體育器材用茶多酚胺型嵌段聚醚的破乳性能研究

韓玲

摘 要：茶多酚胺型嵌段聚醚是由晶體與非晶體聚合而形成的特殊材料，具有很多特殊的物理性質(zhì)，正好滿足體育器材對護(hù)具以及防滑部位材料的需求，因此被廣泛應(yīng)用于體育器材的制作中。此外，這種材料屬于嵌段共聚物，是良好的表面活性劑，可能還可用做破乳劑，應(yīng)用于原油開采中。因此，文章利用原始材料茶多酚設(shè)計簡單的合成路線合成了幾種茶多酚胺型嵌段聚醚材料，并對產(chǎn)物的破乳性能進(jìn)行了簡單研究。

關(guān)鍵詞：體育器材用品;茶多酚;嵌段共聚物;破乳性

中圖分類號：TQ326.5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1001-5922（2020）10-0064-04

Abstract：Tea polyphenolamine amine block polyether is a special material formed by crystalline and amorphous polymerization. It has many special physical properties and just meets the needs of sports equipment for protective gear and non-slip material， so it is widely used in production of sports equipment. In addition， this material is a block copolymer and is a good surfactant. It may also be used as a demulsifier and used in crude oil extraction. Therefore， this paper uses the original material tea polyphenol to design a simple synthetic route to synthesize several tea polyphenolamine-type block polyether materials， and conduct a simple study on the demulsification properties of the product.

Key words：sporting goods; tea polyphenols; block copolymer; demulsification

0 引言

隨著社會的發(fā)展，人民對物質(zhì)文化需求越來越高，越來越重視身體健康，越來越多的人喜歡在空閑時間進(jìn)行體育運(yùn)動[1]。體育器材是進(jìn)行體育活動必不可少的輔助設(shè)備，很多體育器材的護(hù)具以及防滑部位都需要彈性較大，比較柔軟的材料[2]。茶多酚胺型嵌段聚醚材料同時包含晶體與非晶體兩種結(jié)構(gòu)，因此該材料具有介于熱塑性彈性體和橡膠體之間的性能，正好能夠應(yīng)用于體育器材中用作防滑保護(hù)材料[3]。除此之外，茶多酚胺型嵌段聚醚還可以作為延緩氣體釋放的載體， 用于減慢香料、油劑等揮發(fā)性物質(zhì)的揮發(fā)速度， 達(dá)到節(jié)省原料、長期擴(kuò)散控制的目的[4]。由于茶多酚胺型嵌段聚醚的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)特殊，為了能夠?qū)⒃摬牧细玫貞?yīng)用于體育器材中，我們對其合成方法進(jìn)行改進(jìn)，并將合成得到的產(chǎn)物作為破乳劑進(jìn)行了破乳性的研究。

1 茶多酚胺型嵌段聚醚的合成及表征

茶多酚可以從很多物質(zhì)中提取出來，來源很廣泛，屬于再生的原料[5]。并且由于茶多酚是從植物中提取的純天然產(chǎn)物，因此它具有很好的生物相容性，也可以被微生物完全降解[6]。此外，茶多酚還具有抗氧化性、抗癌抗腫瘤、消毒殺菌、抗紫外線等多項(xiàng)生理及藥理學(xué)性質(zhì)[7]。茶多酚的元酚官能團(tuán)非常特殊，且活性較高，可以通過縮聚反應(yīng)、氫鍵、疏水相互作用、共價化合等多種方式與其他高分子連接，形成共聚物或者接枝物。下面我們就以茶多酚為初始原料，設(shè)計并合成了幾種茶多酚胺型嵌段聚醚材料。

