專利名稱：低殘單低分子量均聚n-乙烯基丁內(nèi)酰胺的合成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及化合物合成技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及均聚N-乙烯基丁內(nèi)酰胺合成技術(shù)領(lǐng)域，具體是指一種低殘單低分子量均聚N-乙烯基丁內(nèi)酰胺的合成方法。
背景技術(shù)：
低分子量均聚N-乙烯基丁內(nèi)酰胺是指分子量在30000-50000之間的N-乙烯基丁內(nèi)酰胺均聚物。該分子量范圍的均聚N-乙烯基丁內(nèi)酰胺是N-乙烯基丁內(nèi)酰胺一系列均聚物中應用最廣泛的，其廣泛用作片劑、顆粒劑等藥物的粘合劑。均聚N-乙烯基丁內(nèi)酰胺由于其獨特的性能而得到日益廣泛的應用，它不僅具有優(yōu)異的溶解性、化學穩(wěn)定性、成膜性、生理惰性、粘接能力和保護膠作用，還可與許多無機、有機化合物結(jié)合，因此，均聚N-乙烯基丁內(nèi)酰胺自面世至今，已被廣泛用于醫(yī)藥、化妝品、食品、釀造、涂料、粘接劑、印染助劑、分離膜、感光材料等領(lǐng)域(嚴瑞瑄.水溶性高分子第2版[M].北京化學工業(yè)出版社，2010, 215-220)。特別是作為醫(yī)藥輔料的應用，均聚N-乙烯基丁內(nèi)酰胺除了在固體藥物中有諸多應用外，低分子量的均聚N-乙烯基丁內(nèi)酰胺還在注射液及眼藥中也有重要的作用。目前工業(yè)上合成均聚N-乙烯基丁內(nèi)酰胺的方法一般采用溶液聚合法，而用于其溶液聚合的溶劑主要有水、乙醇、異丙醇、甲醇等。通過張光華等人的研究成果發(fā)現(xiàn)在溶液聚合法中不同溶劑對聚合產(chǎn)物均聚N-乙烯基丁內(nèi)酰胺分子量的影響不同，而且在一般溶劑中較容易聚合出高分子量的均聚N-乙烯基丁內(nèi)酰胺產(chǎn)品，而較低分子量的均聚N-乙烯基丁內(nèi)酰胺產(chǎn)品如分子量在2000-50000之間的均聚N-乙烯基丁內(nèi)酰胺則較難制備出。這主要是因為N-乙烯基丁內(nèi)酰胺的聚合屬于鏈式反應，反應一旦開始就難以終止，分子量難以控制；與此同時，即便是做出較低分子量的均聚N-乙烯基丁內(nèi)酰胺產(chǎn)品，其漿料中的殘余單體含量也很高，難以滿足其在醫(yī)藥以及日用化妝等領(lǐng)域的應用要求。根據(jù)美國藥典USP32的規(guī)定，醫(yī)藥或者食品級的均聚N-乙烯基丁內(nèi)酰胺殘留單體N-乙烯基丁內(nèi)酰胺含量要求低于lOppm，目前，均聚N-乙烯基丁內(nèi)酰胺工業(yè)化生產(chǎn)多采用聚合物料后處理工藝如活性炭吸附、溶劑萃取或者超濾、輻射等方式(Nuber，Dr.Adolf, Sanner, Dr. Axel, Urban, Dr. Dieter. Use of an adsorbent for the removal ofvinylpyrrolidon fromvinylpyrrolidon polymer solutions[P]. EP 0258854, 1991-3-13;Juergen Detering, Limburgerhof, Hartwig Voss,Frankenthal. Preparation ofultrapure N-vinylpyrrolidone polymers[P]. US 5354945，1994-10-11 ;黎新明· 一種消除聚合物中殘留單體N-乙烯基吡咯烷酮的方法[P]. CN 1712432,2005-12-28)。