CN1422886A - 交联聚天冬氨酸树脂的生产方法 - Google Patents

交联聚天冬氨酸树脂的生产方法 Download PDF

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玉谷弘明
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Abstract

本发明公开了一种高产率制备具有生物降解能力和高吸水性交联聚天冬氨酸树脂的方法。该方法的特征包括下面步骤之一:(a)一种由分散剂而呈分散态的聚琥珀酰亚胺与一种交联剂反应以制备交联聚天冬氨酸树脂;(b)在控制生成的凝胶的溶胀度情况下,使交联聚琥珀酰亚胺中的酰亚胺环进行水解反应,从而制备交联聚天冬氨酸树脂;(c)将由交联剂与聚琥珀酰亚胺的溶液在有机溶剂中反应而得的交联聚琥珀酰亚胺凝胶进行分解,使交联聚琥珀酰亚胺中的酰亚胺环进行水解反应,从而制备交联聚天冬氨酸树脂。视需要,该方法也可包括一种或多种下面的步骤:(d)用水和/或一种可与水混溶的有机溶剂洗涤交联聚天冬氨酸树脂的凝胶;及(e)使用一种作为交联剂的碱性氨基酸来制备交联聚琥珀酰亚胺。

Description

交联聚天冬氨酸树脂的生产方法
本申请是申请号为98109413.9申请的分案申请,该母案的申请日是1998年3月21日。
技术领域
本发明涉及一种生产具有(生物)降解能力和高吸水性的交联聚天冬氨酸树脂的方法,同时本发明也涉及一种生产用作交联聚天冬氨酸树脂前体的交联聚琥珀酰亚胺的方法。
背景技术
超强吸收性聚合物为一种能够吸水几十倍至几千倍于自身重量的树脂,使用于卫生产品,如卫生巾和一次性尿布,同时也用于其它各种领域。
应用于此的超强吸收性聚合物的公知例子包括交联的聚丙烯酸的部分中和产物(JP公开No.55-84304,U.S.Pat.No.4,625,001),淀粉—丙烯腈共聚物的部分水解产物(JP公开46-43995),淀粉—丙烯酸接枝共聚物(JP公开51-125468),醋酸乙烯酯—丙烯酸酯共聚物的水解产物(JP公开52-14689),2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸与丙烯酸的交联共聚物(EP0068189),阳离子单体的交联聚合物(U.S.Pat.No.4,906,717),以及交联的异丁烯—马来酸酐共聚物的水解产物(U.S.Pat.No.4,389,513)。
然而,随之而来的问题是,这些超强吸收性聚合物在使用后的处理时不能降解。
在这种情况下,这些超强吸收性聚合物一般通过焚烧或回收处理。但应当指出的是,除了在焚烧时产生热量而损害焚烧炉材料的原因外,焚烧炉中的处理是全球变暖和酸雨的一个原因。另一方面,伴随回收处理的问题如由塑料的体积庞大和非降解性而使回收渣的稳定性差,而且正面临的严重问题是,不再有许多适合回收的地点。
进一步地讲,这些聚合物具有差的降解能力,半永久地保持在水中或土壤里。从环境保护的观点看,它们的处理存在着严重的问题,例如,在由卫生产品如一次性尿布和卫生巾导致的聚合物处理时,它们的回收,如果进行,将需要大量的花费,而如果进行焚烧,基于其所含数量巨大,将必然影响到地球环境。另外,据报道,使用交联的聚丙烯酸树脂作为农业和园艺持水材料导致络合物的形成,该络合物在土壤里带有如Ca2+的多价离子而形成一种不溶层[Matsumoto et al.,KOBUNSHI(High Polymer,Japan),42,August,1993]。据认为此层自身具有低毒性,但在自然界中未完全发现。关于此种聚合物在土壤中长期堆积而对生态系统产生的影响还一无所知,因此需要一次彻底的调研。因而对它们的使用应采取谨慎态度。同样地,非离子树脂存在一潜在问题,即由于其非降解性而堆积在土壤中,尽管它们不形成络合物。因此,它们很可能对自然界产生不利的影响。
更进一步地,这些聚合树脂使用对人体皮肤等有高毒性的单体,已经做了大量的工作以消除这些来自于聚合产物的单体,但完全消除是困难的,特别对于工业规模的产品,预期的困难更大。[具有生物降解能力的超强吸收性聚合物的技术背景]
另一方面,生物降解聚合物作为“地球—相容材料”,近年来正引起人们的兴趣。它们也被建议用作超强吸收性聚合物。
用于此的生物降解超强吸收性聚合物的公知例子,包括交联的聚环氧乙烷(JP公开6-157795,等),交联的聚乙烯醇,交联的羧甲基纤维素(U.S.Pat.No.4,650,716),交联的藻酸,交联的淀粉,以及交联的聚氨基酸。其中,交联的聚环氧乙烷和交联的聚乙烯醇具有低吸水性而不是特别适合用作需要高吸水性产品的材料,如卫生产品,一次性尿布,抹布和纸巾。
而且,这些配料仅可借助某些特定的菌种来降解,因此在通常情况下,它们降解缓慢或完全不能发生。此外,当分子量较大时将极大地降低其生物降解能力。
此外,交联的糖类如交联的羧甲基纤维素,交联的藻酸,交联的淀粉,在它们的分子中含有很多坚固的氢键,在分子和/或聚合物之间具有强的相互作用。据此,分子链不能广泛地打开,这就意味着它们的吸水性不是很高。[聚氨基酸超强吸收性聚合物的技术背景]
另一方面,可通过交联多元氨基酸得到的聚合物确实具有生物降解能力,同时与全球环境相协调。现也已发现,它们即使被人体吸收,也可通过酶作用而消化和吸收。而且,它们在体内不显抗原性,其代谢物无毒。因此,这些聚合物作为一种材料,对人类也是安全的。
作为此类聚合物公开的例子,一种生产高吸水性聚合物产品的方法(包括使用γ射线辐照聚-γ-谷氨酸),见于Kunioka等在KOBUSHI RONBUNSHU中的报告(The Joural of the Society of Polymer Science,Japan),50(10),755(1993)。然而,从工业化角度上看,用于该技术的60Co辐照系统需要许多设备来屏蔽射线,对其控制需要特别注意,因此,这项技术不实用。一个长远问题是,作为原料的聚谷氨酸的高额费用也必须考虑在内。
此外,通过交联酸性氨基酸获取水凝胶的方法见于报道,Akamatsu等,U.S.Pat.No.3,948,863(相应于JP kokoku 52-41309)和Iwatsuki等,JP Kokai 5-279416。进一步地,使用交联的氨基酸聚合物作为超强吸收性聚合物见于报道,Sikes等,JP PCT Kokai 6-506224(相应于U.S.Pat.No.5247068和U.S.Pat.No.5284936),Suzuki等,JP Kokai 7-309943和Harada等,JP kokai 8-59820。
然而,在所有上述报道中,聚合物均不具备足够的吸水性或吸盐水性以及实用性。而且,随之而来的问题是,它们的凝胶具有低的强度,随着时间的流逝而变得发粘。
如在JP特许公开7-224163中所描述,本发明人公开了一种生产具有高盐水吸收性的交联聚天冬氨酸树脂的技术,其包括使用一种交联剂与聚琥珀酰亚胺进行反应,然后水解残余的酰亚胺环。
另外,如在JP特许公开9-169840中所描述,本发明人也公开了一种生产具有高盐水吸收性的交联聚天冬氨酸树脂的技术,其包括交联聚琥珀酰亚胺,然后,在一种可与水混溶的有机溶剂和水的紧密混合溶剂中,以水解残余的酰亚胺环。
对于地球—相容性和高吸水性来说,由这些技术获得的交联聚天冬氨酸树脂是非常有用的。然而,从工业化的角度,还存在有待提高之处。具体地讲,由这些生产方法生产的交联聚天冬氨酸树脂的浓度低至5wt%,这表明其在容积效率上还有待提高。而且,按照本发明人的学识,在生产交联聚天冬氨酸树脂过程中,在水中水解交联聚琥珀酰亚胺的酰亚胺环将使反应体系中的树脂吸水和溶胀,从而明显地导致凝胶化。这就使反应体系的搅拌变得困难。水解试剂不能再进行分散,以至于使反应不能充分进行。其结果是如此制备的交联聚天冬氨酸树脂不具有高吸水性。另外,在有机溶剂或含高比例有机溶剂的混合溶剂中进行水解将使反应体系中的树脂仅在树脂粒子表面进行水解反应,以至于水解的反应速度变得非常低。这同样导致如此制备的交联聚天冬氨酸树脂不具有高吸水性。
本发明人发现,如上所述制备的交联聚天冬氨酸树脂含有水溶性杂质如水溶性聚合物和盐类。相应地,它们具有有待提高之处,如提高其凝胶强度,去除凝胶表面的胶粘性,以及提高对含盐水溶液的吸收性。
在JP公开7-224163的生产方法中,全部控制生产交联聚琥珀酰亚胺步骤的缺陷是不能使交联反应完全进行,因此不能获得具有高吸水性的超强吸收性树脂。按照JP公开9-169840公开的生产方法,在交联聚琥珀酰亚胺的生产步骤中,树脂在交联反应期间吸收反应溶剂,由此该反应体系被固化。这使得在搅拌下进行反应很困难,或反应的后处理变得非常困难。因此,这种生产方法不适合工业化的生产。作为交联聚天冬氨酸树脂前体的聚琥珀酰亚胺的生产方法在诸如简化,改善控制方法及其工艺步骤等方面还有待提高。
在公开的日本专利JP7-224163和JP9-169840中描述了使用多胺作为交联剂的碱性氨基酸如赖氨酸或鸟氨酸,从残留的未反应交联剂和分解产物的安全性上考虑,这种使用为优选。然而,在这些出版物中特别指出的碱性多元氨基酸存在着一些问题,如它们具有低的反应活性等,尽管使用它们的酯可以提高其反应活性,但这些酯本身是昂贵的。
发明的内容
本发明的总的目的是进一步改善本发明人已公开的发明。
特别地,本发明的第一个目的是提供一种方法,该方法通过水解交联聚琥珀酰亚胺中的酰亚胺环,可容易地以高体积效率制备出具有高吸水性的交联聚天冬氨酸树脂。
本发明的第二个目的是提供一种制备交联聚天冬氨酸树脂的方法,通过在提纯树脂过程中除去水溶性副产物,该树脂具有优良的凝胶强度,改善凝胶表面上的胶粘性。
本发明第三个目的是提供一种经简单步骤就可以制备作为交联聚天冬氨酸树脂前体的交联聚琥珀酰亚胺的方法。
本发明第四个目的是提供一种制备交联聚天冬氨酸树脂的方法,其中,为了获得具有优良安全性的交联聚天冬氨酸树脂,将碱性氨基酸如赖氨酸或鸟氨酸用作安全性优良的交联剂进行有效地反应。
第一个目的可以通过交联聚天冬氨酸树脂的制备方法来达到,即,使交联聚琥珀酰亚胺中的酰亚胺环进行水解反应,其中的水解反应在反应体系中树脂溶胀度控制为3~100倍的情况下进行。
可以使树脂凝胶化的程度达到最佳,条件是,设定水解的反应条件如水和可与水混溶有机溶剂的比,盐的浓度及温度,以使水解反应在保持3~100倍溶胀度下进行。其结果是可以加快水解速度,使水解反应进行得完全。作为一种结果,获得吸水性得以提高的交联聚天冬氨酸树脂。此外,还可以容易地进行搅拌。这能够增加反应体系中树脂的浓度,因而获得比较高的体积效率。
第二个目的可以通过交联聚天冬氨酸树脂的制备方法来达到,其中包括用水或可与水混溶的有机溶剂洗涤或再沉淀进料交联聚天冬氨酸树脂的凝胶。
用水或可与水混溶的有机溶剂洗涤或再沉淀凝胶可以获得吸水性和凝胶强度均得以提高的交联聚天冬氨酸树脂。据信这归因于去除了含在树脂凝胶中且有害于树脂性质的水溶性组份,如单体,低聚物,以及无机或有机盐。
第三个目的可以通过交联聚琥珀酰亚胺树脂的制备方法来达到,包括使用交联剂与原料聚琥珀酰亚胺进行反应,其中的原料聚琥珀酰亚胺已通过一种分散剂而处于分散状态。
当上述处于分散态的原料聚琥珀酰亚胺进行交联反应时,可以省略需要避免过度凝胶化的过程控制,并使交联反应进行得很好。因此,可以通过简单的方法,高产量地获得用作具有(生物)降解能力和高吸水性交联聚天冬氨酸树脂前体的交联聚琥珀酰亚胺。
第一个和第三个目的也可以通过交联聚天冬氨酸树脂的制备方法来达到,包括分解由于在交联反应中含有机溶剂而胶凝的交联聚琥珀酰亚胺的凝胶,使保留的酰亚胺环进行水解,尽管凝胶的水解处以前是非常困难的。
第四个目的可以通过交联聚天冬氨酸树脂的制备方法来实现,包括使用作为交联剂的碱性氨基酸如赖氨酸或鸟氨酸,以其羧酸盐,优选碱金属或碱土金属盐的形式,使聚琥珀酰亚胺有效地进行交联反应。
本发明的交联聚天冬氨酸树脂基于其生物降解性,在使用之后可以与地球环境相容,因此,在一次性尿布,农业或园艺上的应用等方面作为超强吸收性聚合物是非常有用的。(1)交联聚天冬氨酸树脂的结构
大致地划分,本发明的聚合物主要由主链基本骨架部分,侧链部分和交联部分组成,这三部分将在下面单独描述。[1-1]交联聚天冬氨酸树脂的主链基本骨架
本发明交联聚天冬氨酸树脂的主链基本骨架可以单独为天冬氨酸残基或可以为天冬氨酸与非天冬氨酸的氨基酸的共聚物。附带地,在本发明中,不管其键合的形式如何,聚合物中天冬氨酸的重复单元称之为“聚天冬氨酸残基”。
非天冬氨酸的氨基酸具体例子可以包括除天冬氨酸以外的19种必需的氨基酸,L-鸟氨酸,α-氨基酸系列,β-氨基丙酸,γ-氨基丁酸,中性氨基酸,酸性氨基酸,ω-酸性氨基酸酯,碱性氨基酸,N-取代的碱性氨基酸衍生物,天冬氨酸-L-苯基氨基丙酸二聚物(aspartame);以及氨基磺酸如L-磺基丙氨酸。每一种α-氨基酸可或以旋光物形式(L-或D-)或以外消旋体形式。
而且,聚合物可以是含非氨基酸的重复单元的共聚物。
共聚物重复单元的例子可以是氨基羧酸,氨基磺酸,氨基膦酸,羟基羧酸,巯基羧酸,巯基磺酸,巯基膦酸等脱水缩合产物。
也包括多胺,多元醇,多硫醇,多羧酸,多磺酸,多膦酸,多肼化合物,多氨基甲酰基化合物,多氨磺酰化合物,多氨膦酰化合物(polypHospHonamide),多环氧化合物,多异氰酸酯化合物,多硫代异氰酸酯化合物,多氮丙啶化合物,多氨基甲酸酯化合物,多氨基甲酸化合物,多噁唑啉化合物,含多价反应活性不饱和键的化合物,多价金属化合物等的水合缩合产物,加成产物和取代的衍生物。
对于共聚物,它可以是嵌段共聚物或无规共聚物,也可以是接枝共聚物。
对构成聚天冬氨酸残基重复单元的数目没有特别的限制,但基于构成分子的全部重复单元数目,1~99.8%为优选,其中10~99.8%为更优选。
作为交联聚天冬氨酸树脂主链基本骨架的重复单元,从提供高吸水性的角度,它们优选为单独的天冬氨酸残基或与谷氨酸或赖氨酸的共聚物。从工业化生产的角度,重复单元由天冬氨酸残基单独构成的为特别优选。
聚天冬氨酸主链基本骨架上的酰胺键可以是α-键或β-键。
也就是说,对于聚天冬氨酸或其共聚物,α-键是由氨基或天冬氨酸中的类似物或共聚物的单体与天冬氨酸中的α-羧基键合而成,而β-键是由氨基或类似物与天冬氨酸中的β-羧基键合而成。
此α-键和β-键通常一起存在于聚天冬氨酸中,对键合方式没有特别的限制。
本发明中的侧链基团和交联基团基本上是由聚天冬氨酸中羧酸基团的取代而形成的羧酸衍生物。以下将对它们进行详细描述。[1-2]交联聚天冬氨酸树脂的侧链结构
交联聚天冬氨酸树脂的每一侧链具有这样一种结构,其形成是通过水解使交联聚琥珀酰亚胺中的酰亚胺环打开,并含有水解形成的羧基。交联聚天冬氨酸树脂还可以含有含其它取代基的侧链。这种其它取代基的例子可以包括含一个或多个羟基,氨基,巯基,羧基,磺酸基,膦酸基,烷基,芳基,芳烷基等的侧基,但并不限于此。此侧基可以是没有取代基的烷基,芳基或芳烷基。这些侧基通过酰胺,酯,硫酯等键与聚天冬氨酸残基相连。
由水解而成的每一个羧基可以游离的形式或盐的形式存在。形成盐的离子的具体例子可以包括碱金属离子如钠,钾和锂离子;铵离子如铵,四甲基铵,四乙基胺,四丙基铵,四丁基铵,四戊基铵,四己基铵,乙基三甲基铵,三甲基丙基铵,丁基三甲基铵,戊基三甲基铵,己基三甲基铵,环己基三甲基铵,苄基三甲基铵,三乙基丙基铵,三乙基丁基铵,三乙基戊基铵,三乙基己基铵,环己基三乙基铵和苄基三乙基铵的离子;胺离子如三甲基胺,三乙基胺,三丙基胺,三丁基胺,三戊基胺,三己基胺,三乙醇胺,三丙醇胺,三丁醇胺,三戊醇胺,三己醇胺,二甲胺,二乙胺,二丙胺,二丁胺,二戊胺,二己胺,二环己基胺,二苄基胺,乙基甲基胺,甲基丙基胺,丁基甲基胺,甲基戊基胺,甲基己基胺,甲胺,乙胺,丙胺,丁胺,戊胺,己胺,辛胺,癸胺,十二胺和十六胺的胺离子。
在这些离子中,那些具有小的原子或分子量的为优选,这是由于随着离子的原子或分子量的增加,每单体单元的分子量相应地变大,而每单位重量的吸水性相应地变小。在可能与人的皮肤或类似物发生接触的场合,希望它们具有低毒性,这就意味着钠,钾,锂,铵或三乙醇胺为优选,而从经济的角度来说,使用钠,钾为特别优选。[1-3]交联聚天冬氨酸树脂交联部分的结构
对于交联聚天冬氨酸树脂交联部分,对它们的分子结构没有特别的限制。交联聚天冬氨酸树脂的交联部分可以认为将它们的每一个划分成键合到聚合物主链的基本骨架上的“键合部分”和交联该键合部分的“连接部分”。以下将描述这些划分的部分。[1-3-1]交联聚天冬氨酸树脂交联部分中的键合部分
对在交联聚天冬氨酸树脂交联部分中的键合部分没有特别的限制。它们的具体例子可以包括分别由酰胺键,酯键和硫酯键形成的结构。可以仅含有一种类型的结构,也可以一起含有复合类型的结构。[1-3-2]交联聚天冬氨酸树脂上交联部分的连接部分
对在交联聚天冬氨酸树脂上交联部分的连接部分没有特别的限制。下面为这种连接部分的具体例子。
