蔗糖基聚合物及其预辐射制备法和应用制造技术

本发明专利技术涉及一种以蔗糖为原料，采用预辐射制备蔗糖基聚合物产品的方法，其制备工艺步骤为：以固体蔗糖为主要原料，用辐射源进行预辐射，得到活化蔗糖，然后在反应釜中将活化蔗糖和含乙烯基水溶性单体或含羟基聚合物混合，在常温和搅拌下，活化蔗糖中的自由基引发蔗糖再和含乙烯基水溶性单体的聚合反应，生成蔗糖基聚合物和蔗糖的混合物，最后将反应产物配制成适合浓度的水溶液，超滤，截留聚合物，把蔗糖滤掉，浓缩，得到蔗糖基聚合物产品，该蔗糖基聚合物产品可以作为植物生长调节剂、蔬菜、瓜果增甜剂，蔬菜、瓜果和食用菌保鲜剂以及医药、农药化肥的缓释剂、种子包膜剂等领域的应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种以蔗糖为原料制备的聚合物，特别是采用预辐射聚合法制备蔗糖基聚合物产品的新方法以及该蔗糖基聚合物的用途。
技术介绍
蔗糖是世界上一种重要的可再生性天然资源，也是所有糖类中目前生产量最大且纯度高，结构最清楚的一种大宗有机化合物原料，每年的全球产量超过1.3亿吨，蔗糖分子中含有多羟基，它的高亲水性提示其具有高度生物相溶性，以蔗糖为原料可以开发一系列化学产品，其特征是可生物降解、安全无毒、对环境友好，因此，国际上已经出现一门新兴的专门研究以蔗糖为大宗工业原料的学科一蔗糖化学(Sucrochemistry)，希望找到一条最终用蔗糖这种大宗可再生资源取代目前以化石燃料等不可再生的矿业资源为基础工业原料的工业发展道路。长期以来，人们对蔗糖的反应性能的研究都是在蔗糖溶液的基础上进行的，而对结晶的、固体的蔗糖的反应性能研究甚少。由于蔗糖是一种官能团密集的多羟基化合物，其分子上的八个羟基使蔗糖具有极高的亲水性能和反应活性。但在溶液中，八个羟基的反应性能极其不易区分和控制，对化学反应来说，由于区域选择性和立体选择性不高，导致反应产物复杂，导致异构体，以及单羟基、双羟基和多羟基反应产物混杂在一起，使产物的纯化非常复杂和烦琐。另一方面，在溶液中蔗糖分子的糖苷键比较脆弱，易分解，这些缺点使蔗糖的化学反应和利用受到了很大的制约。蔗糖基聚合物是指一类新发现的，在传统高分子聚合物中引入强亲水性的蔗糖分子，从而一举改变了传统高分子聚合物的分子结构，使其亲水性强，无毒，可生物降解，具有良好的生物相容性等，是一类在生物、医药、化工、农业等方面极具潜力的新型功能性高分子材料。为了获得以蔗糖为基本成分的蔗糖基聚合物，蔗糖分子必须与乙烯基团共聚。聚合的途径根据文献报道只有化学法和酶法，但仅限于实验室试验阶段。采用化学法制备亲水性聚合物(如聚乙烯乙醇、聚丙烯酸等)和高分子聚合物(聚酯，聚酰胺，聚丙烯酸等)所需的化学选择性可由典型的化学催化剂提供。蔗糖与乙烯基团的选择性化学聚合法被Fanton，Fayet，Gelas，Deffieux，Fontanille &Jhurry，(1993)、Kunz(1993)和Sachinvalva，Niemizura & lutt，1991〕报道。在聚合物的合成中，对附加选择性(尤其是区位选择性或立体选择性)显得尤为重要。因为蔗糖有8个化学活性羟基，他们对化学酰化都有反应活性。区位选择性衍生在含有蔗糖的线性聚合物的合成中更为重要，这样在每个蔗糖分子中只能引入一个或两个功能基团。在选择性化学聚合法中使用合成催化剂制备线性缩聚需要在聚合过程中去掉6个基团的活性，然后再恢复其活性。这种任务是冗长的，会导致异构混合物，可能导致高度不规则的聚合物结构。尽管使用特殊的封闭剂能获得区位选择性修饰，化学反应仍会导致单取代或多取代的蔗糖分子的混合物。因此，经化学修饰的蔗糖的聚合物有交联倾向，形成不可溶的蔗糖胶。Ferreira，Vidal，Geraldes &Gil(2000)报道了蔗糖与乙烯基团的的无选择性化学修饰来制备蔗糖基聚合物水凝胶的方法，该法将蔗糖与甲基丙烯酸甘油酯以摩尔比1∶1在二甲基亚砜中反应，以4-N，N-二甲胺吡啶作催化剂，生成一种新单体SucMA，新单体SucMA和甲基丙烯酸-2-羟基乙酯在乙二醇和水(70∶30)的混合液中反应，以过硫酸铵为引发剂，合成凝胶聚合物。从中国科技期刊上也检索到一些有关采用化学法获得蔗糖聚合物的报道1、天津科技大学的陈希和赵征在《天津轻工业学院学报》003，18(1)发表了“人工神经网络在蔗糖热聚合生成低聚半乳糖中的应用”中指出在蔗糖热聚合法生成低聚半乳糖过程中，应用人工神经网络映射热聚合过程中参量之间的非线性关系。