[发明专利]基于生物丙烯酰胺和丙烯酸生产阴离子水溶性聚合物的方法

说明书

一种用于生产阴离子水溶性聚合物的方法，所述聚合物通过丙烯酸和通过生物催化反应获得的丙烯酰胺的聚合反应而获得，所述方法包括以下步骤：通过将丙烯酸和水混合来制备丙烯酸稀释溶液，其中丙烯酸与水的质量比为95∶5至70∶30；制备生物丙烯酰胺与水的稀释溶液，其中生物丙烯酰与水的质量比为60∶40至10∶90；混合所述丙烯酸稀释溶液和生物丙烯酰胺的所述稀释溶液；混合部分或全部中和丙烯酸的酸性官能团；以及使所得混合物聚合。

技术领域

本发明涉及基于丙烯酸和通过生物催化反应获得的丙烯酰胺生产阴离子水溶性聚合物的方法。

背景技术

丙烯酰胺最初通过其中在硫酸和水的存在下加热丙烯腈的硫酸水解方法来获得。该方法已经被铜催化剂方法代替，在铜催化剂方法中，丙烯酰胺通过在铜催化剂如铜金属、还原铜的存在下使丙烯腈直接水合来获得，但是，该催化剂方法由于苛刻条件引起副反应。

开发了其中使用微生物腈水合酶来生产高纯度丙烯酰胺的生物催化方法。所述高纯度丙烯酰胺通常称为生物丙烯酰胺(bioacrylamide)。

丙烯酰胺被广泛用作生产水溶性聚合物的起始材料，所述水溶性聚合物可以用作例如水处理、污泥脱水或造纸工艺中的絮凝剂；或者用作例如三次采油工艺中的增稠剂或化妆品组合物中的增稠剂。

丙烯酸也是与丙烯酰胺组合使用以生产阴离子水溶性聚合物的非常常见的单体。

尽管基于丙烯酰胺和丙烯酸的阴离子水溶性聚合物取得了很大的改进，但是仍然需要改善这些聚合物的溶解度和性能。

发明内容

出乎意料地发现，在将丙烯酸与稀释的生物丙烯酰胺混合之前用水以特定比例稀释丙烯酸实现了这些目标。

在本发明中，术语“生物丙烯酰胺”用于替代术语通过生物催化反应获得的丙烯酰胺。

本发明提供了一种用于生产阴离子水溶性聚合物的方法，所述聚合物通过丙烯酸和生物丙烯酰胺的聚合反应而获得，所述方法包括以下步骤：

-通过将丙烯酸和水混合来制备丙烯酸稀释溶液，其中丙烯酸与水的质量比为95∶5至70∶30；

-制备生物丙烯酰胺与水的稀释溶液，其中生物丙烯酰胺与水的质量比为60∶40至10∶90；

-将所述丙烯酸稀释溶液与生物丙烯酰胺的所述稀释溶液混合；

-部分或全部中和丙烯酸的酸官能团；

-使所得混合物聚合。

发现在将生物丙烯酰胺和丙烯酸混合时，形成低聚物。最常见的低聚物是丙烯酸的二聚物和三聚物。这些低聚物对于用生物丙烯酰胺和丙烯酸制成的聚合物的品质是不利的。低聚物质可通过迈克尔加成(Michael addition)或自由基反应或离子聚合来形成。

出乎意料地发现，当在使丙烯酸和生物丙烯酰胺混合之前用水稀释丙烯酸使得丙烯酸与水的质量比为95∶5至70∶30并用水稀释生物丙烯酰胺使得生物丙烯酰胺与水的质量比为60∶40至10∶90时，低聚物的量显著减少，进而允许产生具有提高的溶解度和更好性能的阴离子水溶性聚合物。

优选地进行中和步骤使得至少40％，更优选至少50％的丙烯酸官能团被中和。丙烯酸官能团可以被完全中和，并且可以添加额外的碱以达到基于碱的理论添加量过量多至10％，从而完全中和丙烯酸官能团。可以使用任何种类的碱来中和丙烯酸官能团。NaOH、KOH和NH₄OH是优选的。

所使用的水优选为蒸馏水或纯化水。

在一个优选实施方案中，生物丙烯酰胺的水溶液不包含不是通过生物催化反应获得的丙烯酰胺。所述溶液优选地包含生物丙烯酰胺、水和多至1重量％的稳定剂。