這些消殘方式都大大增加了原料和設(shè)備投入成本，因此，如果能夠通過對均聚N-乙烯基丁內(nèi)酰胺合成過程中的引發(fā)體系、引發(fā)劑用量、時間以及聚合工藝等對最終產(chǎn)品的影響研究，研發(fā)出一種可以制備出低分子量低殘單均聚N-乙烯基丁內(nèi)酰胺(分子量在30000-50000)的方法，該方法做出的產(chǎn)品質(zhì)量完全可以滿足國際上最新藥典標準，則具有非常重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服了上述現(xiàn)有技術(shù)中的缺點，提供一種低殘單低分子量均聚N-乙烯基丁內(nèi)酰胺的合成方法，該低殘單低分子量均聚N-乙烯基丁內(nèi)酰胺的合成方法設(shè)計巧妙，制備簡單，制備出的低殘單低分子量均聚N-乙烯基丁內(nèi)酰胺的殘單在IOppm以下、K值24-31，適于大規(guī)模推廣應用。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的低殘單低分子量均聚N-乙烯基丁內(nèi)酰胺的合成方法，其特點是，采用質(zhì)量比為4:16 8:12的N-乙烯基丁內(nèi)酰胺單體與水，再以N-乙烯基丁內(nèi)酰胺單體為基準，采用O. 59Γ5. 0%重量的復合多元引發(fā)劑、O. 19Γ5. 0%重量的催化劑和 ο. ι°/Γιο%重量的鏈轉(zhuǎn)移劑，其中復合多元引發(fā)劑中以無機過氧化物為主的復合多元引發(fā)劑占35%重量，以有機過氧化物為主的復合多元引發(fā)劑占35%重量，以偶氮類為主的復合多元引發(fā)劑占30%重量；在惰性氣體存在條件下，首先加入水總重量的45%、N-乙烯基丁內(nèi)酰胺單體總重量的30%、以無機過氧化物為主的復合多元引發(fā)劑、催化劑總重量的70%和鏈轉(zhuǎn)移劑總重量的至少70%，用活化劑調(diào)節(jié)反應體系pH至7. 0-8. 0，在聚合溫度60-85°C進行反應，反應開始4-9小時內(nèi)分批次加入剩余水、剩余N-乙烯基丁內(nèi)酰胺單體、以有機過氧化物為主的復合多元引發(fā)劑、剩余催化劑和剩余鏈轉(zhuǎn)移劑，期間用活化劑調(diào)節(jié)反應體系pH至7. 0-8. O,然后80-100°C保溫30分鐘后加入以偶氮類為主的復合多元引發(fā)劑，繼續(xù)保溫1-3小時后加入N-乙烯基丁內(nèi)酰胺單體總重量的O. 019Tl%的過氧化物再保溫2小時，然后在溫度90-120°C加酸調(diào)節(jié)pH至酸性，回流反應1-3小時得到無色透明低分子量均聚N-乙烯基丁內(nèi)酰胺水溶液，干燥即得粉末狀低殘單低分子量均聚N-乙烯基丁內(nèi)酰胺，K值在24-31，分子量在30000-50000，殘單在IOppm以下。所述復合多元引發(fā)劑可以由任何合適的物質(zhì)組成，更佳地，所述復合多元引發(fā)劑選自過氧化氫、叔丁基過氧化氫、叔戊基過氧化氫、過二硫酸、過二硫酸鉀、過硫酸鉀、偶氮二異丁腈和偶氮二異庚腈中的兩種以上。所述的以無機過氧化物為主的復合多元引發(fā)劑、所述的以有機過氧化物為主的復合多元引發(fā)劑、所述的以偶氮類為主的復合多元引發(fā)劑可以是任何合適的復合引發(fā)劑，較佳地，所述的以無機過氧化物為主的復合多元引發(fā)劑是以過氧化氫為主的過氧化氫與叔丁基過氧化氫混合液；所述的以有機過氧化物為主的復合多元引發(fā)劑是以叔丁基過氧化氫為主的叔丁基過氧化氫與過氧化氫混合液；所述的以偶氮類為主的復合多元引發(fā)劑是以偶氮二異庚腈為主的偶氮二異庚腈與叔丁基過氧化氫混合液。所述催化劑可以是任何合適的催化劑，較佳地，所述催化劑選自硫酸亞鐵水溶液、氯化亞鐵水溶液和硫酸銅水溶液中的一種或幾種。所述鏈轉(zhuǎn)移劑可以是任何合適的鏈轉(zhuǎn)移劑，較佳地，所述鏈轉(zhuǎn)移劑選自乙醇、正丙醇、異丙醇、十二烷基硫醇和亞硫酸鹽中的一種或幾種。所述活化劑可以是任何合適的活化劑，較佳地，所述活化劑是氨水、氫氧化鈉、三
