学工业等领域有着广泛的用途。
[0005]水溶性的烯键单体是制备水溶性聚合物的主要原材料，是其性能、功能和用途的重要决定因素之一。水溶性聚合物主链分子结构的空间排布为线性分子结构，因决定聚合物性质的唯一研究方法是其溶液的性质，故溶解状态上，发生水溶胀。制备手段可采用化学引发、光引发、辐射引发、接枝、互穿/半互穿聚合物网络，大分子组合化学等技术来获得所要求的聚合物。
[0006]经过数十年的发展，水溶性高分子材料已经从最初的几个系列产品，发展成为完整的水溶性高分子工业，并以其难以替代的卓越性能，在石油开采、造纸、纺织、水处理、医药、化妆品、陶瓷、食品、日用工业、化学工业等领域有着广泛的用途。
[0007]水溶性高分子几乎应用于油气田开采的整个过程，从钻井、固井、完井到三次采油、油气集输，均使用了包括天然、半合成、合成几个大类的各种水溶性高分子材料。石油开采过程中使用水溶性高分子材料最为集中的包括三个方面为:钻井、压裂和三次采油。
[0008]聚合物的生物降解是指在各种生物作用下，聚合物发生降解、同化的过程。降解机理依据聚合物的性质和白然环境的不同可分为两类:一是通过活性或非活性水解将高分子聚合物断裂成低分子量物质，然后发生生物同化(水-生物降解)，这是杂链高分子，如纤维素、淀粉以及聚乳酸(PLA)脂肪族类聚合物发生生物降解的主要过程。最近有资料表明，光氧化作用对水-生物降解有加速作用。这类聚合物适宜制作卫生用品，而不适宜于农业或工业包装业；二是聚合物发生过氧化作用而断裂成低分子量的物质，然后发生生物同化(氧化-生物降解)，碳链高分子的降解机理属于此类。由此可见，生物降解与光作用、水作用、氧化作用相互促进，并具有协同效应。
[0009]可生物降解聚合物材料是相对通用聚合物而言的，广义上认为材料在使用废弃后，在一定条件下会自动分解而消失掉。严格地说降解塑料是在特定的环境条件下，其化学结构发生显著变化并造成某些性能下降的能被生物体侵蚀或代谢而降解的材料。随着对可生物降解高分子材料研究的不断深入，现已经对可生物降解高分子材料的概念做出了非常科学的定义。降解材料是指通过自然界微生物(细菌、真菌等)作用而发生降解的高分子聚合物。
[0010]在几大类水溶性聚合物中，由于天然聚合物是以葡萄糖或氨基酸等为结构单元构成的大分子，降解后的成分可作为微生物的养分，因此这类高分子可以生物降解；半合成高分子其主链的结构与天然高分子相同，因此也可生物降解，但这两类高分子化合物的种类有限，性能也远远不能满足生产和生活的要求。合成类水溶性高分子品种多，性能各异，并可通过改变原料单体的种类和比例进行调节和改变，可生产出能满足不同需求的聚合物产品，因此，在各个领域得到了广泛应用，其用量占水溶性高分子总量的60%以上。这类高分子的不足之处是主链全部由碳原子构成，化学稳定性好，其结构决定了该类高分子不能生物降解，自然降解的速度也非常缓慢， 难以进入生态循环，在自然界的累积越来越多，对环境的污染日益严重。
[0011]近年来，聚合物的广泛使用大大促进了人类文明，但聚合物在使用后大多难以降解，日益严重地污染环境，生物降解型聚合物可以减轻此类污染，因此各国政府及学术界非常重视可生物降解聚合物的研究和开发。催化剂是合成过程中的一个决定因素，催化剂的好坏不仅关系到产物产量的高低，同时关系到反应能否顺利进行。
【发明内容】
[0012]本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种一种提高产品性能的可生物降解水溶性聚合物的制备工艺，该制备工艺能快速制备出可生物降解水溶性聚合物，且制备工艺简单，制备成本低，易于操作；通过合理选择反应过程中的催化剂，从而提高了目标产物的性能。