-CH2-,-CH2CH2-,-CH2CH2CH2-,-CH2CH2CH2CH2-,-(CH2)5-,-(CH2)6-,-(CH2)7-,-(CH2)8-,-(CH2)9-,-(CH2)10-,-(CH2)11-,-(CH2)12-,-(CH2)13-,-(CH2)14-,-(CH2)15-,-(CH2)16-,-(CH2)17-,-(CH2)18-,-CH2CH2O-CH2CH2-,-(CH2CH2O)2CH2CH2-,-(CH2CH2O)3CH2CH2-,-(CH2CH2O)4CH2CH2-,-(CH2CH2O)5CH2CH2-,-(CH2CH2O)6-CH2CH2-,-CH2CH2CH2OCH2CH2CH2-,-(CH2CH2CH2O)2CH2CH2-CH2-,(CH2CH2CH2O)3CH2CH2CH2-,(CH2CH2CH2O)4CH2CH2CH2-,(CH2CH2CH2O)5CH2CH2CH2-,(CH2CH2CH2O)6CH2CH2CH2-, 这些连接部分可以非取代的形式或以被取代基取代的形式存在。取代基的代表例子可以包括含1~18碳原子的线性或支化的烷基;含3~8碳原子的环烷基;芳烷基;取代或非取代的苯基;取代或非取代的萘基;含1~18碳原子的线性或支化的烷氧基;芳烷氧基;苯硫基;含1~18碳原子的线性或支化的硫代烷基;含1~18碳原子的线性或支化的烷基氨基;每一个烷基为线性或支化的且含1~18碳原子的二烷基氨基;每一个烷基为线性或支化的且含1~18碳原子的三烷基铵;羟基,氨基,巯基,羧基,磺酸基和膦酸基及其盐类;烷氧羰基;以及烷基羰氧基。
更具体的例子可以包括烷基如甲基,乙基,丙基,丁基,戊基,己基,庚基,辛基,壬基,癸基,十一烷基,十二烷基,十三烷基,十四烷基,十五烷基,十六烷基,十七烷基,十八烷基;环烷基如环丙基,环丁基,环戊基,环己基,环庚基和环辛基;芳烷基如苄基,苯乙基,苯丙基和苯丁基;苯基如苯基,甲苯基,二甲苯基,氯苯基,和联苯基;萘基如萘基和甲基萘基;烷氧基如甲氧基,乙氧基,丙氧基,丁氧基,戊氧基,己氧基,庚氧基,辛氧基,癸氧基,十一烷氧基,十二烷氧基,十三烷氧基,十四烷氧基,十五烷氧基,十六烷氧基,十七烷氧基和十八烷氧基;芳烷氧基如苯氧基,苄氧基和甲苯氧基;硫代烷基如硫代甲基,硫代乙基,硫代丙基,硫代丁基,硫代戊基,硫代己基,硫代庚基,硫代辛基,硫代壬基,硫代癸基,硫代十一烷基,硫代十二烷基,硫代十三烷基,硫代十四烷基,硫代十五烷基,硫代十六烷基,硫代十七烷基和硫代十八烷基;芳基硫代烷基如硫代苯基,硫代苄基和硫代甲苯基;烷基氨基如甲基氨基,乙基氨基,丙基氨基,丁基氨基,戊基氨基,己基氨基,庚基氨基,辛基氨基,壬基氨基,癸基氨基,十一烷基氨基,十二烷基氨基,十三烷基氨基,十四烷基氨基,十五烷基氨基,十六烷基氨基,十七烷基氨基和十八烷基氨基;二烷基氨基如二甲基氨基,二乙基氨基,二丙基氨基,二丁基氨基,二戊基氨基,二己基氨基,二庚基氨基,二辛基氨基,二壬基氨基,二癸基氨基,二-十一烷基氨基,二-十二烷基氨基,二-十三烷基氨基,二-十四烷基氨基,二-十五烷基氨基,二-十六烷基氨基,二-十七烷基氨基,二-十八烷基氨基,乙基甲基氨基和甲基丙基氨基;三烷基铵基如三甲基铵基,三乙基铵基,三丙基铵基,三丁基铵基,三戊基铵基,三己基铵基,三庚基铵基,三辛基铵基,三壬基铵基,三癸基铵基,三-十一烷基铵基,三-十二烷基铵基,三-十三烷基铵基,三-十四烷基铵基,三-十五烷基铵基,三-十六烷基铵基,三-十七烷基铵基,三-十八烷基铵基,二甲基乙基铵基,二甲基苄基铵基和甲基二苄基铵基;羟基,氨基,巯基,羧基,磺酸基和膦酸基及其盐类;烷氧基羰基如甲氧基羰基,乙氧基羰基,丙氧基羰基,丁氧基羰基,戊氧基羰基,己氧基羰基,庚氧基羰基,辛氧基羰基,壬氧基羰基,癸氧基羰基,十一烷基氧基羰基,十二烷基氧基羰基,十三烷基氧基羰基,十四烷基氧基羰基,十五烷基氧基羰基,十六烷基氧基羰基,十七烷基氧基羰基和十八烷基氧基羰基;以及烷基羰氧基如甲基羰氧基,乙基羰氧基,丙基羰氧基,丁基羰氧基,戊基羰氧基,己基羰氧基,庚基羰氧基,辛基羰氧基,壬基羰氧基,癸基羰氧基,十一烷基羰氧基,十二烷基羰氧基,十三烷基羰氧基,十四烷基羰氧基,十五烷基羰氧基,十六烷基羰氧基,十七烷基羰氧基和十八烷基羰氧基。
在这些有代表性取代基中,那些具有小分子量的为优选,这是由于选择大分子量的导致具有大分子量的交联部分以及每重复单元的分子量相对较大,而由此导致每单位重量的吸水性较小。同时也通常优选能使生产过程简单化的取代基。例如,非取代的连接部分或被取代基(如甲基,乙基,甲氧基,甲氧基羰基和/或甲基羰氧基;羟基,氨基,巯基,羧基,磺酸基和/或膦酸基,和/或其盐类)取代的连接部分。
当交联聚天冬氨酸树脂用作持水材料时,分子中含有极性基团的树脂为优选。相应地,对于交联部分,非取代的且含极性基团或者被含极性取代基(如羟基,氨基,巯基,羧基,磺酸基和/或膦酸基,和/或其盐类)取代的为特别优选。
尽管对这些交联部分的比例没有特别的限制,但有交联部分载于其上的重复单元,以数量计,优选为聚合物全部重复单元的0.1~20%,更优选0.5~10%。[2]聚琥珀酰亚胺的制备方法
尽管对在本发明中实际应用的非交联聚琥珀酰亚胺的制备方法没有特别的限制,但作为一个具体的例子,可以提及在J.Amer.Chem.Soc.,80,3361 et seq.,1958等中给出的方法。
对使用的聚琥珀酰亚胺分子量没有特别的限制,但作为一种持水材料,高的分子量可获得高的能力。其分子量通常为30,000或更高,优选60,000或更高,更优选90,000或更高。
而且,聚琥珀酰亚胺或可以是线性结构或可以是支化结构。[3]交联聚琥珀酰亚胺的制备方法
尽管对在本发明中实际应用的交联聚琥珀酰亚胺的制备方法没有特别的限制,但具有代表性的方法可以包括一种交联剂与聚琥珀酰亚胺溶液在有机溶剂中进行反应的方法,以及一种以被分散剂分散形态的聚琥珀酰亚胺与交联剂进行反应的方法。
可以参考以前的方法,例如,在公开的日本专利JP7-224163中,在有机溶剂存在下,将交联剂加入到聚琥珀酰亚胺溶液中进行交联反应。当这种交联反应达到一种高交联度时,这样就以凝胶的形式获得交联的聚琥珀酰亚胺。然后这种凝胶以此后将要描述的方式进行处理。
另一方面,后一方法为本发明的特征之一。即在本发明中,在由分散剂形成分散态的聚琥珀酰亚胺与交联剂之间的反应可以通过简单的工艺,高产率地获得交联的聚琥珀酰亚胺。作为分散剂的不良溶剂选自基本上不能完全溶解聚琥珀酰亚胺的有机溶剂,而水为优选。
作为该类方法的例子,可以提及下面[3-1]~[3-5]的方法,在该类方法中,聚琥珀酰亚胺通过作为分散剂的不良溶剂(如水和/或其它的不良溶剂)而形成分散态。
[3-1]聚琥珀酰亚胺在作为分散剂的不良溶剂中形成分散态,然后,与交联剂进行反应。
[3-2]聚琥珀酰亚胺溶解在良溶剂中,制备聚琥珀酰亚胺溶液。该溶液用作为分散剂的不良溶剂混合,以使聚琥珀酰亚胺形成分散态,然后,与交联剂进行反应。
[3-3]制备良溶剂与不良溶剂的混合溶剂来作为分散剂。将聚琥珀酰亚胺加入到该混合溶剂中,形成分散态,然后,与交联剂进行反应。
[34]第一步,将聚琥珀酰亚胺溶解在良溶剂中以制备聚琥珀酰亚胺溶液,往其中加入交联剂使交联反应部分地进行。第二步,经过第一步的交联反应,在聚琥珀酰亚胺胶凝之前,加入作为分散剂的不良溶剂以使聚琥珀酰亚胺形成分散态,更进一步进行交联反应。
[3-5]将聚琥珀酰亚胺溶解在良溶剂中以制备聚琥珀酰亚胺溶液,往其中缓慢地加入作为分散剂的不良溶剂,使得聚琥珀酰亚胺形成分散态,然后与交联剂进行反应。
按照方法[3-1],聚琥珀酰亚胺在作为分散剂的不良溶剂中形成分散态。交联反应过程中的聚琥珀酰亚胺既没被溶剂溶解,也没被溶剂溶胀。此外,方法[3-2]的不同之处在于,聚琥珀酰亚胺在良溶剂中一次被溶解,然后生成的聚琥珀酰亚胺溶液与作为分散剂的不良溶剂混合以分散聚琥珀酰亚胺。在方法[3-2]中,交联反应过程中的聚琥珀酰亚胺以分散态的形式存在,且在良溶剂中部分溶解或溶胀。因此,与方法[3-1]相比,方法[3-2]使交联反应进行得容易一些。而且,聚琥珀酰亚胺具有良好的分散态,这是因为一次溶解的聚琥珀酰亚胺,通过再沉积而得到很好的分散。
在方法[3-4]中,需要在胶凝之前加入不良溶剂,这是因为交联反应过程中的聚琥珀酰亚胺一旦胶凝,由分散剂进行的分散就变得困难。任选地,在加入交联剂之前或之后,为防止凝胶,从放慢交联反应的角度,可以加入适当量的不良溶剂如酸或其类似物。而且,在第一步和第二步的交联聚琥珀酰亚胺中的酰亚胺环可以进行水解反应。
用于方法[3-1]~[3-5]中不良溶剂的具体例子将在以下进行描述。特别在[3-2]~[3-5]的每一种方法中,良溶剂与不良溶剂混合使用,以使这些溶剂具有良好的相互可混性。[4]交联聚琥珀酰亚胺的制备条件
上述方法[3-1]~[3-5]的通常制备条件将在以下进行描述。[4-1]在交联反应中使用的良溶剂
在此提及的“良溶剂”,应理解为可基本上完全能溶解聚琥珀酰亚胺的有机溶剂。
对用于本发明的良溶剂没有特别的限制,但通常那些与用于混合的不良溶剂具有可溶性的为优选。通常优选使用这样的良溶剂:即,使使用的交联剂基本上能够溶解。例如,当使用具有高亲水性的交联剂时,具有高极性的混合溶剂为优选。而当使用具有高疏水性交联剂时,低极性的混合溶剂为优选。
良溶剂具体的例子可以包括N,N-二甲基甲酰胺,N,N-二甲基乙酰胺,N-甲基吡咯烷酮,N,N′-二甲基咪唑啉酮,二甲基亚砜,以及sulforane。其中,N,N-二甲基甲酰胺,N,N-二甲基乙酰胺为更优选,这是由于它们对聚琥珀酰亚胺具有高溶解性。这些溶剂可以单独使用或混合使用。[4-2]在交联反应过程中使用的不良溶剂
在此提及的“不良溶剂”,应理解为基本上不能完全溶解聚琥珀酰亚胺的有机溶剂以及水。本发明中,这种不良溶剂适合用作分散剂。
对用于本发明的不良溶剂没有特别的限制。只要能用于常规化学反应中且对聚琥珀酰亚胺有低溶解性,任何溶剂均可使用。当不良溶剂用于与良溶剂混合时,那些与良溶剂具有可溶性的不良溶剂为优选。如上述的良溶剂,通常优选使用这样的不良溶剂:即,使使用的交联剂基本上能够溶解。
不良溶剂的具体例子可以包括水;醇如甲醇,乙醇,丙醇,异丙醇,丁醇,戊醇,己醇,庚醇,辛醇,2-甲氧基乙醇和2-乙氧基乙醇;二元醇如乙二醇,二甘醇,三甘醇,丙二醇和二丙二醇;glycosolves如甲基glycosolves和乙基glycosolves;酮如丙酮,甲乙酮和甲基异丁基酮;环醚如四氢呋喃和二烷;石油醚;戊烷;己烷;庚烷;辛烷;环己烷;苯;甲苯;乙苯;二甲苯;萘烷;二苯醚;aniosole;和甲酚。其中水,甲醇,乙醇,丙醇和异丙醇为特别优选,这是因为它们能溶解交联剂或氨基酸的羧酸盐。这些溶剂可以单独或混合使用。
附带地,这些不良溶剂也可用于除分散聚琥珀酰亚胺之外的其它目的,例如,用来降低交联反应速度。[4-3]在交联反应中使用的良溶剂与不良溶剂的混合比率
当良溶剂与不良溶剂混合使用时,对它们的混合比率没有特别的限制。以适当的大比例使用不良溶剂将增强不良溶剂的效果,由此,聚琥珀酰亚胺形成分散态且可以避免凝胶化。另一方面,以适当的小比例使用不良溶剂将增强良溶剂的效果,由此,聚琥珀酰亚胺形成不均匀的分散态。而且,以适当的小比例使用不良溶剂,通常可以减少溶剂回收的费用,因此,从经济上考虑是有益的。
上述已分别提及了良溶剂和不良溶剂,通常使用这样的良溶剂和不良溶剂:当形成混合溶剂时,能够使其中的交联剂基本溶解。[4-4]在交联反应中使用的聚琥珀酰亚胺的浓度
对在交联反应过程中处于分散态的聚琥珀酰亚胺的浓度没有特别的限制。但通常其优选的浓度为0.1~50wt%,更优选1~40wt%。[4-5]在交联反应中使用的聚琥珀酰亚胺的粒子尺寸
对于处于分散态的聚琥珀酰亚胺的粒子尺寸,小粒子尺寸为优选,因为这样可使反应进行得容易。用处于干燥形式下的粒子尺寸(平均粒径)作为一种标准,粒子尺寸优选为100μm或更小,更优选10μm或更小。当聚琥珀酰亚胺粒子如上述适当的小时,交联反应容易进行到其内部,因此,当进行后面的水解反应时,非交联的水溶性部分被减少,由此可以防止产率和性能的降低。
在这点上,对最大限度地减少不均匀交联反应,优选采用这样一种方法:通过湿研磨使聚琥珀酰亚胺确实形成更均匀的分散态。这种湿研磨对方法[3-1]特别有用。湿研磨的详述将在解释分解时进行。[4-6]在交联反应中使用的交联剂
对本发明使用的交联剂没有特别的限制,只要是与聚琥珀酰亚胺中酰亚胺环能反应的多官能团化合物即可。例如,可以为多官能团化合物如多胺和多硫醇。它们的具体例子可以包括多胺,例如,脂族多胺如肼,1,2-乙二胺,丙邻二胺,1,4-丁二胺,1,5-戊二胺,1,6-己二胺,庚二胺,1,8-辛二胺,1,9-壬二胺,癸二胺,十一亚甲基二胺,十二亚甲基二胺,十四亚甲基二胺,十己二胺,1-氨基-2,2-双(氨基甲基)-丁烷,四氨基甲烷,二亚乙基三胺和三亚乙基四胺,脂环多胺如降冰片烯二胺,1,4-二氨基环己烷,1,3,5-三氨基环己烷,和异佛尔酮二胺,芳基多胺如苯二胺,甲苯二胺和二甲苯二胺,以赖氨酸和鸟氨酸及其酯为代表的碱性氨基酸,一个或多个二硫键键合一个或多个单氨基化合物所形成的化合物,如胱胺及其衍生物;脂族多硫醇如1,2-乙二硫醇,1,3-丙二硫醇,1,4-丁二硫醇,1,6-己二硫醇和季戊四醇;脂环多硫醇如环己烷二硫醇;芳族多硫醇如亚二甲苯基二硫醇,苯二硫醇和甲苯二硫醇;以及酯如三羟甲基丙烷三(硫代甘醇酸酯),三羟甲基丙烷三(3-巯基丙酸酯),季戊四醇四(硫代甘醇酸酯),和季戊四醇四(3-巯基丙酸酯)多硫醇。
其它的例子可以包括以赖氨酸,胱氨酸和鸟氨酸及其盐类和脂类为代表的构成蛋白质的氨基酸;除构成蛋白质的氨基酸及其盐类和脂类之外的氨基酸如Nδ-(2-氨基2-羧基乙基)鸟氨酸,Nδ-(2-氨基2-羧基乙基)赖氨酸,O-(2-氨基3-羟丙基)高丝氨酸,犬尿氨酸,α,β-二氨基琥珀酸,α,ε-二氨基庚二酸,2,6-二氨基-7-羟基壬二酸,异赖氨酸,3,5-二氨基己酸,α,γ-二氨基丁酸,黎豆氨酸,胱硫醚,胱氨酸二亚砜,α,ε-二氨基-β-氢化庚二酸,hypusine,γ-羟基鸟氨酸,α-羟基赖氨酸,羊毛硫氨酸,赖氨酸基正亮氨酸,lysovitoxine和loseanine;氨基酸衍生物如赖氨酸三胺;以及由含氨基化合物分子如胱氨酸和胱胺通过二硫键连接而成的多胺。
当这些多胺以盐的形式,如矿物酸盐的盐酸化物,硫酸盐或氢溴化物或有机酸盐如对甲苯磺酸盐或乙酸盐存在时,无机酸盐或有机酸盐在中和它们之后预先使用。当将以多胺形式存在的氨基酸用作交联剂时,必须离解分子内盐,因为对氨基酸分子的结构,每一个羧基和它缔合的氨基在分子中以盐的形式存在。当上述氨基酸作为多胺使用时,多胺在将每一个氨基转化成其自由形式之后使用,即通过往多胺中加入一种碱来中和每一个羧基以形成羧酸盐。对用于中和的碱没有特别的限制,通常使用碱金属的氢氧化物如氢氧化钠或氢氧化钾,碱金属的碳酸盐如碳酸钠或碳酸钾,碱金属的碳酸氢盐如碳酸氢钠或碳酸氢钾,或有机胺如三乙胺,三甲胺,三乙醇胺,吡啶,N-甲基吗啉或甲基吡啶。
在这些交联剂中,那些气味小并与聚琥珀酰亚胺中的酰亚胺具有高反应活性的为优选,也就是说,优选乙二胺,丙二胺,1,4-丁烷二胺,环庚烷二胺,己二胺和胱胺。此外,还有构成蛋白质的氨基酸如赖氨酸,鸟氨酸和胱氨酸及其盐类和脂类的衍生物;除构成蛋白质的氨基酸之外的氨基酸如α-羟基赖氨酸,γ-羟基鸟氨酸,和α,γ-二氨基丁酸及其盐类和酯的衍生物;氨基酸衍生物如赖氨酸三胺;而胱胺也为优选,这是因为生成的交联聚天冬氨酸树脂在其降解和/或生物降解之后,对生命有机体和环境来说是安全的。其中,赖氨酸,鸟氨酸和胱氨酸及其如盐和酯的衍生物为更优选,这是因为它们不是很昂贵且易得。它们可以单独或混合使用。
对于本发明的交联聚天冬氨酸树脂,从安全角度来说,将碱性氨基酸用作交联剂也是优选的。
尽管对碱性氨基酸没有特别的限制,但通常可以下式(1)表示:其中R代表亚烷基,芳亚烷基或亚芳基。
如R的亚烷基,芳亚烷基或亚芳基可以是线性或支化或环状结构。而且,其中的一些碳原子可以被含O,N,S,P,B,Si等的取代基取代。也就是说,亚烷基,芳亚烷基或亚芳基可以被一种或多种含O,N,S,P,B,Si等的取代基取代,如醚,酯,羰基,脲,硫酯,硫代羰基,砜,磺酰基,氨磺酰,仲胺,叔胺,酰胺基,膦酸基或膦酸酰胺基。而且,对于氨基,对R的取代位置没有特别的限制。此外,R可以包含一个或多个取代基如烷基,环烷基,芳烷基,芳基,烷氧基烷基,聚氧化烯,芳基氧化烯,芳烷氧基烷基,烷基硫代烷基,多硫代亚烷基,芳基硫代亚烷基,芳烷基硫代烷基,烷基氨基,二烷基氨基,三烷基氨基,烷氧基羰基烷基,和/或烷基羰基烷氧基。
下面是R的具体例子。
-CH2-,-CH2CH2-,-CH2CH2CH2-,-CH2CH2CH2CH2-,-(CH2)5-,-(CH2)6-,-(CH2)7-,-(CH2)8-,-(CH2)9-,-(CH2)10-,-(CH2)11-,-(CH2)12-,-(CH2)13-,-(CH2)14-,-(CH2)15-,-(CH2)16-,-(CH2)17-,-(CH2)18-,-CH2CH2O-CH2CH2-,-(CH2CH2O)2CH2CH2-,-(CH2CH2O)3CH2CH2-,-(CH2CH2O)4CH2CH2-,-(CH2CH2O)5CH2CH2-,-(CH2CH2O)6-CH2CH2-,-CH2CH2CH2OCH2CH2CH2-,-(CH2CH2CH2O)2CH2CH2-CH2-,(CH2CH2CH2O)3CH2CH2CH2-,(CH2CH2CH2O)4CH2CH2CH2-,(CH2CH2CH2O)5CH2CH2CH2-,(CH2CH2CH2O)6CH2CH2CH2-,
而且,也可以使用氨基酸二聚物和碱性聚氨基酸如聚赖氨酸。其中,赖氨酸和鸟氨酸为优选。
尽管对作为本发明交联剂的碱性氨基酸的使用方式没有特别的限制,但当碱性氨基酸用于此时,α-氨基和羧基呈如式(2)表示的两性离子结构。在这种情况下,α-氨基的反应活性降低,以至于使作为交联剂的碱性氨基酸的反应速度变得非常低。
Figure A0112296200202
其中R的含义如上述所确定。
在反应中,碱性氨基酸以衍生物的形式使用,如酯,硫酯或酰胺或作为本发明的一个特征,也可以由下式(3)或(4)表示的羧酸盐形式。通过使用其衍生物或其羧酸盐,α-氨基的反应活性得以增加,使其作为一种交联剂而有效地发挥作用。其中R的含义如上述所定义,R′代表烷基,芳烷基或芳基,M代表-NH-,-N(R″)-,R″为烷基,芳烷基或芳基,-S-或-O-。其中R的含义如上述所定义,X代表一种碱金属离子,一种碱土金属离子或一种铵离子。
