CN105820318B - 一种常压微波辐射制备可生物降解材料聚β-羟基丁酸酯的方法 - Google Patents

一种常压微波辐射制备可生物降解材料聚β-羟基丁酸酯的方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于化学合成技术领域,具体公开了一种常压微波辐射制备可生物降解材料聚β‑羟基丁酸酯的方法。所述方法具体步骤为:将一定量的3‑羟基丁酸乙酯置于反应容器,加入催化剂,然后在常压条件下、连续微波辐射加热10min~50min,制得粘均分子量为12383~133131.8g/mol的聚β‑羟基丁酸酯产物。根据本发明的技术方案,在连续微波辐射状态下制备PHB的时间不超过1小时,比传统方法的反应时间更少。本发明方法显著缩短反应时间,简化制备工艺,降低生产成本。

Description

一种常压微波辐射制备可生物降解材料聚β-羟基丁酸酯的 方法
技术领域
本发明属于化学合成技术领域,具体涉及一种常压微波辐射制备可生物降解材料聚β-羟基丁酸酯的方法。
背景技术
聚β-羟基丁酸酯(PHB)是一种带羟基的烷酸酯类聚合物,具有良好得可生物降解性、压电性、生物相容性和光学活性等性能,是聚羟基脂肪酸酯类产品中应用最广泛的产品之一,常可用作热塑性高分子材料在医学、化工等领域使用。
目前PHB主要通过生物发酵法和化学合成法制备。但是生物发酵法制备PHB的周期长,成本高,合成产品的价格较高,在一定程度上限制了其推广应用。化学合成法制备PHB的周期较短,但是合成产物的分子量相对较低。
王加宁等人在专利(中国,授权公告号:CN1216090C)中采用乙醛为原料合成β-羟基丁醛,再氧化生成β-羟基丁酸,酯化后生成β-羟基丁酸乙酯;利用合成的β-羟基丁酸乙酯在催化剂钛酸异丙酯作用下,通入氮气保护,绝压1kPa-7Pa,反应温度150-170℃,反应时间20-30小时左右,合成聚合度为15.4、分子量为1382.4g/mol的PHB。
“聚羟基丁酸酯的化学合成及生物降解性[J].王加宁,杨合同,马沛生,等.化学工业与工程.2005(02):100-103.”在油浴加热下利用钛酸四丁酯催化3-羟基丁酸乙酯进行聚合,反应温度140-160℃,绝压为0.13×103kPa条件下反应30h后可得聚合度为12.2的PHB产物,摩尔质量为1095.2g/mol。“化学合成法制备聚3-羟基丁酸酯及其共聚物的研究[D].刘峻.天津大学,2006.”以3-羟基丁酸乙酯为原料,分别以草酸钛钾、钛酸四丁酯为催化剂在氩气保护下进行反应,反应温度为140℃,反应时间为8小时,产物颜色变深,并无明显聚合反应现象。
将微波技术引入化学合成领域近年来方兴未艾,在化学反应过程中微波的使用可以促进化学反应进程。微波加热具有选择性,不需与物质直接接触,且可以内外同时加热,相比于传统的加热合成方式,微波辐照条件下的反应时间明显缩短。目前,利用微波辐射法合成聚β-羟基丁酸酯国内外暂未见相关报道。
发明内容
为解决现有技术的缺点和不足之处,本发明的目的在于提供一种常压微波辐射制备可生物降解材料聚β-羟基丁酸酯的方法。该方法在聚合过程中无需氮气保护,无需抽真空,可简化反应条件、大大缩短反应时间,同时得到较高分子量的PHB产物。
本发明目的通过以下技术方案实现:
一种常压微波辐射制备可生物降解材料聚β-羟基丁酸酯的方法,包括以下步骤:将一定量的3-羟基丁酸乙酯置于反应容器,加入催化剂,然后在常压条件下、连续微波辐射下加热10min~50min,制得粘均分子量为12383~133131.8g/mol的PHB产物。
本发明中所用催化剂为钛酸四丁酯,催化剂与原料3-羟基丁酸乙酯体积比例范围为1:3~1:6。
所述连续微波辐射功率为200W~400W,无需惰性气体保护、无需抽真空,反应期间测得体系反应温度140~210℃。
所述连续微波辐射时间优选为15min~40min。
本发明加热方式采用连续微波辐射加热,区别于普通家用微波炉的间歇加热方式;反应过程不需要引入氮气、氩气等惰性气体,操作简单便捷;
