CN114478469A - 一种低含水量粗乙交酯的制备方法及其所得乙交酯 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低含水量粗乙交酯的制备方法及其所得乙交酯。所述制备方法包括将分子量小于10万Da的乙醇酸低聚物进行解聚反应得到粗乙交酯,其中,所述解聚反应在至少一种多孔材料存在下进行。所述解聚反应还在至少一种聚乙醇酸增塑剂存在下进行。本发明使得解聚生成的粗乙交酯中含水量明显降低,有利于粗乙交酯的保存,减轻了精制压力。
Description
技术领域
本发明涉及乙交酯领域,具体地说,是涉及一种低含水量粗乙交酯的制备方法及其所得乙交酯。
背景技术
乙交酯是乙醇酸的环二聚体,即两分子乙醇酸脱水缩合形成的环状物质。乙交酯的开环聚合是一种制备聚乙醇酸较为成熟的方法,此法可获得较高相对分子质量的聚乙醇酸产品。目前,国内外最成熟和应用最多的乙交酯的合成法主要是以乙醇酸为原料的缩聚-解聚法。
上述解聚反应所得的粗乙交酯中通常包含了水、乙醇酸、乙醇酸低聚物等各种杂质,交酯的开环聚合过程中极少量的活泼氢存在都会对所得聚合物的分子量产生很大影响,而需要满足手术缝合线等用途需求的聚乙醇酸都需要满足特性粘数大于等于1,质均分子量大于十万的要求。因此,对解聚反应进行优化以降低这些杂质在粗乙交酯中的含量可以有效地缓解后续精制工序的压力。
CN107868074A公开了乙交酯的精制方法,包括以下步骤:1)将解聚反应得到的乙交酯粗产物溶解于溶剂I中,过滤除去不溶物质;2)将收集到的滤液加热蒸馏除去溶剂I,得到固相的粗乙交酯;3)将步骤2)中得到的粗乙交酯用溶剂II进行混合、搅拌,然后将固液混合物过滤收集滤饼,重复该操作至少3次后将滤饼真空干燥,得到精制的乙交酯产物;其中,所述溶剂I为二氯甲烷、四氢呋喃、丙酮、乙酸乙酯、1,4-二氧六环中的至少一种;所述溶剂II为醇类、醚类、酯类、酮类中的至少一种。
CN107868075A公开了粗乙交酯的精制方法,包括以下步骤:1)在室温下向粗乙交酯中加入重结晶溶剂;2)在惰性气体的保护下将粗乙交酯和重结晶溶剂的混合物加热溶解,热过滤后将滤液降至25℃以下,使乙交酯结晶析出,过滤除去液相,将得到的固体干燥,得到重结晶乙交酯;3)将上一步骤中得到的重结晶乙交酯用干燥的不良溶剂混合后在室温下搅拌,然后过滤;4)重复步骤3)至少两遍后,将得到的固体真空干燥,得到精制的乙交酯。
CN107868074A、CN107868075A利用了测定乙交酯中端羧基含量的方法来表征乙交酯中杂质的去除效果,并且利用了酸碱滴定的方法测定精制前后乙交酯中的端羧基含量。由于解聚气相产物即粗乙交酯是精制工序的原料,粗乙交酯中的端羧基含量低会降低精制的难度。
由于乙交酯易与水反应开环生成酸性杂质,粗乙交酯中的水分含量明显地影响酸碱滴定法测得的端羧基含量,计算结果表明,粗乙交酯中500ppm的水分若在粗乙交酯保存过程中与乙交酯完全反应,可使端羧基含量升高约28μmol/g,而现有的本体解聚和溶剂解聚两种工艺中,粗乙交酯的含水量通常达到2000ppm及以上,即使解聚反应完成时粗乙交酯的游离酸浓度在520μmol/g以下,较高的含水量仍不利于粗乙交酯的保存和后续精制,水分使得粗乙交酯的端羧基含量在等待精制的过程中持续升高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有乙醇酸低聚物解聚生产乙交酯中含水量较高的问题。
本发明的目的之一为提供一种低含水量粗乙交酯的制备方法,包括将分子量小于10万Da的乙醇酸低聚物进行解聚反应得到粗乙交酯,其中,所述解聚反应在至少一种多孔材料存在下进行。
上述技术方案中,优选地,所述解聚反应还在至少一种乙醇酸低聚物增塑剂存在下进行。