对用于本发明中的碱性氨基酸酯,硫酯或酰胺的醇,硫醇或胺组份没有特别的限制,但那些具有小分子量的为优选。另外,对与本发明碱性氨基酸中的羧酸形成盐的离子没有特别的限制。
形成羧酸盐的离子的具体例子可以包括碱金属离子如钠,钾和锂离子;铵离子如铵,四甲基铵,四乙基铵,四丙基铵,四丁基铵,四戊基铵,四己基铵,乙基三甲基铵,三甲基丙基铵,丁基三甲基铵,戊基三甲基铵,己基三甲基铵,环己基三甲基铵,苄基三甲基铵,三乙基丙基铵,三乙基丁基铵,三乙基戊基铵,三乙基己基铵,环己基三乙基铵和苄基三乙基铵的离子;胺离子如三甲基胺,三乙基胺,三丙基胺,三丁基胺,三戊基胺,三己基胺,三乙醇胺,三丙醇胺,三丁醇胺,三戊醇胺,三己醇胺,二甲胺,二乙胺,二丙胺,二丁胺,二戊胺,二己胺,二环己基胺,二苄基胺,乙基甲基胺,甲基丙基胺,丁基甲基胺,甲基戊基胺,甲基己基胺,甲胺,乙胺,丙胺,丁胺,戊胺,己胺,辛胺,癸胺,十二胺和十六胺的离子。
在这些离子中,那些具有小的原子或分子量的为优选,这是由于随着原子或分子量的增加,每单体单元的分子量相应地变大,而每单位重量的吸水性相应地变小。那些具有低毒性的为优选,这是由于可能与人的皮肤或类似物发生接触。为此,优选使用钠,钾,锂,铵或三乙醇胺,而从经济的角度来说,特别优选使用钠或钾。[4-7]在交联反应中所使用的交联剂的量
对交联剂的量没有特别的限制,可以根据需要决定,取决于生成交联树脂的交联度,而交联度由交联剂的官能团数目和分子量控制,同时也取决于生成的交联树脂的应用目的。用于此的术语“交联度”是指在相邻交联之间的单体单元组份数目,或相对聚合物主链的交联部分的比例。
通常,多过量的交联剂导致超高交联度,其结果是,当形成交联聚天冬氨酸树脂时,其吸水性降低。另一方面,过少的交联剂将导致过低的交联度,其结果是,仅部分交联的聚天冬氨酸树脂为水溶性,而不能展示其吸水性。由此,可以这样决定所使用的交联剂的量:必须获得适当的交联度。通常,基于聚琥珀酰亚胺的全部单体单元,交联剂的量可以优选0.1~30wt%,更优选1~20wt%。[4-8]在交联剂中使用的催化剂
在交联反应中,视需要可使用催化剂。作为催化剂,通常使用碱性催化剂。
碱性催化剂的例子为无机碱性试剂,例如,碱金属的氢氧化物,如氢氧化钠,氢氧化钾和氢氧化锂,碱金属的碳酸盐,如碳酸钠,碳酸钾和碳酸锂,碱金属的碳酸氢盐,如碳酸氢钠和碳酸氢钾,碱金属的乙酸盐,如乙酸钠和乙酸钾,碱金属盐,如草酸钠,以及铵;有机碱性试剂,例如,胺,如三甲胺,三乙胺,三丙胺,三丁胺,三戊胺,三己胺,三乙醇胺,三丙醇胺,三丁醇胺,三戊醇胺,三己醇胺,二甲胺,二乙胺,二丙胺,二丁胺,二戊胺,二己胺,二环己基胺,二苄基胺,乙基甲胺,甲基丙胺,丁基甲胺,甲基戊胺,甲基己胺,吡啶,甲基吡啶和喹啉。[4-9]交联反应的反应温度
对交联反应的反应温度没有特别的限制,可根据需要如交联剂的反应活性和聚琥珀酰亚胺的分散形态来决定。通常,可以优选0~200℃,而10~80℃为更优选。[4-10]交联反应之后的步骤
在交联反应完成之后,可以进行下面的水解步骤,而不必分离在交联反应中使用的有机溶剂。或也可以通过分离有机溶剂使聚琥珀酰亚胺离析出来之后,再进行下一步的水解反应。
可以使用本身公知的方法进行交联聚琥珀酰亚胺与有机溶剂的分离。例如,可以采用过滤,倾析,离心分离等。[5]对于制备吸水速度提高的交联聚天冬氨酸树脂的分散态聚琥珀酰亚胺的交联方法
在通过聚琥珀酰亚胺与交联剂反应来制备交联聚琥珀酰亚胺的本发明方法中,其中,聚琥珀酰亚胺通过分散剂而呈分散态,充分地控制反应步骤,当交联聚琥珀酰亚胺中的酰亚胺环水解时,就可以获得具有高吸水速度的交联聚天冬氨酸。
这种方法的例子可以包括下面的三种方法,但并不限于此。[5-1]控制交联剂和分散剂的进料方式。[5-2]将作为侧基的交联剂引入到聚合物主链上,然后进行侧基的交联。[5-3]将内交联剂与聚琥珀酰亚胺反应,然后,使用表面交联剂进行交联反应。
尽管对如何精确地运用这些方法没有特别的限制,但每种方法的具体例子将在以下进行描述。[5-1′]交联剂和分散剂同时加入到在良溶剂中的聚琥珀酰亚胺溶液中,然后,在形成分散态情况下进行交联。[5-2′]一种作为侧基的交联剂加入到在良溶剂中的聚琥珀酰亚胺溶液中。然后,加入分散剂使反应体系形成分散态,接着,加入一种碱进行交联反应。[5-3′]将内交联剂加入到在良溶剂中的聚琥珀酰亚胺溶液中,进行交联。表面交联剂可以在加入分散剂使反应体系呈分散态之后加入,也可与分散剂一并加入,从而更进一步地进行交联反应。
这些方法[5-1]~[5-3]均倾向于使生成的树脂在其内部与外部之间的交联密度上存在梯度或不同。特别是当该树脂用作超强吸收性聚合物时,增加树脂表面的交联度可以获得优良的吸水速度。这是本发明的特征之一。
上述的条件同样可以在方法[3]和[4]中运用。下面将描述不同于上述的条件。[5-1]如何控制交联剂和分散剂的进料方式
通过控制交联剂和分散剂的进料(包括进料计时)方式,使用这种方法可以获得一种优良的树脂。
在该方法中,交联剂和分散剂同时加入到聚琥珀酰亚胺在良溶剂中的溶液之中,在反应体系呈分散态时,引发交联反应。交联剂和分散剂可分别地以不同的入口同时加入,或在它们预先混合或溶解之后以一个入口加入。还可以这样:交联剂可以溶解在适当的溶剂或水中,然后,以上述相同的方式加入。对适当的有机溶剂没有特别的限制,只要它能基本上完全溶解该交联剂即可。对有机溶剂的用量同样没有特别的限制。
对于一并加入交联剂和分散剂来说,对它们加入的速率没有特别的限制,但通常它们在10分钟至3小时内滴加完。过快的添加速率如即刻加完,不仅导致在反应体系中产生大量的热量,而且也不能形成良好的分散态。但如果其加入超过3小时,产率就会降低。
在这种方法中,视需要也可在交联反应进行过程中使用催化剂。在这种情况下,对其添加的计时没有特别的限制。[5-2]如何将作为侧基的交联剂引入到聚合物主链上以及随后使侧基交联
通过聚琥珀酰亚胺首先与交联剂中唯一的反应基团进行反应,使其作为侧基,然后激活其它的反应基团而与侧基一起进行反应和交联,这样使用该方法,就可以获得聚琥珀酰亚胺的交联。在此方法中使用的交联剂可以具有相同反应活性的反应基团,但具有不同反应活性的两种或多种反应基团的交联剂为特别优选。
在上述[4]中列举的氨基酸可作为交联剂的例子。
在每一个氨基酸中,如赖氨酸或鸟氨酸,除用于本发明的交联剂以外,两个氨基中的一个通过氢键以与羧基缔合的形式存在。从结构上讲,它是一种单官能团的胺。在这种形式中,它不能作为交联剂。通过与聚琥珀酰亚胺反应,它可以作为侧基而被引入到该聚合物中。在带有引入其中的侧基的聚琥珀酰亚胺中加入一种碱,其结果是中和了已与其它氨基形成氢键的每个羧酸,因而氨基变为自由形式,然后与酰亚胺环进行反应。在这种方式下进行交联反应。在本发明中,将上述氨基酸以如此方式加入到聚琥珀酰亚胺的溶液中,以至于其分子中的仅一个氨基变为自由形式。例如,如此加入二氨基单羧酸如赖氨酸,但当使用一种二氨基单羧酸的无机酸盐如赖氨酸的单氯化物时,仅无机酸被中和。在这种方式下,氨基中的一个被赋予了自由形式而作为侧基被引入到聚琥珀酰亚胺中。例如,当使用甲基鸟氨酸等,如果以如此方式,将不期望地发生交联反应。因此,以这种形式使用单氯化物,也就是说,其中的一个氨基被封闭,而对于反应没有活性。
在此使用的术语“侧基”的含义为一种具有官能团的化合物,其与聚琥珀酰亚胺中的酰亚胺环具有反应活性且能打开酰亚胺环,并相对于聚琥珀酰亚胺的主链以“侧基”的方式存在。
在这种方法中,交联反应可以通过如下面三个阶段进行。
(1)交联剂作为侧基被引入。
(2)将反应体系形成分散态,使其即使在进行交联反应时也不能形成凝胶。
(3)加入一种碱以激活作为侧基引入的交联剂,因而引发交联反应。
对用来激活作为侧基引入的交联剂的碱没有特别的限制,只要它能离解氨基和羧基之间的氢键即可。典型的例子为碱金属的氢氧化物如氢氧化钠,氢氧化钾和氢氧化锂,碱金属的乙酸盐,如乙酸钠和乙酸钾,叔胺如三甲胺,三乙胺,三丙胺,三丁胺,三戊胺,三己胺,三乙醇胺,三丙醇胺,三丁醇胺,三戊醇胺,三己醇胺,N-甲基吗啉,吡啶,喹啉和甲基吡啶。
为使作为侧基被引入的交联剂基本上完全反应,必须使用与含在侧基中的羧基等摩尔量的碱。然而,可以通过调节碱的用量来控制交联度。即,当碱的用量小于作为侧基引入的交联剂中的羧基用量时,产生的交联度要比由交联剂计算出来的低,以至于交联剂部分一直作为侧基而保留着。相应地,从保守的角度,上述交联剂优选的量意味着,为所需的激活交联剂的碱的量。[5-3]如何使内交联剂与聚琥珀酰亚胺反应,然后与交联剂反应进行交联
按照这种方法,聚琥珀酰亚胺首先与内交联剂反应,然后与表面交联剂进行交联反应。与方法[5-1]和[5-2]相比,该方法[5-3]更容易在每个树脂粒子的内部与外部之间的交联密度上产生不同或梯度。
这种方法也可使用方法[5-1]和[5-2]的原理。
用于此的术语“内交联剂”的含义是一种在加入分散剂之前,在均相体系中与聚琥珀酰亚胺反应的交联剂。另外,术语“表面交联剂”的含义是一种在加入分散剂之后,与处于分散态的聚琥珀酰亚胺反应的交联剂。
如已在方法[5-2]中所说明的那样,当一种其预先已被碱中和且含至少两个氨基(如在一个分子中含至少一个羧基的多胺)的(多氨基)多元羧酸和/或一种常规的多胺或多硫醇用作交联剂时,与通常的交联剂一样而引起交联反应,而当使用一种其上的一个氨基为自由形式的(多氨基)多元羧酸时,它作为侧基而首先被引入。因此,该方法[5-3]将在以下进行描述,其中,根据这两种类型的交联剂中的哪一个用作内交联剂,将其划分成两个部分。[5-3-1]一种其预先已被碱中和且含至少两个氨基(如在一个分子中含至少一个羧基的多胺)的(多氨基)多元羧酸和/或一种常规的多胺或多硫醇用作内交联剂
在这种方法中,例如,交联反应可以经下面三个阶段进行。
(1)一种其用量不能引起反应体系凝胶的内交联剂与聚琥珀酰亚胺进行反应。
(2)加入分散剂使反应体系呈分散态。
(3)加入表面交联剂以进一步进行交联反应。
阶段(2)和(3)可以同时进行。即表面交联剂与分散剂可以一起加入到反应体系中或表面交联剂可以溶解于分散剂中的形式加入。作为本方法的表面交联剂,可以使用上述与酰亚胺环具有反应活性的多官能团化合物,如多胺和多硫醇。
在这种情况下,对交联剂的用量(内交联剂和/或表面交联剂的全部用量)没有特别的限制,可根据所需交联度选择适当的用量。用于此的术语“交联度”含义是指相对聚合物主链的交联部分的比例。通常,大量过量的交联剂导致超高交联度,其结果是,当形成超强吸收性聚合物时,其吸水性降低。另一方面,过少的交联剂将导致过低的交联度,其结果是,仅部分交联的聚天冬氨酸呈水溶性,而不能展示其吸水性。由此,交联剂的用量(内交联剂和/或表面交联剂的全部用量),基于聚琥珀酰亚胺主链上的全部单体单元数,通常,交联剂的量可以调整为0.1~30mol%,上述步骤(1)中不引起反应体系胶凝的内交联剂的用量,基于聚琥珀酰亚胺主链上的全部单体单元数,通常为0.01~3mol%,其用量还取决于交联剂的种类,反应温度以及聚琥珀酰亚胺的分子量。也就是说,在均相体系中,交联反应进行到其交联度约为0.01~3%,在这之后加入分散剂使反应体系呈分散态,或可与分散剂一并加入的表面交联剂的用量,基于包括由内交联剂获得的交联度在内的全部交联度,为足够获得0.1~30%的交联度,接着,继续进一步的交联反应。[5-3-2]使用其中仅一个氨基是自由形式的(多氨基)多元羧酸作为内交联剂
在这种方法中,例如,交联可以下面四个阶段进行。
(1)引入作为侧基的内交联剂。
(2)使反应体系呈分散状态,即使当交联反应进行时,也可避免反应体系潜在的凝胶化。
(3)加入一种碱以激活作为侧基引入的内交联剂,因而使交联反应得以进行。
(4)然后加入表面交联剂以进行表面交联。
作为表面交联剂,可以使用与酰亚胺环具有反应活性的上述多官能团化合物,如多胺或多硫醇。
在这种情况下,对交联剂的用量同样没有特别的限制。然而,通常调节交联剂的用量,以使作为侧基引入的内交联剂与在分散之后加入的表面交联剂的总量,基于聚琥珀酰亚胺主链上的全部单体单元数,为0.1~30mol%。尽管对在分散之后加入的表面交联剂与作为侧基引入的内交联剂之间的摩尔比率没有特别的限制,但在分散之后加入的表面交联剂的比例过高,换句话说,具有高百分比的表面交联剂将最终获得高吸水速度的超强吸收性聚合物,反之,其具有低吸水性。因此,基于其应用目的,可选择适当的摩尔比率。
关于所使用的碱的种类和用量以及运用其用量对交联度的控制力,在上述[5-3-1]中已进行相应的描述,也同样适合于此。
在上述[5-3-2]的情况下,对引入作为侧基的内交联剂,通过加入碱进行交联,及通过加入表面交联剂进行表面交联的温度没有特别的限制。然而,这些反应的通常温度为-10~200℃,优选10~80℃,当然,它们还可以取决于交联剂的反应活性,存在不存在催化剂,聚琥珀酰亚胺的分子量等。[6]在非分散状态下聚琥珀酰亚胺的交联方法
在以上描述中,已描述了通过使由分散剂而呈分散态的聚琥珀酰亚胺与交联剂进行反应来制备交联聚琥珀酰亚胺的方法。按照上述方法,通过简单的工艺,可以高产率获得交联聚琥珀酰亚胺。
然而,值得注意的是,本发明不仅包括特征是处于分散态的聚琥珀酰亚胺的交联方法,而且也包括这样一种方法,即在该方法中,溶液形式的聚琥珀酰亚胺被交联成凝胶,然后,如此获得的聚琥珀酰亚胺凝胶进行分解。如将在后面描述的那样,本发明也包括特征在于调节树脂溶胀度的水解方法,而且也包括特征在于使用水和/或可与水混溶的有机溶剂来洗涤和再沉积交联聚天冬氨酸树脂凝胶的方法。
从实用的角度来看,当这些方法与特征在于处于分散态的聚琥珀酰亚胺的交联方法,或以溶液形式的聚琥珀酰亚胺被交联成凝胶,然后将如此获得的聚琥珀酰亚胺凝胶进行分解的方法混合使用时,这些方法显得更实用。处于非分散态的聚琥珀酰亚胺的交联方法将在下面描述。另外,在此使用的术语“非分散态”的含义为一种均匀的聚琥珀酰亚胺溶液,或一种非常不同于溶液但又接近溶液的形态,在此种形态中,分散剂不但处于溶解形态,而且也处于分散形态。同时也包括一种部分聚琥珀酰亚胺没有溶解而沉积出来的形态。
在这种情况下,聚琥珀酰亚胺与交联剂在良溶剂中进行反应,也就是说,所谓良溶剂是能溶解聚琥珀酰亚胺的有机溶剂。其例子为N,N-二甲基甲酰胺,N,N-二甲基乙酰胺,N-甲基吡咯烷酮,N,N′-二甲基咪唑啉酮,二甲基亚砜,以及sulforane。其中,N,N-二甲基甲酰胺,N,N-二甲基乙酰胺为更优选,这是由于它们对聚琥珀酰亚胺具有高溶解性。这些溶剂可以单独使用或混合使用。
另外,从放慢交联反应的角度,也可以加入一种不良溶剂,其不能溶解或仅能微溶聚琥珀酰亚胺。作为这样的不良溶剂,可以使用与上述列举相同的不良溶剂。
当交联反应进行时,交联反应体系不断地被胶凝。水解反应的进行可以在反应体系全部胶凝之前或在反应体系全部胶凝之后。胶凝的程度取决于反应条件如聚合物的浓度,交联剂的用量,交联度以及不良溶剂所占的比例(如果有的话)。在诸如高聚合物浓度,大量的交联剂,高交联度或低比例的不良溶剂的条件下,生成的凝胶是坚硬的。而在相反的条件下,该凝胶为松软的。在这种情况下,可根据经水解而得交联聚天冬氨酸树脂的应用目的来选择将要形成的凝胶。为获得具有高凝胶强度的树脂,例如,仅需要增加交联度。在松软凝胶情况下,如在JP7-224163中公开的那样,可以通过在不良溶剂或水中分散该凝胶使其分解。在坚硬凝胶情况下,然而这种方法不能在短时间内充分分解该凝胶,因而使得水解反应进行困难。在这种情况下,一种使交联聚琥珀酰亚胺凝胶进行非常有效分解的方法为本发明的特征之一。即,在交联反应之后,作为反应产物的交联聚琥珀酰亚胺变成一种由于吸收有机溶剂而溶胀的凝胶。在使其分解之后,优选使用这种凝胶。在这种情况下,该凝胶可以在交联反应之后取出,然后进料到一种湿研磨机中,或交联反应本身可在湿研磨机中进行,同样凝胶化也在该机内进行。
本发明交联聚琥珀酰亚胺的湿研磨,对于非松软凝胶,即便是松软的,是有效的,因此,水解可在短时间内进行。[7]分解
特别对于通过交联处于非分散态聚琥珀酰亚胺而得的交联聚琥珀酰亚胺,优选应用分解反应。此外,通过在分解状态下的交联反应而使分散态更均匀,这也是优选的。也就是说,当如上所述的使用由分散剂而成、处于分散态的聚琥珀酰亚胺进行交联反应时,进行湿研磨。两种情况将在下面一起进行描述。
在此使用的术语“分解”被解释为包括一种方案,在此方案中,反应物质(凝胶等)被分解,以及另一种方案,在此方案中,反应物质在水和/或有机溶剂中被研磨。此外,该术语也包括通常意义上的“湿研磨”。
作为一种分解操作,优选为在水和/或有机溶剂中进行分解,或分解将要反应的物质,然后,从转移及类似的角度,加入一种转移溶剂(水和/有机溶剂)以赋予其流动性。[7-1]在分解中使用的溶剂
对在分解中使用的溶剂没有特别的限制。通常用于此目的的溶剂均是可用的。其具体的例子可以包括水,N,N-二甲基甲酰胺,N,N-二甲基乙酰胺,N-甲基吡咯烷酮,N,N′-二甲基咪唑啉酮,二甲基亚砜,以及sulforane,醇如甲醇,乙醇,丙醇,异丙醇,丁醇,戊醇,己醇,庚醇,辛醇,2-甲氧基乙醇和2-乙氧基乙醇;甘醇如乙二醇,二甘醇,三甘醇,丙二醇和二丙二醇;glycosolves如甲基glycosolves和乙基glycosolves;酮如丙酮,甲乙酮和甲基异丁基酮;环醚如四氢呋喃和二噁烷;石油醚;戊烷;己烷;庚烷;辛烷;环己烷;苯;甲苯;乙基苯;二甲苯;萘烷;二苯醚;aniosole;和甲酚。这些溶剂可以单独或混合使用。[7-2]在分解中使用的研磨机
