专利名称：：丙烯酰胺的制造方法
技术领域：
：本发明涉及品质提高的丙烯酰胺的制造方法及使用该品质提高的丙烯酰胺制造丙烯酰胺类聚合物的方法，更详细而言，涉及在使用含有腈水合酶的菌体及其菌体处理物水合丙烯腈得到的丙烯酰胺中添加具有活性亚曱基的特定物质来制造品质提高的丙烯酰胺的方法及使用该丙烯酰胺制造丙烯酰胺类聚合物的方法。
背景技术：
：丙烯酰胺主要用作丙烯酰胺类聚合物的原料，但近年来，要求该丙烯酰胺类聚合物具有更高的品质。例如，用作凝集剂的丙烯酰胺类聚合物近年来随着提高性能的需求，要求在维持水溶性、优良色调的同时具有更高的分子量。因此，制成丙烯酰胺类聚合物时，要求将丙烯酰胺中被认为对水溶性等其品质产生不良影响的微量杂质进一步高精度地无害化。作为上述产生不良影响的杂质，已知作为丙烯酰胺的原料的丙烯腈中所含的丙烯醛等醛类。作为从丙烯酰胺中除去该丙烯醛等的不良影响的方法，例如已知通过与具有伯氨基及/或仲氨基作为交换基团的多孔离子交换树脂接触以除去丙烯腈中的丙烯醛的方法(例如参见专利文献l);通过与具有伯氨基及/或仲氨基官能团的凝胶型弱碱性离子交换树脂接触减少丙烯腈中的醛类、实质上减少丙烯醛的方法(例如参见专利文献2)等。但是，利用上述方法的除去方法不仅额外需要利用离子交换树脂精制丙烯腈的设备，而且离子交换树脂的性能有限，有时未必能充分除去丙烯醛，另外，在工业方面，如果希望只利用离子交换树脂充分除去丙歸醛，则有时给精制工序带来很大负担，使生产率、生产成本恶化。另外，作为上述方法的替代方法，还已知在阴离子交换树脂上载带丙二酸、丙二酸单酯、氰基乙酸等具有活性亚曱基及酸性基团的化合物除去丙烯腈中的丙烯醛等醛类的方法(例如参见专利文献3),或将上述化合物添加到利用铜催化剂由丙烯腈合成丙烯酰胺的反应器中，使其与丙烯醛等醛类反应，然后利用离子交换树脂等将其除去的方法(例如参见专利文献4)。但是，与上述方法相同，额外需要载带上述化合物的离子交换树脂设备或从反应液中除去上述化合物的设备，不可避免增加设备成本。利用上述方法，虽然能在一定程度上将丙烯醛无害化，但在无害化丙烯醛方面、在使以该丙烯酰胺为原料得到的聚合物高分子量化的同时维持水溶性、优良的色调方面，目前还有改善余地。专利文献l:特公昭58-1108号公报专利文献2:特开昭58-134063号公报专利文献3:特开2000-15113号公才艮专利文献4:特开平7-291907号公冲艮
发明内容本发明的目的在于提供在使用含有腈水合酶的菌体或其菌体处理物水合丙烯腈得到的丙烯酰胺中添加特定物质制造品质进一步提高的丙烯酰胺的方法，以及由该丙烯酰胺制造高分子量的丙烯酰胺类聚合物时也能得到水溶性、色调优良的聚合物的丙烯酰胺类聚合物的制造方法。本发明人等对上述课题进行了研究，发现通过在使用含有腈水合酶的菌体或其菌体处理物水合丙烯腈得到的丙烯酰胺中添加选自由双曱酮、巴比土酸、乙内酰脲及上述4匕合物的盐组成的组中的至少一种化合物及/或盐，能得到高品质的丙烯酰胺，并且由该丙烯酰胺制造高分子量的聚合物时也能得到水溶性、色调等品质优良的丙烯酰胺类聚合物，从而完成了本发明。即，本发明的丙烯酰胺的制造方法的特征在于，在使用含有腈水合酶的菌体或其菌体处理物水合丙烯腈得到的丙烯酰胺中添加选自由双曱酮、巴比土酸、乙内酰脲及上述化合物的盐组成的组中的至少一种化合物及/或至少一种上述化合物的盐。另外，本发明的丙烯酰胺烯酰胺共聚的至少一种不饱和单体而得到。