专利名称：低残单低分子量均聚n-乙烯基丁内酰胺的合成方法
技术领域：
本发明涉及化合物合成技术领域，特别涉及均聚N-乙烯基丁内酰胺合成技术领域，具体是指一种低残单低分子量均聚N-乙烯基丁内酰胺的合成方法。
背景技术：
低分子量均聚N-乙烯基丁内酰胺是指分子量在30000-50000之间的N-乙烯基丁内酰胺均聚物。该分子量范围的均聚N-乙烯基丁内酰胺是N-乙烯基丁内酰胺一系列均聚物中应用最广泛的，其广泛用作片剂、颗粒剂等药物的粘合剂。均聚N-乙烯基丁内酰胺由于其独特的性能而得到日益广泛的应用，它不仅具有优异的溶解性、化学稳定性、成膜性、生理惰性、粘接能力和保护胶作用，还可与许多无机、有机化合物结合，因此，均聚N-乙烯基丁内酰胺自面世至今，已被广泛用于医药、化妆品、食品、酿造、涂料、粘接剂、印染助剂、分离膜、感光材料等领域(严瑞瑄.水溶性高分子第2版[M].北京化学工业出版社，2010, 215-220)。特别是作为医药辅料的应用，均聚N-乙烯基丁内酰胺除了在固体药物中有诸多应用外，低分子量的均聚N-乙烯基丁内酰胺还在注射液及眼药中也有重要的作用。目前工业上合成均聚N-乙烯基丁内酰胺的方法一般采用溶液聚合法，而用于其溶液聚合的溶剂主要有水、乙醇、异丙醇、甲醇等。通过张光华等人的研究成果发现在溶液聚合法中不同溶剂对聚合产物均聚N-乙烯基丁内酰胺分子量的影响不同，而且在一般溶剂中较容易聚合出高分子量的均聚N-乙烯基丁内酰胺产品，而较低分子量的均聚N-乙烯基丁内酰胺产品如分子量在2000-50000之间的均聚N-乙烯基丁内酰胺则较难制备出。这主要是因为N-乙烯基丁内酰胺的聚合属于链式反应，反应一旦开始就难以终止，分子量难以控制；与此同时，即便是做出较低分子量的均聚N-乙烯基丁内酰胺产品，其浆料中的残余单体含量也很高，难以满足其在医药以及日用化妆等领域的应用要求。根据美国药典USP32的规定，医药或者食品级的均聚N-乙烯基丁内酰胺残留单体N-乙烯基丁内酰胺含量要求低于lOppm，目前，均聚N-乙烯基丁内酰胺工业化生产多采用聚合物料后处理工艺如活性炭吸附、溶剂萃取或者超滤、辐射等方式(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· 一种消除聚合物中残留单体N-乙烯基吡咯烷酮的方法[P]. CN 1712432,2005-12-28)。这些消残方式都大大增加了原料和设备投入成本，因此，如果能够通过对均聚N-乙烯基丁内酰胺合成过程中的引发体系、引发剂用量、时间以及聚合工艺等对最终产品的影响研究，研发出一种可以制备出低分子量低残单均聚N-乙烯基丁内酰胺(分子量在30000-50000)的方法，该方法做出的产品质量完全可以满足国际上最新药典标准，则具有非常重要的意义。
发明内容
本发明的目的是克服了上述现有技术中的缺点，提供一种低残单低分子量均聚N-乙烯基丁内酰胺的合成方法，该低残单低分子量均聚N-乙烯基丁内酰胺的合成方法设计巧妙，制备简单，制备出的低残单低分子量均聚N-乙烯基丁内酰胺的残单在IOppm以下、K值24-31，适于大规模推广应用。为了实现上述目的，本发明的低残单低分子量均聚N-乙烯基丁内酰胺的合成方法，其特点是，采用质量比为4:16 8:12的N-乙烯基丁内酰胺单体与水，再以N-乙烯基丁内酰胺单体为基准，采用O. 59Γ5. 0%重量的复合多元引发剂、O. 19Γ5. 