一种卡波姆及其制备方法与流程

1.本发明涉及增稠剂技术领域，具体涉及一种卡波姆及其制备方法。


背景技术：

2.卡波姆是一种重要的高分子聚合物增稠剂，是以丙烯酸或丙烯酸酯为单体的均聚或者共聚高聚物，以烯丙基蔗糖醚或季戊四醇烯丙基醚为交联剂聚合而成的。其外观为白色疏松粉末，分子结构中含有52-68％的酸基团，因此它具有一定的酸性，具有亲水性能，可溶于水、甘油和乙醇等。
3.卡波姆主要的增稠原理有两个，分别为中和增稠和氢键增稠。中和增稠是指碱性中和后的卡波姆，其羧基发生离子化，由于负电荷的相互排斥作用，蜷缩的分子链伸展呈极大的膨胀状态，使原来的体积增大到1000倍左右，从而起到增稠的作用。常用的中和剂有氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸氢钾和三乙醇胺等。氢键增稠是指卡波姆分子作为羧基给予体，能与一个或两个以上羟基结合形成氢键而增稠，这种反应机理需要时间。常用的羟基给予体有非离子型表面活性剂、多元醇等。
4.而由于卡波姆具有良好的增稠、悬浮稳定和乳化作用，因此被广泛的用于医药及化妆品领域。只需较少用量的卡波姆，就能达到所需要的增稠效果，常用量为0.10％-0.50％的质量分数。而不同交联度以及分子量的卡波姆可制备出黏度范围较宽和不同流变性的乳液、膏霜和凝胶类产品。现在人们对于自身身体健康越来越重视，因此对化妆品及医药保健品的需求日益增加，这也使得卡波姆的制备及应用具有广阔的前景。
5.但现有市场上的大多数卡波姆加入去离子水中，其润湿速度较慢，在0.5％质量分数的不同交联度及分子量的卡波姆水溶液中，润湿时间需要几十分钟到几个小时之久，而更高质量分数的卡波姆水溶液，需要的润湿时间更久，且传统的卡波姆如940只能在70v/v％以下的乙醇水溶液中溶胀(在此条件下完全溶胀需要12个小时以上)。因此极长的润湿时间导致进一步产品的生产效率较低和溶胀条件限制传统卡波姆的使用情况。


技术实现要素：

6.为解决上述现有技术中存在的问题，本发明提供了一种卡波姆及其制备方法。该方法制备简单，且制得质量分数0.5％的卡波姆：黏度为5000-80000mpa
·
s，润湿时间在5分钟内，且可在80％体积分数的乙醇水溶液中溶胀。
7.本发明通过以下技术方案得以实现。
8.一种卡波姆，由以下原料制备而成：丙烯酸类单体、丙烯酰胺、丙烯酸羟乙酯、引发剂、交联剂、稳定剂、混合溶剂，其质量份数分别为：丙烯酸类单体100份、丙烯酰胺5.0-8.0份、丙烯酸羟乙酯0.5-2.0份、引发剂0.4-0.6份、交联剂0.6-1.4份、稳定剂0.4-1.0份、混合溶剂800-1000份；优选的，由以下质量份数原料制备而成：丙烯酸类单体100份、丙烯酰胺5.0-8.0份、丙烯酸羟乙酯0.5-2.0份、引发剂0.4-0.6份、交联剂0.6-1.0份、稳定剂0.4-1.0份、混合溶剂800-1000份。
9.进一步，所述的丙烯酸类单体是丙烯酸、甲基丙烯酸中的一种或两种的组合。
10.进一步，所述的引发剂是偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、过氧化苯甲酰中的一种；
11.进一步，所述的稳定剂是hypermer b246和聚硅氧烷高分子表面活性剂中的一种；
12.进一步，所述的混合溶剂是酯类溶剂和烃类溶剂的混合物，酯类溶剂是甲酸丙酯和乙酸乙酯中的一种，烃类溶剂是环己烷和正己烷中的一种。
13.进一步，所述酯类溶剂与烃类溶剂的质量比例为100:40—100:180；优选的，所述酯类溶剂与烃类溶剂的质量比例为100:133—100:180。
14.进一步，所述的交联剂是烯丙基蔗糖醚和季戊四醇烯丙基醚中的一种，制得卡波姆黏度为5500-40000mpa
·
s，润湿时间为67-189s；
15.进一步，所述的交联剂是三聚氰酸三烯丙酯和三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯中的一种，能制得高黏度卡波姆，其黏度为5000-80000mpa
·
s，润湿时间为55-178s。
16.根据上述配比设计了卡波姆的制备方法，该方法包括以下步骤：
17.(1)称量好混合溶剂，混合均匀，加入到反应釜中，开启电动搅拌，反应釜升温至80-85℃并保温在此温度范围；