根据本发明能得到高品质的丙烯酰胺，并且使用该丙烯酰胺制造高分子量聚合物时也能得到水溶性、色调等品质优良的丙烯酰胺类聚合物。具体实施例方式以下详细il明本发明。〔丙烯酰胺〕本发明中使用的丙烯酰胺是以含有腈水合酶的微生物菌体或其菌体处理物为催化剂，水合丙烯腈得到的。如此得到的丙烯酰胺与例如利用铜催化剂催化水合丙烯腈得到的丙烯酰胺相比，通常杂质少，对丙烯酰胺的聚合无不良影响。但是，有时在品质的提高以及聚合该丙烯酰胺得到的聚合物的品质方面存在问题。本发明中的腈水合酶是指具有水解腈化合物生成对应的酰胺化合物的能力的酶。此处，作为含有腈水合酶的微生物，只要是产生具有水解腈化合物生成对应的酰胺化合物的能力的腈水合酶、且在丙烯酰胺水溶液中保持腈水合酶活性的微生物即可，没有特别限定。作为优选例，可以具体举出诺卡氏菌(Nocardia)属、棒杆菌(Corynebactcrium)属、芽孢杆菌(Bacillus)属、嗜热性芽孢杆菌属、假单胞菌(Pseudomonas)属、微球菌(Micrococcus)属、以紫红红J求菌(rh()dochrous)种为^表的红3求菌(Rhodococcus)属、不动#干菌(Acinetobacter)属、黄色杆菌(Xanthobacter)属、4连霉菌(Streptomyces)属、才艮瘤菌(Rhizobium)属、克雷伯氏菌(Klebsiella)属、肠杆菌(Enterobacter)属、欧文氏菌(Erwinia)属、气单胞菌能与上述丙(Aeromonas)属、斗宁才蒙酉臾一干菌(Citrobacter)属、产石咸菌(Achromobacter)属、土i裏^干菌(Agrobacterium)属或以口耆热菌(thcrmophila)种为代表的假i若卡氏菌(Pseudonocardia)属的孩i生物。另外，在任意宿主中表达由该微生物克隆的腈水合酶基因得到的转化体也包括在本发明的微生物中。需要说明的是，此处所谓的任意宿主，可以列举后述实施例中的大肠杆菌(Escherichiacoli)作为代表例，但并不特别限定于大肠杆菌，还包括枯草杆菌(Bacillussubtilis)等芽孢杆菌属菌、酵母或放线菌等其他微生物菌抹。作为上述微生物的例子，可以举出MT-10822(该菌抹基于国际承认的用于专利程序的微生物保藏布达佩斯条约，于1996年2月7日保藏在茨城县筑波市东1段1番3号的通商产业省工业技术院生命工学工业技术研究所(现茨城县筑波市东1-1-1筑波中心中央第6独立行政法人产业技术综合研究所专利生物保藏中心)中，保藏编号为FERMBP-5785)。所述变异型腈水合酶通过使用重组DNA技术，用其他氨基酸置换、缺失，删除或插入1个或2个以上构成该酶的氨基酸，进一步提高了丙烯酰胺耐性或丙烯腈耐性、温度耐性。使用上述微生物制造酰胺化合物时，通常使用该微生物的菌体或菌体处理物。菌体可以通过分子生物学、生物工程学、基因工程学领域中公知的一般方法进行制造。例如，可以举出在LB培养基或M9培养基等通常的液体培养基中接种该微生物后，在适当的培养温度(通常为20。C50。C，但在嗜热菌的情况下可以为50。C以上)下生长，然后，通过离心分离从培养液中分离、回收得到该孩t生物的方法。本发明中使用的微生物的菌体处理物是指上述微生物菌体的提取物或磨碎物、分离精制该提取物或磨碎物的腈水合酶活性馏分得至'J的分离物、使用适当的载体将该微生物菌体或该菌体的提取物、磨碎物、分离物固定得到的固定化物等，上述物质只要具有腈水合酶的活性，就相当于本发明的菌体处理物。