乙醇胺、羥銨鹽或碳酸鈉。所述過氧化物可以是任何合適的過氧化物，較佳地，所述過氧化物是過氧化氫或叔丁基過氧化氫。
所述酸可以是任何合適的酸，較佳地，所述酸是醋酸或檸檬酸。本發(fā)明的有益效果具體在于本發(fā)明的低殘單低分子量均聚N-乙烯基丁內(nèi)酰胺的合成方法，采用質(zhì)量比為4:16 8:12的N-乙烯基丁內(nèi)酰胺單體與水，再以N-乙烯基丁內(nèi)酰胺單體為基準，采用O. 59Γ5. 0%重量的復合多元引發(fā)劑、O. 19Γ5. 0%重量的催化劑和ο. ι°/Γιο%重量的鏈轉(zhuǎn)移劑，其中復合多元引發(fā)劑中以無機過氧化物為主的復合多元引發(fā)劑占35%重量，以有機過氧化物為主的復合多元引發(fā)劑占35%重量，以偶氮類為主的復合多元引發(fā)劑占30%重量；在惰性氣體存在條件下，首先加入水總重量的45%、N-乙烯基丁內(nèi)酰胺單體總重量的30%、以無機過氧化物為主的復合多元引發(fā)劑、催化劑總重量的70%和鏈轉(zhuǎn)移劑總重量的至少70%，用活化劑調(diào)節(jié)反應體系pH至7. 0-8. 0，在聚合溫度60-85°C進行反應，反應開始4-9小時內(nèi)分批次加入剩余水、剩余N-乙烯基丁內(nèi)酰胺單體、以有機過氧化物為主的復合多元引發(fā)劑、剩余催化劑和剩余鏈轉(zhuǎn)移劑，期間用活化劑調(diào)節(jié)反應體系pH至7. 0-8. 0，然后80-100°C保溫30分鐘后加入以偶氮類為主的復合多元引發(fā)劑，繼續(xù)保溫1-3小時后加入N-乙烯基丁內(nèi)酰胺單體總重量的O. 019Tl%的過氧化物再保溫2小時，然后在溫度90-120°C加酸調(diào)節(jié)pH至酸性，回流反應1-3小時得到無色透明低分子量均聚N-乙烯基丁內(nèi)酰胺水溶液，干燥即得粉末狀低殘單低分子量均聚N-乙烯基丁內(nèi)酰胺，K值在24-31，分子量在30000-50000，殘單在IOppm以下，設(shè)計巧妙，制備簡單，制備出的低殘單低分子量均聚N-乙烯基丁內(nèi)酰胺的殘單在IOppm以下、K值24-31，適于大規(guī)模推廣應用。
具體實施例方式為了能夠更清楚地理解本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，特舉以下實施例詳細說明。I. I實驗原料表I主要原料名稱 Μ生產(chǎn)廠家
N-乙稀基丁內(nèi)酰胺工業(yè)級(減壓蒸餾)上海宇昂化工科技發(fā)展有限公司
偶氮二異丁腈(AIBN)化學純上海試四赫維化工有限公司
偶氮二異庚腈(ABVN)化學純上海試四赫維化工有限公司
過氧化苯甲酰(BPO)化學純國藥集團化學試劑有限公司 亞硫酸鈉分析純國藥集團化學試劑有限公司
雙氧水(30%)化學純國藥集團化學試劑有限公司
氨水(25%)化學純國藥集團化學試劑有限公司
叔丁基過氧化氫化學純國藥集團化學試劑有限公司
蒸餾水自制
異丙醇化學純國藥集團化學試劑有限公司
十二烷基硫醇化學純梯希愛化成工業(yè)發(fā)展有限公司
三乙醇胺化學純國藥集團化學試劑有限公司
過硫酸銨分析純國藥集團化學試劑有限公司
亞硫酸氫鈉化學純國藥集團化學試劑有限公司