0%重量的催化剂和 ο. ι°/Γιο%重量的链转移剂，其中复合多元引发剂中以无机过氧化物为主的复合多元引发剂占35%重量，以有机过氧化物为主的复合多元引发剂占35%重量，以偶氮类为主的复合多元引发剂占30%重量；在惰性气体存在条件下，首先加入水总重量的45%、N-乙烯基丁内酰胺单体总重量的30%、以无机过氧化物为主的复合多元引发剂、催化剂总重量的70%和链转移剂总重量的至少70%，用活化剂调节反应体系pH至7. 0-8. 0，在聚合温度60-85°C进行反应，反应开始4-9小时内分批次加入剩余水、剩余N-乙烯基丁内酰胺单体、以有机过氧化物为主的复合多元引发剂、剩余催化剂和剩余链转移剂，期间用活化剂调节反应体系pH至7. 0-8. O,然后80-100°C保温30分钟后加入以偶氮类为主的复合多元引发剂，继续保温1-3小时后加入N-乙烯基丁内酰胺单体总重量的O. 019Tl%的过氧化物再保温2小时，然后在温度90-120°C加酸调节pH至酸性，回流反应1-3小时得到无色透明低分子量均聚N-乙烯基丁内酰胺水溶液，干燥即得粉末状低残单低分子量均聚N-乙烯基丁内酰胺，K值在24-31，分子量在30000-50000，残单在IOppm以下。所述复合多元引发剂可以由任何合适的物质组成，更佳地，所述复合多元引发剂选自过氧化氢、叔丁基过氧化氢、叔戊基过氧化氢、过二硫酸、过二硫酸钾、过硫酸钾、偶氮二异丁腈和偶氮二异庚腈中的两种以上。所述的以无机过氧化物为主的复合多元引发剂、所述的以有机过氧化物为主的复合多元引发剂、所述的以偶氮类为主的复合多元引发剂可以是任何合适的复合引发剂，较佳地，所述的以无机过氧化物为主的复合多元引发剂是以过氧化氢为主的过氧化氢与叔丁基过氧化氢混合液；所述的以有机过氧化物为主的复合多元引发剂是以叔丁基过氧化氢为主的叔丁基过氧化氢与过氧化氢混合液；所述的以偶氮类为主的复合多元引发剂是以偶氮二异庚腈为主的偶氮二异庚腈与叔丁基过氧化氢混合液。所述催化剂可以是任何合适的催化剂，较佳地，所述催化剂选自硫酸亚铁水溶液、氯化亚铁水溶液和硫酸铜水溶液中的一种或几种。所述链转移剂可以是任何合适的链转移剂，较佳地，所述链转移剂选自乙醇、正丙醇、异丙醇、十二烷基硫醇和亚硫酸盐中的一种或几种。所述活化剂可以是任何合适的活化剂，较佳地，所述活化剂是氨水、氢氧化钠、三
乙醇胺、羟铵盐或碳酸钠。所述过氧化物可以是任何合适的过氧化物，较佳地，所述过氧化物是过氧化氢或叔丁基过氧化氢。
所述酸可以是任何合适的酸，较佳地，所述酸是醋酸或柠檬酸。本发明的有益效果具体在于本发明的低残单低分子量均聚N-乙烯基丁内酰胺的合成方法，采用质量比为4:16 8:12的N-乙烯基丁内酰胺单体与水，再以N-乙烯基丁内酰胺单体为基准，采用O. 59Γ5. 0%重量的复合多元引发剂、O. 19Γ5. 0%重量的催化剂和ο. ι°/Γιο%重量的链转移剂，其中复合多元引发剂中以无机过氧化物为主的复合多元引发剂占35%重量，以有机过氧化物为主的复合多元引发剂占35%重量，以偶氮类为主的复合多元引发剂占30%重量；在惰性气体存在条件下，首先加入水总重量的45%、N-乙烯基丁内酰胺单体总重量的30%、以无机过氧化物为主的复合多元引发剂、催化剂总重量的70%和链转移剂总重量的至少70%，用活化剂调节反应体系pH至7. 0-8. 0，在聚合温度60-85°C进行反应，反应开始4-9小时内分批次加入剩余水、剩余N-乙烯基丁内酰胺单体、以有机过氧化物为主的复合多元引发剂、剩余催化剂和剩余链转移剂，期间用活化剂调节反应体系pH至7. 0-8. 