上述物质可以单独使用一种，也可以同时或交替使用二种以上不同形态的物质。〔添加的化合物及盐〕本发明中，在上述丙烯酰胺中添加选自由双曱酮、巴比土酸、乙内酰脲、及上述化合物的盐组成的组中的至少一种化合物及/或至少一种上述化合物的盐。在丙烯酰胺中添加上述化合物等时，得到的丙烯酰胺类聚合物的分子量更高，而且水溶性更优良。本发明中可以组合使用上述化合物和盐。另外，可以单独使用一种或并用2种以上上述化合物，也可以单独使用一种或并用2种以上上述盐。上述化合物及盐的添加量没有特别限定，但为了优化所得的丙烯酰胺的品质、并且不使丙烯酰胺的精制工序中的负荷过大，化合物的存在量相对于反应液的总重量通常在1010000重量ppm的范围，优选在505000重量ppm的范围。作为添加上述化合物等的方法，包括向丙烯酰胺水溶液中直接添加化合物等的方法和使化合物溶解于少量水中后进行添加的方法等。类聚合物时，不仅能得到分子量足够高的聚合物，并且水溶性显著提高，色调也优良。〔丙烯酰胺类聚合物的制造〕可以使用本发明的丙烯酰胺，均聚丙烯酰胺或将丙烯酰胺与其他单体共聚。作为能与丙烯酰胺共聚的其他单体，可以举出以下单体。丙烯酸、曱基丙烯酸、衣康酸、马来酸、富马酸等不饱和羧酸及tti卜.乙烯磺酸、苯乙烯石黄酸、丙烯酰胺曱基丙石黄酸以及它们的盐；N，N-二甲基氨基乙基曱基丙烯酸酯、N,N-二乙基氨基乙基甲基丙烯酸酯、N，N-二曱基氨基乙基丙烯酸酯丙烯酸等(曱基)丙烯酸的烷基氨基烷基酯或其季铵盐衍生物；N，N-二曱基氨基丙基甲基丙烯酰胺、N，N-二曱基氨基丙基丙烯酰胺等N,N-二烷基氨基烷基(曱基)丙烯酰胺或其季铵盐衍生物；丙酮丙烯酰胺(acetoneacrylamide)、N，N-二曱基丙烯酰胺、N，N-二甲基曱基丙烯酰胺、N-乙基曱基丙烯酰胺、N-乙基丙烯酰胺、N，N-二乙基丙烯酰胺、N-丙基丙烯酰胺等亲水性丙烯酰胺；N-丙烯酰基吡咯烷、N-丙烯酰基哌啶、N-丙烯酰基吗啉；甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟乙酯、曱基丙烯酸鞋丙酯、丙烯酸羟丙酯；曱氧基聚乙二醇(曱基)丙烯酸酯、N-乙烯基-2-吡咯烷酮；N，N-二正丙基丙烯酰胺、N-正丁基丙烯酰胺、N-正己基丙烯酰胺、N-正己基曱基丙烯酰胺、N-正辛基丙烯酰胺、N-正辛基曱基丙烯酰胺、N-7k辛基丙烯酰胺、N-十二烷基丙烯酰胺、N-正十二烷基曱基丙烯酰胺等N-烷基(曱基)丙烯酰胺衍生物；N，N-二缩水甘油基丙烯酰胺、N,N-二缩水甘油基曱基丙烯酰胺、N-(4-环氧丙氧基丁基)丙烯酰胺、N-(4-环氧丙氧基丁基)甲基丙烯酰胺、N-(5-环氧丙氧基戊基)丙烯酰胺、N-(6-环氧丙氧基己基)丙烯酰胺等N-(co-环氧丙氧基烷基)(曱基)丙烯g先胺书于生物；(甲基)丙烯酸曱酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(曱基)丙烯酸丁酯、(曱基)丙烯酸月桂酯、(曱基)丙烯酸2-乙基己酯、(甲基)丙烯酸缩水甘油酯等(曱基)丙烯酸酯衍生物；丙烯腈、甲基丙烯腈、乙酸乙烯酯、氯乙烯、1，l-二氯乙烯、乙烯、丙烯、丁烯等烯烃类、苯乙烯、a-曱基苯乙烯、丁二烯、异戊二烯、曱基丙烯酰胺等。上述其他单体可以单独使用一种，也可以并用二种以上。