对所使用的研磨机没有特别的限制,只要它能基本分解一种固体,一种凝胶形物质,一种在液体中的固体或一种在液体中的凝胶形物质即可。作为具体的例子,那些具有切削刃式搅拌桨或普通搅拌桨且以高速度旋转的类型为优选。为提高分解的效率,配有折流板的研磨机也是优选的。此外,同时具有分解和转移功能的研磨机也是优选的。对搅拌桨的形状没有特别的限制,搅拌桨可以是螺杆形式,或螺条形状或非常轻松处理大负荷的金属丝搅拌桨。
其典型例子可以包括管线均匀混合器,均匀混合管线机,goratol泵,分解器,混合器,掺料机,均化器,铰肉机,面条机,咖啡机,汁混合器,旋涡混合器,转鼓混合器等。
对带有切削刃式的搅拌桨或普通搅拌桨的转速(rpm,每分钟转数)没有特别的限制,只要实际能进行分解即可。通常地,在研磨体系的温度不能因摩擦热而升高的范围内,高速度为优选。当该树脂以大粒子形式应用在一次性尿布或农业或园艺上时,10~10,000rpm为优选,其中100~5,000rpm为更优选。当该树脂用作聚合物的增稠剂或添加剂时,100~100,000rpm为优选,其中1,000~50,000rpm为更优选。
分解可以一步或分阶段几步进行。对于聚琥珀酰亚胺凝胶的粒子尺寸(平均粒径),经分解而得的粒子尺寸,或在交联反应过程中处于分散态下聚琥珀酰亚胺凝胶的粒子尺寸(平均粒径),没有特别的限制。对交联聚琥珀酰亚胺来说,优选小的粒子尺寸,这是因为反应可以在更均匀的分散态下进行。粒子尺寸通常为0.00001~1mm,其中0.0001~0.1mm为更优选。通常当分散的产物的粒子尺寸太大时,其反应速度将降低。另外,交联聚琥珀酰亚胺的粒子尺寸的变化取决于生成的交联聚天冬氨酸树脂的应用目的或其它方面。当将交联聚琥珀酰亚胺加入到其它树脂或类以物中时,优选小尺寸的交联聚琥珀酰亚胺树脂,这是因为所生成的交联聚天冬氨酸树脂的初级粒子尺寸变小。粒子尺寸通常为0.00001~1mm,其中0.0001~0.1mm为更优选。通常当分散的产物的粒子尺寸太大时,其反应速度将降低。当该交联聚天冬氨酸树脂应用在一次性尿布或农业或园艺上时,对交联聚天冬氨酸树脂来说,优选相对大的粒子尺寸,以使分解过程中的交联聚琥珀酰亚胺可优选具有大粒子尺寸。其粒子尺寸的变化取决于交联反应的反应条件,而不能大批量地指定。尽管如此,0.01~20mm为优选,其中0.1~2mm更优选。
当将由交联处于非分散态的聚琥珀酰亚胺而得的交联聚琥珀酰亚胺凝胶进行如此分解时,然后使分解的凝胶进行酰亚胺环的水解反应。在水解反应步骤中,通常使用水作为基本组份。当分解反应在水和/或可与水混溶的有机溶剂中进行时,水解步骤可以紧接着进行,而不必分离出分解的凝胶。
此外,对水解反应,也可以在物质分解之前加入一种盐(有机盐和/或无机盐),然后进行分解,接着使生成的分解混合物直接进入到下面的水解步骤。而且,可将水解反应的碱性水溶液与分解同一时间加入,以使分解和水解反应一并进行。
当通过分解而在有机溶剂中获得一种固体淤浆时,然后将该固体从有机溶剂中分离出来,从回收固体或溶剂的角度,可分离出该固体。作为优选的分离方法,可以包括常规的化学分离方法如倾析或离心分离。如此获得的固体,在干燥后或直接以湿饼的形式进入到下一水解步骤。换句话说,在水解步骤之前,可以脱除有机溶剂,或可以直接进行水解步骤而不必脱除有机溶剂。[8]交联聚琥珀酰亚胺的应用目的
如上所述,可以通过简单的工艺,高产率制备交联聚琥珀酰亚胺,在该方法中,由分散剂而成分散态的聚琥珀酰亚胺与交联剂进行反应。此外,也可以一种简单的方法来制备交联聚琥珀酰亚胺,在此方法中,将交联聚琥珀酰亚胺的凝胶进行分解。在前面方法的交联反应中,一些聚琥珀酰亚胺的酰亚胺环与交联剂进行反应,从而使其环被打开。在生成的交联聚琥珀酰亚胺上残留的酰亚胺环进行碱性水解,这样就可以获得良好的交联聚天冬氨酸树脂。即,这种交联聚琥珀酰亚胺作为一种中间体,在制备交联聚天冬氨酸树脂中是非常有用的。
然而,值得注意的是,交联聚琥珀酰亚胺的应用目的不仅仅限于用作一种中间体。作为一种树脂材料,交联聚琥珀酰亚胺本身可用于各种应用目的。它的使用方式也可与后面将要提及的“交联聚天冬氨酸树脂的使用方式”相同。它的使用形状,也可与后面将要提及的“交联聚天冬氨酸树脂的形状”相同。[9]预先调节溶胀度的交联聚琥珀酰亚胺的酰亚胺环的水解
在本发明制备交联聚天冬氨酸树脂的方法中,在使交联聚琥珀酰亚胺的酰亚胺环进行水解反应过程中,反应体系中的树脂溶胀度被控制在3~100倍。通过这种控制,可以迅速地进行水解,因而可获得提高吸水性的交联聚天冬氨酸树脂。用于此的术语“溶胀度”的含义是,当树脂进行水解反应时,反应体系中的树脂吸收水,有机溶剂,盐,低聚物等的吸收程度(数量)。此时,该树脂由于吸收它们而成溶胀状态。在溶胀状态下树脂进行搅拌是困难的,但如果存在过量液体,搅拌是可以的。可以在过量水的存在下进行这样的水解反应。因此,在本发明指定的范围内,在保持树脂溶胀度的情况下,搅拌可顺利地进行。过量液体的量取决于搅拌机的效率。当带有高转矩的搅拌机以高转数运行时,过量液体可以为少量,但如果搅拌机不能如此运行,则该过量的液体必须是大量的。
此外,也可能防止这种情况:由于进一步水解,凝胶形树脂吸收更多的水而成为固体形式。而且,也可以避免这样一种情况:由于凝胶形树脂的固化和沉淀物的凝聚,搅拌变得很困难。这就可能增加反应混合物中树脂的浓度,从而增加其体积效率。
溶胀度的控制范围在3~100倍为优选,其中5~20倍为更优选。
在本发明中,不需要在反应的全过程中进行酰亚胺环的水解反应。在某些阶段,溶胀度可以暂时不在该范围内。可以允许这样的暂时偏离。例如,在水解反应还没有完全进行的反应初始阶段的溶胀度可以基本为零(0),因此可以偏离上述范围。在不用预先特别指明具体溶胀度来制备树脂时,溶胀度可以明显地偏离上述范围。本发明的制备方法可以容易地校正树脂的溶胀度,即使它明显地偏离上述的范围。本发明可以使交联聚琥珀酰亚胺中的酰亚胺环迅速地进行水解反应,且具有极佳的可操作性。从这些角度上看,即便其作为以分步形式而非这种水解反应的常规方法,这种方法也包含在本发明之中。
控制溶胀度在3~100倍方法的具体例子可以包括下面四种方法。
[9-1]在含有可与水混溶的有机溶剂溶液中进行水解反应。
[9-2]在含有无机盐和/或有机盐的水溶液中进行水解反应。
[9-3]在40~100℃的溶剂中进行水解反应。
[9-4]视需要,结合[9-1]~[9-3]中至少两种方法,进行水解反应。
将在以下对方法[9-1]~[9-4]进行描述。
[9-1]在含有可与水混溶的有机溶剂水溶液中进行水解反应的方法
在此方法中,反应体系中凝胶形树脂溶胀的控制,是通过适当地确定在水溶液中水与可与水混溶的有机溶剂的比率及其它条件(有机溶剂的种类等)来完成的。
对可与水混溶的有机溶剂没有特别的限制,只要它是一种能与水混溶的有机溶剂即可。其具体的例子可以包括醇如甲醇,乙醇,丙醇,异丙醇,丁醇,戊醇,己醇,庚醇,辛醇,2-甲氧基乙醇和2-乙氧基乙醇;甘醇如乙二醇,二甘醇,三甘醇,丙二醇和二丙二醇;酮如丙酮,甲乙酮和甲基异丁基酮;环醚如四氢呋喃和二噁烷;N,N-二甲基甲酰胺,N,N-二甲基乙酰胺,N-甲基吡咯烷酮,N,N′-二甲基咪唑啉酮,二甲基亚砜,以及sulforane。其中甲醇,乙醇,丙醇,异丙醇和丁醇为特别优选,这是因为生成的树脂可以容易地干燥,在干燥之后,溶剂几乎不残留在树脂中。
在水解过程中,可与水混溶的有机溶剂和水的量以及它们的比例是特别重要的。它们适当的值取决于可与水混溶的有机溶剂的极性,以及决定于水和可与水混溶的有机溶剂的混合溶剂的极性。例如,它们的比率设定为100%的水时,可以获得最大吸水性的交联聚天冬氨酸树脂。而当有机溶剂的比例变大时,树脂的吸水性将变小。当有机溶剂的比例增加到超过一定程度,所生成的树脂基本上显示不出吸水性。
依照本发明人的发现,在通过交联聚琥珀酰亚胺中的酰亚胺环水解来制备交联聚天冬氨酸树脂的水中水解反应,其结果是,由于吸水的缘故,反应体系中的树脂进行溶胀和基本上进行凝胶化。因而,对反应体系的搅拌是困难的。水解试剂因而不能被分散,以至于反应不能充分进行。这导致的问题是,所生成的交联聚天冬氨酸树脂不能提供高吸水性。而且,在有机溶剂或水和有机溶剂的混合溶剂(该混合溶剂含大比例的有机溶剂)中的水解反应,将使反应体系中的树脂仅在粒子表面上进行水解反应,这就大大降低了水解的反应速度。同时也导致了这样的问题:生成的交联聚天冬氨酸树脂不能提供高吸水性。
当使用水和可与水混溶的有机溶剂的混合溶剂时,生成的交联聚天冬氨酸树脂的溶胀度由如上述它们的比率决定。在本发明的方法中,在水解反应期间,视需要调节它们的比率,使反应体系中树脂的溶胀度控制在3~100倍。在树脂溶胀的情况下,树脂中的液体如水或有机溶剂的迁移要花费较长时间。对于通过吸收或释放液体以达到平衡的树脂来说,松弛时间是必要的。因而,在为获得所期望溶胀度的树脂,控制水与有机溶剂的比率之后,到取得所期望的溶胀度,还需要一段时间。
而且,在反应体系中水与可与水混溶有机溶剂的比率,可视需要而变化,其方法为,当需要使在起始反应之后的水和可与水混溶有机溶剂的混合溶剂中的交联聚琥珀酰亚胺中的酰亚胺环进一步地水解时,将新鲜水或可与水混溶的有机溶剂加入到反应混合物中。
例如,当要制备的交联聚天冬氨酸树脂的吸水性不限于特别的值,酰亚胺环的水解反应可在水或水与可与水混溶有机溶剂的混合溶剂中引发,混合溶剂含有相对于水高比率的有机溶剂。当由于树脂的凝胶化而使树脂进行增稠时,可将需要量的可与水混溶的有机溶剂加入到反应混合物中,因而可以防止增稠。
例如,也可以在可与水混溶的有机溶剂中或水与可与水混溶有机溶剂的混合溶剂中,引发酰亚胺环的水解反应,该混合溶剂含有相对于水高比率的有机溶剂,然后,为防止沉淀物的凝聚,将需要的水加入到反应混合物中。也就是说,本发明的方法是十分有效的,其不仅使要制备的树脂具有预先指定的吸水性,而且也使要制备的树脂具有不预先指定的吸水性。
在水与可与水混溶有机溶剂的混合溶剂中,水的比例可以优选为5wt%或更高,其中20~80wt%为更优选。
而且,可以将分离的交联聚琥珀酰亚胺,以溶剂一直含于其中的湿饼形式或以经干燥脱除溶剂的形式加入到下面的水解步骤。[9-2]在含有无机盐和/或有机盐的水溶液中进行水解反应的方法
在这种方法中,水解反应在存在无机盐和/或有机盐的情况下进行。为调节反应体系的渗透压,适当地确定无机盐和/或有机盐的浓度和种类,由此使凝胶形树脂的溶胀度得以控制。
对有机盐和无机盐没有特别的限制,宽范围的常规盐如中性盐,碱性盐和酸性盐均可使用。当使用多价金属盐时,优选浓度较低的盐,这是因为多价金属盐可引起由酰亚胺水解而成的羧酸的离子交联,导致如此获得的交联聚天冬氨酸树脂具有高交联度。
可使用通过加入无机盐或有机盐而成的溶液,或可使用一种在水中中和而成的盐。而且,如果一种盐是在前面交联反应中获得的,那么该盐可直接使用。
可用的盐的例子可以包括金属盐,有机碱盐,无机酸的氧化物及其类似物,这些酸为如盐酸,氢溴酸,氢碘酸,氢氟酸,硫酸,亚硫酸,焦硫酸,氨基硫酸,硫代硫酸,硝酸,亚硝酸,磷酸,亚磷酸,正磷酸,偏磷酸,连二磷酸,焦磷酸,次磷酸,膦酸,碳酸,过碳酸,硼酸,原硼酸,偏硼酸,氯酸,高氯酸,次氯酸,溴酸,高溴酸,次溴酸,碘酸,高碘酸,次碘酸,硅酸,原硅酸,硅酸(H2SiO3),铝酸,碲酸,异氰酸,硫氰酸,锰酸,高锰酸,高碘酸,铬酸,重铬酸,偏锑酸,偏钒酸及钼酸;有机酸如有机膦酸,有机磺酸,有机羧酸,草酸和有机酚。
其中,金属盐和盐酸,氢溴酸,氢碘酸,氢氟酸,硫酸,亚硫酸,焦硫酸,氨基硫酸,硫代硫酸,硝酸,亚硝酸,磷酸,亚磷酸,正磷酸,偏磷酸,连二磷酸,焦磷酸,次磷酸,膦酸,碳酸,硼酸,原硼酸,偏硼酸,硅酸,原硅酸,硅酸(H2SiO3),草酸,有机膦酸,有机磺酸,有机羧酸的有机碱盐为优选,因为它们具有低毒性,不具有氧化还原性,以及费用低。特别优选的为金属盐和各种酸如盐酸,硫酸,硝酸,磷酸,碳酸,硼酸,有机膦酸有机磺酸和有机羧酸的有机碱盐。
构成金属盐的金属例子可以包括锂,钠,钾,铍,镁,铝,钙,钪,钛,钒,铬,锰,铁,钴,镍,铜,锌,铗,锗,铷,锶,镱,锆,铌,钼,钌,铑,钯,银,镉,铟,锡,碲,铯,钡,serium,金,汞,铊和铅。其中锂,钠和钾为优选,因为它们具有低毒性,费用低且在水中能高度溶解。
此外,有机盐的例子可以包括铵盐如铵,四甲铵,四乙铵,四丙铵,四丁铵,四戊铵,四己铵,乙基三甲基铵,三甲基丙基铵,丁基三甲基铵,戊基三甲基铵,己基三甲基铵,环己基三甲基铵,苄基三甲基铵,三乙基丙基铵,三乙基丁基铵,三乙基戊基铵,三乙基己基铵,环己基三乙基铵和苄基三乙基铵;胺盐如三甲基胺,三乙基胺,三丙基胺,三丁基胺,三戊基胺,三己基胺,三乙醇胺,三丙醇胺,三丁醇胺,三戊醇胺,三己醇胺,二甲胺,二乙胺,二丙胺,二丁胺,二戊胺,二己胺,二环己基胺,二苄基胺,乙基甲基胺,甲基丙基胺,丁基甲基胺,甲基戊基胺,甲基己基胺,甲胺,乙胺,丙胺,丁胺,戊胺,己胺,辛胺,癸胺,十二胺和十六胺。
其中,从水中的溶解性,气味,安全和费用的角度考虑,更优选铵盐如四甲基铵,四乙基铵,四丙基铵,四丁基铵,乙基三甲基铵,苄基三甲基铵和苄基三乙基铵;胺盐如三甲基胺,三乙基胺,三丙基胺,三丁基胺和三乙醇胺。
其它的具体例子包括氯化物如氯化钠,氯化钾,氯化锂,氯化铵,氯化钙,氯化镁,氯化铍,氯化铝,四氯化钛,氯化钒,氯化铬,氯化锰,氯化铁,氯化钴,氯化镍,氯化铜,氯化锌,氯化锶,氯化镱,氯化锆,氯化钼,氯化钌,氯化铑,氯化钯,氯化银,氯化镉,氯化锡,氯化碲,氯化铯,氯化钡,氯化serium,氯化铅,氯化四甲铵,氯化四乙铵,氯化四丁铵和氢氯化三乙醇胺,溴化钠,溴化钾,溴化锂,溴化铵,溴化四甲铵,溴化四乙铵,溴化四丁铵,氢溴化三乙醇胺,碘化钠,碘化钾,碘化锂,碘化铵,碘化四甲铵,碘化四乙铵,碘化四丁铵,氢碘化三乙醇胺,硫酸钠,硫酸钾,硫酸锂,硫酸铵,硫酸化四甲铵,硫酸化四乙铵,硫酸化四丁铵,硫酸化三乙醇胺,硝酸钠,硝酸钾,硝酸锂,硝酸铵,硝酸化四甲铵,硝酸化四乙铵,硝酸化四丁铵,硝酸化三乙醇胺,磷酸钠,磷酸钾,磷酸锂,磷酸铵,碳酸钠,碳酸钾,碳酸锂,碳酸铵,碳酸四甲铵,碳酸四乙铵,碳酸四丁铵,碳酸三乙醇胺,硼酸钠,硼酸钾,硼酸锂,硼酸铵,苯磺酸钠,苯磺酸钾,苯磺酸锂,苯磺酸铵,苯磺酸四甲铵,苯磺酸四乙铵,苯磺酸四丁铵,苯磺酸三乙醇胺,对甲苯磺酸钠,对甲苯磺酸钾,对甲苯磺酸锂,对甲苯磺酸铵,对甲苯磺酸四甲铵,对甲苯磺酸四乙铵,对甲苯磺酸四丁铵,对甲苯磺酸三乙醇胺,苯甲酸钠,苯甲酸钾,苯甲酸锂,苯甲酸铵,苯甲酸四甲铵,苯甲酸四乙铵,苯甲酸四丁铵,苯甲酸三乙醇胺,草酸钠,草酸钾,草酸锂,草酸铵,草酸四甲铵,草酸四乙铵,草酸四丁铵,草酸三乙醇胺,乙酸钠,乙酸钾,乙酸锂,乙酸铵,乙酸四甲铵,乙酸四乙铵,乙酸四丁铵,乙酸三乙醇胺,丙酸钠,丙酸钾,丙酸锂,丙酸铵,丙酸四甲铵,丙酸四乙铵,丙酸四丁铵,丙酸三乙醇胺。
其中,优选为氯化钠,氯化钾,氯化锂,氯化铵,氯化四甲铵,氯化四乙铵,氯化四丁铵和氢氯化三乙醇胺,溴化钠,溴化钾,溴化锂,溴化铵,溴化四甲铵,溴化四乙铵,溴化四丁铵,氢溴化三乙醇胺,碘化钠,碘化钾,碘化锂,碘化铵,碘化四甲铵,碘化四乙铵,碘化四丁铵,氢碘化三乙醇胺,硫酸钠,硫酸钾,硫酸锂,硫酸铵,硫酸化四甲铵,硫酸化四乙铵,硫酸化四丁铵,硫酸化三乙醇胺,硝酸钠,硝酸钾,硝酸锂,硝酸铵,硝酸化四甲铵,硝酸化四乙铵,硝酸化四丁铵,硝酸化三乙醇胺,磷酸钠,磷酸钾,磷酸锂,磷酸铵,碳酸钠,碳酸钾,碳酸锂,碳酸铵,碳酸四甲铵,碳酸四乙铵,碳酸四丁铵,碳酸三乙醇胺,硼酸钠,硼酸钾,硼酸锂,硼酸铵,苯磺酸钠,苯磺酸钾,苯磺酸锂,苯磺酸铵,苯磺酸四甲铵,苯磺酸四乙铵,苯磺酸四丁铵,苯磺酸三乙醇胺,对甲苯磺酸钠,对甲苯磺酸钾,对甲苯磺酸锂,对甲苯磺酸铵,对甲苯磺酸四甲铵,对甲苯磺酸四乙铵,对甲苯磺酸四丁铵,对甲苯磺酸三乙醇胺,苯甲酸钠,苯甲酸钾,苯甲酸锂,苯甲酸铵,苯甲酸四甲铵,苯甲酸四乙铵,苯甲酸四丁铵,苯甲酸三乙醇胺,草酸钠,草酸钾,草酸锂,草酸铵,乙酸钠,乙酸钾,乙酸锂,乙酸铵,乙酸四甲铵,乙酸四乙铵,乙酸四丁铵,乙酸三乙醇胺,丙酸钠和丙酸钾。更优选为。氯化钠,氯化钾,氯化铵,氯化四甲铵,氯化四乙铵,氯化四丁铵和氢氯化三乙醇胺,硫酸钠,硫酸钾,硫酸铵,硫酸化四甲铵,硫酸化四乙铵,硫酸化四丁铵,硫酸化三乙醇胺,磷酸钠,磷酸钾,磷酸铵,碳酸钠,碳酸钾,碳酸铵,硼酸钠,硼酸钾,硼酸铵,苯磺酸钠,苯磺酸钾,苯磺酸铵,苯磺酸四甲铵,苯磺酸四乙铵,苯磺酸四丁铵,苯磺酸三乙醇胺,对甲苯磺酸钠,对甲苯磺酸钾,对甲苯磺酸铵,对甲苯磺酸四甲铵,对甲苯磺酸四乙铵,对甲苯磺酸四丁铵,对甲苯磺酸三乙醇胺,苯甲酸钠,苯甲酸钾,苯甲酸铵,草酸钠,草酸钾,草酸铵,乙酸钠,乙酸钾,乙酸铵,丙酸钠和丙酸钾。
上述列举的各种盐可以单独或混合使用。在某些情况下,它们也可以与无机盐和有机盐混合使用。
在这种方法中,可以在反应的初始阶段加入该盐,或可以在反应期间视需要加入。加入的盐可以控制生成凝胶的溶胀度。
该盐在反应混合物中的浓度可以优选为0.01~20wt%,其中0.1~5wt%为更优选。适当高浓度的盐可以体现出盐的效果,而适当低浓度的盐可以防止盐的混合物进入到树脂内部。
在这种方法中,有机溶剂可以与无机盐和/或有机盐的水溶液混合。有机溶剂包括可与水混溶的有机溶剂和与水不混溶的两种有机溶剂,两种均可使用。
可与水混溶的有机溶剂具体例子可以与在上述方法[9-1]中列举的可与水混溶的有机溶剂相同。另外,与水不混溶的有机溶剂的具体例子可以包括石油醚,戊烷,己烷,庚烷,辛烷,环己烷,苯,甲苯,乙基苯,二甲苯,萘烷和联苯醚。其中更优选的是可与水混溶的有机溶剂如甲醇,乙醇,丙醇,异丙醇和丁醇,这是因为由水解反应而得的交联聚天冬氨酸树脂可以很容易地进行干燥,且在干燥后的树脂中几乎不残留溶剂。