[0013]本发明的目的通过下述技术方案实现:一种提高产品性能的可生物降解水溶性聚合物的制备工艺，包括以下步骤:
[0014](a)首先，制备中间产物:称取马来酸酐平稳地倒入实验容器中；再称取硫酸铵和蒸馏水，加入二氧化锰作为催化剂，一起注入实验容器中；开动搅拌器，恒温；反应开始立即放出大量的热，温度升至80°C以上并得乳白色浊液，继续搅拌至悬浮物完全溶解，得澄清均相溶液；加热至设定温度，将反应混合物用电热套升温，并保持良好的搅拌；当到达100°C时打开塞子，水份开始平稳地蒸发，继续加热，反应溶液变浑浊，然后变为淡红色粘稠液，接着变为桔黄色，粘度增大；保持温度一定时间，停止加热，让其自然冷却至室温，得到脆性的桔黄色固体，即为中间产物；
[0015](b)称取一定量的中间产物，溶解后，水解，然后冷却，调至中性；
[0016](C)将上述溶液蒸发浓缩，将所得浓溶液倾倒入无水乙醇中；
[0017](d)形成沉淀，沉淀物经过滤、干燥即得目标产物。
[0018]所述步骤(a)的具体步骤为:用天平称取9.89g的马来酸酐平稳地倒入250ml的三口烧瓶中，再称取9.80g硫酸铵和约7ml蒸馏水，加入二氧化锰，一起注入三口烧瓶中，开动搅拌器，60°C时恒温6小时；反应开始立即放出大量的热，温度升至80°C以上并得乳白色浊液，继续搅拌约IOmin后，悬浮物完全溶解，得澄清均相溶液，此时采用油浴加热，控制在60°C左右，加热约一小时后将反应混合物用电热套升温，并保持良好的搅拌，当到达100°C时打开塞子，水份开始平稳地蒸发，继续加热，反应溶液变浑浊，约I分钟后变为淡红色粘稠液，接着变为桔黄色，粘度增大，在200°C左右保持约2分钟后，停止加热，让其自然冷却至室温，得到脆性的桔黄色固体，即为中间产物。
[0019]所述步骤(b)中，中间产物用水溶解。
[0020]所述步骤(C)中，溶液通过旋转蒸发器蒸发浓缩。
[0021]所述步骤(b)中，50°C下用NaOH水溶液水解Ih,然后冷却至室温,用稀盐酸调至中性。
[0022]综上所述，本发明的有益效果是:能快速制备出可生物降解水溶性聚合物，且制备工艺简单，制备成本低，易于操作；通过合理选择反应过程中的催化剂，从而提高了目标产物的性能。
【具体实施方式】
[0023]下面结合实施例， 对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不仅限于此。
[0024]实施例:
[0025]本实施例涉及的一种提高产品性能的可生物降解水溶性聚合物的制备工艺，包括以下步骤:
[0026](a)首先，制备中间产物:称取马来酸酐平稳地倒入实验容器中；再称取硫酸铵和蒸馏水，加入二氧化锰作为催化剂，一起注入实验容器中；开动搅拌器，恒温；反应开始立即放出大量的热，温度升至80°C以上并得乳白色浊液，继续搅拌至悬浮物完全溶解，得澄清均相溶液；加热至设定温度，将反应混合物用电热套升温，并保持良好的搅拌；当到达100°C时打开塞子，水份开始平稳地蒸发，继续加热，反应溶液变浑浊，然后变为淡红色粘稠液，接着变为桔黄色，粘度增大；保持温度一定时间，停止加热，让其自然冷却至室温，得到脆性的桔黄色固体，即为中间产物；
[0027](b)称取一定量的中间产物，溶解后，水解，然后冷却，调至中性；
[0028](C)将上述溶液蒸发浓缩，将所得浓溶液倾倒入无水乙醇中；
[0029](d)形成沉淀，沉淀物经过滤、干燥即得目标产物。