共聚丙烯酰胺和上述其他单体时的混合比率没有特别限定，但通常相对于100摩尔丙烯酰胺，其他单体为100摩尔以下，优选为50摩尔以下。作为上述单体的聚合方法，例如包括水溶液聚合、乳液聚合等。其中在采用水溶液聚合时，通常使丙烯酰胺和根据需要添加的其他单体的总浓度为590重量％。作为聚合引发剂，例如可以使用自由基聚合引发剂。作为自由基聚合引发剂，可以举出过硫酸钾、过硫酸铵、过氧化氢、过氧化苯甲酰等过氧化物；偶氮二异丁腈、2,2，-偶氮二(4-脒基丙烷)二盐酸盐、4，4，-偶氮二(4-氰基戊酸钠)等偶氮类游离基引发剂；并用上述过氧化物和亚硫酸氢钠、三乙醇胺、硫酸亚铁铵等还原剂的所谓氧化还原类催化剂、二曱基氨基丙腈。上述聚合引发剂可以单独使用一种，也可以并用二种以上。聚合引发剂的量通常相对于单体的总重量在0.001~5重量％的范围。聚合温度通常在-10120。C的范围，较优选在090。C的范围。另外，通常聚合温度不必保持在固定的温度，可以随着聚合的进行适当地变化，但随着聚合的进行，通常产生聚合热，聚合温度有上升的倾向，所以，有时根据需要也进行冷却。对聚合时的气氛没有特别限定，但从快速进行聚合的观点考虑，优选在例如氮气等惰性气体气氛下进行聚合。对聚合时间没有特别限定，但通常为120小时的范围。另外，对聚合时水溶液的pH也没有特别限定，但可以根据需要调节pH进行聚合。作为此种情况下可以使用的pH调节剂，可以举出氢氧化钠、氢氧化钾、氨等碱；磷酸、^J臾、盐酸等无^L酸；甲酸、乙酸等有机酸等。利用本发明得到的聚合物的分子量没有特别限定，但通常在10万500()万的范围，优选在50万3000万的范围。如上所述得到的丙烯酰胺类聚合物水溶性显著提高，而且能得到足够高的分子量，色调也优良。因此，该丙烯酰胺类聚合物适合用作凝集剂、制纸用添加剂、石油回收剂等。实施例下面基于实施例更具体地说明本发明，但本发明并不限定于此。以下在无特别指出的情况下，％为重量基准。[实施例l](丙烯酰胺的制造)[含有腈水合酶的菌体的培养]根据特开2001-340091号的实施例l中记载的方法，得到No.3克隆菌体，同样，利用该实施例l的方法进行培养，得到含有腈水合酶的湿菌体。作为第l反应器，准备装有搅拌器的1L玻璃制烧瓶，作为第二反应器，准备内径5mm的特氟隆(注册商标)制管40m。预先在第一反应器中装入400g水。将利用上述培养方法得到的湿菌体悬浮于纯水中，使其浓度为12%。一边搅拌第l反应器内，一边以llg/h的速度连续加入该悬浮液。以31gZh的速度连续加入含有30重量ppm噁唑、2重量ppm丙烯醛的丙烯腈，以38g/h的速度连续加入纯水。再连续加入0.1M-NaOH水溶液，使反应pH达到7.58.5。利用单独的管线从各储存槽供给上述原料，直至加入到反应器内之前，不与其他原料接触。另外，为了保持第l反应器的液面水平一定，以80g/h的速度连续从第l反应器中抽出反应液，连续加入到第2反应器中，在第2反应器内进一步进行反应。将第1反应器及第2反应器都浸渍在温度为102(TC的水浴中，控制温度，^吏各反应器内部的液温为15°C。开始运转后第二天从各反应器的反应液中取样，利用HPLC进行分析。结果为在第1反应器出口丙烯腈转化为丙烯酰胺的比率为87%，并且在第二反应器出口相对于生成的丙烯酰胺的丙烯腈浓度在检测限以下UOO重量ppm以下)。