合成含有N-(2-羟基-3-磺酸丙基)酰胺的聚合物的方法技术

叙述了高温，加压合成磺化丙烯酰胺聚合物的方法，聚合物的重复结构单元表示如上．（*该技术在2006年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
合成水溶性磺化聚合物通常只限于使用某些含有磺酸基官能团的乙烯类单体。例如，象乙烯基磺酸钠、磺化苯乙烯，以及AMPS(2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸)这些单体。此外，从单体方面看，合成含有磺酸基团的乙烯类磺化聚合物也是受限制的。因为工业上生产的只有有限的几种磺化单体。结果是磺化的水溶性聚合物的应用仅仅限于以上所说的几种结构。因此，如果能够合成出在聚合物主链上含有磺酸基的其它水溶性聚合物化学结构(以酸或盐的形式存在)这将是合成磺化的水溶性聚合物工艺上的进步，在主链的结构上也可以包含其它能增加这些水溶性磺化聚合物在某些应用上的使用效果的官能团，例如用作水处理的分散剂，天然和工业用水的防垢剂，絮凝剂和凝结剂等。因此，本专利技术的一个目的是合成一种含有磺酸基的水溶性聚合物，并且，这种聚合物也可以含有其它官能团，当聚合物用于水溶液或含水的体系时，这些官能团是有用的。本专利技术的另一目的，是开发一种合成方法。该方法可用来合成各种类型的含有磺酸基的，同时含有(或者不含)其它官能团的水溶性聚合物，当该聚合物用于含水体系时，这些官能团是有用的。本专利技术的又一个目的，是合成并获得某些类型的含有磺酸基团的水溶性聚合物，这些聚合物含有其它官能团，例如羟基、氯、溴、碘和/或者同时存在这些官能团。到现在为止，这些聚合物尚未被发现或得到应用。我们专利技术了一种用于含有酰胺官能团侧基的水溶性聚合物的改性方法，这类聚合物主要是含有丙烯酰胺的乙烯基聚合物或共聚物，或者是含有烷基取代丙烯酰胺的乙烯类聚合物或共聚物。该聚合物或共聚物是水溶性的，并且含有酰胺官能团侧基，这些酰胺官能团侧基来源于丙烯酰胺，甲基丙烯酰胺，乙基丙烯酰胺等。我们专利技术的方法是相当于聚合体上酰胺侧基的转移反应，用一化学活性物质与聚合物中的酰胺类侧基反应。化学活性物质的结构表示为通式Ⅰ 其中R分别选自包括氢和含有1-4个碳原子的低级烷基的一组物质。M选自包括碱金属，碱土金属和铵等离子及其混合体的一组物质。R′是1-16个碳原子的多共价键的烃类桥式基团，可以是直链，支链，环状，芳香环状，杂环状及其混合体。X选自Cl，Br，I，OH及其混合体，并且，m的范围在0到16之间，n的范围在1到16之间，m+n的范围在1到20之间。以上叙述的化学活性物质主要是一种含有磺酸基的氨基取代化合物，其中，胺官能团的氨基氮原子上至少含有一个活性氢。虽然同时含有一级胺和二级胺的磺酸化合物能够在本专利技术的酰胺基转移反应的条件下反应得到改性的含磺酸基的聚合物，但最好是选用二级胺来改性含有酰胺类侧基的聚合物，氨基氮原子上取代的烷基不大于4个碳原子，即取代基只限于甲基，乙基，丙基和丁基及其异构体。然而，最好是含磺酸基的化学活性物质的取代胺是一级氨基官能团。当用一级氨基官能团完成酰胺基转移反应时，反应容易进行，结果至少25%、较好是60%(摩尔百分数)的所用的活性物质结合到含有酰胺类侧基的聚合体链上，将原先的酰胺类侧基取代掉，变为含磺酸基的侧链官能团。除了前面叙述的化学活性物质中有胺取代外，该化学活性物质至少含有一个磺酸基官能团，该磺酸基可以是酸式，也可以是盐式，其中盐式是选自碱金属盐，碱土金属盐，叔胺盐和铵离子及其混合体。盐式可以在酰胺基转移反应以前就存在，或者在酰胺基转移反应前，反应中和反应完成后，用碱调节PH值而产生盐式，这些碱包括碱金属、碱土金属、叔胺或氨。