CN105164137B - 稳定至少一种含氢化糖内脱水产物的组合物的方法、所得组合物及其用途 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种改良氢化糖的内脱水产物的组合物、特别是一种异山梨糖醇酐组合物的稳定性的方法,所述方法涉及使用单乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺及其混合物作为一种稳定剂。本发明还涉及所得组合物及其各种用途。

Description

稳定至少一种含氢化糖内脱水产物的组合物的方法、所得组 合物及其用途
本发明涉及一种使得可改良氢化糖的内脱水产物的组合物、特别是一种异山梨糖醇酐组合物的存储稳定性的方法,所述方法是基于使用单乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺及其混合物作为一种稳定剂。还涉及所得组合物及其各种用途。
面对诸如石油等化石材料的枯竭及其价格的增加,开发可再生生物资源已变成一大生态学和经济学需要。1,4:3,6-二脱水己糖醇的研发属于此背景范围。
这些产物还称为异己糖醇酐,是通过C6氢化糖(己糖醇,例如山梨醇、甘露醇和艾杜糖醇)的内脱水来获得。在本申请中,术语“二脱水己糖醇”涵盖具有下列式的异山梨糖醇酐(1,4-3,6-二脱水山梨醇)、异甘露糖醇酐(1,4-3,6-二脱水甘露醇)和异艾杜糖醇酐(1,4-3,6-二脱水艾杜糖醇)以及这些产物的混合物:
对于异己糖醇酐,并且特别对于异山梨糖醇酐,当前存在很强的工业研发潜力,设想使用其来制备以下物质:
-异山梨糖醇酐2-硝酸盐、5-硝酸盐或2,5-二硝酸盐,其用于治疗性治疗疾病、特别是心脏和/或血管疾病;
-异山梨糖醇酐的烷基化、特别是二甲基化衍生物,其尤其用作制备医药或美容组合物背景下的溶剂;
-异山梨糖醇酐衍生物,其打算用于燃料用洗涤剂组合物
-烷基化或烯基化衍生物,其可用作用于聚合物、用于粘着剂或用于墨水的增塑剂;
-特定亚磷酸二氢盐,其可用作聚合物或润滑剂的稳定剂;
-基于聚乙烯醇、聚氨基甲酸酯或聚合物和共聚物(例如聚酯和聚碳酸酯)的物件;
-生物可降解缩聚物;
-具有表面覆盖和/或着色作用的水性漆或组合物。
对于异山梨糖醇酐和氢化糖的其他内脱水产物、特别是其他异己糖醇酐的大部分上述应用来说,通常需要向直接源自实际脱水步骤的组合物施加一种纯化处理。特别地,这是因为经受所述步骤的任一氢化糖(例如山梨醇)能够在所述步骤期间转化成所需脱水产物(例如异山梨糖醇酐)以及各种诸如以下等副产物:
-所述所需产物的异构体,例如异山梨糖醇酐的异构体,例如异甘露糖醇酐和异艾杜糖醇酐,
-脱水程度小于所需产物或其异构体的产物,例如山梨聚糖、甘露聚糖或艾杜聚糖,
-源自上述产物的氧化或更通常源自其降解的衍生物,这些衍生物可能包含(例如在所需产物为异山梨糖醇酐时)脱氧单脱水己糖醇、单脱水戊糖醇、单脱水丁糖醇、脱水己糖、羟甲基糠醛或甘油类型的副产物,
-源自上述产物的聚合的衍生物,和/或较强着色物质,其性质不明确。
应回顾,通常,在氢化糖脱水的实际步骤期间,以较大或较小程度生成这些不同种类的副产物或杂质中的全部或一些,这与在所述步骤期间实际实施的条件和预防措施无关,且(例如)与以下无关:所使用的酸性脱水催化剂(无机酸、有机酸、阳离子树脂等)的性质和呈现形式,或初始反应介质中水或一种或多种有机溶剂的量,或用作原材料的氢化糖(例如山梨醇)组合物的纯度。
因此,有一整个领域的文献专门是关于旨在获得源自所述脱水步骤的纯度方面得以改良的组合物的技术,此改良是通过调节在所述步骤期间的反应条件,或通过在所述步骤之后施加一或多个纯化处理,或通过组合这些不同方式来实现。