[0030]所述步骤(a)的具体步骤为:用天平称取9.89g的马来酸酐平稳地倒入250ml的三口烧瓶中，再称取9.80g硫酸铵和约7ml蒸馏水，加入二氧化锰，一起注入三口烧瓶中，开动搅拌器，60°C时恒温6小时；反应开始立即放出大量的热，温度升至80°C以上并得乳白色浊液，继续搅拌约IOmin后，悬浮物完全溶解，得澄清均相溶液，此时采用油浴加热，控制在60°C左右，加热约一小时后将反应混合物用电热套升温，并保持良好的搅拌，当到达100°C时打开塞子，水份开始平稳地蒸发，继续加热，反应溶液变浑浊，约I分钟后变为淡红色粘稠液，接着变为桔黄色，粘度增大，在200°C左右保持约2分钟后，停止加热，让其自然冷却至室温，得到脆性的桔黄色固体，即为中间产物。
[0031]所述步骤(b)中，中间产物用水溶解。
[0032]所述步骤(C)中，溶液通过旋转蒸发器蒸发浓缩。
[0033]所述步骤(b)中，50°C下用NaOH水溶液水解Ih,然后冷却至室温,用稀盐酸调至中性。
[0034]由于催化剂是合成过程中的一个决定因素，催化剂的好坏不仅关系到产物产量的高低，同时关系到反应能否顺利进行。本发明选取了 2种不同的催化剂作为反应过程中的催化剂，并做了相应的对比实验，实验结果如下表所示:
[0035]
【权利要求】
1.一种提高产品性能的可生物降解水溶性聚合物的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤: (a)首先，制备中间产物:称取马来酸酐平稳地倒入实验容器中；再称取硫酸铵和蒸馏水，加入二氧化锰作为催化剂，一起注入实验容器中；开动搅拌器，恒温；反应开始立即放出大量的热，温度升至80°C以上并得乳白色浊液，继续搅拌至悬浮物完全溶解，得澄清均相溶液；加热至设定温度，将反应混合物用电热套升温，并保持良好的搅拌；当到达100°C时打开塞子，水份开始平稳地蒸发，继续加热，反应溶液变浑浊，然后变为淡红色粘稠液，接着变为桔黄色，粘度增大；保持温度一定时间，停止加热，让其自然冷却至室温，得到脆性的桔黄色固体，即为中间产物； (b)称取一定量的中间产物，溶解后，水解，然后冷却，调至中性； (c)将上述溶液蒸发浓缩，将所得浓溶液倾倒入无水乙醇中； (d)形成沉淀，沉淀物经过滤、干燥即得目标产物。
2.根据权利要求1所述的一种提高产品性能的可生物降解水溶性聚合物的制备工艺，其特征在于，所述步骤(a)的具体步骤为:用天平称取9.89g的马来酸酐平稳地倒入250ml的三口烧瓶中，再称取9.80g硫酸铵和约7ml蒸馏水，加入二氧化锰，一起注入三口烧瓶中，开动搅拌器，60°C时恒温6小时；反应开始立即放出大量的热，温度升至80°C以上并得乳白色浊液，继续搅拌约IOmin后，悬浮物完全溶解，得澄清均相溶液，此时采用油浴加热，控制在60°C左右，加热约一小时后将反应混合物用电热套升温，并保持良好的搅拌，当到达100°C时打开塞子，水份开始平稳地蒸发，继续加热，反应溶液变浑浊，约I分钟后变为淡红色粘稠液，接着变为桔黄色，粘度增大，在20(TC左右保持约2分钟后，停止加热，让其自然冷却至室温，得到脆性的 桔黄色固体，即为中间产物。
3.根据权利要求1所述的一种提高产品性能的可生物降解水溶性聚合物的制备工艺，其特征在于，所述步骤(b)中，中间产物用水溶解。
4.根据权利要求1所述的一种提高产品性能的可生物降解水溶性聚合物的制备工艺，其特征在于，所述步骤(c)中，溶液通过旋转蒸发器蒸发浓缩。
5.根据权利要 求1所述的一种提高产品性能的可生物降解水溶性聚合物的制备工艺，其特征在于，所述步骤(b)中，50°C下用NaOH水溶液水解lh，然后冷却至室温，用稀盐酸调至中性。
【文档编号】C08F122/06GK103724506SQ201210404596
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2012年10月10日 优先权日:2012年10月10日
【发明者】曾理 申请人:曾理