氮氣99%上海滬康氣體I. 2實驗儀器2ΧΖ-2型旋片式真空泵、RE52CS旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器、250ml三口燒瓶、ΗΗ-ffO恒溫油浴鍋、烏式粘度計(Φ=0. 5mm)、100°C溫度計、S312電動攪拌器、注射器、FA2004分析天平、滴液漏斗、冷凝管、錐形瓶、IOmL移液管、堿式滴定管。I. 3 聚合注在下面的內(nèi)容中，除非特殊說明，將“重量份”僅表示為“份”，“重量％”僅表示為 “％，，。物料準備N-乙烯基丁內(nèi)酰胺單體與水之比為4:161:12、復合多元引發(fā)劑O. 59Γ5. 0% (以N-乙烯基丁內(nèi)酰胺為基準)、催化劑O. 19Γ5. 0% (以N-乙烯基丁內(nèi)酰胺為基準)、少量活化劑用以調(diào)節(jié)反應體系pH、鏈轉(zhuǎn)移劑O. 19Γ10% (以N-乙烯基丁內(nèi)酰胺為基準)；其中引發(fā)劑可以是過氧化氫、叔丁基過氧化氫、叔戊基過氧化氫、過二硫酸、過二硫酸鉀、過硫酸鉀、偶氮二異丁腈、偶氮二異庚腈中的幾種；活化劑可以是氨水、氫氧化鈉、三乙醇胺、羥銨鹽、碳酸鈉等；催化劑可以是硫酸亞鐵、氯化亞鐵、硫酸銅等中的一種或幾種金屬硫酸鹽的低濃度水溶液；鏈轉(zhuǎn)移劑可以是乙醇、正丙醇、異丙醇、十二烷基硫醇、亞硫酸鹽等中的一種或幾種。操作步驟在帶有回流冷凝管和攪拌器的三口燒瓶中先加入水的總量的45%，通隊攪拌下加入N-乙烯基丁內(nèi)酰胺單體總量的30%、復合多元引發(fā)劑A即以無機過氧化物為主的復合多元引發(fā)(占引發(fā)劑總量的35%)、催化劑總量的70%以及至少加入鏈轉(zhuǎn)移劑總量的70%，再用適量活化劑調(diào)節(jié)溶液pH至7. 0-8. O,油浴加熱升溫至60-85°C，反應開始4_9小時內(nèi)分數(shù)次加入剩余全部單體、復合多元引發(fā)劑B即以有機過氧化物為主的復合多元引發(fā)齊U(占引發(fā)劑總量的35%)、剩余所有催化劑、鏈轉(zhuǎn)移劑以及剩余水，在此過程中用氨水調(diào)節(jié)溶液PH為7. 0-8. O,之后80-100°C保溫30min后加入復合多元引發(fā)劑C即以偶氮類為主的復合多元引發(fā)劑(占引發(fā)劑總量的30%)，繼續(xù)保溫1-3小時后加入O. 01°/Γ % (以N-乙烯基丁內(nèi)酰胺為基準)過氧化物再保溫2小時，之后溫度升至90-120°C加少量酸調(diào)節(jié)pH至酸性，回流反應1-3小時既可以得到無色透明低分子量均聚N-乙烯基丁內(nèi)酰胺水溶液，K值在24-31，分子量在30000-50000，干燥即得粉末狀低分子量均聚N-乙烯基丁內(nèi)酰胺I. 4分子量與殘單測定I. 4. I分子量的測定重均分子量測定選用Waters 515型凝膠色譜儀,Waters2410示差折光檢測器；柱子Waters Ultrahydrogel 500he Ultrahydrogel 120 兩柱串聯(lián)(7. 8X300mm);流動相O. IM硝酸鈉水溶液；流速0. 8ml/min ;進樣量50微升；柱溫40°C ；通常我們用Fikentscher公式的K值來表征均聚N-乙烯基丁內(nèi)酰胺的分子量，K值是只與分子量有關(guān)，不隨均聚N-乙烯基丁內(nèi)酰胺的濃度而改變的參數(shù)。測定K值常用的方法是粘度法，烏式粘度計在水浴溫度25 ±O. 2°C下，測定該溶液對水的相對粘度1^。根據(jù)Fikentscher 公式計算 K 值如下(H. Fikentscher, Die Messung derViskositat solvatisierter Sole. Morden Plastics[J], 1945, 23(3):157)K = ^300c ig": + (Γ + 1.5C+ 1 ~5c ig". ~c