使用不同的加热、催化方法发生聚合反应，建立热聚合过程最佳工况。通过计算机仿真，优化工艺过程和缩短反应时间，提高反应得率。柏逢玉、周丽君在《长春光学精密机械学院学报》1996，19(3)介绍了用α-甲基葡萄糖甙聚醚代替6305聚醚，提高产品质量，降低产品成本等技术，同时，讨论了聚合反应的各种影响因素及蔗糖的糊化问题，论述了工艺原理和应用技术。综上所述，化学法的特点可归纳为1)化学催化剂容易获得，但区位选择性差；2)反应过程冗长；3)需要高温高压及抽真空；4)需要加入聚合引发剂；5)产物多为异构混合物，产出率低；6)化学试剂易对环境造成污染。与化学催化剂不同，酶有很高的选择性，常被用于糖和他们的衍生物的修饰。由于天然多糖的多样性，酶适合于合成糖基亲水性原料。无水介质中酶催化的进展表明酶对于合成聚酯和酚醛树脂是一种有用的催化剂。不同于传统的化学催化剂，酶能以精细的选择性合成聚酯。丙烯酸或甲基丙烯酸化合物的酶法合成，可以通过亲核物质在有机介质中利用水解酶将一个丙烯酸酯(或甲基丙烯酸酯)进行酯交换来完成，Patil，Dordick & Rethwisch(1991)和Chen，Martin，Neubauer，Dorolick & Rethuisch(1995)分别报道主要用酶的方法完成。利用酶法制备糖丙烯酸酯，Patil & Dordick的小组进行了糖基聚丙烯酸酯的化学酶法合成的各种研究，他们应用一种酶法来合成聚蔗糖丙烯酸酯类似的酶法合成蔗糖基聚合物的例子很多。酶法的特点是1)高效性酶是自然界中催化活性最高的一类催化剂，比有机催化剂的催化效率高106-1013倍。2)选择性酶对于所催化的底物分子表现出不同的选择性，并能对同一分子的不同活性基团进行区位选择。3)反应条件温和通常在常温常压的中性有机溶液中进行反应，从而使得一些不希望的副反应如分解、异构化、消旋化和重排反应可以减小到最低限度。4)酶对环境没有污染。尽管用酶通过引入一个独特的酰化步骤，可以获得立体选择性单体，但Janssen，lefferts &Riet(1990)早已报道酶法存在许多不利的方面1)能用于蔗糖聚合物合成的酶的数目少。2)反应过程只能在指定的温度和条件下缓慢进行。3)酶在有机溶剂介质中的稳定性不高。4)酶促反应容易被底物或产物抑制。5)需要添加酰化剂，选择合适的酰化剂是重要的问题。这些问题都会限制化学酶法的应用。以上说明有关蔗糖基聚合物或蔗糖凝胶的研究在国际上属于刚刚开始的前沿性研究，其制备方法有化学法和酶法，但仅限于实验室试验阶段。国内至今尚未发现有同类型的研究开发报道。
技术实现思路
本专利技术人经过研究了蔗糖基聚合物的物理化学特性，了解到以蔗糖为基本原料，由蔗糖与单体(或聚合物)通过聚合反应而生成的新型高分子聚合物，是一种亲水性强、无毒、可生物降解，具有良好的生物相容性的新型功能性高分子材料。但用以往的化学法和酶法、化学酶法很难获得纯度高，性能优异而成本低廉的蔗糖基聚合物。本专利技术人从文献中得知，以淀粉或各种单体为原料，经过辐射聚合，可以制备得到高强吸水性树脂、水凝胶、胶粘剂及絮凝剂等。那么以蔗糖为基本原料，用预辐射聚合法，是否也可以得到性能优异的蔗糖基聚合物呢？本专利技术人基于这种想法进行了实验，专利技术了一种既不用化学法，也不用酶法或化学酶法，而是通过预辐射法活化蔗糖晶体，进而本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备蔗糖基聚合物的方法，其特征在于：其制备工艺步骤为：（１）以固体蔗糖为主要原料，用合适的辐射源进行预辐射，其辐射剂量达到０．１ＫＧｙ～５０ＫＧｙ后，得到活化蔗糖；（２）、在反应釜中按蔗糖和含乙烯基水溶性单体或含羟基聚合物的比例在２０∶１～５∶１将活化蔗糖和含乙烯基水溶性单体或含羟基聚合物混合，在１０～４０℃、１０～１００ｒ／ｍｉｎ的搅拌转速下，活化蔗糖中的自由基引发蔗糖再和含乙烯基水溶性单体的聚合反应，生成蔗糖基聚合物和蔗糖的混合物；（３）、将反应产物配制成适合浓度的水溶液，采用超滤法，把蔗糖滤掉，截留分子量５０００以上的聚合物，然后浓缩，得到浓的水溶胶。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：魏远安，姚评佳，吕鸣群，
申请(专利权)人：广西大学，
类型：发明
国别省市：45[中国|广西]