0，然后80-100°C保温30分钟后加入以偶氮类为主的复合多元引发剂，继续保温1-3小时后加入N-乙烯基丁内酰胺单体总重量的O. 019Tl%的过氧化物再保温2小时，然后在温度90-120°C加酸调节pH至酸性，回流反应1-3小时得到无色透明低分子量均聚N-乙烯基丁内酰胺水溶液，干燥即得粉末状低残单低分子量均聚N-乙烯基丁内酰胺，K值在24-31，分子量在30000-50000，残单在IOppm以下，设计巧妙，制备简单，制备出的低残单低分子量均聚N-乙烯基丁内酰胺的残单在IOppm以下、K值24-31，适于大规模推广应用。
具体实施例方式为了能够更清楚地理解本发明的技术内容，特举以下实施例详细说明。I. I实验原料表I主要原料名称 Μ生产厂家
N-乙稀基丁内酰胺工业级(减压蒸馏)上海宇昂化工科技发展有限公司
偶氮二异丁腈(AIBN)化学纯上海试四赫维化工有限公司
偶氮二异庚腈(ABVN)化学纯上海试四赫维化工有限公司
过氧化苯甲酰(BPO)化学纯国药集团化学试剂有限公司 亚硫酸钠分析纯国药集团化学试剂有限公司
双氧水(30%)化学纯国药集团化学试剂有限公司
氨水(25%)化学纯国药集团化学试剂有限公司
叔丁基过氧化氢化学纯国药集团化学试剂有限公司
蒸馏水自制
异丙醇化学纯国药集团化学试剂有限公司
十二烷基硫醇化学纯梯希爱化成工业发展有限公司
三乙醇胺化学纯国药集团化学试剂有限公司
过硫酸铵分析纯国药集团化学试剂有限公司
亚硫酸氢钠化学纯国药集团化学试剂有限公司
氮气99%上海沪康气体I. 2实验仪器2ΧΖ-2型旋片式真空泵、RE52CS旋转蒸发器、250ml三口烧瓶、ΗΗ-ffO恒温油浴锅、乌式粘度计(Φ=0. 5mm)、100°C温度计、S312电动搅拌器、注射器、FA2004分析天平、滴液漏斗、冷凝管、锥形瓶、IOmL移液管、碱式滴定管。I. 3 聚合注在下面的内容中，除非特殊说明，将“重量份”仅表示为“份”，“重量％”仅表示为 “％，，。物料准备N-乙烯基丁内酰胺单体与水之比为4:161:12、复合多元引发剂O. 59Γ5. 0% (以N-乙烯基丁内酰胺为基准)、催化剂O. 19Γ5. 0% (以N-乙烯基丁内酰胺为基准)、少量活化剂用以调节反应体系pH、链转移剂O. 19Γ10% (以N-乙烯基丁内酰胺为基准)；其中引发剂可以是过氧化氢、叔丁基过氧化氢、叔戊基过氧化氢、过二硫酸、过二硫酸钾、过硫酸钾、偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈中的几种；活化剂可以是氨水、氢氧化钠、三乙醇胺、羟铵盐、碳酸钠等；催化剂可以是硫酸亚铁、氯化亚铁、硫酸铜等中的一种或几种金属硫酸盐的低浓度水溶液；链转移剂可以是乙醇、正丙醇、异丙醇、十二烷基硫醇、亚硫酸盐等中的一种或几种。操作步骤在带有回流冷凝管和搅拌器的三口烧瓶中先加入水的总量的45%，通队搅拌下加入N-乙烯基丁内酰胺单体总量的30%、复合多元引发剂A即以无机过氧化物为主的复合多元引发(占引发剂总量的35%)、催化剂总量的70%以及至少加入链转移剂总量的70%，再用适量活化剂调节溶液pH至7. 0-8. O,油浴加热升温至60-85°C，反应开始4_9小时内分数次加入剩余全部单体、复合多元引发剂B即以有机过氧化物为主的复合多元引发齐U(占引发剂总量的35%)、剩余所有催化剂、链转移剂以及剩余水，在此过程中用氨水调节溶液PH为7. 