本发明方法中不抽真空可少耗能、简化工艺操控难度,3-羟基丁酸乙酯常压下沸点为177℃,随着真空度的增加,其沸点会随之降低,在维持140~210℃的反应温度下,部分原料会蒸发而被抽出反应体系,影响产量。
与现有技术相比,本发明具有以下优点及有益效果:
根据本发明的技术方案,在连续微波辐射状态下制备PHB的时间不超过1小时,比传统方法的反应时间更少。本发明方法显著缩短反应时间,简化制备工艺,降低生产成本。
附图说明
图1为本发明实施例的反应装置图,图中:1-微波合成仪,2-控制面板,3-温度传感器,4-特制双口圆底烧瓶,5-冷凝管,6-接收瓶。
图2为本发明实施例1-9制得的产品的红外图谱。
图3为本发明部分实验条件下反应体系温升曲线图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步详细的描述,但本发明的实施方式不限于此。以下实施例中反应装置图如图1所示,使用的微波合成仪能实现连续微波辐射加热。
实施例1:
将30mL 3-羟基丁酸乙酯置于250mL特制圆底烧瓶中,加入5mL质量浓度为98%的钛酸四丁酯。将烧瓶置于微波合成仪中加热,在常压条件、辐射功率为320W下反应30min,得产物聚β-羟基丁酸酯。经检测,产物的粘均分子量为30597.2g/mol。
实施例2:
将30mL 3-羟基丁酸乙酯置于250mL特制圆底烧瓶中,加入9mL质量浓度为98%的钛酸四丁酯。将烧瓶置于微波合成仪中加热,在常压条件、辐射功率为320W下反应30min,得产物聚β-羟基丁酸酯。经检测,产物粘均分子量为19431.1g/mol。
实施例3:
将30mL 3-羟基丁酸乙酯置于250mL特制圆底烧瓶中,加入7mL质量浓度为98%的钛酸四丁酯。将烧瓶置于微波合成仪中加热,在常压条件、辐射功率为300W下反应35min,得产物聚β-羟基丁酸酯。经检测,产物粘均分子量为133131.8g/mol。
实施例4:
将30mL 3-羟基丁酸乙酯置于250mL特制圆底烧瓶中,加入7mL质量浓度为98%的钛酸四丁酯。将烧瓶置于微波合成仪中加热,在常压条件、辐射功率为320W下反应40min,得产物聚β-羟基丁酸酯。经检测,产物粘均分子量为12383g/mol。
实施例5:
将30mL 3-羟基丁酸乙酯置于250mL特制圆底烧瓶中,加入7mL质量浓度为98%的钛酸四丁酯。将烧瓶置于微波合成仪中加热,在常压条件、辐射功率为400W下反应15min,得产物聚β-羟基丁酸酯。经检测,产物粘均分子量为29926.7g/mol。
实施例6:
将30mL 3-羟基丁酸乙酯置于250mL特制圆底烧瓶中,加入7mL质量浓度为98%的钛酸四丁酯。将烧瓶置于微波合成仪中加热,在常压条件、辐射功率为300W下反应20min,得产物聚β-羟基丁酸酯。经检测,产物粘均分子量为17690.5g/mol。
实施例7:
将30mL 3-羟基丁酸乙酯置于250mL特制圆底烧瓶中,加入7mL质量浓度为98%的钛酸四丁酯。将烧瓶置于微波合成仪中加热,在常压条件、辐射功率为200W下反应35min,得产物聚β-羟基丁酸酯。经检测,产物粘均分子量为19926.4g/mol。
实施例8:
将30mL 3-羟基丁酸乙酯置于250mL特制圆底烧瓶中,加入7mL质量浓度为98%的钛酸四丁酯。将烧瓶置于微波合成仪中加热,在常压条件、辐射功率为260W下反应35min,得产物聚β-羟基丁酸酯。经检测,产物粘均分子量为23536.1g/mol。
实施例9:
将30mL 3-羟基丁酸乙酯置于250mL特制圆底烧瓶中,加入7mL质量浓度为98%的钛酸四丁酯。将烧瓶置于微波合成仪中加热,在常压条件、辐射功率为340W下反应35min,得产物聚β-羟基丁酸酯。经检测,产物粘均分子量为33365.1g/mol。
对比例1:
将30mL 3-羟基丁酸乙酯置于250mL特制圆底烧瓶中,加入8mL质量浓度为98%的钛酸四丁酯。将烧瓶置于微波合成仪中加热,在常压条件、辐射功率为100W下反应35min,无聚合反应现象,无产物生成,说明微波辐射功率过低无法制得PHB。