除了磺酸官能团和胺官能团外，化学活性物质还可以含有其它官能团，这些官能团可以选自氯，溴，羟基及其混合体，化学活性物质最好只含有一个能起酰胺基转移反应的一级胺基;至少含有一个磺酸基，它使得聚合物形成带有磺酸阴离子的水溶性聚合物和一个羟基或一个胺基，它们的存在，能提高按本专利技术方法合成的含磺酸基水溶性聚合物的活性。最好是，化学活性物质中含有一个一级胺，没有或者有多个羟基，以及一个或多个磺酸基团，它们可以是游离酸式，盐式，或者游离酸式和盐式混合体。前面所述的几种最好的化学活性物质用化学式表示如下化学式Ⅱa. H2N-CH2SO3M c. H2N-CH2CH2-SO3M 带有丙烯酰胺侧基的聚合物是水溶性聚合物。它的一般结构是具有酰胺类侧基，如化学式Ⅲ表示化学式Ⅲ聚合物 主链在化学式Ⅲ中，可清楚地知道，酰胺类侧基可以是一级酰胺、二级酰胺，或叔酰胺化合物，及其混合体。为了使这些酰胺类侧基转化为前述的含有磺酸基的侧链官能团的反应有一个适当的转化率，这些酰胺类侧基最好是一级酰胺基团。在本专利技术的酰胺基转移反应条件下，容易被改性的聚合物，最可能是具有化学式Ⅳ表示的带有酰胺类侧基的水溶性聚合物化学式Ⅳ 化学式Ⅳ中R任意选自氢和由1-4个碳原子组成的低级烷基;M任意选自氢，碱金属，碱土金属和铵等等离子及其混合体;并且a和b是具有下列关系的整数a/b的范围在0-100之间，a+b足以使分子量至少是1，000。最好是，a+b的加和使分子量的范围在约1，000-20，000，000之间。显而易见，以上所说的聚合物可以是丙烯酰胺，或者是其烷基取代同系物，如甲基丙烯酰胺以及类似的化合物的均聚物;也可以是丙烯酰胺与丙烯酸或者丙烯酸同系物，如甲基丙烯酸等的共聚物，或者可以是与其它的包括丙烯酰胺和丙烯酸，以及象甲基丙烯酸和甲基丙烯酰胺类同系物的乙烯基单体等的三元和多元聚合物。本专利技术所采用的合成磺化聚合物的化学反应，就是通常所指的酰氨基转移反应。这个反应，是用含有其它官能团(例如磺酸盐基团)的胺类化合物来取代前面所述的聚合物链上的酰胺基中的氮原子部分。已经发现，这种酰胺基转移反应是一个普通反应，它能使我们所用的含有氨基和磺酸基的化合物取代水溶性聚合物中酰胺类侧基的含氮基团，由此得到独特的磺化的聚合物。反应条件要求是，含有酰胺类侧基的聚合物能溶解于或者能容易地分散在溶剂中，而该溶剂应是前面所述的化学活性物质的普通溶剂。换句话说，就是要改性的聚合物和化学活性物质应该溶解于或者分散在相同的溶剂体系中。在这个反应中可用的普通溶剂包括下面几种(但不是只限定于这几种)∶水，二甲基甲酰胺，二甲基亚砜和由这些溶剂组成的混合溶剂，以及这些溶剂和一种或几种其它可以互溶的溶剂(如乙醇，叔丁醇等)搀和成的混合溶剂。最可取的普通溶剂是水。它既是含有酰胺类侧基聚合物的溶剂，也是前述的化学活性物质的溶剂，尤其是，含有酰胺类侧基的聚合物本来就是水溶性的，例如大多数含有丙烯酰胺结构的烯类聚合物。另一种较可取的溶剂是油包水的乳液体系，在其分散的水相中溶解有含酰胺类侧基的聚合物和前述的化学活性物质。将含有酰胺类侧基的聚合物溶于普通溶剂后(最好是选用水作溶剂)，加入化学活性物质，得到一溶液或含酰胺类侧基的聚合物以及本专利技术化学活性物质的分散体。往溶剂中是先加聚合物或是先加化学活性物质，这无关紧要。然后将这混合溶液装入一个可以承受加压化学反应的反应器内，或者就在该反应器内配料，例如帕·波姆伯(Paar Bomb)型反应器。将反应器密封，然后加热到不低于100℃，较好是加热到不低于110℃，但最好是加热到120℃以上。如果温度升到超过100℃，反应器内的反应物将膨胀，内部压力将超过一个大气压。压力的大小取决于所用的溶剂，所用的磺酸盐或者化学活性物质，能达到大约5到15个大气压力，并且可能更高些。