当使用水与有机溶剂的混合溶剂时,混合溶剂中水的比例可以优选为5wt%或更高,其中20~80wt%为更优选。[9-3]在40~100℃的溶剂中进行水解反应的方法
在这种方法中,通过运用交联聚天冬氨酸树脂在高温下其吸水性降低的特性,适当地调节反应混合物的温度。从而控制反应体系中凝胶形树脂的溶胀度。
在此方法中使用的溶剂可以是水或含有机溶剂的水溶液。有机溶剂包括可与水混溶的有机溶剂和与水不混溶的两种有机溶剂,两种均可使用。作为可与水混溶的有机溶剂和与水不混溶的有机溶剂的具体例子,可以包括那些与在上述方法[9-1]和[9-2]中列举相同的有机溶剂。
当使用水与有机溶剂的混合溶剂时,混合溶剂中水的比例可以优选为5wt%或更高,其中20~80wt%为更优选。[9-4]视需要,结合[9-1]~[9-3]中至少两种方法进行水解反应的方法
对其结合方式没有特别的限制。从所期望树脂的种类,制备装置,反应条件等考虑,选择适当的结合方式。当不控制溶胀度,即采用方法[9-3]时,反应体系的温度通常优选为5~100℃,更优选10~60℃。通过结合这些方法,树脂的溶胀度可以容易地得到控制,以使水解反应有效地进行,从而获得优良的树脂。[9-5]在水解反应中水的用量
需要在水存在下,进行交联聚琥珀酰亚胺中酰亚胺环的交联反应,其水的用量可以由需要而定。在上述[9-1]~[9-4]的每一种方法中,水的用量通常优选为生成的交联聚天冬氨酸树脂重量的1~50倍,其中1~20倍为更优选。在方法[9-1]中,水的用量同时也决定于水与可与水混溶有机溶剂之间的比率。[9-6]用于水解反应中的碱性试剂
对用于使交联聚琥珀酰亚胺中酰亚胺环进行水解反应的碱性试剂没有特别的限制,但通常使用一种碱性水溶液。
碱性水溶液的例子可以包括各种使用碱金属盐的水溶液,这种碱金属盐,例如碱金属的氢氧化物如氢氧化钠,氢氧化钾和氢氧化锂,碱金属的碳酸盐如碳酸钠,碳酸钾和碳酸锂,碱金属的碳酸氢盐如碳酸氢钠和碳酸氢钾,碱金属的乙酸盐如乙酸钠和乙酸钾及草酸钠;以及氨水。其中,基于经济费用,氢氧化钠和氢氧化钾为优选。它们可以单独或混合使用。[9-7]水解反应体系的pH值
在水解反应中反应混合物的pH值取决于试剂如碱性水溶液的浓度。当适当地降低pH值时,可以防止树脂分子的断裂,其结果是避免降低树脂的吸水性。如果适当地增加pH值,可以加速反应速度,从而使正进行的步骤得以完成。其pH值通常优选为7.5~13,更优选9~12。[10]不对溶胀度进行任何调节而进行交联聚琥珀酰亚胺中酰亚胺环的水解反应。
前面已描述了这样情况下的每一种方法:在交联聚琥珀酰亚胺中的酰亚胺环进行水解反应时,将反应体系的溶胀度控制在3~100倍的范围内。在交联聚天冬氨酸树脂的吸水性和体积效率方面,这些方法可以产生良好的效果。
然而,值得注意的是,本发明并不仅限于在水解反应中控制溶胀度的方法,而且其还包括上述处于分散态的聚琥珀酰亚胺的交联的方法,以及下述洗涤交联聚天冬氨酸树脂凝胶的方法,该凝胶由水和/或可与水混溶的有机溶剂水解而得。
当与调节水解反应中树脂溶胀度的方法结合起来使用,这些方法在实际中是更有用的。然而,值得注意的是,在进行水解反应时,即使不对溶胀度进行任何的控制,这些方法还是可以起到其自身的效果。
当不需要控制溶胀度而进行交联聚琥珀酰亚胺中的酰亚胺环的水解反应时,对每一种具体条件没有特别的限制,只要能通过碱性水解打开酰亚胺环及通过打开环能形成羧基即可。然而,优选采用上述在控制溶胀度情况下,进行水解反应时所优选采用的条件。当不控制溶胀度时,反应体系的温度通常优选为5~100℃,其中10~60℃为更优选。[11]交联聚天冬氨酸树脂的后处理
对于由交联聚琥珀酰亚胺中酰亚胺环的碱性水解反应而得的交联聚天冬氨酸树脂的后处理没有特别的限制。例如,视需要可以进行处理或加工,如中和,盐的内交换,干燥,提纯,成粒及表面交联。对于中和,盐的内交换和干燥,将在下面进行描述。[11-1]交联聚天冬氨酸树脂的中和处理
视需要,可以对交联聚天冬氨酸树脂进行中和处理。然而,值得注意的是,水解反应后含交联聚天冬氨酸树脂的反应混合物通常为碱性。因此,最好加入一种酸或类似物进行中和。经过这种中和处理,含在交联聚天冬氨酸树脂分子中的羧基可以转化成盐。尽管对这种中和程度没有特别的限制,但基于交联聚天冬氨酸树脂分子上全部的天冬氨酸残基数,以其盐形式存在的羧基的比例可以优选为0~50%,其中0~30%为更优选。
对中和处理的方法没有特别的限制,但通常在水解反应之后,加入一种酸来调节其pH值。该酸的具体例子可以包括无机酸如盐酸,氢溴酸,氢碘酸,硫酸,亚硫酸,硝酸,亚硝酸,碳酸和磷酸;羧酸如甲酸,乙酸,丙酸,草酸和苯甲酸;磺酸如甲磺酸,三氟甲磺酸,苯磺酸和甲苯磺酸;膦酸如苯膦酸。其中,盐酸和硫酸为优选,而从费用及脱除的容易性上,盐酸为更优选。[11-2]交联聚天冬氨酸树脂的盐的内交换处理
当交联聚天冬氨酸树脂分子中的羧基经中和处理转变成盐时,该盐可以视需要转化成不同类型的盐。
作为盐的内交换试剂的例子,可以包括碱金属盐,铵盐,胺盐等。具体的例子可以包括碱金属盐如钠,钾和锂盐;铵盐如铵,四甲铵,四乙铵,四丙铵,四丁铵,四戊铵,四己铵,乙基三甲基铵,三甲基丙基铵,丁基三甲基铵,戊基三甲基铵,己基三甲基铵,环己基三甲基铵,苄基三甲基铵,三乙基丙基铵,三乙基丁基铵,三乙基戊基铵,三乙基己基铵,环己基三乙基铵和苄基三乙基铵;胺盐如三甲基胺,三乙基胺,三丙基胺,三丁基胺,三戊基胺,三己基胺,三乙醇胺,三丙醇胺,三丁醇胺,三戊醇胺,三己醇胺,二甲胺,二乙胺,二丙胺,二丁胺,二戊胺,二己胺,二环己基胺,二苄基胺,乙基甲基胺,甲基丙基胺,丁基甲基胺,甲基戊基胺,甲基己基胺,甲胺,乙胺,丙胺,丁胺,戊胺,己胺,辛胺,癸胺,十二胺和十六胺盐。
在这些盐中,那些具有小分子量的为优选,这是由于大分子量的导致每单体单元的分子量相对增大,而由此导致每单位重量的吸水性变小。此外,当生成的交联聚天冬氨酸树脂可能与人的皮肤或类似物发生接触时,那些具有低毒性的为优选,为此,优选使用钠,钾,锂,铵或三乙醇胺盐,而从经济的角度来说,使用钠或钾盐为更优选。[11-3]交联聚天冬氨酸树脂的干燥
对交联聚天冬氨酸树脂的干燥方法没有特别的限制。例如,可以包括常规的方法如使用热空气干燥,使用特殊的蒸汽干燥,微波干燥,真空干燥,鼓风机干燥或在疏水有机溶剂存在下,经共沸脱水干燥。干燥温度通常优选为20~200℃,其中50~120℃为更优选。
可以对已如此干燥的交联聚天冬氨酸树脂进行更进一步地处理,如提纯,成粒,表面交联等。[12]交联聚天冬氨酸树脂的洗涤
在制备交联聚天冬氨酸树脂的本发明方法中,使用水和/或可与水混溶的有机溶剂,对交联聚天冬氨酸树脂的凝胶进行洗涤或再沉积。
经过这种提纯方法,该交联聚天冬氨酸树脂在吸水性和凝胶强度上都得以提高。据信这应归因于去除了水溶性组份如单体,低聚物以及含在树脂凝胶中且降低树脂特性的无机或有机盐。
洗涤的具体例子可以包括下面两种方法。
[12-1]使用水/或可与水混溶的有机溶剂,过滤其凝胶,洗涤交联聚天冬氨酸树脂,该凝胶已被水或一种水和可与水混溶的有机溶剂的混合溶剂所溶胀。
[12-2]使用可与水混溶的有机溶剂,再沉积其凝胶,洗涤交联聚天冬氨酸树脂,该凝胶已被水或一种水和可与水混溶的有机溶剂的混合溶剂所溶胀。
对于交联聚天冬氨酸树脂,使用方法[12-1]和[12-2],可以离析的方式,也可以非离析的方式,亦即以一种湿饼,压制饼,淤浆等方式。
下面将描述方法[12-1]和[12-2]。[12-1]通过使用水/或可与水混溶的有机溶剂,过滤和洗涤凝胶的方法
按照这种方法,用水和/或可与水混溶的有机溶剂过滤交联聚天冬氨酸树脂的凝胶—该凝胶已被水或—种水和可与水混溶的有机溶剂的混合溶剂所溶胀,然后,用水和/或可与水混溶的有机溶剂洗涤经过滤获得的水凝胶。经过过滤,比过滤器介质筛孔小的杂质可以被过滤掉,如果需要,可以通过进一步洗涤来去除其中残余杂质。
对使用的可与水混溶的有机溶剂没有特别的限制,只要它是可与水混溶的有机溶剂即可。具体的例子可以包括醇如甲醇,乙醇,丙醇,异丙醇,丁醇,2-甲氧基乙醇和2-乙氧基乙醇;甘醇如乙二醇,二甘醇,三甘醇,丙二醇和二丙二醇;酮如丙酮,甲乙酮和甲基异丁基酮;环醚如四氢呋喃和二噁烷;N,N-二甲基甲酰胺,N,N-二甲基乙酰胺,N-甲基吡咯烷酮,N,N′-二甲基咪唑啉酮,二甲基亚砜,以及sulforane。其中甲醇,乙醇,丙醇,异丙醇和丁醇为特别优选,这是因为生成的交联聚天冬氨酸树脂可以容易地干燥,在干燥之后,溶剂几乎不残留在树脂中。
对用于引起树脂溶胀的水和可与水混溶有机溶剂的用量没有特别的限制,只要它们能充分地溶胀树脂即可。树脂的溶胀度取决于树脂的吸水性。在这种方法中,通过使用过量蒸馏水或去离子水来获得溶胀为优选。然而,超过量地使用水是不经济的。为此,蒸馏水或去离子水的用量可以优选0.001~10倍于树脂吸收的蒸馏水或去离子水的重量,其中0.02~5倍为更优选。
对用于洗涤溶胀树脂凝胶的水和/或可与水混溶有机溶剂的用量没有特别的限制。然而,从洗涤效果和经济上来说,优选的用量可以1~50倍于树脂的重量,其中3~20倍为更优选。此外,当用一种水和可与水混溶的有机溶剂的混合溶剂来洗涤溶胀树脂的凝胶时,从洗涤效果来看,对它们的比率没有特别的限制,尽管如此,其中水的比例可以优选为20wt%或更高。在此,高比例的有机溶剂将导致凝胶的收缩,如在方法[12-2]中,该树脂形成再沉淀状态。
尽管对用于过滤的介质没有特别的限制,但可以包括在内的例子为钢筛,无纺尼龙纤维,玻璃过滤布等。过滤器的筛孔尺寸,基于过滤器的筛孔,优选为50μm~1mm,其中100μm~1mm为更优选。当筛孔的尺寸适当地增大时,过滤速度变快,而当筛孔适当地减小时,凝胶的回收率增大。
过滤可以在过滤混合物静止或搅拌的情况下进行。过滤还可以进一步地在与过滤器一起振动或转动情况下进行。除此,过滤可以在常压或较高压力下进行,或在减压下进行吸滤。
作为该凝胶的洗涤方法,凝胶可以通常方式进行洗涤,或凝胶可以通过过滤凝胶来过滤和洗涤,以获得一种水凝胶,将该水凝胶分散到蒸馏水或去离子水中,然后,使水凝胶在其中沉淀。尽管包括分散和之后进行沉淀的方法需要大量步骤,但它可以获得高洗涤效率。
而且,在过滤中经筛孔沉积下来的凝胶沉淀到底部,因此,这种沉淀下来的凝胶可以进行回收和使用。
经过滤和洗涤的凝胶可如此被干燥,或可以在可与水混溶的有机溶剂中进行沉淀,然后,收集和干燥沉淀物。
尽管对用于再沉淀的可与水混溶的有机溶剂没有特别的限制,但通常的例子可以包括醇如甲醇,乙醇,丙醇,异丙醇,丁醇,2-甲氧基乙醇和2-乙氧基乙醇;甘醇如乙二醇,二甘醇,三甘醇,丙二醇和二丙二醇;酮如丙酮,甲乙酮和甲基异丁基酮;环醚如四氢呋喃和二噁烷;N,N-二甲基甲酰胺,N,N-二甲基乙酰胺,N-甲基吡咯烷酮,N,N′-二甲基咪唑啉酮,二甲基亚砜,以及sulforane。其中甲醇,乙醇,丙醇,异丙醇和丙酮为特别优选,这是由于它们可以经济的价格获得。[12-2]通过使用可与水混溶的有机溶剂进行再沉淀的凝胶洗涤方法
按照这种方法,将己被水或一种水和可与水混溶的有机溶剂的混合溶剂所溶胀的交联聚天冬氨酸树脂的凝胶倒入可与水混溶的有机溶剂中,对该树脂进行再沉淀,或将可与水混溶的有机溶剂进料到凝胶中以再沉淀其树脂。
可以与上述方法[12-1]的同样方式进行交联聚天冬氨酸树脂的溶胀。
当将凝胶倒入可与水混溶的有机溶剂中,发生沉淀作用时,视需要,可以在倒入之前,调节凝胶的粘度。例如,当含在凝胶中的水的比例增加时,其凝胶的粘度增高,相反地,当可与水混溶的有机溶剂的比例增加时,其凝胶的粘度变低而成为一种淤浆。然而,对倒入的方式或计时没有特别的限制。当凝胶或凝胶的淤浆渗入到可与水混溶的有机溶剂中时,该凝胶在渗入的过程中,聚集成一种刚性物质。在这种情况下,优选在渗入期间进行高速搅拌,或在配有切削刃式搅拌桨的研磨机中研磨该物质。
用于再沉淀的可与水混溶的有机溶剂例子可以包括丙酮,甲乙酮,甲醇,乙醇,丙醇,丁醇,己醇,乙二醇,丙二醇,1,2-二甲氧基乙烷,甲氧基甲醇,2-甲氧基乙醇,四氢呋喃,二噁烷,N,N-二甲基氨基甲酰胺,N,N-二甲基氨基乙酰胺,二甲基亚砜,N,N-二甲基酰亚胺基咪唑啉酮,sulforane,以及N-甲基吡咯烷酮。从工业化的角度,其中丙酮,甲醇和乙醇为优选,这是由于它们的高安全性和容易回收。它们可以单独或混合使用。用于沉淀的可与水混溶的有机溶剂可与用于树脂溶胀的可与水混溶的有机溶剂相同。如果需要,它可以含有水。
对用于再沉淀的可与水混溶的有机溶剂的用量没有特别的限制,只要凝胶能够再沉淀即可(全部再沉淀或凝胶再沉淀)。其用量通常可以优选为0.5~10倍,更优选1~5倍于树脂的重量,其用量还取决于溶剂的种类。[13]不用洗涤的交联聚天冬氨酸树脂的制备
前面描述了这样一种方法,在此方法中,通过水解而得的交联聚天冬氨酸树脂的凝胶,用水和/或可与水混溶的有机溶剂洗涤。这种方法可以使交联聚天冬氨酸树脂在吸水性和凝胶强度方面,具有良好的效果。
然而,从实际的角度上讲,如果本发明不仅能够进行用水和/或可与水混溶的有机溶剂洗涤或再沉淀交联聚天冬氨酸树脂的方法,而且也能进行上述方法与上述使处于分散态的聚琥珀酰亚胺交联的方法结合,那么,本发明是更有用的。然而,值得注意的是,即使交联聚天冬氨酸树脂的凝胶没有进行洗涤或再沉淀,后一种方法也能显示出本身的效果。即,上述的洗涤或再沉淀可以视需要进行,取决于树脂的应用目的或对其所需的性能。[14]交联聚天冬氨酸树脂的形状
交联聚天冬氨酸树脂形状的具体例子可以包括各种形状,如不规则粉碎粉末,球状,谷粒状,颗粒状,成粒的粒子,薄片,块状,珍珠状,精细粉末,纤维状,棒条状,薄膜和片状。根据应用目的,可以选择一种好的形状。它也可以是一种基于纤维的材料的形式,一种多孔体的形式,一种泡沫体的形式,或一种成粒材料的形式。[15]交联聚天冬氨酸树脂的粒子尺寸
对交联聚天冬氨酸树脂的粒子尺寸(平均粒径)没有特别的限制,可以依赖于应用目的来优选粒子尺寸。例如,对于一次性尿布而言,其平均尺寸100-1,000μm为优选,而150-600μm为更优选,这是因为希望其具有快的吸收速度和避免凝胶阻塞。当与一种树脂捏合使用如作防水材料或为其似目的时,其尺寸1-10μm为优选。在用于农业和园艺的持水材料情况下,考虑到其在土壤中的分散性,其尺寸100μm-5mm为优选。[16]交联聚天冬氨酸树脂的使用方式
对交联聚天冬氨酸树脂的使用方式没有特别的限制。它可以单独进行使用,或与其它材料混合使用。
当交联的聚天冬氨酸树脂与其它树脂混合使用时,它可以被捏合在一种热塑性树脂中,然后通过注射成型或类似方法进行成型;它可以与其它树脂的构成单体混合,如果需要,可加入引发剂,然后通过光,热或类似方式进行聚合;它可以与其它树脂在溶剂中进行分散,之后进行浇铸和脱除溶剂;它可以与其它树脂的预聚物混合,然后进行交联;以及它可以与其它树脂混合,之后进行交联。
对交联聚天冬氨酸树脂的成型产品或另外形成的产品没有特别的限制。它可以固体物质,片状,薄膜,纤维状,非织物,泡沫体橡胶等形式进行使用。而且,对它们的成型方法或形成方法,没有特别的限制。
交联聚天冬氨酸树脂可以本身或与其它材料结合形成的复合材料方式进行使用。尽管对此复合材料的结构没有特别的限制,然而,它可以通过保持在纸浆层,非织物或其类似物之间,形成三明治结构;它可以通过使用树脂片或薄膜作为一种基体材料,形成多层结构;或它可以通过在树脂片上浇铸,形成一种双层结构。例如,形成片状的交联聚天冬氨酸树脂提供一种超强吸收性片(包括一种超强吸收性膜)。
而且,如果需要,此交联聚天冬氨酸树脂也可以与一种或多种其它超强吸收性树脂进行混合。如果需要,也可以加入无机化合物,如盐,硅胶,白炭黑,超细二氧化硅和氧化钛粉末;以及有机化合物,如鳌合物。而且,也可以与氧化剂,抗氧化剂,还原剂,紫外线吸收剂,抗菌剂,杀菌剂,防霉剂,肥料,香水,除臭剂,颜料等进行混合。
交联聚天冬氨酸树脂也可以凝胶或固体物质的形式进行使用。例如,当用于农业和园艺作持水材料,剪花的寿命延长剂,凝胶型芳香剂,凝胶型除臭剂等方面上时,它可以凝胶的方式进行使用;而当用作一次性尿布的吸收剂上时,它可以固体方式进行使用。[17]交联聚天冬氨酸树脂的应用目的
对交联聚天冬氨酸树脂的应用目的没有特别的限制。它可以用在常规超强吸收树脂所使用的任何应用领域。
典型的应用可以包括卫生产品,如卫生巾,一次性尿布,乳罩和一次性抹布;药用产品,如创口贴,药用底垫和泥敷剂;日用品,如宠物被单,便携式便池,凝胶型芳香剂,凝胶型除臭剂,吸汗纤维和一次性袖珍加热器;化妆品,如香波,发胶和润湿剂;农业和园艺产品,如农业和园艺中的持水材料,剪花的生命延长剂,花的轮廓(对剪花的固定基),婴儿床,溶液培植蔬菜的片材,婴儿带,流体化的培育介质和防露水农用片材;食品包装材料,如对食品托盘的保鲜材料和滴液吸收片材;运输期间使用的材料,如冷绝缘体和在新鲜蔬菜运输期间使用的水吸收剂片材;建筑和土木工程材料,如防水建筑材料,土木工程和建筑的密封材料,盾构掘进隧道方法中的漏失钻液防止剂,混凝土添加剂,密封垫和填片;涉及电和电子设备的材料,如电子设备和光学纤维的密封材料,通信电缆的防水材料和喷墨复印纸;水处理材料,如淤泥固化剂及汽油和油的脱水剂;印染上浆材料;水溶胀玩具;人造雪;缓释肥料;缓释农药;缓释药物;湿度调节材料;以及抗静电剂。
下面,将通过实施例更具体地描述本发明。然而,值得注意的是,本发明并不仅限于实施例。在下面的实施例和比较例中,所有的“份”或“份数”意味着“重量份”或“重量份数”。
每实施例的水吸收性,通过下述的茶叶袋方法进行测量。其中每实施例的凝胶强度,通过下述的钢球放置方法进行测量。另外,在每一交联聚琥珀酰亚胺中酰亚胺环的水解反应的体积效率,以基于使用的溶剂和交联聚琥珀酰亚胺的全部重量的重量百分比表示(wt%)。(1)茶袋方法