在第一类别中,可提到专利CA 1 178 288,其推荐(第14页,第3-8行)在一种惰性气体气氛下实施脱水反应以防止氧化反应,尤其在设想相对较高反应温度和相对较长反应时间时。专利US 4 861 513按照这些方法描述一种山梨醇脱水反应,其是在惰性气体(氮)和一种还原剂(次磷酸钠)同时存在下实施,以用于制备特定多元醇的混合物的目的,所述混合物具有低二脱水山梨醇含量(以干重计10%至26%)。
在第二类别中,可参照专利US 4 564 692,其提到在离子交换器和/或活性碳上预纯化异山梨糖醇酐或异甘露糖醇酐组合物,且然后在通过蒸发浓缩并接种所需异己糖醇酐的晶体之后自水使其结晶,但不以任一方式提供其细节。还可指示专利WO 01/94352,其教示通过使用一种离子交换方式且然后使用一种脱色方式进行处理来纯化。
最后,在第三类别中,可提到专利GB 613 444,其描述通过在一种水/二甲苯介质中脱水来获得一种异山梨糖醇酐组合物,随后对该异山梨糖醇酐组合物实施一种蒸馏处理且然后从一种醇/醚混合物重结晶。就专利EP 0 323 994来说,其设想使用有利地与作为助催化剂的羧酸组合的特定脱水催化剂(分别为一种气态卤化氢和液体氟化氢),然后蒸馏所得粗制异山梨糖醇酐或异甘露糖醇酐组合物。
与这种现有技术相反,申请人随后进行双重观察:一种异己糖醇酐组合物的稳定性水平与其纯度水平无关,但如现有技术中所描述使用一种例如氮气或硼氢化钠的试剂(最迟在蒸馏步骤时)并不使得可能显著改良所述稳定性。
在进一步继续其研究的同时,申请公司然后令人吃惊且意外地发现,只有a)在恰当的例子中呈非气态形式,b)在制备工艺中的一个特定时间(例如在恰当的例子中在实际蒸馏步骤之后)使用的特定稳定剂才使得可能制备至少在环境或中等温度下的存储特征有所改良的异己糖醇酐组合物。
本发明为专利EP 1 446 373的标的,其保护一种制备一种氢化糖的内脱水产物的一种组合物的方法,其特征在于该方法包括:
a)一个蒸馏含有所述内脱水产物的介质以获得一种富含此产物的馏出物的步骤,
b)任选地,至少一个纯化由此所获得的馏出物的后续步骤,
c)一个使在步骤a)期间获得且然后任选地经受步骤b)的馏出物与一种能够改良主要含于该馏出物中的内脱水产物的稳定性的试剂接触的后续步骤,所述试剂并不呈气态形式,
d)任选地,一个使一种氢化糖的内脱水产物的所得组合物成型的后续步骤。
所述文件涉及在步骤c)期间使用的改良剂的诸多可能性,并且其可选自:
-还原剂,且尤其为基于硼或铝的化合物,例如硼氢化钠(NaBH4)或氢化锂铝(LiAlH4);
-基于磷的化合物,例如一种膦或一种亚磷酸盐;
-抗氧化剂,且尤其为基于氮的化合物,尤其为芳族或非芳族胺,其任选地另外含有至少一个醇官能团,例如羟基胺、吗啉及其衍生物;
-任选地含有至少一个醇官能团的含氮或非含氮芳族化合物,例如氢醌、苯酚、生育酚及其相应衍生物;
-基于磷或硫的抗氧化剂化合物,例如亚磷酸盐、亚膦酸盐、亚硫酸盐、硫代二丙酸酯的盐及其混合物;
-抗酸剂;
-金属钝化剂,例如天然来源的金属络合或螯合剂;
-被授权为食物添加剂的产物,尤其是那些在欧洲规章的含义内称为抗氧化剂、酸度调节剂或多价螯合剂者,例如抗坏血酸(维生素C)、异抗坏血酸、乳酸、柠檬酸、没食子酸、生育酚、所有这些产物的衍生物(尤其为盐)、BHT、丁基化羟基苯甲醚(BHA)和这些产物的任一混合物。
然后申请公司证实,通过实施所述方法,获得特别稳定的组合物。文件EP 1 446373的含义内的术语“稳定组合物”打算意指一种组合物,其在一种非惰性气氛中且在40℃温度下存储至少一个月时段时,具有小于0.0005%的甲酸含量和小于0.005%的总单脱水己糖含量,这些百分比是相对于所述组合物的干重以干重来表示。