上述技术方案中,所述多孔材料添加在乙醇酸低聚物中以在解聚反应中持续脱除体系中的微量水,使得反应体系中蒸出的粗乙交酯含水量明显降低。
上述技术方案中,所述多孔材料在25℃下具有大于等于10wt%的饱和吸水率,优选的饱和吸水率是大于等于25%。
上述技术方案中,所述多孔材料在230~290℃的解聚温度下为颗粒状固体,平均粒径为100微米至10毫米,优选的平均粒径范围是500微米至5毫米,在解聚反应中保持化学性质稳定、物理尺寸稳定。
上述技术方案中,所述多孔材料在解聚步骤中加入的用量为乙醇酸低聚物量的0.1~500wt%,优选的加入量为乙醇酸低聚物质量的0.1~100wt%,更优选的加入量为乙醇酸低聚物质量的0.2%~50wt%。
上述技术方案中,所述多孔材料选自氧化铝类、分子筛、硅胶、活性炭、矿物干燥剂颗粒中的至少一种。
所述氧化铝的晶型可选自3种晶型,即α-Al2O3、β-Al2O3、γ-Al2O3,优选的是γ-Al2O3。
所述分子筛可选自硅铝酸盐或天然沸石,优选的是硅铝酸盐,更优选的是硅铝酸盐类分子筛中具有低硅铝比的分子筛,所述分子筛可选择如3A分子筛、4A分子筛等。
所述矿物干燥剂优选为蒙脱石或凹凸棒土。
上述技术方案中,所述乙醇酸低聚物增塑剂降低了反应体系的粘度,增加了多孔材料与体系中微量水的接触,进一步提高了脱水效率。
上述技术方案中,所述乙醇酸低聚物增塑剂优选为聚乙二醇酯、聚乙二醇醚、柠檬酸酯、环氧酯、蓖麻油衍生酯、异山梨酸二酯、数均分子量为1500~6000Da的多元醇和多元酸的共聚酯中的至少一种,其中更优选的是聚乙二醇酯、聚乙二醇醚。
上述技术方案中,所述聚乙醇酸低聚物的增塑剂在解聚步骤中的加入量为乙醇酸低聚物量的1~500wt%,优选的加入量是1~100wt%,更优选的加入量是1~50wt%。
上述技术方案中,所述乙醇酸低聚物的分子量优选为1~5万Da。
本发明的技术方案通过高温解聚乙醇酸低聚物制备粗乙交酯,其中在解聚反应中加入了一种脱水剂,其具有较宽温度范围内优异的吸水性能,且吸水后在350℃下24小时可脱水再生,因此在260℃左右的解聚温度下可持续稳定脱除反应体系中的微量水,使得反应体系中蒸出的粗乙交酯含水量明显降低,提高了粗乙交酯的品质,降低了粗乙交酯的精制压力。
本发明的技术方案通过在解聚反应中使用了乙醇酸低聚物增塑剂降低了反应体系的粘度,增加了上述脱水剂与体系中微量水的接触,进一步提高了脱水效率。
根据本发明的一种优选实施方式,所述制备方法包括:向包括乙醇酸低聚物的反应体系内加入至少一种多孔材料以及任选的至少一种乙醇酸低聚物增塑剂,提高温度至乙醇酸低聚物熔点以上,使反应体系形成颗粒填充聚合物溶液,进一步提高反应温度至230~290℃,同时提高真空度至1~15kPa,使乙醇酸低聚物解聚生成粗乙交酯并被减压蒸出和收集。
上述技术方案中,乙醇酸低聚物经缩聚制备,优选包括以下步骤:
a)预缩聚,将乙醇酸晶体、乙醇酸水溶液或乙醇酸甲酯和催化剂混合后,保持反应温度在110~220℃,进行缩聚反应,得到聚乙醇酸;当原料为乙醇酸晶体或乙醇酸水溶液时,预缩聚在常压下进行;当原料为乙醇酸甲酯时,预缩聚在绝压150~500kPa下进行;
b)减压缩聚,在步骤a后,保持体系温度,同时提高体系真空度至0.1-5KPa,使缩聚反应或酯交换反应继续进行,直至没有水或甲醇蒸出
c)加强缩聚,在步骤b后,保持体系温度和真空度继续反应0.5-10小时。
上述技术方案中,解聚步骤中自解聚反应体系中蒸出的粗乙交酯含水量小于等于500ppm,优选小于等于300ppm。
上述技术方案中,解聚反应可以采用间歇投料工艺、连续分批投料工艺或连续投料工艺。
上述技术方案中,解聚步骤中加入的多孔材料及乙醇酸低聚物增塑剂在解聚反应停车后可从解聚残渣中回收。
本发明目的之二为提供所述制备方法得到的粗乙交酯。