反应器的压力是一个未加控制的变量，只本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种合成具有无规重复链节单元的水溶性磺化聚合物的方法，其重复结构单元为：＊＊＊其中：Ｒ分别选择由氢和具有１－４个碳原子的低级烷基而产生；Ｍ选自氢、碱金属、碱土金属、叔胺类和铵离子及其混合体；Ｒ′是具有１－１６个碳原子的多共价键烃类成桥基团，它可以选自直链烷基，带支链烷基，环状的，芳香环状的，杂环状的，烯烃类的及其混合的官能团；Ｘ选自Ｃｌ，Ｂｒ，ＯＨ及其混合体，并且其中：ａ，ｂ，和ｄ是具有下面关系的整数：ａ／ｂ范围从０到１００ｂ／ｄ范围从０．０１到１００ａ／ｄ范围从０到１００ａ＋ｂ＋ｄ的总和足以使分子量至少为１，０００。并且ｄ∶（ａ＋ｂ）之比从２０∶１到１∶１００。

【技术特征摘要】
US 1985-11-8 796, 4511.一种合成具有无规重复链节单元的水溶性磺化聚合物的方法，其重复结构单元为其中R分别选择由氢和具有1-4个碳原子的低级烷基而产生；M选自氢、碱金属、碱土金属、叔胺类和铵离子及其混合体；R′是具有1-16个碳原子的多共价键烃类成桥基团，它可以选自直链烷基，带支链烷基，环状的，芳香环状的，杂环状的，烯烃类的及其混合的官能团；X选自Cl，Br，OH及其混合体，并且其中a，b和d是具有下面关系的整数a/b范围从0到100b/d范围从0.01到100a/d范围从0到100a+b+d的总和足以使分子量至少为1，000。并且d∶(a+b)之比从20∶1到1∶100；其中m的范围从0到16之间，和n的范围，当m为0时，从1到16之间，R′是直链的，环状的，杂环状的，烯烃类的，芳香环状的及其混合体的官能团，并且所提供的官能团为m+n之和是1到20之间；该方法包括，在普通溶剂中，在至少100℃的温度下使下列A与B反应；A.一种具有酰胺官能团侧基的聚合物，分子量至少为500，其重复结构单元为其中，R，M，a，b的含义和前面的一样；B.一种化学活性物质，具有下述结构其中，R，R′，M，X，m和n的含义同前面的一样；其中化学活性物质和聚合物中酰胺侧基的摩尔比例在大约5∶1到大约1∶100之间，反应足够长的时间，使得至少有25%的化学活性物质与聚合物上的侧基反应，使其磺化，由此得到水溶性的磺化聚合物。2.根据权利要求1的方法，其中R分别选择由氢，甲基和乙基而产生;M分别选择由氢，钠，钾，叔胺，铵及其混合体而产生;R′至少有2个碳原子，并且可以是直链的，环状的，芳香烃类的及其混合体。X是OH;m的范围从0到4;n的范围从1到4;并且水溶性的磺化聚合物的分子量范围在大约2，000到大约20，000，000之间。3.根据权利要求1或2的方法，其中普通溶剂包括水，二甲基甲酰胺，二甲基亚砜或它们的混合物。4.根据权利要求1或2的方法，其中溶剂是水和连续油相中的水乳状液，由此得到水溶性磺化聚合物的油包水乳液或者是该聚合物的水溶液。5.一种合成具有下面重复结构单元的水溶性磺化聚合物的方法其中R分别选择由氢和具有1-4个碳原子的低级烷基而产生;M分别选择由氢，碱金属，碱土金属，叔胺和铵等等离子而产生;R′选自具有1-8个碳原子的多共价键烃基成桥基团，可以是支链、直链或环状的烃基;X选自Cl，OH及其混合体，m的范围从0到6n的范围从1到4a，b，d是具有下述关系的整数a/b范围从0到100a/d范围从0到100b/d范围从0.01到100，和d∶(a+b)之比在大...

【专利技术属性】
技术研发人员：方多德温格，
申请(专利权)人：诺尔科化学公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]