对于通过上述方法获得的这些组合物来说,此稳定性大于1个月并且可达到至少个2月、优选地至少6个月且甚至更优选地至少一年。作为在步骤c)期间使用的改良剂,专利EP 1 446 373例示硼氢化钠、吗啉、BHT、维生素C、硼酸钠、氢氧化钠和磷酸二钠、硼氢化钠和吗啉可获得最佳结果(6个月的稳定性)。
在努力改良所研发方法、尤其是在延长一种氢化糖的内脱水产物的一种组合物的稳定性持续时间方面改良时,申请人当前在诸多调查研究之后已实现所述结果。后者尤其是基于一种对上述稳定性具有必需作用的参数的确定,并且还基于此参数的调节。
在恰当的例子中,本申请阐释在文件EP 1 446 373的方法的步骤c)中引入的改良剂的性质的影响,并且单乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺或其混合物的特定选择在延长所设想组合物的稳定性持续时间方面产生尤其有利的结果。这些结果通过随时间监测这些组合物的pH来证实,已知所述参数与所述组合物的稳定性直接相关,如上述专利中所指示。就此来说,pH的显著移位或变化表示所述组合物的稳定性程度下降。
因此,一种实用且可靠的评估所述组合物的稳定性的方式是在将所述组合物置于恒温室中之后监测其pH变化。在本发明实例中,申请人以这种方式进行,将温度设定于50℃以比文件EP 1 446 373更有区别性。由此通过在本发明方法的步骤c)中使用单乙醇胺、二乙醇胺和三乙醇胺获得尤其稳定的pH值。
在本申请的含义内,术语“稳定组合物”由此打算意指一种组合物,其pH在50℃下在一个至少等于1个月、优选地3个月、极优选地6个月、最优选地至少等于1年的时段中不显著变化。
因此,本发明的第一标的由一种制备一种氢化糖的内脱水产物的一种组合物的方法组成,其包括:
a)一个蒸馏含有所述内脱水产物的介质以获得一种富含此产物的馏出物的步骤,
b)任选地,至少一个纯化由此所获得的馏出物的后续步骤,
c)一个使在步骤a)期间获得且然后任选地经受步骤b)的馏出物与一种能够改良主要含于该馏出物中的该内脱水产物的稳定性的试剂接触的后续步骤,
d)任选地,一个使氢化糖的内脱水产物的所得组合物成型的后续步骤。
且所述方法的特征在于,步骤c)中所使用的试剂是选自单乙醇胺、二乙醇胺和三乙醇胺及其混合物。
优选地,步骤c)中所使用的试剂是选自二乙醇胺和三乙醇胺及其混合物。
本发明方法的特征在于,步骤c)中所使用的试剂是以从0.0001%到2%、优选地从0.001%到2%、更优选地从0.002%到1.5%的比例来使用,相对于然后主要存在于馏出物中的氢化糖的内脱水产物(例如然后存在于此介质中的异山梨糖醇酐)的干重,这些百分比是通过改良剂的干重来表示。
在本发明方法的情况下,应指定,经受蒸馏步骤a)的介质可具有极为可变的性质,包含在固体含量、温度和/或所需脱水产物的纯度方面。根据第一变化形式,其可为一种异山梨糖醇酐组合物,其是由直接源自实际脱水反应且具有纯度约为50%到80%的一种所需产物(例如异山梨糖醇酐)的介质组成。根据另一可能性,尤其由于以下事实,所述组合物可具有纯度大于80%的一种所需产物(例如异山梨糖醇酐):所述组合物可已从一或多个先前纯化操作、尤其通过蒸馏和/或结晶来获得。
有利的是,在蒸馏步骤a)之后进行一个纯化所得馏出物的步骤b)。
根据第一变化形式,步骤b)由一个纯化步骤组成,根据该步骤,使用至少一种选自脱色方式和离子交换方式的纯化方式处理通常溶解的馏出物。