所述粗乙交酯含水量小于等于500ppm,优选小于等于300ppm。
本发明的优点在于:在制备乙交酯时,通过在解聚阶段加入至少一种固体脱水机和至少一种乙醇酸低聚物增塑剂,使得解聚生成的粗乙交酯中含水量明显降低,有利于粗乙交酯的保存,减轻了精制压力,取得了较好的技术效果。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行具体的描述,有必要在此指出的是以下实施例只用于对本发明的进一步说明,不能理解为对本发明保护范围的限制,本领域技术人员根据本发明内容对本发明做出的一些非本质的改进和调整仍属本发明的保护范围。
实施例中未注明具体条件者,按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者,均为可以通过市售购买获得的常规产品。
【实施例1】
向反应器中加入600g乙醇酸晶体和3g辛酸亚锡催化剂后,温度从室温升至90℃,待固体完全溶解后,升温至112℃开始预聚,预聚1h后升温至210℃,待无水蒸出后,体系保持温度并开始抽真空。此过程真空度控制在3kPa。待无水蒸出后,体系保持该状态继续反应1.5h,得到乙醇酸低聚物451g,重均分子量21000。
向解聚反应器中加入90.2g活性氧化铝(市售,平均粒径500微米)和135.3g聚乙二醇二甲醚(市售,平均分子量500),再加入上述低聚物,解聚体系在反应温度270℃,真空度3kPa,搅速200转/分下,进行反应制备乙交酯,反应4小时后停止反应,得乙交酯粗产物387g,库伦法水分仪测得含水量180ppm。
【实施例2】
向反应器中加入600g乙醇酸晶体和3g辛酸亚锡催化剂后,温度从室温升至90℃,待固体完全溶解后,升温至112℃开始预聚,预聚1h后升温至210℃,待无水蒸出后,体系保持温度并开始抽真空。此过程真空度控制在3kPa。待无水蒸出后,体系保持该状态继续反应1.5h,得到乙醇酸低聚物451g,重均分子量21000。
向解聚反应器中加入90.2g活性氧化铝(市售,平均粒径1mm)和135.3g聚乙二醇二甲醚(市售,平均分子量500),再加入上述低聚物,解聚体系在反应温度270℃,真空度3kPa,搅速200转/分下,进行反应制备乙交酯,反应4小时后停止反应,得乙交酯粗产物385g,库伦法水分仪测得含水量205ppm。
【实施例3】
向反应器中加入600g乙醇酸晶体和3g辛酸亚锡催化剂后,温度从室温升至90℃,待固体完全溶解后,升温至112℃开始预聚,预聚1h后升温至210℃,待无水蒸出后,体系保持温度并开始抽真空。此过程真空度控制在3kPa。待无水蒸出后,体系保持该状态继续反应1.5h,得到乙醇酸低聚物451g,重均分子量21000。
向解聚反应器中加入135.3g 3A分子筛(市售,平均粒径3mm)和135.3g聚乙二醇二甲醚(市售,平均分子量500),再加入上述低聚物,解聚体系在反应温度270℃,真空度3kPa,搅速200转/分下,进行反应制备乙交酯,反应4小时后停止反应,得乙交酯粗产物390g,库伦法水分仪测得含水量235ppm。
【实施例4】
向反应器中加入600g乙醇酸晶体和3g辛酸亚锡催化剂后,温度从室温升至90℃,待固体完全溶解后,升温至112℃开始预聚,预聚1h后升温至210℃,待无水蒸出后,体系保持温度并开始抽真空。此过程真空度控制在3kPa。待无水蒸出后,体系保持该状态继续反应1.5h,得到乙醇酸低聚物451g,重均分子量21000。
向解聚反应器中加入135.3g 4A分子筛(市售,平均粒径5mm)和135.3g聚乙二醇二甲醚(市售,平均分子量500),再加入上述低聚物,解聚体系在反应温度270℃,真空度3kPa,搅速200转/分下,进行反应制备乙交酯,反应4小时后停止反应,得乙交酯粗产物392g,库伦法水分仪测得含水量185ppm。