0-8. O,之后80-100°C保温30min后加入复合多元引发剂C即以偶氮类为主的复合多元引发剂(占引发剂总量的30%)，继续保温1-3小时后加入O. 01°/Γ % (以N-乙烯基丁内酰胺为基准)过氧化物再保温2小时，之后温度升至90-120°C加少量酸调节pH至酸性，回流反应1-3小时既可以得到无色透明低分子量均聚N-乙烯基丁内酰胺水溶液，K值在24-31，分子量在30000-50000，干燥即得粉末状低分子量均聚N-乙烯基丁内酰胺I. 4分子量与残单测定I. 4. I分子量的测定重均分子量测定选用Waters 515型凝胶色谱仪,Waters2410示差折光检测器；柱子Waters Ultrahydrogel 500he Ultrahydrogel 120 两柱串联(7. 8X300mm);流动相O. IM硝酸钠水溶液；流速0. 8ml/min ;进样量50微升；柱温40°C ；通常我们用Fikentscher公式的K值来表征均聚N-乙烯基丁内酰胺的分子量，K值是只与分子量有关，不随均聚N-乙烯基丁内酰胺的浓度而改变的参数。测定K值常用的方法是粘度法，乌式粘度计在水浴温度25 ±O. 2°C下，测定该溶液对水的相对粘度1^。根据Fikentscher 公式计算 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为 Fikentscher 常数；c为0. IL溶液中溶解均聚N-乙烯基丁内酰胺的克数nr为相对黏度(溶液流出时间与纯溶剂流出时间的比值T/T。)I. 4. 2残留单体的含量I)碘量法均聚N-乙烯基丁内酰胺中残留单体含量的测定是参照美国药典第21版规定的方法。取IOg均聚N-乙烯基丁内酰胺(准确至O. 002g,以无水物计)，溶于80ml蒸懼水中，加入Ig醋酸钠,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分钟，然后用O. I mol/L的硫代硫酸钠滴定过量的碘，当接近终点时加3ml的淀粉指示剂，继续滴定至溶液颜色消失，同时与空白实验对照。结果计算NVP (%) = ( H2)xcx0.106 χ 100
m式中=V1—滴定空白样品所消耗的碘标准溶液体积(mL)；V2—滴定样品所消耗的碘标准溶液体积(mL)；c——碘标准液的浓度(mol/L)；0. 106——I mmol/LN-乙烯基丁内酰胺(NVP)的质量(g)；m——样品的质量(g)。2)气相色谱法(廖列文，康正，崔英德.气相色谱法测定PVP中残余单体的研究，现代化工，1997 (增刊)97)(略)2. I温度的影响引发剂在引发反应聚合时，只有当热能达到引发剂的分解活化能，引发剂才能引发反应聚合。因此，在引发反应时需要将反应体系放置于一定温度下。以过氧化氢为引发齐U，通过不同温度下对反应产品质量影响分析，结果如下表2 表2:温度的影响
权利要求
1.一种低残单低分子量均聚N-乙烯基丁内酰胺的合成方法，其特征在于， 采用质量比为4:16 8:12的N-乙烯基丁内酰胺单体与水，再以N-乙烯基丁内酰胺单体为基准，采用O. 59Γ5. 0%重量的复合多元引发剂、O. 19Γ5. 0%重量的催化剂和O. 1°/Γ 0%重量的链转移剂，其中复合多元引发剂中以无机过氧化物为主的复合多元引发剂占35%重量，以有机过氧化物为主的复合多元引发剂占35%重量，以偶氮类为主的复合多元引发剂占30%重量；惰性气体存在条件下，首先加入水总重量的45%、N-乙烯基丁内酰胺单体总重量的30%、以无机过氧化物为主的复合多元引发剂、催化剂总重量的70%和链转移剂总重量的至少70%，用活化剂调节反应体系pH至7. 