[发明专利]一种酶催化合成聚丁内酰胺的方法

说明书

本发明涉及一种酶催化合成聚丁内酰胺的方法，包括以下步骤：酶的活化，酶促丁内酰胺阴离子活化液的制备，丁内酰胺阴离子活化液中加入酰化剂聚合得到聚丁内酰胺粗产物。本发明采用丁内酰胺作为单体，采用高效的脂肪酶作为催化剂使单体直接开环聚合以制备聚丁内酰胺，避免了使用碱性催化剂而导致水分等小分子对聚合过程的影响，消除了金属离子的残留导致的聚丁内酰胺热性能不稳定的问题，实现绿色生产。制备的聚丁内酰胺的数均分子量在25000～80000，热分解温度提升到310℃以上，收率在95％以上。本发明的方法条件温和，而且反应后的脂肪酶催化剂能很容易的从体系中分离，经过回收可以多次利用，可操作性强，反应过程绿色环保。

技术领域

本发明属于聚丁内酰胺合成方法，尤其是涉及一种酶催化合成聚丁内酰胺的方法。

背景技术

聚丁内酰胺作为一种生物可降解的新型塑料，具有良好的机械性能、吸水性能、易降解、耐磨、耐腐蚀等优点，应用范围广泛。聚丁内酰胺一般是通过丁内酰胺在碱性条件下，以含金属离子的化学试剂为催化剂进行阴离子开环聚合反应得到的。但是，化学方法生产聚丁内酰胺的过程不稳定，而且会产生大量污染和后处理的问题，难以满足生产上对聚丁内酰胺高纯度和特定分子量特性等需求，并且传统化学方法制备聚丁内酰胺所使用的原材料丁内酰胺本身属于生物基材料，具有环境友好的特性，然而对该具有环境友好特性的丁内酰胺使用大量的化学试剂处理也违背了环保的初衷。

酶具有高活性，还具有区域和立体选择性，在温和条件和水介质下仍能够保持快催化速度的优势。高选择性也让副产物的形成有限，废物处理成本也较低。这使得酶的商业用途十分广泛。通过酶催化制备聚合物，避免了传统催化剂带来的金属离子污染而引起的产品质量以及使用受限的问题。然而目前缺少利用酶来催化合成聚丁内酰胺的方法。

发明内容

基于现有技术中化学方法生产聚丁内酰胺存在的稳定性差、污染大、后处理繁琐的问题，本发明提供一种酶催化合成聚丁内酰胺的方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明提供一种酶催化合成聚丁内酰胺的方法，包括以下步骤：

酶的活化，

酶促丁内酰胺阴离子活化液的制备，

丁内酰胺阴离子活化液中加入酰化剂聚合得到聚丁内酰胺粗产物。

在本发明的一个实施方式中，所述酶需要在60-80℃条件下真空活化1-3小时。

在本发明的一个实施方式中，所述酶选自Candida antarctica Lipase B、Thermomyces lanuginosus热稳定蛋白酶、Rhizomucor miehei Lipase、Mucor mieheilipase、Novozym435或猪胰脂肪酶等。

在本发明的一个实施方式中，所述酶促丁内酰胺阴离子活化液的制备包括以下步骤：将丁内酰胺加入反应器中混合，加热至40～80℃，按照所加丁内酰胺总重量的100-4000U/g加入酶，搅拌反应1-5小时后，得到酶促丁内酰胺阴离子活化液。

在本发明的一个实施方式中，在丁内酰胺阴离子活化液与酰化剂聚合反应之前，所述酶促丁内酰胺阴离子活化液中还加入溶剂，所述溶剂与丁内酰胺总量的重量比为10：1～3：1。

在本发明的一个实施方式中，所述溶剂选自辛烷、正己烷、环己烷、甲苯、二甲苯、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、二氯甲烷或氯仿等中的一种或几种。

在本发明的一个实施方式中，按照丁内酰胺单体与所采用酰化剂的摩尔比例为1000：1～1000：20的比例，向所述丁内酰胺阴离子活化液中加入酰化剂。

在本发明的一个实施方式中，丁内酰胺阴离子活化液中加入酰化剂聚合反应的时间为4-24小时。