【实施例5】
向反应器中加入600g乙醇酸晶体和3g辛酸亚锡催化剂后,温度从室温升至90℃,待固体完全溶解后,升温至112℃开始预聚,预聚1h后升温至210℃,待无水蒸出后,体系保持温度并开始抽真空。此过程真空度控制在3kPa。待无水蒸出后,体系保持该状态继续反应1.5h,得到乙醇酸低聚物451g,重均分子量21000。
向解聚反应器中加入135.3g 4A分子筛(市售,平均粒径5mm)和90.2g聚乙二醇二甲醚(市售,平均分子量500),再加入上述低聚物,解聚体系在反应温度270℃,真空度3kPa,搅速200转/分下,进行反应制备乙交酯,反应4小时后停止反应,得乙交酯粗产物392g,库伦法水分仪测得含水量215ppm。
【实施例6】
向反应器中加入600g乙醇酸晶体和3g辛酸亚锡催化剂后,温度从室温升至90℃,待固体完全溶解后,升温至112℃开始预聚,预聚1h后升温至210℃,待无水蒸出后,体系保持温度并开始抽真空。此过程真空度控制在3kPa。待无水蒸出后,体系保持该状态继续反应1.5h,得到乙醇酸低聚物451g,重均分子量21000。
向解聚反应器中加入135.3g 4A分子筛(市售,平均粒径5mm)和90.2g聚乙二醇硬脂酸酯(市售,乙二醇平均聚合度6),再加入上述低聚物,解聚体系在反应温度270℃,真空度3kPa,搅速200转/分下,进行反应制备乙交酯,反应4小时后停止反应,得乙交酯粗产物385g,库伦法水分仪测得含水量285ppm。
【实施例7】
向反应器中加入600g乙醇酸晶体和3g辛酸亚锡催化剂后,温度从室温升至90℃,待固体完全溶解后,升温至112℃开始预聚,预聚1h后升温至210℃,待无水蒸出后,体系保持温度并开始抽真空。此过程真空度控制在3kPa。待无水蒸出后,体系保持该状态继续反应1.5h,得到乙醇酸低聚物451g,重均分子量21000。
向解聚反应器中加入90.2g活性氧化铝(市售,平均粒径1mm),再加入上述低聚物,解聚体系在反应温度270℃,真空度3kPa,搅速200转/分下,进行反应制备乙交酯,反应4小时后停止反应,得乙交酯粗产物373g,库伦法水分仪测得含水量360ppm。
【实施例8】
向反应器中加入600g乙醇酸晶体和3g辛酸亚锡催化剂后,温度从室温升至90℃,待固体完全溶解后,升温至112℃开始预聚,预聚1h后升温至210℃,待无水蒸出后,体系保持温度并开始抽真空。此过程真空度控制在3kPa。待无水蒸出后,体系保持该状态继续反应1.5h,得到乙醇酸低聚物451g,重均分子量21000。
向解聚反应器中加入225.5g活性氧化铝(市售,平均粒径500微米)和225.5g聚乙二醇二甲醚(市售,平均分子量500),再加入上述低聚物,解聚体系在反应温度270℃,真空度3kPa,搅速200转/分下,进行反应制备乙交酯,反应4小时后停止反应,得乙交酯粗产物402g,库伦法水分仪测得含水量110ppm。
【实施例9】
向反应器中加入600g乙醇酸晶体和3g辛酸亚锡催化剂后,温度从室温升至90℃,待固体完全溶解后,升温至112℃开始预聚,预聚1h后升温至210℃,待无水蒸出后,体系保持温度并开始抽真空。此过程真空度控制在3kPa。待无水蒸出后,体系保持该状态继续反应1.5h,得到乙醇酸低聚物451g,重均分子量21000。
向解聚反应器中加入45.1g凹凸棒土(市售,平均粒径500微米)和180.4g甘油双蓖麻油酸酯(市售),再加入上述低聚物,解聚体系在反应温度270℃,真空度3kPa,搅速200转/分下,进行反应制备乙交酯,反应4小时后停止反应,得乙交酯粗产物375g,库伦法水分仪测得含水量490ppm。
【实施例10】