18.(2)将混合单体(丙烯酸类单体、丙烯酰胺、丙烯酸羟乙酯)、交联剂、引发剂、稳定剂混合均匀后，得溶液a，反应釜上设有高位罐，加入溶液a，向反应釜中滴加溶液a，滴加用时为2-2.5个小时；
19.(3)待滴加完毕后，继续保温反应3-5个小时，得到溶液状产物；
20.(4)将上述步骤(3)得到的产物过滤、洗涤、干燥后，即可得到白色、蓬松的卡波姆粉末。
21.若单独使用本发明选择的亲水性单体丙烯酰胺或丙烯酸羟乙酯与丙烯酸或甲基丙烯酸共聚时，效果均不理想。单独使用丙烯酰胺与丙烯酸或甲基丙烯酸共聚时，所得卡波姆的润湿时间超过20min。单独使用丙烯酸羟乙酯与丙烯酸或甲基丙烯酸共聚时，由于丙烯酸羟乙酯极性太大，会提前从溶剂中结块析出，无法完成聚合。只有丙烯酰胺及丙烯酸羟乙酯同时与丙烯酸或甲基丙烯酸共聚时，所得的卡波姆才能获得较短的润湿时间。
22.与现有技术相比，本发明的具有的优点和有益效果是：
23.使用了丙烯酰胺及丙烯酸羟乙酯作为亲水性单体，对所合成的卡波姆进行亲水性改性，而通过调整丙烯酸类单体、丙烯酰胺、丙烯酸羟乙酯的比例及交联剂的用量可制备出不同黏度的质量分数0.5％的卡波姆水凝胶。
24.丙烯酰胺与丙烯酸羟乙酯的质量比例由2.5:1逐步增加到16:1，所得卡波姆的黏度逐渐变大及润湿时间逐渐变短。在使用亲水性单体丙烯酰胺及丙烯酸羟乙酯后，使用烯丙基蔗糖醚或季戊四醇烯丙基醚作为交联剂聚合时，只能得到中等黏度的卡波姆(5500-40000mpa
·
s)，当选择三聚氰酸三烯丙酯或三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯作为交联剂聚合时，能得高黏度卡波姆(5000-80000mpa
·
s)。
25.将本发明制得的卡波姆制成质量分数0.5％的卡波姆水溶液，用15％质量分数的naoh溶液调节ph值至6.8-7.5后，黏度为5000-80000mpa
·
s，润湿时间仅为55-178s，且可在80％体积分数的乙醇水溶液中溶胀，传统的卡波姆如940只能在70％体积分数以下的乙醇水溶液中溶胀，由此得到满意的效果，可生产出满足各种黏度要求的卡波姆。
具体实施方式
26.下面结合具体实施例对本发明作进一步详述，但不用来限制本发明权利要求书请求保护的范围。
27.以下各实施例中：卡波姆的黏度测量是采用2020年版《中华人民共和国药典》通则0633“第三法旋转黏度计测定法”进行测量的。
28.卡波姆的浸润时间是根据路博润官方润湿时间测试方法进行的，操作过程如下：0.5％质量分数的卡波姆水溶液是将2.5g粉末撒入800ml烧杯内的500ml去离子水中，观察并记录所有粉末完全润湿的时间。
29.卡波姆在80％体积分数的乙醇水溶液中溶胀：称取1.0g卡波姆加至200.0g的80v/v％乙醇水溶液中，观察卡波姆的溶胀情况。
30.实施例1
31.一种卡波姆，其原料配方组成如表1：
32.表1
33.原料用量(质量份)丙烯酸100丙烯酰胺5.0丙烯酸羟乙酯2.0过氧化苯甲酰0.6三聚氰酸三烯丙酯0.6hypermerb2460.4甲酸丙酯429正己烷571
34.采用该卡波姆的原料组配制备卡波姆的方法步骤为：
35.(1)按每质量份以1g计，称量好混合溶剂，混合均匀，加入到反应釜中，开启电动搅拌，反应釜升温至80-85℃并保温；
36.(2)将混合单体(丙烯酸类单体、丙烯酰胺、丙烯酸羟乙酯)、交联剂、引发剂、稳定剂混合均匀后，得溶液a，反应釜上设有高位罐，向高位罐中加入溶液a，向反应釜中滴加溶液a，滴加用时为2个小时；
37.(3)待滴加完毕后，继续保温反应5个小时，得到溶液状产物；
38.(4)将上述步骤得到的产物降温后过滤、用溶剂(原料配方溶剂中任一种)洗涤、在90℃条件下减压干燥后，得到白色、蓬松的卡波姆粉末。
39.取2.5g步骤(4)所制的卡波姆粉末加入500ml去离子水中配成质量分数为0.5％的卡波姆水溶液，观察所有粉末完全润湿的时间，记录润湿时间为178s，接着用15％质量分数的naoh溶液调节0.5％的卡波姆水溶液ph值至6.8-7.5后，测得黏度为5000mpa
·
s。
40.称取1.0g步骤(4)所制的卡波姆粉末加至200.0g的80v/v％乙醇水溶液中，观察卡波姆的溶胀情况，6小时后，发现全部溶胀。
41.实施例2
42.一种卡波姆，其原料配方组成如表2：
43.表2