术语“脱色方式”打算尤其意指呈粒状或粉状形式的活性碳和吸附树脂。举例来说,可单独或组合使用粒状活性碳(例如产品Ceca DC 50)、粉状活性碳(例如产品Norit SX+)和/或一种树脂(例如那些称为Duolite XAD 761、Macronet MN-600或Macronet MN-400者)。
术语“离子交换方式”打算尤其意指弱或强的阴离子树脂和弱或强的阳离子树脂。举例来说,可单独或组合使用一种强阴离子树脂(例如Amberlite IRA 910树脂)或一种强阳离子树脂(例如Purolite C 150S树脂)。离子交换方式可有利地包括至少一种阴离子树脂和至少一种阳离子树脂。优选地,此方式由一种阴离子和阳离子树脂的混合床组成,或由一系列阳离子树脂后接阴离子树脂组成,或由一系列阴离子树脂后接阳离子树脂组成。
优选地,在本发明方法的步骤b)期间,以任意顺序使用至少一种活性碳且使用至少一种离子或非离子树脂处理在步骤a)期间获得的馏出物。极为有利地,首先使用一种活性碳处理所述馏出物,然后使用至少一种树脂处理且然后再次使用一种活性碳处理。
根据本发明方法的另一变化形式,申请公司发现,可尤其有利地对该组合物实施纯化步骤b)以在特定杂质(例如甲酸和单脱水己糖型物质)的最大含量方面已具有某些特性。另外发现,可尤其通过使在步骤a)期间获得的馏出物直接经受所述纯化步骤b)来保证所述含量。
因此,本发明方法的特征可在于,经受所述步骤b)的馏出物具有小于0.002%的甲酸含量和小于0.02%的单脱水己糖含量,这些百分比是通过相对于然后主要存在于所述馏出物中的氢化糖的内脱水产物的干重(例如相对于存在于所述馏出物中的异山梨糖醇酐的干重)的干重来表示。该馏出物可尤其具有小于0.0005%的甲酸含量和小于0.005%的单脱水己糖含量。
根据另一变化形式且有利地,本发明所使用的改良剂是在纯化步骤b)之后立刻使用,且特别是如另外将例示,直接引入源自步骤b)的内脱水产物的经纯化水溶液中,该水溶液通常具有至多等于60℃的温度。
不管本发明的标的方法采用何种操作模式,申请公司还发现,步骤c)的全部或一部分(在此期间存在改良剂)有利地可在液体介质中和至少等于所需内脱水产物(例如异山梨糖醇酐)的软化或熔融温度,但低于大约140℃的温度下实施。尤其在异山梨糖醇酐情形中,此温度可介于60℃与135℃之间。
这些条件会改良改良剂在所得组合物内的均匀分布,尤其是在必须冷却所述组合物且然后根据任选步骤d)成型时。
源自步骤a)的馏出物与稳定剂的混合极其迅速,这是因为所使用胺经证实在该馏出物中的溶解性极高,使得步骤c)的持续时间(如果其无论如何持续不小于约1秒)对于所论述方法并不重要。
在步骤c)之后且如前文所指示,可在一个后续步骤d)期间使根据本发明所获得的一种氢化糖的内脱水产物的组合物成型。此步骤可由一个将结晶物质或团块化产物造粒或刨片的操作组成,所述团块或产物是从源自步骤c)的组合物的冷却(尤其通过接触一个冷表面)获得。
如果需要,在成型步骤d)之后可进行一个研磨和/或筛分步骤,此步骤是在由此获得的组合物的任一存储和/或装袋步骤之前进行。
根据另一变化形式,根据本发明获得的一种氢化糖的内脱水产物的组合物可在步骤c)之后不经后续特定成型步骤即以原样存储,尤其以液体或膏糊状态存储。
另外,源自本发明方法的组合物可在任一时间经受一个浓缩步骤、尤其一个真空蒸发步骤,所述步骤是在尤其在时间和温度方面尽可能最温和的条件下实施。那么此步骤在于在将所述组合物保持为液体形式(特别是固体含量介于50%与90%之间、优选地介于75%与88%之间)的同时浓缩该组合物。其还可在于浓缩所述组合物以获得一种呈干燥形式的最终产物。
优选地,最有利地在步骤c)之后立刻实施所述浓缩步骤。
如果需要,刚刚描述的本发明方法的所有步骤(必须的或任选的)还可在一种惰性气氛下实施,包含本发明的特征步骤c)和/或任一后续步骤、尤其成型、存储或装袋步骤。