在酸性条件下(PH-5)利用活性炭处理该反应液，除去湿菌体，再利用1N-NaOH中和，得到约50重量％的丙烯酰胺水溶液。(聚合物品质的评价)[实施例2]在实施例l中得到的丙烯酰胺水溶液中加入100重量ppm巴比土酸后，加入水制成浓度为20重量％的丙烯酰胺水溶液。将该20重量％丙烯酰胺水溶液500g装入lL聚乙烯容器中，一边保持在18。C，一边通入氮除去液中的溶解氧，立即装入发泡苯乙烯制保温用装置中。接下来，分别将200xl0^mpm(相对于丙烯酰胺的摩尔比)的4,4，-偶氮二(4-氰基戊酸钠)、200x10—Snpm的二曱基氨基丙腈、及80x10f'mpm的过硫酸铵溶解于少量水，并以该顺序快速注入1L聚乙烯容器中。预先向上述试剂中通入氮气，并且在注入时及注入前后也向上述聚乙烯容器通入少量氮气，防止混入氧气。一旦注入试剂，在数分钟的诱导期后就可观察到聚乙烯容器内部的温度上升，所以停止供给氮气。在该状态下将聚乙烯容器在保温用装置中保持约100分钟，使聚乙烯容器内部的温度约达到70。C。将聚乙烯容器从保温用装置中取出，在97。C的水中浸渍2小时，进一步进行聚合反应。然后浸渍在冷水中冷却，停止聚合反应。从聚乙烯容器中取出如上所述得到的丙烯酰胺聚合物的含水凝胶，分成小块，用绞肉机磨碎。将该磨碎的丙烯酰胺聚合物的含水凝胶在10()。C的热风中干燥2小时，再用高速旋转刀片粉碎机粉碎，得到干燥粉末状的丙烯酰胺聚合物。将得到的干燥粉末状丙烯酰胺聚合物过筛，分取3242目的粉末。利用后述的丙烯酰胺聚合物试验法评价该分取的丙烯酰胺聚合物。结果示于表-l。[实施例3]在实施例1中得到的丙烯酰胺水溶液中添加100重量ppm双甲酮代替巴比土酸，除此之外，进行与实施例2相同的操作，得到聚合物样口口口'将得到的干燥粉末状丙烯酰胺聚合物过筛，分取3242目的粉末。利用后述的丙烯酰胺聚合物试验法评价该分取的丙烯酰胺聚合物。结果示于表-1。[实施例4]在实施例1中得到的丙烯酰胺水溶液中添加500重量ppm乙内酰脲代替巴比土酸，除此之外进行与实施例25相同的操作，得到聚合物样口urnc>将得到的干燥粉末状丙烯酰胺聚合物过筛，分取3242目的粉末。利用后述的丙烯酰胺聚合物试验法评价该分取的丙烯酰胺聚合物。结果示于表-1。[比4交例1]在实施例1中得到的丙烯酰胺水溶液中不添加巴比土酸，除此之外进行与实施例2相同的操作，得到聚合物样品。将得到的干燥粉末状丙烯酰胺聚合物过筛，分取3242目的粉末。利用后述的丙烯酰胺聚合物试验法评价该分取的丙烯酰胺聚合物。结果示于表-1。[比4交例2](添加丙二酸(盐))在实施例1中得到的丙烯酰胺水溶液中添加1OO重量ppm丙二酸代替巴比土酸，除此之外实施与实施例2相同的操作，但不发生聚合反应，未能得到聚合物样品。[参考例l](利用铜催化剂制造丙烯酰胺)水合反应的催化剂根据常规方法使用氢氧化钠展开80目以下的阮内铜合金，洗涤，制造阮内铜催化剂。制造过程中及制造后的处理时，避免与空气等含氧气体接触。催化水合反应向内置有搅拌机和催化剂分离器的约2L的SUS制反应器中加入400g上述催化剂，分别以600g/hr、900g/hr的速度向其中供给预先使用氮气除去溶解氧的丙烯腈(与实施例l为同一批产品)和水，在12(TC使其反应。将反应液与催化剂一同搅拌，得到悬浮液，接下来通过催化剂分离器制成基本不含催化剂的液体，从反应器中取出该Jl应持续3天。浓缩分步式减压浓缩所得的反应液，蒸馏除去全部未反应的丙烯腈和一部分未反应的水，得到浓度约为50重量％的丙烯酰胺水溶液。