44.原料用量(质量份)丙烯酸100丙烯酰胺5.0丙烯酸羟乙酯2.0过氧化苯甲酰0.6烯丙基蔗糖醚0.6hypermerb2460.4甲酸丙酯429正己烷571
45.采用该卡波姆的原料组配制备卡波姆的方法步骤与实施例1相同。
46.将所制的卡波姆配成质量分数0.5％的卡波姆水溶液，润湿时间为189s，接着用15％质量分数的naoh溶液调节0.5％的卡波姆水溶液ph值至6.8-7.5后，测得黏度为5500mpa
·
s。
47.称取1.0g本实施例所制的卡波姆加至200.0g的80v/v％乙醇水溶液中，观察卡波姆的溶胀情况，6小时后，发现全部溶胀。
48.实施例3
49.一种卡波姆，其原料配方组成如表3：
50.表3
[0051][0052][0053]
采用该卡波姆的原料组配制备卡波姆的方法步骤与实施例1相同。
[0054]
将所制的卡波姆配成质量分数0.5％的卡波姆水溶液，润湿时间为152s，接着用15％质量分数的naoh溶液调节0.5％的卡波姆水溶液ph值至6.8-7.5后，测得黏度为25000mpa
·
s。
[0055]
称取1.0g本实施例所制的卡波姆加至200.0g的80v/v％乙醇水溶液中，观察卡波姆的溶胀情况，6小时后，发现全部溶胀。
[0056]
实施例4
[0057]
一种卡波姆，其原料配方组成如表4：
[0058]
表4
[0059]
原料用量(质量份)
丙烯酸70甲基丙烯酸30丙烯酰胺6.0丙烯酸羟乙酯1.0过氧化苯甲酰0.5三聚氰酸三烯丙酯0.8hypermerb2460.6乙酸乙酯286正己烷514
[0060]
采用该卡波姆的原料组配制备卡波姆的方法步骤与实施例1相同。
[0061]
将所制的卡波姆配成质量分数0.5％的卡波姆水溶液，润湿时间为133s，接着用15％质量分数的naoh溶液调节0.5％的卡波姆水溶液ph值至6.8-7.5后，测得黏度为36000mpa
·
s。
[0062]
称取1.0g本实施例所制的卡波姆加至200.0g的80v/v％乙醇水溶液中，观察卡波姆的溶胀情况，6小时后，发现全部溶胀。
[0063]
实施例5
[0064]
一种卡波姆，其原料配方组成如表5：
[0065]
表5
[0066][0067][0068]
采用该卡波姆的原料组配制备卡波姆的方法步骤与实施例1相同。
[0069]
将所制的卡波姆配成质量分数0.5％的卡波姆水溶液，润湿时间为118s，接着用15％质量分数的naoh溶液调节0.5％的卡波姆水溶液ph值至6.8-7.5后，测得黏度为48000mpa
·
s。
[0070]
称取1.0g本实施例所制的卡波姆加至200.0g的80v/v％乙醇水溶液中，观察卡波姆的溶胀情况，6小时后，发现全部溶胀。
[0071]
实施例6
[0072]
一种卡波姆，其原料配方组成如表6：
[0073]
表6
[0074]
原料用量(质量份)丙烯酸20
甲基丙烯酸80丙烯酰胺8.0丙烯酸羟乙酯0.8过氧化苯甲酰0.5三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯1.0hypermerb2460.8乙酸乙酯386环己烷514
[0075]
采用该卡波姆的原料组配制备卡波姆的方法步骤与实施例1相同。
[0076]
将所制的卡波姆配成质量分数0.5％的卡波姆水溶液，润湿时间为87s，接着用15％质量分数的naoh溶液调节0.5％的卡波姆水溶液ph值至6.8-7.5后，测得黏度为66000mpa
·
s。
[0077]
称取1.0g本实施例所制的卡波姆加至200.0g的80v/v％乙醇水溶液中，观察卡波姆的溶胀情况，6小时后，发现全部溶胀。
[0078]
实施例7
[0079]
一种卡波姆，其原料配方组成如表7
[0080]
表7
[0081][0082][0083]
采用该卡波姆的原料组配制备卡波姆的方法步骤与实施例1相同。
[0084]
将所制的卡波姆配成质量分数0.5％的卡波姆水溶液，润湿时间为67s，接着用15％质量分数的naoh溶液调节0.5％的卡波姆水溶液ph值至6.8-7.5后，测得黏度为40000mpa
·
s。
[0085]
称取1.0g本实施例所制的卡波姆加至200.0g的80v/v％乙醇水溶液中，观察卡波姆的溶胀情况，6小时后，发现全部溶胀。
[0086]
实施例8
[0087]
一种卡波姆，其原料配方组成如表8：
[0088]
表8
[0089]
原料用量(质量份)甲基丙烯酸100丙烯酰胺8.0