向反应器中加入600g乙醇酸晶体和3g辛酸亚锡催化剂后,温度从室温升至90℃,待固体完全溶解后,升温至112℃开始预聚,预聚1h后升温至210℃,待无水蒸出后,体系保持温度并开始抽真空。此过程真空度控制在3kPa。待无水蒸出后,体系保持该状态继续反应1.5h,得到乙醇酸低聚物451g,重均分子量21000。
向解聚反应器中加入135.3g 4A分子筛(市售,平均粒径2mm),再加入上述低聚物,解聚体系在反应温度270℃,真空度3kPa,搅速200转/分下,进行反应制备乙交酯,反应4小时后停止反应,得乙交酯粗产物376g,库伦法水分仪测得含水量420ppm。
【比较例1】
向反应器中加入600g乙醇酸晶体和3g辛酸亚锡催化剂后,温度从室温升至90℃,待固体完全溶解后,升温至112℃开始预聚,预聚1h后升温至210℃,待无水蒸出后,体系保持温度并开始抽真空。此过程真空度控制在3kPa。待无水蒸出后,体系保持该状态继续反应1.5h,得到乙醇酸低聚物451g,重均分子量21000。
将所述聚乙醇酸低聚物在反应温度270℃,真空度3kPa,搅速200转/分下,进行反应制备乙交酯,反应2小时后停止反应,得乙交酯粗产物361g,库伦法水分仪测得含水量2100ppm。
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 (10)
1.一种低含水量粗乙交酯的制备方法,包括将分子量小于10万Da的乙醇酸低聚物进行解聚反应得到粗乙交酯,其中,所述解聚反应在至少一种多孔材料存在下进行。
2.根据权利要求1所述的低含水量粗乙交酯的制备方法,其特征在于:
所述解聚反应还在至少一种乙醇酸低聚物增塑剂存在下进行。
3.根据权利要求1所述的低含水量粗乙交酯的制备方法,其特征在于:
所述多孔材料在25℃下具有大于等于10wt%的饱和吸水率;
所述多孔材料在解聚温度下为颗粒状固体,平均粒径为100微米~10毫米,优选为500微米~5毫米。
4.根据权利要求1所述的低含水量粗乙交酯的制备方法,其特征在于:
所述多孔材料选自氧化铝、分子筛、硅胶、活性炭、矿物干燥剂中的至少一种;其中,所述氧化铝优选为α-Al2O3、β-Al2O3或γ-Al2O3,所述分子筛优选自硅铝酸盐或天然沸石,所述矿物干燥剂优选为蒙脱石或凹凸棒土。
5.根据权利要求1所述的低含水量粗乙交酯的制备方法,其特征在于:
所述多孔材料的用量为乙醇酸低聚物的0.1~500wt%,优选为0.1~100wt%,更优选为0.2~50wt%。
6.根据权利要求1所述的低含水量粗乙交酯的制备方法,其特征在于:
所述乙醇酸低聚物增塑剂为聚乙二醇酯、聚乙二醇醚、柠檬酸酯、环氧酯、蓖麻油衍生酯、异山梨酸二酯、多元醇和多元酸的共聚酯中的至少一种。
所述乙醇酸低聚物增塑剂的用量为乙醇酸低聚物的1~500wt%,优选为1~100wt%,更优选为1~50wt%。
7.根据权利要求1~6之任一项所述的低含水量粗乙交酯的制备方法,其特征在于所述制备方法包括:
向包括乙醇酸低聚物的反应体系中加入至少一种多孔材料以及任选的至少一种乙醇酸低聚物增塑剂,提高温度至乙醇酸低聚物熔点以上,使反应体系形成颗粒填充聚合物溶液,进一步提高反应温度至230~290℃,同时提高真空度至1~15kPa,使乙醇酸低聚物解聚生成粗乙交酯并被减压蒸出和收集。
8.根据权利要求7所述的低含水量粗乙交酯的制备方法,其特征在于:
自所述反应体系中蒸出的粗乙交酯含水量小于等于500ppm,优选小于等于300ppm。
9.根据权利要求7所述的低含水量粗乙交酯的制备方法,其特征在于:
所述解聚反应采用间歇投料工艺、连续分批投料工艺或连续投料工艺;和/或,
所述多孔材料及乙醇酸低聚物增塑剂从解聚残渣中回收。
10.根据权利要求1~9之任一项所述制备方法得到的粗乙交酯。
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