使用蒸馏水和生理盐水作为被吸收液体,对吸水性进行测量。具体地,在蒸馏水情况下,将约0.05份超强吸收聚合物装入到一个茶叶袋中,该茶叶袋由无纺布制得(80mm×50mm),而将约0.1份超强吸收聚合物装入到一个相似茶叶袋中。每个茶叶袋浸没于过量的相应液体中,在此液体中,聚合物进行1小时溶胀。然后提出茶叶袋。在其上的液体滴落1分钟以后,对溶胀聚合物含于其中的茶叶袋的重量进行测量。仅使用一个相同的空白茶叶袋,作为空白试验,同样地重复上述步骤。用溶胀聚合物含于其中的茶叶袋的重量,减去空白袋重量和超强吸收聚合物的重量,超强吸收聚合物的重量除以(以上得出的)差值,所得的数值作为吸水性(克/1克树脂)。附带地,生理盐水为0.9wt%的氯化钠水溶液。(2)钢球放置方法
将生理盐水(250份)加入到5份超强吸收性树脂中,然后进行1小时的凝胶化。在该凝胶上,一个接一个地放置钢球,从最小直径钢球开始,在该凝胶上每次放置一个。在该凝胶上,能保持30秒或更长且不凹入的最大直径钢球被记录下来,作为该凝胶的凝胶强度。(A)在交联反应中,涉及使用分散剂的实施例:[实施例A1]
7.2份二盐酸赖氨酸甲酯和22.6份一盐酸赖氨酸分散在40份蒸馏水中。对生成的分散液,一点一点地加入7.8份苛性苏打进行中和,从而制备一种赖氨酸水溶液。另外,100份、重均分子量为96,000的聚琥珀酰亚胺,在氮气流下,溶解在400份N,N-二甲基甲酰胺(以下简称“DMF”)中,然后,加入赖氨酸水溶液。如此制备的混合物在室温下搅拌30分钟之后,加入400份作为分散剂的甲苯(不良溶剂)以分散聚琥珀酰亚胺,而后物料反应2小时。反应之后,将反应混合物进行吸滤以收集一种沉淀物。该沉淀物用甲苯洗涤,然后,在60℃下干燥2小时,从而获得一种交联聚琥珀酰亚胺。
将交联聚琥珀酰亚胺(120份)分散在400份蒸馏水和400份甲醇的混合物中,接着,在2小时内,滴加130份27wt%苛性苏打水溶液。在滴加之后,将此生成混合物搅拌2小时。使用7wt%的盐酸溶液,将混合物中和到pH=7。中和之后,将该混合物倒入300份甲醇中,搅拌1小时。生成的沉淀物在60℃下进行干燥,由此,获得125份作为超强吸收性聚合物的交联聚天冬氨酸树脂。
交联聚天冬氨酸树脂的吸水性,在蒸馏水情况下,为890倍率;在生理盐水情况下,为71倍率。[实施例A2]
37.6份一盐酸赖氨酸分散在80份蒸馏水中。对生成的分散液,加入10.3份苛性苏打进行中和,从而制备一种赖氨酸水溶液。另外,100份、重均分子量为96,000的聚琥珀酰亚胺,在氮气流下,溶解在400份DMF中,然后,加入赖氨酸水溶液。如此制备的混合物在室温下搅拌10分钟之后,加入400份作为分散剂的甲醇(不良溶剂)以分散聚琥珀酰亚胺,而后物料反应20小时。反应之后,将反应混合物进行吸滤以收集一种沉淀物。该沉淀物用甲醇洗涤,从而获得一种交联聚琥珀酰亚胺湿饼。
将交联聚琥珀酰亚胺湿饼分散在400份蒸馏水和400份甲醇的混合物中,接着,在2小时内,滴加122.1份27wt%苛性苏打水溶液。在滴加之后,将此生成混合物搅拌2小时。使用7wt%的盐酸溶液,将混合物中和到pH=7。中和之后,将该混合物倒入300份甲醇中,搅拌1小时。通过过滤收集生成的沉淀物,然后,在60℃下进行干燥,由此,获得140份作为超强吸收性聚合物的交联聚天冬氨酸树脂。
交联聚天冬氨酸树脂的吸水性,在蒸馏水情况下,为860倍率;在生理盐水情况下,为70倍率。[实施例A3]
除了用作为交联剂的3.0份己二胺在10份蒸馏水中的溶液代替赖氨酸水溶液外,获得交联聚琥珀酰亚胺的湿饼的方式同实施例A2。
除了使用148.8份27wt%的苛性苏打水溶液外,以同实施例A2的方式,将交联聚琥珀酰亚胺的湿饼进行水解,中和,收集和干燥,由此,获得108份作为超强吸收性聚合物的交联聚天冬氨酸树脂。
交联聚天冬氨酸树脂的吸水性,在蒸馏水情况下,为880倍率;在生理盐水情况下,为70倍率。[实施例A4]
除了用作为交联剂的3.5份间二甲苯二胺在20份甲苯中的分散液代替赖氨酸水溶液外,在干燥之前所获得交联聚琥珀酰亚胺的湿饼的方式同实施例A1。
除了使用148.8份27wt%的苛性苏打水溶液外,以同实施例A2的方式,将交联聚琥珀酰亚胺的湿饼进行水解,中和,收集和干燥,由此,获得110份作为超强吸收性聚合物的交联聚天冬氨酸树脂。
交联聚天冬氨酸树脂的吸水性,在蒸馏水情况下,为760倍率;在生理盐水情况下,为65倍率。[实施例A5]
75.3份一盐酸赖氨酸悬浮在150份蒸馏水中。对生成的分散液,加入40.6份苛性苏打进行中和,从而制备一种赖氨酸悬浮液。另外,100份、重均分子量为96,000的聚琥珀酰亚胺和500份作为分散剂(不良溶剂)的蒸馏水进料到配有切削刃式搅拌桨的高速混合器中。以15,000rpm分解聚琥珀酰亚胺1小时,然后加入赖氨酸的悬浮液,在如此获得的混合物搅拌,反应20小时后,加入500份甲醇,从而获得一种交联聚琥珀酰亚胺的分散液。
在交联聚琥珀酰亚胺分散液中,在2小时内,滴加13.7份27wt%苛性苏打水溶液。在滴加之后,将此生成混合物搅拌2小时。使用7wt%的盐酸溶液,将混合物中和到pH=7。中和之后,将该混合物倒入300份甲醇中,搅拌1小时。通过过滤收集生成的沉淀物,然后,在60℃下进行干燥,由此,获得95份作为超强吸收性聚合物的交联聚天冬氨酸树脂。
交联聚天冬氨酸树脂的吸水性,在蒸馏水情况下,为460倍率;在生理盐水情况下,为63倍率。[实施例A6]
56.4份一盐酸赖氨酸悬浮在100份蒸馏水中。对生成的分散液,滴加25.5份苛性苏打进行中和,从而制备一种赖氨酸水溶液。另外,100份、重均分子量为96,000的聚琥珀酰亚胺和500份作为分散剂(不良溶剂)的甲醇进料到配有切削刃式搅拌桨的高速混合器中。以15,000rpm分解聚琥珀酰亚胺1小时,然后加入赖氨酸的悬浮液,在如此获得的混合物搅拌20小时后,获得一种交联聚琥珀酰亚胺的分散液。
在交联聚琥珀酰亚胺分散液中,加入500份蒸馏水,然后,在2小时内,滴加106.8份27wt%苛性苏打水溶液。在滴加之后,将此生成混合物搅拌2小时。使用7wt%的盐酸溶液,将混合物中和到pH=7。中和之后,将该混合物倒入300份甲醇中,搅拌1小时。通过过滤收集生成的沉淀物,然后,在60℃下进行干燥,由此,获得90份作为超强吸收性聚合物的交联聚天冬氨酸树脂。
交联聚天冬氨酸树脂的吸水性,在蒸馏水情况下,为520倍率;在生理盐水情况下,为65倍率。[实施例A7]
48.0份二盐酸赖氨酸甲酯悬浮在80份蒸馏水中。对生成的分散液,滴加16.5份苛性苏打进行中和,从而制备一种赖氨酸甲酯悬浮液。另外,在氮气流下,100份、重均分子量为96,000的聚琥珀酰亚胺溶解在400份DMF中,然后加入400份作为分散剂(不良溶剂)的甲醇,使聚琥珀酰亚胺形成分散态。将赖氨酸甲酯悬浮液加入到该分散液中,然后在室温下搅拌20小时。该生成的混合物经吸滤收集一种沉淀物。将该沉淀物用甲醇洗涤,从而获得一种交联聚琥珀酰亚胺湿饼。
将交联聚琥珀酰亚胺湿饼分散在400份蒸馏水和400份甲醇的混合物中,接着,在2小时内,滴加122.1份27wt%苛性苏打水溶液。在滴加之后,将此生成混合物搅拌2小时。使用7wt%的盐酸溶液,将混合物中和到pH=7。中和之后,将该混合物倒入300份甲醇中,搅拌1小时。通过过滤收集生成的沉淀物,然后,在60℃下进行干燥,由此,获得98份作为超强吸收性聚合物的交联聚天冬氨酸树脂。
交联聚天冬氨酸树脂的吸水性,在蒸馏水情况下,为450倍率;在生理盐水情况下,为64倍率。[实施例A8]
7.2份二盐酸赖氨酸甲酯和22.6份一盐酸赖氨酸溶解在40份蒸馏水中。对生成的分散液,滴加7.8份苛性苏打进行中和,从而制备一种赖氨酸水溶液。另外,在氮气流下,100份、重均分子量为96,000的聚琥珀酰亚胺溶解在400份DMF和400份作为分散剂(不良溶剂)的甲醇的混合溶剂中,使聚琥珀酰亚胺形成分散态。将赖氨酸水溶液加入到该分散液中,然后在室温下搅拌40小时。该生成的混合物经吸滤收集一种沉淀物。将该沉淀物用甲醇洗涤,从而获得一种交联聚琥珀酰亚胺湿饼。
将交联聚琥珀酰亚胺湿饼溶解在400份蒸馏水和400份甲醇的混合物中,接着,在2小时内,滴加130份27wt%苛性苏打水溶液。在滴加之后,将此生成混合物搅拌2小时。使用7wt%的盐酸溶液,将混合物中和到pH=7。中和之后,将该混合物倒入300份甲醇中,搅拌1小时。通过过滤收集生成的沉淀物,然后,在60℃下进行干燥,由此,获得94份作为超强吸收性聚合物的交联聚天冬氨酸树脂。
交联聚天冬氨酸树脂的吸水性,在蒸馏水情况下,为660倍率;在生理盐水情况下,为67倍率。[实施例A9]
24.0份二盐酸赖氨酸甲酯和18.8份一盐酸赖氨酸分散在40份蒸馏水中。对生成的分散液,滴加12.4份苛性苏打进行中和,从而制备一种赖氨酸水溶液。另外,在氮气流下,100份、重均分子量为96,000的聚琥珀酰亚胺溶解在400份DMF中,然后,加入赖氨酸水溶液。在如此获得的混合物于室温下搅拌10分钟后,将生成的混合物在30分钟内加入到置于配有高速搅拌桨且转数为8,000的混合器中的400份作为分散剂(不良溶剂)的甲苯中。接着反应10小时,该生成的混合物经吸滤收集一种沉淀物。将该沉淀物用甲苯洗涤,在60℃下干燥2小时,从而获得一种交联聚琥珀酰亚胺。
将交联聚琥珀酰亚胺(130份)分散在400份蒸馏水和400份甲醇的混合物中,接着,在2小时内,滴加122.1份27wt%苛性苏打水溶液。在滴加之后,将此生成混合物搅拌2小时。使用7wt%的盐酸溶液,将混合物中和到pH=7。中和之后,将该混合物倒入300份甲醇中,搅拌1小时。通过过滤收集生成的沉淀物,然后,在60℃下进行干燥,由此,获得125份作为超强吸收性聚合物的交联聚天冬氨酸树脂。
交联聚天冬氨酸树脂的吸水性,在蒸馏水情况下,为620倍率;在生理盐水情况下,为65倍率。[比较例A1]
7.2份二盐酸赖氨酸甲酯和22.6份一盐酸赖氨酸溶解在40份蒸馏水中。对生成的溶液,滴加7.8份苛性苏打进行中和,从而制备一种赖氨酸水溶液。另外,在氮气流下,100份、重均分子量为96,000的聚琥珀酰亚胺溶解在400份DMF中,然后,加入赖氨酸水溶液。在如此获得的混合物于室温下搅拌。在搅拌过程中,反应混合物发生增稠,使搅拌不能再进行。因此,反应在无搅拌的情况下进行30分钟,从而以一种凝胶的方式获得一种反应产物。
将反应产物的凝胶加入到1,000份甲醇中,然后将生成的混合物在室温下搅拌。因为沉淀的粒子较大,所以不可能增加搅拌速度。对于全部交联产物的分解,需要一天多的时间,即这种操作是困难的。通过吸滤而获得一种沉淀物,然后,先用甲醇再用水洗涤,从而获得一种交联聚琥珀酰亚胺的湿饼。
交联聚琥珀酰亚胺的湿饼悬浮在15份蒸馏水和15份甲醇的混合物中,然后滴加7.3份24wt%氢氧化钠水溶液,使悬浮液的pH值降到11~12。在pH值不再降低之后,加入稀释盐酸至反应混合物的pH值为7。如此获得的混合物倒入到100份甲醇中,将生成的沉淀物进行干燥和分解,由此,获得7.6份作为超强吸收性聚合物的交联聚天冬氨酸树脂。
交联聚天冬氨酸树脂的吸水性,在蒸馏水情况下,为380倍率;在生理盐水情况下,为59倍率。[比较例A2]
二盐酸赖氨酸甲酯(6份)悬浮在200份DMF中,然后用6份三乙胺中和。50份其重均分子量为130,000的聚琥珀酰亚胺在250份DMF中的溶液加入到该悬浮液中。该生成的混合物在室温下搅拌1小时后,滴加12份三乙胺,然后在室温下反应40小时。该反应混合物倒入乙醇中,通过过滤收集生成的沉淀物,然后进行干燥,获得50份交联聚琥珀酰亚胺。
交联聚琥珀酰亚胺(26份)悬浮在5,000份蒸馏水中,然后,滴加2N的氢氧化钠,使pH值为9~11的悬浮液进行残留的酰亚胺环的水解反应。通过过滤收集反应混合物,然后进行干燥,由此,获得86份作为超强吸收性聚合物的交联聚天冬氨酸树脂。
交联聚天冬氨酸树脂的吸水性,在蒸馏水情况下,为110倍率;在生理盐水情况下,为30倍率。[对实施例A1-A9和比较例A1-A2的比较和讨论]
比较例A1涉及一种制备具有高吸水性的交联聚天冬氨酸的常规方法,而比较例A2涉及另一种高产率制备聚天冬氨酸的常规方法。然而,比较例A1-A2的结果在所有方面并不是很好,这是因为它们没有使用任何的分散剂。更具体地讲,比较例A1的产率是相当低的,而比较例A2的树脂的吸水性明显较低。
相反地,实施例A1-A9每一个均使用分散剂,在分散态情况下进行交联反应。因此,它们能分别地高产率制备交联聚天冬氨酸树脂,该树脂显示出高吸水性。
从前面已明显地看出,通过在交联反应中使用一种分散剂且在分散态情况下进行聚琥珀酰亚胺的反应,可以对树脂的吸水性和产率带来有益的效果。(B)水溶胀度为3~100倍时的交联反应的实施例[实施例B1]
在氮气流下,5份其重均分子量为96,000的聚琥珀酰亚胺溶解在20份DMF中,然后加入1.8份二盐酸赖氨酸甲酯和3.1份三乙胺。将生成的混合物在室温下搅拌5小时后,停止搅拌,使反应进行50小时。将甲醇(100份)加入到反应混合物中,将生成的混合物在室温下搅拌2小时以进行再沉淀,通过吸滤收集生成的沉淀物,然后,先用甲醇后用水洗涤,从而获得一种交联聚琥珀酰亚胺的湿饼。
将该交联聚琥珀酰亚胺湿饼悬浮在15份蒸馏水和15份甲醇的混合物中,在保持树脂的溶胀度在3~100倍的情况下,加入7.3份24wt%的氢氧化钠水溶液使悬浮液的pH值为11~12。在pH值不再降低时,加入稀释的盐酸直到反应混合物的pH值为7。如此获得的混合物倒入到100份的甲醇中,将生成的沉淀物进行干燥和分解,从而获得7.6份作为超强吸收性聚合物的交联聚天冬氨酸树脂。
交联聚天冬氨酸树脂的吸水性,在蒸馏水情况下,为480倍率;在生理盐水情况下,为61倍率。而且,水解反应的体积效率为20.2%。[实施例B2]
除了使用其重均分子量为155,000的聚琥珀酰亚胺外,以同实施例B1的方法制备146份交联聚天冬氨酸树脂。交联聚天冬氨酸树脂的吸水性,在蒸馏水情况下,为550倍率;在生理盐水情况下,为63倍率。[实施例B3]
将如在实施例B1中获得的交联聚琥珀酰亚胺湿饼悬浮在30份2wt%的氯化钠水溶液中,在保持树脂的溶胀度在3~100倍的情况下,加入8.6份24wt%的氢氧化钠水溶液使悬浮液的pH值为11~12。在pH值不再降低时,加入稀释的盐酸直到反应混合物的pH值为7。如此获得的混合物倒入到100份的甲醇中,将生成的沉淀物进行干燥和分解,从而获得7.7份作为超强吸收性聚合物的交联聚天冬氨酸树脂。交联聚天冬氨酸树脂的吸水性,在蒸馏水情况下,为460倍率;在生理盐水情况下,为60倍率。而且,水解反应的体积效率为20.4%。[实施例B4]
将如在实施例B1中获得的交联聚琥珀酰亚胺湿饼悬浮在25份蒸馏水和50份异丙醇的混合溶剂中,其中的温度为70℃。在保持树脂的溶胀度在3~100倍的情况下,加入7.6份24wt%的氢氧化钠水溶液使悬浮液的pH值为9~10。在pH值不再降低时,加入稀释的盐酸直到反应混合物的pH值为7。如此获得的混合物倒入到100份的甲醇中,将生成的沉淀物进行干燥和分解,从而获得7.2份作为超强吸收性聚合物的交联聚天冬氨酸树脂。交联聚天冬氨酸树脂的吸水性,在蒸馏水情况下,为460倍率;在生理盐水情况下,为60倍率。而且,水解反应的体积效率为12.6%。[实施例B5]
将如在实施例B1中获得的交联聚琥珀酰亚胺湿饼悬浮在15份2wt%的氯化钠水溶液和8份甲醇的混合溶剂中,在保持树脂的溶胀度在3~100倍的情况下,加入8.6份24wt%的氢氧化钠水溶液使悬浮液的pH值为11~12。在pH值不再降低时,加入稀释的盐酸直到反应混合物的pH值为7。如此获得的混合物倒入到100份的甲醇中,将生成的沉淀物进行干燥和分解,从而获得7.6份作为超强吸收性聚合物的交联聚天冬氨酸树脂。交联聚天冬氨酸树脂的吸水性,在蒸馏水情况下,为480倍率;在生理盐水情况下,为61倍率。而且,水解反应的体积效率为24.8%。
实施例[B6]
除了使用0.15份作为交联剂的己二胺代替二盐酸赖氨酸甲酯外,以同实施例B1的方法制备7.0份交联聚天冬氨酸树脂。交联聚天冬氨酸树脂的吸水性,在蒸馏水情况下,为380倍率;在生理盐水情况下,为59倍率。水解反应的体积效率为18.9%。
实施例[B7]
作为水解反应中所用的碱水,以8.2份30wt%的苛性苏打水溶液代替24wt%的氢氧化钠水溶液,除此以外以同实施例B1的方法制备7.9份交联聚天冬氨酸树脂。交联聚天冬氨酸树脂的吸水性,在蒸馏水情况下,为450倍率;在生理盐水情况下,为58倍率。而且,水解反应的体积效率为18.9%。[比较例B1]
将如在实施例B1中获得的交联聚琥珀酰亚胺湿饼悬浮在1000份蒸馏水中。在如此获得的悬浮液中,滴加8wt%的氢氧化钠水溶液使悬浮液的pH值为10~11。连续加入8%的苛性苏打水溶液使pH值不再降低。在pH值不再降低后,加入稀释的盐酸直到反应混合物的pH值为7。将如此获得的混合物倒入到3000份的丙酮中,将生成的沉淀物进行干燥和分解,从而获得7.7份作为超强吸收性聚合物的交联聚天冬氨酸树脂。交联聚天冬氨酸树脂的吸水性,在蒸馏水情况下,为180倍率;在生理盐水情况下,为38倍率。而且,水解反应的体积效率为0.8%。[比较例B2]
将如在实施例B1中获得的交联聚琥珀酰亚胺湿饼悬浮在30份蒸馏水和90份丙酮的混合溶剂中。在如此获得的悬浮液中,滴加8wt%的氢氧化钠水溶液使悬浮液的pH值为10~11。连续加入8%的苛性苏打水溶液使pH值不再降低。在pH值不再降低后,加入稀释的盐酸直到反应混合物的pH值为7。将如此获得的混合物倒入到3000份的丙酮中,将生成的沉淀物进行干燥和分解,从而获得7.1份作为超强吸收性聚合物的交联聚天冬氨酸树脂。交联聚天冬氨酸树脂的吸水性,在蒸馏水情况下,为150倍率;在生理盐水情况下,为36倍率。而且,水解反应的体积效率为5.6%。[对实施例B1-B7和比较例B1-B2的比较和讨论]