丙烯酸羟乙酯0.5过氧化苯甲酰0.5三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯1.0hypermerb2461.0乙酸乙酯343环己烷457
[0090]
采用该卡波姆的原料组配制备卡波姆的方法步骤与实施例1相同。
[0091]
将所制的卡波姆配成质量分数0.5％的卡波姆水溶液，润湿时间为55s，接着用15％质量分数的naoh溶液调节0.5％的卡波姆水溶液ph值至6.8-7.5后，测得黏度为80000mpa
·
s。
[0092]
称取1.0g本实施例所制的卡波姆加至200.0g的80v/v％乙醇水溶液中，观察卡波姆的溶胀情况，6小时后，发现全部溶胀。
[0093]
实施例9
[0094]
一种卡波姆，其原料配方组成如表9：
[0095]
表9
[0096][0097][0098]
采用该卡波姆的原料组配制备卡波姆的方法步骤与实施例1相同。
[0099]
将所制的卡波姆配成质量分数0.5％的卡波姆水溶液，润湿时间为90s，接着用15％质量分数的naoh溶液调节0.5％的卡波姆水溶液ph值至6.8-7.5后，测得黏度为64000mpa
·
s。
[0100]
称取1.0g本实施例所制的卡波姆加至200.0g的80v/v％乙醇水溶液中，观察卡波姆的溶胀情况，6小时后，发现全部溶胀。
[0101]
实施例10
[0102]
一种卡波姆，其原料配方组成如表10：
[0103]
表10
[0104]
原料用量(质量份)甲基丙烯酸100丙烯酰胺8.0丙烯酸羟乙酯0.5过氧化苯甲酰0.5
三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯1.0hypermerb2461.0乙酸乙酯500环己烷300
[0105]
采用该卡波姆的原料组配制备卡波姆的方法步骤与实施例1相同。
[0106]
将所制的卡波姆配成质量分数0.5％的卡波姆水溶液，润湿时间为64s，接着用15％质量分数的naoh溶液调节0.5％的卡波姆水溶液ph值至6.8-7.5后，测得黏度为68000mpa
·
s。
[0107]
称取1.0g本实施例所制的卡波姆加至200.0g的80v/v％乙醇水溶液中，观察卡波姆的溶胀情况，6小时后，发现全部溶胀。
[0108]
实施例11
[0109]
一种卡波姆，其原料配方组成如表11：
[0110]
表11
[0111][0112][0113]
采用该卡波姆的原料组配制备卡波姆的方法步骤与实施例1相同。
[0114]
将所制的卡波姆配成质量分数0.5％的卡波姆水溶液，润湿时间为193s，接着用15％质量分数的naoh溶液调节0.5％的卡波姆水溶液ph值至6.8-7.5后，测得黏度为3600mpa
·
s。
[0115]
称取1.0g本实施例所制的卡波姆加至200.0g的80v/v％乙醇水溶液中，观察卡波姆的溶胀情况，6小时后，发现全部溶胀。
[0116]
表12为实施例1-11制得的卡波姆的综合性能测试表。
[0117]
表12
[0118]
卡波姆0.5wt％黏度(mpa
·
s)润湿时间(s)实施例15000178实施例25500189实施例325000152实施例436000133实施例548000118实施例66600087实施例74000067实施例88000055
实施例96400090实施例106800064实施例113600193
[0119]
通过上述测试结果可以发现，在使用亲水性单体丙烯酰胺及丙烯酸羟乙酯后，使用烯丙基蔗糖醚或季戊四醇烯丙基醚作为交联剂聚合时，只能得到中等黏度的卡波姆(5500-40000mpa
·
s)，当选择三聚氰酸三烯丙酯或三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯作为交联剂聚合时，能得高黏度卡波姆(5000-80000mpa
·
s)。而当交联剂用量超过1.0质量份时，采用与实施例8同样原料配比所合成的卡波姆黏度会下降至64000mpa
·
s，见实施例9。当酯类溶剂比例大于烃类溶剂时，采用与实施例8同样原料配比所合成的卡波姆黏度会下降至68000mpa
·
s，见实施例10。当丙烯酰胺与丙烯酸羟乙酯的质量比例为2：1时，采用与实施例1同样原料配比所合成的卡波姆黏度会下降至3600mpa
·
s，见实施例11。