在一种优选变化形式中,本发明方法的特征在于,一种氢化糖的内脱水产物为异山梨糖醇酐。
然后,可使用一种新颖方式,其能够提供一种氢化糖的一种内脱水产物的一种组合物,例如一种异山梨糖醇酐组合物,其稳定性有所改良,不论所述组合物打算用于何种用途且另外不论所述组合物的纯度如何都需要所述稳定性。
因此,本发明的另一标的涉及一种含有一种氢化糖的至少一种内脱水产物的组合物,其特征在于该组合物含有从0.0001%到2%、优选地从0.001%到2%、更优选地从0.002%到1.5%的一种选自单乙醇胺、二乙醇胺和三乙醇胺及其混合物且优选地选自二乙醇胺和三乙醇胺及其混合物的改良剂,相对于然后主要存在于所述组合物中的氢化糖的内脱水产物(例如然后存在于此介质中的异山梨糖醇酐)的干重,这些百分比是通过改良剂的干重来表示。
在一种特定变化形式中,此组合物的特征在于,一种糖的内脱水产物为异山梨糖醇酐。
在该组合物呈液体形式的第一变化形式中,其特征在于,其具有介于50%与90%之间、优选地介于75%与88%之间的固体含量。
在第二变化形式中,所述组合物呈固体形式(所述组合物因此具有100%的固体含量)。
所述组合物尤其可用于制备打算用于化学、医药、美容或食品工业的聚合或非聚合、生物可降解或生物不可降解的产物或混合物。
借助下列决不具有限制性的实例来更详细地描述本发明。
实例
实例1
此实例涉及根据现有技术(使用磷酸二钠)和根据本发明(使用单乙醇胺、二乙醇胺和三乙醇胺)来产生一种异山梨糖醇酐组合物。其通过随时间监测这些组合物的pH来阐释在本发明情况下所述组合物的稳定性持续时间的延长。
将1kg具有70%固体含量的山梨醇溶液(由申请人以名称Neosorb 70/02出售)和7g浓硫酸置于一个夹套搅拌反应器中。将所获得混合物在真空下(大约100毫巴的压力)加热5小时以去除含于初始反应介质中和源自山梨醇脱水反应的水。
然后将反应粗产物冷却到约100℃,且然后使用11.4g的50%氢氧化钠溶液中和。然后在真空下(压力低于50毫巴)蒸馏由此中和的异山梨糖醇酐组合物。
然后将轻微着色(浅黄色)的粗制异山梨糖醇酐馏出物在60℃温度下溶于2-丙醇中,以获得一种具有75%固体含量的溶液。然后将此溶液在5小时范围内缓慢冷却到10℃温度;在40℃下添加一种重结晶异山梨糖醇酐晶种。
然后在一个离心器中甩干晶体并使用少量2-丙醇洗涤。在真空下干燥之后,将晶体再溶于水中以获得40%固体含量。
然后在一个粒状活性碳CPG 12-40的柱上以0.5BV/h(床体积/小时)的速率渗滤此溶液。然后使由此获得的脱色异山梨糖醇酐组合物以2BV/h的速率依次通过一个PuroliteC 150S强阳离子树脂柱,且然后通过一个Amberlite IRA 910强阴离子树脂柱。然后使用Norit SX+型活性碳粉将此溶液在20℃下处理1小时。该活性碳是以0.5%的比例(通过干重/溶液干重来表示)使用。
然后将待测试试剂,也就是:
-0.005%磷酸二钠(干重/组合物中所含异山梨糖醇酐的干重),测试编号1;
-0.0025%单乙醇胺(干重/组合物中所含异山梨糖醇酐的干重),测试编号2;
-0.0025%二乙醇胺(干重/组合物中所含异山梨糖醇酐的干重),测试编号3;
-0.0025%三乙醇胺(干重/组合物中所含异山梨糖醇酐的干重),测试编号4;
引入所述组合物中。
在过滤之后,在真空下浓缩异山梨糖醇酐溶液。使所获得熔化物质在冷却时以大晶体的团块化产物形式结晶,随后将其研磨以获得一种具有0.2%水分含量的白色粉末。
将200g此异山梨糖醇酐团块化产物直接引入一个体积为500ml的玻璃容器中,将该玻璃容器气密性封闭,然后置于一个维持于50℃的烘箱中。