对比例2:
将30mL 3-羟基丁酸乙酯置于250mL特制圆底烧瓶中,加入7mL质量浓度为98%的钛酸四丁酯。将烧瓶置于微波合成仪中加热,在常压条件、辐射功率为150W下反应50min,无聚合反应现象,无产物生成,说明微波辐射功率较低的情况下,即使延长微波辐射时间仍无法制得PHB。
对比例3:
将30mL 3-羟基丁酸乙酯置于250mL特制圆底烧瓶中,加入6mL质量浓度为98%的钛酸四丁酯。将烧瓶置于微波合成仪中加热,在常压条件、辐射功率为450W下反应10min,无聚合反应现象,无产物生成。此外,在本对比例的工艺条件下,反应时间超过1小时则产物会出现炭化变黑现象,产物也会解聚,分子量变低。
对比例4:
将30mL 3-羟基丁酸乙酯置于250mL特制圆底烧瓶中,加入4mL质量浓度为98%的钛酸四丁酯。将烧瓶置于微波合成仪中加热,在常压条件、辐射功率为300W下反应20min,因催化剂用量较少,只有极少量产物生成,无法测定其分子量。
对比例5:
将30mL 3-羟基丁酸乙酯置于250mL特制圆底烧瓶中,加入7mL质量浓度为98%的钛酸四丁酯。将烧瓶置于家用微波炉中加热,在常压条件、辐射功率为400W下反应40min,无聚合反应现象,无产物生成,说明间歇式的微波加热不能制得PHB。
用傅立叶红外光谱仪对产物进行扫描,通过扫描后红外谱图显示的特征峰值来判断产物是否具有PHB应有的官能团,从而判断产物是否为PHB。实施例1-9制得的产品的红外图谱见图2。图2中聚合产物在1739cm-1附近有强的C=O伸缩振动峰,在1101cm-1、1136cm-1和1186cm-1处有C-O-C伸缩振动峰,说明聚合产物中有-COO-的存在;在1450cm-1、2939cm-1和2986cm-1处分别有-CH3、-CH2和-CH的弯曲振动峰和伸缩振动峰;在3500cm-1左右出现的较强的-OH的吸收峰;综上分析可判断产物具有PHB所具备的全部特征官能团。
图3为本发明部分实验条件下反应体系温升曲线图,从图中可看到本发明方法反应期间测得体系反应温度140~210℃。
上述实施例为本发明较佳的实施方式,但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制,其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化,均应为等效的置换方式,都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种常压微波辐射制备可生物降解材料聚β-羟基丁酸酯的方法,其特征在于,包括以下步骤:将一定量的3-羟基丁酸乙酯置于反应容器,加入催化剂,然后在常压条件下、连续微波辐射加热35min,制得粘均分子量为133131.8g/mol的聚β-羟基丁酸酯产物;所述催化剂为钛酸四丁酯,所述催化剂与3-羟基丁酸乙酯体积比为7:30,所述连续微波辐射功率为300W。
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1900141A (zh) * 2006-07-12 2007-01-24 哈尔滨工业大学 微波辐射原位制备聚乳酸/聚乙二醇共聚物的方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103483562A (zh) * 2013-09-26 2014-01-01 南京年吉冷冻食品有限公司 一种聚羟基丁酸酯的化学合成方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1900141A (zh) * 2006-07-12 2007-01-24 哈尔滨工业大学 微波辐射原位制备聚乳酸/聚乙二醇共聚物的方法

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