丙烯酰胺水溶液含有铜离子和丙烯酸。用以下方法除去含有的铜离子及丙烯酸。精制在玻璃柱中填充150m1根据常身见方法用稀盐酸进行前处理的强酸性阳离子树脂LEWATITSP-112(商品名、拜尔公司制)。另外，在玻璃柱中填充300ml根据常规方法用氢氧化钠水溶液进行前处理的弱碱性阴离子树脂LEWATITMP-64(商品名、拜尔公司制)。以900ml/hr将上述约50重量。/。的丙烯酰胺水溶液按照(1)强酸性阳离子交换树脂、(2)弱碱性阴离子交换树脂的顺序通过上述离子交换树脂。所得液体的铜含量低于0.01重量ppm，丙烯酸含量低于l重量ppm。用氢氧化钠及硫酸将如此得到的约50重量％丙烯酰胺水溶液调制成pH7.0。在参考例1中得到的丙烯酰胺水溶液中添加双甲酮至100重量ppm，进行与实施例2相同的操作，得到聚合物样品。将得到的千燥粉末状丙烯酰胺聚合物过筛，分取3242目的粉末。利用后述的丙烯酰胺聚合物试验法评价该分取的丙烯酰胺聚合物。结果示于表-1。<丙烯酰胺聚合物试验法>根据以下方法进行上述实施例2、3、4、比较例l、3中得到的聚合物样品的水溶性评价、标准粘度的测定、及色调的评价。水溶性在lL烧杯中加入600ml水，一边用规定形状的搅拌翼在25。C下搅拌，一边添加0.66g(纯品0.6g)聚合物样品，以400卬m搅拌2小时，将所得溶液用150目金属网过滤，由不溶解部分的多少和过滤性判断水溶性。即，完全溶解时的水溶性表示为◎,接近完全溶解时的水溶性表示为O，存在不溶解部分，但能够过滤除去不溶解部分时的水溶性表示为A，滤液通过緩慢、实际上不能过滤不溶解部分时的水;容4生表示为x。标准粘度由上述水溶性试验得到的滤液为浓度O.l重量％的聚合物水溶液，向其中加入相当于1M浓度的氯化钠，利用BL型粘度计，用BL适配器在25。C、转子旋转数60rpm的条件下测定粘度(标准粘度)。利用上述方法得到的标准粘度常用作与分子量相关的值。色调聚合物的色调通过用目视聚合物粉末进行评价。评价结果示于表-1。<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>*)滤液通过緩慢，实际上不能过滤，所以无法测定滤液的粘度权利要求1、一种制造丙烯酰胺的方法，是在使用含有腈水合酶的菌体或其菌体处理物水合丙烯腈得到的丙烯酰胺中添加选自由双甲酮、巴比土酸、乙内酰脲及这些化合物的盐组成的组中的至少一种化合物及/或至少一种上述化合物的盐，制造品质提高的丙烯酰胺。2、一种制造丙烯酰胺类聚合物的方法，是均聚权利要求1所述的丙烯酰胺，或共聚所述丙烯酰胺和能与丙烯酰胺共聚的至少一种不饱和单体，制造丙烯酰胺类聚合物。全文摘要本发明的目的在于提供制造品质提高的丙烯酰胺的方法，以及由上述丙烯酰胺制造高分子量的丙烯酰胺类聚合物时也能得到水溶性、色调优良的聚合物的丙烯酰胺类聚合物的制造方法。本发明通过将选自由双甲酮、巴比土酸、乙内酰脲及上述化合物的盐组成的组中的至少一种化合物及/或至少一种上述化合物的盐添加到使用含有腈水合酶的菌体或其菌体处理物水合丙烯腈得到的丙烯酰胺中，得到品质提高的丙烯酰胺。文档编号C07C233/09GK101415832SQ20078001218公开日2009年4月22日申请日期2007年3月28日优先权日2006年4月6日发明者村本正则,福田伟志,羽间宗一,阿部刚也申请人:三井化学株式会社