在每一个比较例B1-B2中,进行水解反应而不用控制树脂的溶胀度在3~100倍的范围内,因此,所获交联聚天冬氨酸树脂的吸水性低,水解反应的体积效率是非常低的。
相反地,在每一个实施例B1-B7中,在控制树脂的溶胀度在3~100倍的范围内,进行树脂的水解反应,因此,所获交联聚天冬氨酸树脂能显示出高的吸水性,水解反应的体积效率高。
从上面明显地看出,在反应体系内部,在保持树脂的溶胀度在3~100倍范围内,进行交联聚琥珀酰亚胺中酰亚胺的水解反应,能够对吸水性和体积效率带来有益的效果。(C)使用通过使凝胶进行湿分解而得的交联聚琥珀酰亚胺,及在溶胀度为3~100倍范围内进行水解反应的实施例:[实施例C1]
7.2份二盐酸赖氨酸甲酯和22.6份一盐酸赖氨酸分散在40份蒸馏水中。对生成的分散液,滴加7.8份苛性苏打进行中和,从而制备一种赖氨酸水溶液。另外,在氮气流下,100份、重均分子量为96,000的聚琥珀酰亚胺溶解在400份DMF中,然后,加入赖氨酸水溶液。在如此获得的混合物于室温下搅拌1小时后,停止搅拌,继续反应20小时,获得一种交联聚琥珀酰亚胺的凝胶。将生成的交联聚琥珀酰亚胺的凝胶进料到配有切削刃式搅拌桨的混合器中,加入400份蒸馏水和400份甲醇。然后,该凝胶在8000rpm下进行5分钟的分解。
在保持树脂的溶胀度在3~100倍情况下,在2小时内,滴加129.7份27wt%苛性苏打水溶液。在滴加之后,此物料再搅拌2小时。使用7wt%的盐酸溶液,将混合物中和到pH=7。中和之后,再加入300份甲醇,搅拌1小时。收集生成的沉淀物,然后,在60℃下进行干燥,由此,获得145份作为超强吸收性聚合物的交联聚天冬氨酸树脂。
交联聚天冬氨酸树脂的吸水性,在蒸馏水情况下,为860倍率;在生理盐水情况下,为70倍率。[实施例C2]
除了使用其重均分子量为155,000的聚琥珀酰亚胺外,以同实施例C1的方式获得146份的交联聚天冬氨酸树脂。
交联聚天冬氨酸树脂的吸水性,在蒸馏水情况下,为1050倍率;在生理盐水情况下,为72倍率。[实施例C3]
以同实施例C1的方式制备一种赖氨酸水溶液,另外,在氮气流下,100份、重均分子量为96,000的聚琥珀酰亚胺溶解在400份DMF中,然后,加入赖氨酸水溶液。在配有高速振动搅拌器的反应器中,不用搅拌,在室温下反应20小时,获得一种交联聚琥珀酰亚胺的凝胶。该交联聚琥珀酰亚胺的凝胶在配有高速振动搅拌器的反应器中分解。
将400份蒸馏水和400份甲醇加入到反应器中。在保持树脂的溶胀度在3~100倍情况下,在2小时内,滴加129.7份27wt%苛性苏打水溶液。在滴加之后,此物料再搅拌2小时。使用7wt%的盐酸溶液,将混合物中和到pH=7。中和之后,再加入300份甲醇,收集生成的沉淀物,然后,在60℃下进行干燥,由此,获得145份作为超强吸收性聚合物的交联聚天冬氨酸树脂。
交联聚天冬氨酸树脂的吸水性,在蒸馏水情况下,为850倍率;在生理盐水情况下,为69倍率。[实施例C4]
除了使用由3.0份己二胺而得的交联剂水溶液代替二盐酸赖氨酸甲酯外,以同实施例C1的方式获得136份的交联聚天冬氨酸树脂。
交联聚天冬氨酸树脂的吸水性,在蒸馏水情况下,为780倍率;在生理盐水情况下,为68倍率。[实施例C5]
除了使用由3.5份间二甲苯二胺而得的交联剂水溶液代替二盐酸赖氨酸甲酯外,以同实施例C1的方式获得132份的交联聚天冬氨酸树脂。
交联聚天冬氨酸树脂的吸水性,在蒸馏水情况下,为740倍率;在生理盐水情况下,为66倍率。[对实施例C1-C5的比较和讨论]
在实施例C1-C5中,所获的交联聚天冬氨酸树脂显示出高吸水性,这是因为,如实施例B1-B7,在保持其溶胀度为3~100范围内,树脂进行水解反应。这可以获得高吸水性的交联聚天冬氨酸树脂,这是因为使交联聚琥珀酰亚胺的凝胶进行湿分解。反之,在比较例A1中,其产率相当低,而在比较例A2中,其吸水性明显地降低。(D)将赖氨酸盐和/或鸟氨酸盐用作交联剂的实施例[实施例D1]
37.6份一盐酸赖氨酸分散在80份蒸馏水中。对生成的分散液,滴加9.5份苛性苏打进行中和,从而制备一种赖氨酸/赖氨酸钠盐水溶液。另外,在氮气流下,100份、重均分子量为96,000的聚琥珀酰亚胺溶解在400份DMF中,然后,加入赖氨酸水溶液。在如此获得的混合物于室温下搅拌10分钟后,对分散液加入400份作为分散剂(不良溶剂)的甲醇,然后反应20小时。反应之后,将反应混合物进行吸滤而获得沉淀物。该沉淀物用甲醇进行洗涤,获得一种交联聚琥珀酰亚胺的湿饼。
将交联聚琥珀酰亚胺湿饼分散在400份蒸馏水和400份甲醇的混合物中,接着,在2小时内,滴加122份27wt%苛性苏打水溶液。在滴加之后,此生成混合物搅拌2小时。使用7wt%的盐酸溶液,将混合物中和到pH=7。中和之后,将该混合物倒入300份甲醇中,搅拌1小时。通过过滤收集生成的沉淀物,然后,在60℃下进行干燥,由此,获得140份作为超强吸收性聚合物的交联聚天冬氨酸树脂。
交联聚天冬氨酸树脂的吸水性,在蒸馏水情况下,为920倍率;在生理盐水情况下,为74倍率。[实施例D2]
9.4份一盐酸赖氨酸分散在20份蒸馏水中。对生成的分散液,滴加2.1份苛性苏打进行中和,从而制备一种赖氨酸钠盐水溶液。另外,在氮气流下,100份、重均分子量为96,000的聚琥珀酰亚胺溶解在400份DMF中,然后,加入赖氨酸钠水溶液。在如此获得的混合物于室温下搅拌1小时后,停止搅拌,反应继续进行20小时。获得一种交联聚琥珀酰亚胺的凝胶。该交联聚琥珀酰亚胺的凝胶进入到配有切削刃式搅拌桨的混合器中。将400份蒸馏水和400份甲醇加入到混合器中。然后,凝胶在8000rpm下进行分解5分钟。
在保持树脂的溶胀度在3~100倍情况下,在2小时内,滴加145.0份27wt%苛性苏打水溶液。在滴加之后,此物料再搅拌2小时。使用7wt%的盐酸溶液,将混合物中和到pH=7。中和之后,再加入300份甲醇,收集生成的沉淀物,然后,在60℃下进行干燥,由此,获得131份作为超强吸收性聚合物的交联聚天冬氨酸树脂。
交联聚天冬氨酸树脂的吸水性,在蒸馏水情况下,为860倍率;在生理盐水情况下,为70倍率。[对实施例D1-D2的讨论]
在实施例D1中,所获的交联聚天冬氨酸树脂显示出高吸水性,这是因为,如实施例A1-A9,使用分散剂且在分散态情况下进行交联反应。在实施例D2中,所获的交联聚天冬氨酸树脂也显示出高吸水性,这是因为,如实施例B1-B7,在保持其溶胀度为3~100范围内,树脂进行水解反应。
而且,由于使用赖氨酸盐作为交联剂,实施例D1-D2可以提供一直具有高安全性的交联聚天冬氨酸树脂。(E)洗涤交联聚天冬氨酸树脂凝胶的实施例:[实施例E1]
在氮气流下,5份其重均分子量为96,000的聚琥珀酰亚胺溶解在20份DMF中,然后加入1.8份二盐酸赖氨酸甲酯和3.1份三乙胺。在生成的混合物在室温下搅拌20小时后,将甲醇(100份)加入到反应混合物中,生成的混合物在室温下搅拌2小时以分解生成的凝胶,通过吸滤收集生成的沉淀物,然后,先用甲醇后用水洗涤,从而获得一种交联聚琥珀酰亚胺的湿饼。
将该交联聚琥珀酰亚胺湿饼悬浮在30份蒸馏水和90份甲醇的混合物中,加入8wt%的氢氧化钠水溶液使悬浮液的pH值为11~12。加入该碱性溶液使pH值不再降低,在pH值不再降低时,加入稀释的盐酸直到反应混合物的pH值为7。将蒸馏水(50份)加入到生成的沉淀物中以引起凝胶化,通过具有425μm筛孔的过滤筛过滤,收集如此获得的凝胶。用蒸馏水彻底洗涤,然后进行干燥,从而获得6.9份作为超强吸收性聚合物的交联聚天冬氨酸树脂。
交联聚天冬氨酸树脂的吸水性,在蒸馏水情况下,为490倍率;在生理盐水情况下,为62倍率。而且,凝胶的强度为20/16英寸。[实施例E2]
与实施例E1的方法相同,将交联聚琥珀酰亚胺进行水解,然后中和。在此之后,加入15份蒸馏水和15份甲醇,使生成的沉淀物凝胶化。通过具有200μm筛孔的过滤筛过滤,收集如此获得的凝胶。用15份50wt%甲醇水溶液洗涤两遍,然后进行干燥,从而获得7.2份作为超强吸收性聚合物的交联聚天冬氨酸树脂。
交联聚天冬氨酸树脂的吸水性,在蒸馏水情况下,为550倍率;在生理盐水情况下,为64倍率。而且,凝胶的强度为20/16英寸。[实施例E3]
与实施例E1的方法相同,将交联聚琥珀酰亚胺进行水解,然后中和。在此之后,将15份蒸馏水和18份甲醇加入到生成的沉淀物中,以一种淤浆的方式引起凝胶化。在30分钟内,将生成的凝胶一点一点地加入到50份甲醇中,使凝胶进行再沉淀。收集如此获得的沉淀物。然后进行干燥,从而获得7.7份作为超强吸收性聚合物的交联聚天冬氨酸树脂。
交联聚天冬氨酸树脂的吸水性,在蒸馏水情况下,为450倍率;在生理盐水情况下,为61倍率。而且,凝胶的强度为20/16英寸。[比较例E1]
与实施例E1的方法相同,将交联聚琥珀酰亚胺进行水解,然后中和。在此之后,生成的沉淀物在60℃下进行干燥,然后进行研磨,从而获得7.6份作为超强吸收性聚合物的交联聚天冬氨酸树脂。
交联聚天冬氨酸树脂的吸水性,在蒸馏水情况下,为160倍率;在生理盐水情况下,为37倍率。而且,凝胶的强度为8/16英寸。[对实施例E1-E3和比较例E1的比较和讨论]
比较例E1给出了低吸水性和差的凝胶强度,这是因为所使用的交联聚天冬氨酸树脂的凝胶没有进行洗涤的缘故。
与之相反,实施例E1-E3中的每一个均制备出具有高吸水性和优良的凝胶强度的交联聚天冬氨酸树脂,这是因为交联聚天冬氨酸树脂的凝胶被洗涤过。
如从上面所明确的,当由水解而得的交联聚天冬氨酸树脂,用水和/或可与水混溶的有机溶剂洗涤时,将对其吸水性和凝胶强度产生有益效果。(F)制备具有高吸水速度的树脂的实施例
在下面每一个实施例中,以同样的步骤,对蒸馏水的吸收为10分钟(W10),相对于1小时的吸收(W60),计算其所占的百分比,结果作为比较吸水速度的指数。另外,考虑到由于粒子尺寸的缘故而导致不同的吸水速度,因此,用于测量的树脂,筛选其粒子尺寸仅在100~500μm范围内。[实施例F1]
在1.5g的蒸馏水中,溶解2.78g(0.015mol)的一盐酸赖氨酸,然后加入2.44g(0.015mol)24.5wt%的氢氧化钠水溶液进行中和。在0.5小时内,将生成的溶液滴加到9.71g(0.10mol)其重均分子量为96,000的聚琥珀酰亚胺在38.8gDMF的溶液中,生成的混合物进行反应1小时。在此之后,加入38.8g甲醇使反应体系形成分散态,然后,在25℃下进行陈化3小时。然后,滴加24.5wt%氢氧化钠水溶液(1.63g,0.01mol),在25℃下进行交联反应20小时。经过滤收集生成的沉淀物,然后水洗,从而获得一种交联聚琥珀酰亚胺的湿饼。
将此湿饼悬浮在83.1g水和116.5g甲醇的混合物中。将24.5wt%的氢氧化钠的水溶液滴加到该悬浮液中,在25-35℃和pH为9-11.5的情况下进行水解。到反应完成时,消耗24.5wt%的氢氧化钠水溶液13.8g(0.085mol)以及3小时。在如此水解的反应物中,加入盐酸以调节pH为7-7.5,通过倾析来收集生成的沉淀物。在如此获得的沉淀物中,加入水(20g)使该沉淀物转化成淤浆。将该淤浆倒入到200g甲醇中以进行再沉淀。通过过滤收集沉淀物,水洗,然后干燥,从而获得10.5g作为超强吸收性聚合物的交联聚天冬氨酸树脂。
交联聚天冬氨酸树脂的吸水性,在蒸馏水情况下,为1,090倍率;在生理盐水情况下,为96倍率。
而且,W10/W60 X 100为60.2%。[实施例F2]
在1.5g的蒸馏水中,溶解2.78g(0.015mol)的一盐酸赖氨酸,然后加入2.44g(0.015mol)24.5wt%的氢氧化钠水溶液进行中和。在0.5小时内,将生成的溶液滴加到9.71g(0.10mol)其重均分子量为96,000的聚琥珀酰亚胺在38.8gDMF的溶液中,生成的混合物进行反应1小时。在此之后,加入38.8g甲醇使反应体系形成分散态,然后,在25℃下进行陈化3小时。然后,滴加24.5wt%氢氧化钠水溶液(2.44g,0.015mol),在25℃下进行交联反应20小时。经过滤收集生成的沉淀物,然后水洗,从而获得一种交联聚琥珀酰亚胺的湿饼。
将此湿饼悬浮在83.1g水和116.5g甲醇的混合物中。在3小时内,将24.5wt%的氢氧化钠的水溶液13.5g(0.083mol)滴加到该悬浮液中,在25-35℃和pH为9-11.5的情况下进行水解。将生成的反应混合物进行陈化1小时。在如此水解的反应物中,加入盐酸以调节pH为7-7.5,通过倾析来收集生成的沉淀物。在如此获得的沉淀物中,加入水(20g)使该沉淀物转化成淤浆。将该淤浆倒入到200g甲醇中以进行再沉淀。通过过滤收集沉淀物,水洗,然后干燥,从而获得12.3g作为超强吸收性聚合物的交联聚天冬氨酸树脂。
交联聚天冬氨酸树脂的吸水性,在蒸馏水情况下,为690倍率;在生理盐水情况下,为75倍率。
而且,W10/W60 X 100为75.9%。[实施例F3]
在1.5g的蒸馏水中,溶解3.70g(0.020mol)的一盐酸赖氨酸,然后加入3.27g(0.020mol)24.5wt%的氢氧化钠水溶液进行中和。在0.5小时内,将生成的溶液滴加到9.71g(0.10mol)其重均分子量为96,000的聚琥珀酰亚胺在38.8gDMF的溶液中,生成的混合物进行反应1小时。在此之后,加入38.8g甲醇使反应体系形成分散态,然后,在25℃下进行陈化3小时。然后,滴加24.5wt%氢氧化钠水溶液(1.63g,0.010mol),在25℃下进行交联反应20小时。经过滤收集生成的沉淀物,然后水洗,从而获得一种交联聚琥珀酰亚胺的湿饼。
将此湿饼悬浮在83.1g水和116.5g甲醇的混合物中。在3小时内,将24.5wt%的氢氧化钠的水溶液13.5g(0.083mol)滴加到该悬浮液中,在25-35℃和pH为9-11.5的情况下进行水解。将生成的反应混合物进行陈化1小时。在如此水解的反应物中,加入盐酸以调节pH为7-7.5,通过倾析来收集生成的沉淀物。在如此获得的沉淀物中,加入水(20g)使该沉淀物转化成淤浆。将该淤浆倒入到200g甲醇中以进行再沉淀。通过过滤收集沉淀物,水洗,然后干燥,从而获得12.3g作为超强吸收性聚合物的交联聚天冬氨酸树脂。
交联聚天冬氨酸树脂的吸水性,在蒸馏水情况下,为600倍率;在生理盐水情况下,为83倍率。
而且,W10/W60 X 100为61.9%。[实施例F4]
在1.5g的蒸馏水中,溶解4.63g(0.025mol)的一盐酸赖氨酸,然后加入4.08g(0.025mol)24.5wt%的氢氧化钠水溶液进行中和。在0.5小时内,将生成的溶液滴加到9.71g(0.10mol)其重均分子量为96,000的聚琥珀酰亚胺在38.8gDMF的溶液中,生成的混合物进行反应1小时。在此之后,加入38.8g甲醇使反应体系形成分散态,然后,在25℃下进行陈化3小时。然后,滴加24.5wt%氢氧化钠水溶液(1.63g,0.010mol),在25℃下进行交联反应20小时。经过滤收集生成的沉淀物,然后水洗,从而获得一种交联聚琥珀酰亚胺的湿饼。
将此湿饼悬浮在83.1g水和116.5g甲醇的混合物中。在3小时内,将24.5wt%的氢氧化钠的水溶液13.5g(0.083mol)滴加到该悬浮液中,在25-35℃和pH为9-11.5的情况下进行水解。将生成的反应混合物进行陈化1小时。在如此水解的反应物中,加入盐酸以调节pH为7-7.5,通过倾析来收集生成的沉淀物。在如此获得的沉淀物中,加入水(20g)使该沉淀物转化成淤浆。将该淤浆倒入到200g甲醇中以进行再沉淀。通过过滤收集沉淀物,水洗,然后干燥,从而获得14.8g作为超强吸收性聚合物的交联聚天冬氨酸树脂。
交联聚天冬氨酸树脂的吸水性,在蒸馏水情况下,为450倍率;在生理盐水情况下,为48倍率。
而且,W10/W60X 100为62.7%。[实施例F5]
以同于实施例F1的步骤,获得交联聚琥珀酰亚胺的湿饼。
将此湿饼悬浮在120g甲醇中。将溶解7.73g(0.1mol)甘氨酸和4.2g氢氧化钠在30g蒸馏水中的甘氨酸水溶液滴加到该悬浮液中,然后,在25℃下反应24小时。接着,用9wt%的盐酸水溶液中和,使pH为7.5。通过过滤收集沉淀物,水洗,然后干燥,从而获得18.1g作为超强吸收性聚合物的交联聚琥珀酰亚胺的甘氨酸衍生物,其中的甘氨酸作为侧基被引入。
交联聚琥珀酰亚胺衍生物的吸水性,在蒸馏水情况下,为720倍率;在生理盐水情况下,为79倍率。
而且,W10/W60 X 100为75.5%。[实施例F6]
在1.5g的蒸馏水中,溶解2.78g(0.015mol)的一盐酸赖氨酸,然后加入4.08g(0.025mol)24.5wt%的氢氧化钠水溶液进行中和。该溶液溶解在38.8g甲醇中,在1小时内,将生成的溶液滴加到9.71g(0.10mol)其重均分子量为96,000的聚琥珀酰亚胺在38.8gDMF的溶液中,生成的混合物在25℃下进行反应10小时。经过滤收集生成的沉淀物,然后水洗,从而获得一种交联聚琥珀酰亚胺的湿饼。
将此湿饼悬浮在83.1g水和116.5g甲醇的混合物中。将24.5wt%的氢氧化钠的水溶液滴加到该悬浮液中,在25-35℃和pH为9-11.5的情况下进行水解。到反应完成为止,共消耗24.5wt%的氢氧化钠水溶液13.1g和花费4小时的时间。加入盐酸以调节pH为7-7.5,通过倾析来收集生成的沉淀物。在如此获得的沉淀物中,加入水(20g)使该沉淀物转化成淤浆。将该淤浆倒入到200g甲醇中以进行再沉淀。通过过滤收集沉淀物,水洗,然后干燥,从而获得13.3g作为超强吸收性聚合物的交联聚天冬氨酸树脂。