0.15c-I OOOifi'式中K為 Fikentscher 常數(shù)；c為0. IL溶液中溶解均聚N-乙烯基丁內(nèi)酰胺的克數(shù)nr為相對黏度(溶液流出時間與純?nèi)軇┝鞒鰰r間的比值T/T。)I. 4. 2殘留單體的含量I)碘量法均聚N-乙烯基丁內(nèi)酰胺中殘留單體含量的測定是參照美國藥典第21版規(guī)定的方法。取IOg均聚N-乙烯基丁內(nèi)酰胺(準確至O. 002g,以無水物計)，溶于80ml蒸懼水中，加入Ig醋酸鈉,用O. lmol/L碘溶液滴定至溶液不再褪色,再另加入3ml O. I mol/L的碘溶液，放置10分鐘，然后用O. I mol/L的硫代硫酸鈉滴定過量的碘，當接近終點時加3ml的淀粉指示劑，繼續(xù)滴定至溶液顏色消失，同時與空白實驗對照。結(jié)果計算NVP (%) = ( H2)xcx0.106 χ 100
m式中=V1—滴定空白樣品所消耗的碘標準溶液體積(mL)；V2—滴定樣品所消耗的碘標準溶液體積(mL)；c——碘標準液的濃度(mol/L)；0. 106——I mmol/LN-乙烯基丁內(nèi)酰胺(NVP)的質(zhì)量(g)；m——樣品的質(zhì)量(g)。2)氣相色譜法(廖列文，康正，崔英德.氣相色譜法測定PVP中殘余單體的研究，現(xiàn)代化工，1997 (增刊)97)(略)2. I溫度的影響引發(fā)劑在引發(fā)反應聚合時，只有當熱能達到引發(fā)劑的分解活化能，引發(fā)劑才能引發(fā)反應聚合。因此，在引發(fā)反應時需要將反應體系放置于一定溫度下。以過氧化氫為引發(fā)齊U，通過不同溫度下對反應產(chǎn)品質(zhì)量影響分析，結(jié)果如下表2 表2:溫度的影響
權(quán)利要求
1.一種低殘單低分子量均聚N-乙烯基丁內(nèi)酰胺的合成方法，其特征在于， 采用質(zhì)量比為4:16 8:12的N-乙烯基丁內(nèi)酰胺單體與水，再以N-乙烯基丁內(nèi)酰胺單體為基準，采用O. 59Γ5. 0%重量的復合多元引發(fā)劑、O. 19Γ5. 0%重量的催化劑和O. 1°/Γ 0%重量的鏈轉(zhuǎn)移劑，其中復合多元引發(fā)劑中以無機過氧化物為主的復合多元引發(fā)劑占35%重量，以有機過氧化物為主的復合多元引發(fā)劑占35%重量，以偶氮類為主的復合多元引發(fā)劑占30%重量；惰性氣體存在條件下，首先加入水總重量的45%、N-乙烯基丁內(nèi)酰胺單體總重量的30%、以無機過氧化物為主的復合多元引發(fā)劑、催化劑總重量的70%和鏈轉(zhuǎn)移劑總重量的至少70%，用活化劑調(diào)節(jié)反應體系pH至7. 0-8. 0，在聚合溫度60-85°C進行反應，反應開始4-9小時內(nèi)分批次加入剩余水、剩余N-乙烯基丁內(nèi)酰胺單體、以有機過氧化物為主的復合多元引發(fā)劑、剩余催化劑和剩余鏈轉(zhuǎn)移劑，期間用活化劑調(diào)節(jié)反應體系pH至7. 0-8. O,然后80-100°C保溫30分鐘后加入以偶氮類為主的復合多元引發(fā)劑，繼續(xù)保溫1-3小時后加入N-乙烯基丁內(nèi)酰胺單體總重量的O. 019Tl%的過氧化物再保溫2小時，然后在溫度90-120°C加酸調(diào)節(jié)pH至酸性，回流反應1-3小時得到無色透明低分子量均聚N-乙烯基丁內(nèi)酰胺水溶液，干燥即得粉末狀低殘單低分子量均聚N-乙烯基丁內(nèi)酰胺，K值在24-31，分子量在30000-50000，殘單在IOppm以下。