0-8. 0，在聚合温度60-85°C进行反应，反应开始4-9小时内分批次加入剩余水、剩余N-乙烯基丁内酰胺单体、以有机过氧化物为主的复合多元引发剂、剩余催化剂和剩余链转移剂，期间用活化剂调节反应体系pH至7. 0-8. O,然后80-100°C保温30分钟后加入以偶氮类为主的复合多元引发剂，继续保温1-3小时后加入N-乙烯基丁内酰胺单体总重量的O. 019Tl%的过氧化物再保温2小时，然后在温度90-120°C加酸调节pH至酸性，回流反应1-3小时得到无色透明低分子量均聚N-乙烯基丁内酰胺水溶液，干燥即得粉末状低残单低分子量均聚N-乙烯基丁内酰胺，K值在24-31，分子量在30000-50000，残单在IOppm以下。
2.根据权利要求I所述的低残单低分子量均聚N-乙烯基丁内酰胺的合成方法，其特征在于，所述复合多元引发剂选自过氧化氢、叔丁基过氧化氢、叔戊基过氧化氢、过二硫酸、过二硫酸钾、过硫酸钾、偶氮二异丁腈和偶氮二异庚腈中的两种以上。
3.根据权利要求2所述的低残单低分子量均聚N-乙烯基丁内酰胺的合成方法，其特征在于，所述的以无机过氧化物为主的复合多元引发剂是以过氧化氢为主的过氧化氢与叔丁基过氧化氢混合液；所述的以有机过氧化物为主的复合多元引发剂是以叔丁基过氧化氢为主的叔丁基过氧化氢与过氧化氢混合液；所述的以偶氮类为主的复合多元引发剂是以偶氮二异庚腈为主的偶氮二异庚腈与叔丁基过氧化氢混合液。
4.根据权利要求I所述的低残单低分子量均聚N-乙烯基丁内酰胺的合成方法，其特征在于，所述催化剂选自硫酸亚铁水溶液、氯化亚铁水溶液和硫酸铜水溶液中的一种或几种。
5.根据权利要求I所述的低残单低分子量均聚N-乙烯基丁内酰胺的合成方法，其特征在于，所述链转移剂选自乙醇、正丙醇、异丙醇、十二烷基硫醇和亚硫酸盐中的一种或几种。
6.根据权利要求I所述的低残单低分子量均聚N-乙烯基丁内酰胺的合成方法，其特征在于，所述活化剂是氨水、氢氧化钠、三乙醇胺、羟铵盐或碳酸钠。
7.根据权利要求I所述的低残单低分子量均聚N-乙烯基丁内酰胺的合成方法，其特征在于，所述过氧化物是过氧化氢或叔丁基过氧化氢。
8.根据权利要求I所述的低残单低分子量均聚N-乙烯基丁内酰胺的合成方法，其特征在于，所述酸是醋酸或柠檬酸。
全文摘要
本发明涉及一种低残单低分子量均聚N-乙烯基丁内酰胺的合成方法，采用质量比为4:16~8:12的N-乙烯基丁内酰胺单体与水，再以N-乙烯基丁内酰胺单体为基准，采用0.5%~5.0%重量的复合多元引发剂、0.1%~5.0%重量的催化剂和0.1%~10%重量的链转移剂，在惰性气体存在条件下，分批加入上述原料，用活化剂调节反应体系pH至7.0-8.0，在聚合温度60-85℃进行反应；最后再加入过氧化物保温2小时后用酸调节体系pH至酸性保持1-3h，得到无色透明的均聚N-乙烯基丁内酰胺水溶液，经干燥即得K值在24-31，残单低于10ppm的粉末状低分子量均聚N-乙烯基丁内酰胺。本发明设计巧妙，制备简单，制备出的低残单低分子量均聚N-乙烯基丁内酰胺的残单在10ppm以下、K值24-31，适于大规模推广应用。
文档编号C08F4/04GK102633925SQ201210154910
公开日2012年8月15日 申请日期2012年5月16日 优先权日2012年5月16日
发明者刘薇, 吴美玲, 王宇, 陈占 申请人:上海宇昂化工科技发展有限公司