交联聚天冬氨酸树脂的吸水性,在蒸馏水情况下,为480倍率;在生理盐水情况下,为51倍率。
而且,W10/W60 X 100为92.7%。[实施例F7]除了其交联时间改变成5小时外,由实施例F6的步骤制备一种交联聚琥珀酰亚胺的湿饼。
该湿饼以同于实施例F6的方式进行水解,获得11.1g作为超强吸收性聚合物的交联聚天冬氨酸树脂。
交联聚天冬氨酸树脂的吸水性,在蒸馏水情况下,为600倍率;在生理盐水情况下,为60倍率。
而且,W10/W60 X 100为91.1%。[实施例F8]
在2.0g的蒸馏水中,溶解3.70g(0.020mol)的一盐酸赖氨酸,然后加入4.90g(0.030mol)24.5wt%的氢氧化钠水溶液进行中和。该溶液溶解在38.8g甲醇中,在1小时内,将生成的溶液滴加到9.71g(0.10mol)其重均分子量为96,000的聚琥珀酰亚胺在38.8gDMF的溶液中,生成的混合物在25℃下进行反应10小时。经过滤收集生成的沉淀物,然后水洗,从而获得一种交联聚琥珀酰亚胺的湿饼。
将此湿饼悬浮在83.1g水和116.5g甲醇的混合物中。在3小时内,将24.5wt%的氢氧化钠的水溶液13.1g滴加到该悬浮液中,在25-35℃和pH为9-11的情况下进行水解。然后生成的反应混合物进行陈化1小时。在如此水解的混合物中,加入盐酸以调节pH为7-7.5,通过倾析来收集生成的沉淀物。在如此获得的沉淀物中,加入水(20g)使该沉淀物转化成淤浆。将该淤浆倒入到200g甲醇中以进行再沉淀。通过过滤收集沉淀物,水洗,然后干燥,从而获得14.0g作为超强吸收性聚合物的交联聚天冬氨酸树脂。
交联聚天冬氨酸树脂的吸水性,在蒸馏水情况下,为310倍率;在生理盐水情况下,为43倍率。
而且,W10/W60 X 100为93.5%。[实施例F9]
在1.5g的蒸馏水中,溶解2.78g(0.015mol)的一盐酸赖氨酸,然后加入4.08g(0.025mol)24.5wt%的氢氧化钠水溶液进行中和。在0.5小时内,将生成的溶液和12.9g甲醇从不同的入口滴加到9.71g(0.10mol)其重均分子量为96,000的聚琥珀酰亚胺在38.8gDMF的溶液中,此后,加入25.9g甲醇,在25℃下进行交联反应20小时。经过滤收集生成的沉淀物,然后水洗,从而获得一种交联聚琥珀酰亚胺的湿饼。
将此湿饼悬浮在83.1g水和116.5g甲醇的混合物中。将24.5wt%的氢氧化钠的水溶液滴加到该悬浮液中,在25-35℃和pH为9-11.5的情况下进行水解。然后将生成的反应混合物进行陈化1小时。到pH不再变化为止,需要3小时时间。该混合物然后进行陈化1小时。在如此水解的混合物中,加入盐酸以调节pH为7-7.5,通过倾析来收集生成的沉淀物。在如此获得的沉淀物中,加入水(20g)使该沉淀物转化成淤浆。将该淤浆倒入到200g甲醇中以进行再沉淀。通过过滤收集沉淀物,水洗,然后干燥,从而获得12.7g作为超强吸收性聚合物的交联聚天冬氨酸树脂。
交联聚天冬氨酸树脂的吸水性,在蒸馏水情况下,为580倍率;在生理盐水情况下,为60倍率。
而且,W10/W60 X 100为93.5%。[实施例F10]
在1.5g的蒸馏水中,溶解2.78g(0.015mol)的一盐酸赖氨酸,然后加入4.08g(0.025mol)24.5wt%的氢氧化钠水溶液进行中和。该溶液溶解在38.8g甲醇中。在1小时内,将生成的溶液滴加到9.71g(0.10mol)其重均分子量为96,000的聚琥珀酰亚胺在38.8gDMF的溶液中。该生成的混合物在25℃下进行交联反应10小时。经过滤收集生成的沉淀物,然后水洗,从而获得一种交联聚琥珀酰亚胺的湿饼。
将此湿饼悬浮在116.5g甲醇的混合物中。在该悬浮液中,滴加经溶解7.73g(0.1mol)甘氨酸和4.2g氢氧化钠在30g蒸馏水中而成的甘氨酸水溶液,然后在25℃下反应24小时。然后用9wt%的盐酸水溶液中和使pH为7.5,通过过滤收集沉淀物,水洗,然后干燥,从而获得18.8g作为超强吸收性聚合物的交联聚琥珀酰亚胺的甘氨酸衍生物,其中的甘氨酸是作为侧基引入的。
交联聚琥珀酰亚胺衍生物的吸水性,在蒸馏水情况下,为490倍率;在生理盐水情况下,为53倍率。
而且,W10/W60 X 100为92.1%。[实施例F11]
除了用1.74g(0.02mol)己二胺代替一盐酸赖氨酸外,重复实施例F6的步骤,获得10.5g作为超强吸收性聚合物的交联聚天冬氨酸树脂。
交联聚琥珀酰亚胺衍生物的吸水生,在蒸馏水情况下,为61倍率;在生理盐水情况下,为25倍率。
而且,W10/W60 X 100为95.2%。[实施例F12]
在1.0g的蒸馏水中,溶解1.85g(0.01mol)的一盐酸赖氨酸,然后加入1.64g(0.01mol)24.5wt%的氢氧化钠水溶液进行中和。在0.5小时内,将生成的溶液滴加到9.71g(0.10mol)其重均分子量为96,000的聚琥珀酰亚胺在38.8gDMF的溶液中,生成的混合物反应1小时。此后,加入38.8g甲醇使反应体系形成分散态,然后,加入1.64g(0.01mol)24.5wt%的氢氧化钠水溶液,在25℃下进行交联反应3小时。另外,在1.0g的蒸馏水中,溶解0.93g的一盐酸赖氨酸,然后加入1.64g(0.01mol)24.5wt%的氢氧化钠水溶液进行中和。在0.5小时内,将该溶液滴加到交联反应的混合物中,然后在25℃下陈化20小时。经过滤收集生成的沉淀物,然后水洗,从而获得一种交联聚琥珀酰亚胺的湿饼。
将此湿饼悬浮在83.1g水和116.5g甲醇的混合物中。将24.5w%的氢氧化钠的水溶液滴加到该悬浮液中,在25-35℃和pH为9-11.5的情况下进行水解。到反应完成为止,共消耗24.5wt%%的氢氧化钠水溶液13.8g和花费3小时的时间。加入盐酸以调节pH为7-7.5,通过倾析来收集生成的沉淀物。在如此获得的沉淀物中,加入水(20g)使该沉淀物转化成淤浆。将该淤浆倒入到200g甲醇中以进行再沉淀。通过过滤收集沉淀物,水洗,然后干燥,从而获得12.5g作为超强吸收性聚合物的交联聚天冬氨酸树脂。
交联聚天冬氨酸树脂的吸水性,在蒸馏水情况下,为520倍率;在生理盐水情况下,为65倍率。
而且,W10/W60 X 100为70.1%。[实施例F13]
在1.0g的蒸馏水中,溶解1.85g(0.01mol)的一盐酸赖氨酸,然后加入1.64g(0.01mol)24.5wt%的氢氧化钠水溶液进行中和。在0.5小时内,将生成的溶液滴加到9.71g(0.10mol)其重均分子量为96,000的聚琥珀酰亚胺在38.8gDMF的溶液中,生成的混合物反应1小时。此后,加入38.8g甲醇使反应体系形成分散态,然后,加入0.82g(0.005mol)24.5wt%的氢氧化钠水溶液,在25℃下进行交联反应3小时。另外,在1.0g的蒸馏水中,溶解0.93g(0.005mol)的一盐酸赖氨酸,然后加入1.64g(0.01mol)24.5wt%的氢氧化钠水溶液进行中和。在0.5小时内,将该溶液滴加到交联反应的混合物中,然后在25℃下陈化20小时。经过滤收集生成的沉淀物,然后水洗,从而获得一种交联聚琥珀酰亚胺的湿饼。
将此湿饼悬浮在83.1g水和116.5g甲醇的混合物中。在3小时内,将13.5g(0.083mol)24.5wt%的氢氧化钠的水溶液滴加到该悬浮液中,在25-35℃和pH为9-11.5的情况下进行水解。生成的反应混合物进行陈化1小时。加入盐酸以调节pH为7-7.5,通过倾析来收集生成的沉淀物。在如此获得的沉淀物中,加入水(20g)使该沉淀物转化成淤浆。将该淤浆倒入到200g甲醇中以进行再沉淀。通过过滤收集沉淀物,水洗,然后干燥,从而获得11.3g作为超强吸收性聚合物的交联聚天冬氨酸树脂。
交联聚天冬氨酸树脂的吸水性,在蒸馏水情况下,为537倍率;在生理盐水情况下,为69倍率。
而且,W10/W60 X 100为71.7%。[实施例F14]
在1.0g的蒸馏水中,溶解0.56g(0.003mol)的一盐酸赖氨酸,然后加入0.98g(0.006mol)24.5wt%的氢氧化钠水溶液中和盐酸。在0.5小时内,将生成的溶液滴加到9.71g(0.10mol)其重均分子量为96,000的聚琥珀酰亚胺在38.8gDMF的溶液中,生成的混合物反应30分钟。此后,加入38.8g甲醇使反应体系形成分散态,另外,在1.0g的蒸馏水中,溶解2.24g(0.012mol)的一盐酸赖氨酸,然后加入3.92g(0.024mol)24.5wt%的氢氧化钠水溶液进行中和。在0.5小时内,将该溶液滴加到交联反应的混合物中,然后在25℃下陈化20小时。经过滤收集生成的沉淀物,然后水洗,从而获得一种交联聚琥珀酰亚胺的湿饼。
将此湿饼悬浮在83.1g水和116.5g甲醇的混合物中。在3小时内,将13.5g(0.083mol)24.5wt%的氢氧化钠的水溶液滴加到该悬浮液中,在25-35℃和pH为9-11.5的情况下进行水解。然后生成的反应混合物进行陈化1小时。在如此水解的混合物中,加入盐酸以调节pH为7-7.5,通过倾析来收集生成的沉淀物。在如此获得的沉淀物中,加入水(20g)使该沉淀物转化成淤浆。将该淤浆倒入到200g甲醇中以进行再沉淀。通过过滤收集沉淀物,水洗,然后干燥,从而获得12.8g作为超强吸收性聚合物的交联聚天冬氨酸树脂。
交联聚天冬氨酸树脂的吸水性,在蒸馏水情况下,为452倍率;在生理盐水情况下,为57倍率。
而且,W10/W60 X 100为83.3%。[实施例F15]
在1.0g的蒸馏水中,溶解0.56g(0.003mol)的一盐酸赖氨酸,然后加入0.98g(0.006mol)24.5wt%的氢氧化钠水溶液中和盐酸。在0.5小时内,将生成的溶液滴加到9.71g(0.10mol)其重均分子量为96,000的聚琥珀酰亚胺在38.8gDMF的溶液中,生成的混合物反应30分钟。另外,在1.0g的蒸馏水中,溶解2.24g(0.012mol)的一盐酸赖氨酸,然后加入3.92g(0.024mol)24.5wt%的氢氧化钠水溶液进行中和。该溶液与38.8g甲醇混合。在0.5小时内,将该溶液滴加到交联反应的混合物中,然后在25℃下陈化20小时。经过滤收集生成的沉淀物,然后水洗,从而获得一种交联聚琥珀酰亚胺的湿饼。
将此湿饼悬浮在83.1g水和116.5g甲醇的混合物中。在3小时内,将13.5g(0.083mol)24.5wt%的氢氧化钠的水溶液滴加到该悬浮液中,在25-35℃和pH为9-11.5的情况下进行水解。然后生成的反应混合物进行陈化1小时。在如此水解的混合物中,加入盐酸以调节pH为7-7.5,通过倾析来收集生成的沉淀物。在如此获得的沉淀物中,加入水(20g)使该沉淀物转化成淤浆。将该淤浆倒入到200g甲醇中以进行再沉淀。通过过滤收集沉淀物,水洗,然后干燥,从而获得14.8g作为超强吸收性聚合物的交联聚天冬氨酸树脂。
交联聚天冬氨酸树脂的吸水性,在蒸馏水情况下,为600倍率;在生理盐水情况下,为71倍率。
而且,W10/W60 X 100为91.3%。[实施例F16]
在1.0g的蒸馏水中,溶解1.85g(0.01mol)的一盐酸赖氨酸,然后加入1.64g(0.01mol)24.5wt%的氢氧化钠水溶液中和盐酸。在0.5小时内,将生成的溶液滴加到9.71g(0.10mol)其重均分子量为96,000的聚琥珀酰亚胺在38.8gDMF的溶液中,生成的混合物反应1小时。此后,加入38.8g甲醇使反应体系形成分散态,加入1.64g(0.01mol)24.5wt%的氢氧化钠水溶液,在25℃下进行交联反应3小时。另外,在1.0g的蒸馏水中,溶解0.93g(0.005mol)的一盐酸赖氨酸,然后加入1.64g(0.01mol)24.5wt%的氢氧化钠水溶液进行中和。在0.5小时内,将该溶液滴加到交联反应的混合物中,然后在25℃下陈化20小时。经过滤收集生成的沉淀物,然后水洗,从而获得一种交联聚琥珀酰亚胺的湿饼。
将此湿饼悬浮在116.5g甲醇的混合物中。在该悬浮液中,滴加经溶解7.73g(0.1mol)甘氨酸和4.2g氢氧化钠在30g蒸馏水中而成的甘氨酸水溶液,然后在25℃下反应24小时。然后用9wt%的盐酸水溶液中和使pH为7.5,通过过滤收集沉淀物,水洗,然后干燥,从而获得18.8g作为超强吸收性聚合物的交联聚琥珀酰亚胺的甘氨酸衍生物,其中的甘氨酸是作为侧基引入的。
交联聚琥珀酰亚胺衍生物的吸水性,在蒸馏水情况下,为492倍率;在生理盐水情况下,为51倍率。
而且,W10/W60 X 100为86.3%。[比较例F1]
在1.5g的蒸馏水中,溶解2.78g(0.015mol)的一盐酸赖氨酸,然后加入4.08g(0.025mol)24.5wt%的氢氧化钠水溶液中和。在0.5小时内,将生成的溶液滴加到9.71g(0.10mol)其重均分子量为96,000的聚琥珀酰亚胺在38.8gDMF的溶液中。在加入的过程中,粘度不断地增加,且反应混合物完全地凝胶,以至于不能再进行搅拌。此后,在无搅拌的情况下,反应混合物在25℃下进行陈化30小时。将甲醇(100g)加入生成的凝胶中以使其进行分解。然而,由于搅拌的困难,分解全部的凝胶需要约20小时。经过滤收集生成的沉淀物,然后水洗,从而获得一种交联聚琥珀酰亚胺的湿饼。
将此湿饼悬浮在90g水和120g甲醇的混合物中。在25-35℃和pH为9-11的情况下将13.1g 24.5wt%的氢氧化钠的水溶液滴加到该悬浮液中,然后进行水解。由于其沉淀物具有大的粒子尺寸,反应速度缓慢,水解需要大约6小时。然后加入9wt%的盐酸水溶液以调节pH为7.5,通过倾析来收集生成的沉淀物。在如此获得的沉淀物中,加入水(20g)使该沉淀物转化成淤浆。将该淤浆倒入到200g甲醇中以进行再沉淀。通过过滤收集沉淀物,水洗,然后干燥,从而获得8.8g作为超强吸收性聚合物的交联聚天冬氨酸树脂。
交联聚天冬氨酸树脂的吸水性,在蒸馏水情况下,为400倍率;在生理盐水情况下,为53倍率。
而且,W10/W60 X 100为60.7%。[比较例F2]
将1.74g(0.015mol)的己二胺加入到9.71g(0.10mol)其重均分子量为96,000的聚琥珀酰亚胺在38.8gDMF的溶液中。5分钟后,反应混合物全部凝胶。使该凝胶过夜保存,其结果是DMF从凝胶中渗出。对凝胶进行分离,用甲醇洗涤,然后干燥,获得一种交联聚琥珀酰亚胺。
在研磨机中,将如此获得的聚合物研磨成粉末,然后,悬浮在90g水和120g甲醇的混合物中。在通过加入24.5wt%的氢氧化钠的水溶液,控制pH为9-11的情况下,进行水解反应。该反应需要50小时。将如此获得的水解混合物倒入到500g甲醇中以进行再沉淀。通过过滤收集沉淀物,水洗,然后干燥,从而获得3.5g作为超强吸收性聚合物的交联聚天冬氨酸树脂。
交联聚天冬氨酸树脂的吸水性,在蒸馏水情况下,为22倍率;在生理盐水情况下,为10倍率。
而且,W10/W60 X 100为78.6%。[比较例F3]
在100g的DMF中,悬浮3.50g(0.015mol)的二盐酸赖氨酸甲酯,然后用等摩尔量的三乙胺中和。将生成的溶液滴加到9.71g(0.10mol)其重均分子量为96,000的聚琥珀酰亚胺在38.8gDMF的溶液中,然后搅拌1小时。接着加入三乙胺(3.03g,0.030mol),交联反应在25℃下进行40小时。将反应混合物倒入300g甲醇中进行再沉淀。经过滤收集生成的沉淀物,然后水洗,从而获得一种交联聚琥珀酰亚胺的湿饼。
将此湿饼悬浮在2000g水中。在滴加24.5wt%的氢氧化钠的水溶液使pH为9-11的情况下,进行水解。将该反应混合物(可流动的凝胶)倒入到500ml乙醇中以进行再沉淀。通过过滤收集沉淀物,水洗,然后干燥,从而获得12.8g作为超强吸收性聚合物的交联聚天冬氨酸树脂。
交联聚天冬氨酸树脂的吸水性,在蒸馏水情况下,为110倍率;在生理盐水情况下,为30倍率。
而且,W10/W60 X 100为61.2%。[对实施例F1-F16和比较例F1-F3的比较和讨论]
在比较例F1中,经水解获得的交联聚天冬氨酸树脂具有足够高的吸水性,但其可操作性较差,其结果是产率低。
在比较例F2中,其可操作性非常差。经水解而得的交联聚天冬氨酸树脂仅显示出不实用的很小吸水性。
在比较例F3中,试图高产率制备一种交联聚琥珀酰亚胺,但其结果是,经水解而得的交联聚天冬氨酸树脂仅能获得降低的吸水性。
与之相反,实施例F1-F16中的每一个均能高产率获得交联聚天冬氨酸树脂,该树脂具有高吸水性,并显示出具有优良的吸水速度。

Claims (7)

1.一种制备交联聚琥珀酰亚胺的方法,包括由一种分散剂而使之呈分散态的原料聚琥珀酰亚胺与一种交联剂进行反应。
2.权利要求1的制备方法,其中该交联剂为一种碱性氨基羧酸盐。
3.权利要求1的制备方法,其中该分散剂为一种不良溶剂,选自不能完全溶解该原料聚琥珀酰亚胺的有机溶剂,以及水。
4.权利要求1的方法,其中该交联聚琥珀酰亚胺为一种其表面是高度交联的粒子形式。
5.一种制备交联聚琥珀酰亚胺的方法,包括第一步:形成一种含交联聚琥珀酰亚胺的凝胶;第二步:分解经第一步形成的含交联聚琥珀酰亚胺的该凝胶。
6.一种制备交联聚天冬氨酸树脂的方法,它是使一种交联聚琥珀酰亚胺中的酰亚胺环进行水解反应,其中该交联聚琥珀酰亚胺由权利要求5定义的方法制备且已被分解。
7.一种制备交联聚琥珀酰亚胺的方法,包括一种原料聚琥珀酰亚胺与一种作为交联剂的碱性氨基酸进行反应。
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