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的低殘單低分子量均聚N-乙烯基丁內(nèi)酰胺的合成方法，其特征在于，所述復合多元引發(fā)劑選自過氧化氫、叔丁基過氧化氫、叔戊基過氧化氫、過二硫酸、過二硫酸鉀、過硫酸鉀、偶氮二異丁腈和偶氮二異庚腈中的兩種以上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的低殘單低分子量均聚N-乙烯基丁內(nèi)酰胺的合成方法，其特征在于，所述的以無機過氧化物為主的復合多元引發(fā)劑是以過氧化氫為主的過氧化氫與叔丁基過氧化氫混合液；所述的以有機過氧化物為主的復合多元引發(fā)劑是以叔丁基過氧化氫為主的叔丁基過氧化氫與過氧化氫混合液；所述的以偶氮類為主的復合多元引發(fā)劑是以偶氮二異庚腈為主的偶氮二異庚腈與叔丁基過氧化氫混合液。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的低殘單低分子量均聚N-乙烯基丁內(nèi)酰胺的合成方法，其特征在于，所述催化劑選自硫酸亞鐵水溶液、氯化亞鐵水溶液和硫酸銅水溶液中的一種或幾種。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的低殘單低分子量均聚N-乙烯基丁內(nèi)酰胺的合成方法，其特征在于，所述鏈轉(zhuǎn)移劑選自乙醇、正丙醇、異丙醇、十二烷基硫醇和亞硫酸鹽中的一種或幾種。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的低殘單低分子量均聚N-乙烯基丁內(nèi)酰胺的合成方法，其特征在于，所述活化劑是氨水、氫氧化鈉、三乙醇胺、羥銨鹽或碳酸鈉。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的低殘單低分子量均聚N-乙烯基丁內(nèi)酰胺的合成方法，其特征在于，所述過氧化物是過氧化氫或叔丁基過氧化氫。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的低殘單低分子量均聚N-乙烯基丁內(nèi)酰胺的合成方法，其特征在于，所述酸是醋酸或檸檬酸。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種低殘單低分子量均聚N-乙烯基丁內(nèi)酰胺的合成方法，采用質(zhì)量比為4:16~8:12的N-乙烯基丁內(nèi)酰胺單體與水，再以N-乙烯基丁內(nèi)酰胺單體為基準，采用0.5%~5.0%重量的復合多元引發(fā)劑、0.1%~5.0%重量的催化劑和0.1%~10%重量的鏈轉(zhuǎn)移劑，在惰性氣體存在條件下，分批加入上述原料，用活化劑調(diào)節(jié)反應體系pH至7.0-8.0，在聚合溫度60-85℃進行反應；最后再加入過氧化物保溫2小時后用酸調(diào)節(jié)體系pH至酸性保持1-3h，得到無色透明的均聚N-乙烯基丁內(nèi)酰胺水溶液，經(jīng)干燥即得K值在24-31，殘單低于10ppm的粉末狀低分子量均聚N-乙烯基丁內(nèi)酰胺。本發(fā)明設(shè)計巧妙，制備簡單，制備出的低殘單低分子量均聚N-乙烯基丁內(nèi)酰胺的殘單在10ppm以下、K值24-31，適于大規(guī)模推廣應用。
文檔編號C08F4/04GK102633925SQ201210154910
公開日2012年8月15日 申請日期2012年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月16日
發(fā)明者劉薇, 吳美玲, 王宇, 陳占 申請人:上海宇昂化工科技發(fā)展有限公司