对于对应于测试编号1、2、3和4的每一烧瓶来说,监测pH随时间的变化。结果展示在表1中。在一个配备有Mettler Toledo组合Ag/AgCl线电极且预先使用pH 7和4缓冲溶液校准的辐射计分析型PHM 220pH计上实施该pH测量。针对以40重量%的固体含量溶于渗透水中的一个产物试样测量pH。
可明确证实,仅测试编号2、3和4的pH有利地在至少3个月中随时间稳定,在对应于二乙醇胺和三乙醇胺的测试编号3和4的情形下,此时段可能达到6个月。
表1
实例2
此实例涉及根据现有技术(使用氢氧化钠、抗坏血酸、生育酚、偏硼酸钠、吗啉和丁基化羟基苯)和根据本发明(使用二乙醇胺和三乙醇胺)来产生一种异山梨糖醇酐组合物。其通过根据一种与先前实例中所描述相同的方案监测pH来阐释在本发明情况下所述组合物的稳定性持续时间的延长。
唯一区别在于以下事实:将烘箱维持于60℃,由此使得这些测试更有区别性,可能在数天时段内观察到差异。
结果展示在表2中。
由此明确展示,二乙醇胺和三乙醇胺获得最佳稳定性。
表2
稳定剂 DEA TEA NaOH 抗坏血酸 生育酚 偏硼酸钠 吗啉 BHT
T=0 8.3 7.7 9.1 4.9 5.3 8.5 7.9 6.9
T=2天 8.6 8.0 8.0 4.3 3.5 8.6 7.8 3.9
T=3天 8.5 8.0 8.0 3.9 3.3 7.9 7.2 3.5
T=5天 8.0 8.0 7.4 3.5 3.2 7.7 7.1 3.4

Claims (11)

1.一种制备异山梨糖醇酐组合物的方法,其包括:
a)蒸馏含有异山梨糖醇酐的介质以获得富含异山梨糖醇酐的馏出物的步骤,
b)任选地,至少一个纯化由此所获得的馏出物的后续步骤,
c)使在步骤a)期间获得且然后任选地经受步骤b)的馏出物与能够改良异山梨糖醇酐的稳定性的试剂接触的后续步骤,所述试剂并不呈气态形式,
d)任选地,使所得异山梨糖醇酐组合物成型的后续步骤,
且所述方法的特征在于,步骤c)中所使用的试剂是选自单乙醇胺、二乙醇胺和三乙醇胺及其混合物。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于步骤c)中所使用的试剂是选自二乙醇胺和三乙醇胺及其混合物。
3.根据权利要求1和2中任一项所述的方法,其特征在于步骤c)中所使用的试剂是以从0.0001%到2%的比例来使用,相对于存在于该馏出物中的异山梨糖醇酐的干重,这些百分比是通过改良剂的干重来表示。
4.根据权利要求1和2中任一项所述的方法,其特征在于在该蒸馏步骤a)之后进行纯化步骤b)。
5.根据权利要求1和2中任一项所述的方法,其特征在于该方法包括至少一个浓缩步骤。
6.一种含有异山梨糖醇酐的组合物,其特征在于该组合物含有从0.0001%到2%的选自单乙醇胺、二乙醇胺和三乙醇胺及其混合物的改良剂,相对于异山梨糖醇酐的干重,这些百分比是通过改良剂的干重来表示。
7.根据权利要求6所述的组合物,其特征在于该组合物具有介于50%与90%之间的固体含量。
8.根据权利要求6所述的组合物,其特征在于该组合物具有100%的固体含量。
9.根据权利要求6到8中任一项所述的或根据权利要求1到5中任一项所述获得的组合物用于制备聚合或非聚合、生物可降解或生物不可降解的产物和混合物的用途。
10.根据权利要求4所述的方法,其特征在于在所述纯化步骤b)期间以任意顺序使用至少一种活性碳和至少一种离子或非离子树脂处理该馏出物。
11.根据权利要求6所述的组合物,其特征在于所述改良剂选自二乙醇胺和三乙醇胺及其混合物。
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