1.1 茶多酚胺型嵌段聚醚的合成

1.1.1 實(shí)驗(yàn)試劑和儀器

合成茶多酚胺型嵌段聚醚所需的試劑皆列于表1中，實(shí)驗(yàn)過程中用到的實(shí)驗(yàn)儀器列于表2中。

1.1.2 實(shí)驗(yàn)步驟

首先我們根據(jù)茶多酚胺型嵌段聚醚的分子式設(shè)計了如下圖1所示的合成路線，并按照設(shè)計好的線路進(jìn)行合成實(shí)驗(yàn)。

具體實(shí)驗(yàn)步驟：首先稱取適量的原材料（茶多酚和二乙烯三胺），混合均勻，然后加熱至80℃，保持溫度恒定，攪拌條件下向混合物中滴加一定量的事先配置好的甲醛溶液，使得最終反應(yīng)體系中3種原始材料的摩爾比為茶多酚：二乙烯三胺：甲醛溶液=1：4：3，同時向反應(yīng)體系中通入N2作為保護(hù)氣體，保持溫度為80℃繼續(xù)反應(yīng)4h以上。將得到的產(chǎn)物置于旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀中設(shè)置溫度為150℃左右，減壓蒸餾，除去多余的水分以及雜質(zhì)，得到茶多酚胺型酚醛樹脂產(chǎn)物。然后以茶多酚胺型酚醛樹脂為原料，加入氫氧化鉀做催化劑，再加入適量的共聚烯烴（PO）和環(huán)氧乙烷（EO），混合均勻后置于高壓密封反應(yīng)釜中，設(shè)置溫度為125℃，先通入N2保護(hù)，然后抽真空，反應(yīng)2h。反應(yīng)結(jié)束后，按照要求打開反應(yīng)釜，取出最終產(chǎn)物。

1.2? ?產(chǎn)物的表征

為了證明我們按照設(shè)計的合成路線，確實(shí)成功制備達(dá)到了想要的茶多酚胺型嵌段聚醚產(chǎn)物，我們對產(chǎn)物進(jìn)行了紅外光譜和核磁共振氫譜表征。由于制備得到的幾種茶多酚胺型嵌段聚醚的區(qū)別在于加聚的段數(shù)、共聚烯烴（PO）和環(huán)氧乙烷（EO）數(shù)量不同，其他條件相同，并且最后得到產(chǎn)物的官能團(tuán)也是相同的，因此我們只以其中一種產(chǎn)物為例進(jìn)行了表征。

1.2.1紅外光譜分析

如圖2所示為紅外光譜圖，從圖中峰的位置可以對產(chǎn)物官能團(tuán)進(jìn)行判斷。我們在譜圖中可以看到在1100.15cm-1和2970.47cm-1處出現(xiàn)很強(qiáng)的吸收峰，這兩個位置的吸收峰對應(yīng)的官能團(tuán)為醚鍵（C-O-C）和甲基（-CH3）的伸縮振動，從這兩個官能團(tuán)的存在可以簡單說明聚烯烴（PO）和環(huán)氧乙烷（EO）確實(shí)與茶多酚發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)。此外在2970.47cm-1處和1 455.73 cm-1也出現(xiàn)了吸收峰，這兩個位置分別對應(yīng)R1-CH2-NR2官能團(tuán)的伸縮振動和-CH2-官能團(tuán)的彎曲振動，初步表明確實(shí)形成了R1-CH2-NR2的結(jié)構(gòu)。再根據(jù)C-N基團(tuán)在1348.14 cm-1處伸縮振峰，以及苯環(huán)上C-H在843.66 cm-1處彎曲振動峰，進(jìn)一步證明R1-CH2-NR2結(jié)構(gòu)中含有苯環(huán)。還有1251.65cm-1、1110.15cm-1、1015.58cm-1和933.48cm-1處的吸收峰分別代表芳香醚上的=C-O-C鍵、醚鍵（C-O-C）、芳醚上的-OR鍵及環(huán)氧物中的醚鍵的伸縮振動。綜上紅外光譜數(shù)據(jù)分析，初步表明我們確實(shí)成功制備了茶多酚胺型嵌段聚醚。

1.2.2核磁共振氫譜

如圖3所示為選取的其中一個茶多酚胺型嵌段聚醚的核磁共振氫譜。同樣的，由于制備得到的幾種茶多酚胺型嵌段聚醚的區(qū)別僅僅在于加聚的段數(shù)、共聚烯烴（PO）和環(huán)氧乙烷（EO）數(shù)量不同，因此我們重點(diǎn)測定共聚烯烴（PO）和環(huán)氧乙烷（EO）的核磁共振吸收峰。從圖中可以看到δ=1.05 ppm 處有較強(qiáng)的吸收峰，此處峰對應(yīng)的為 PO 鏈段的吸收峰， δ=3.5 ppm處有一個吸收峰，該峰對應(yīng)的為 EO 鏈段的吸收峰。從核磁共振氫譜圖數(shù)據(jù)分析可以進(jìn)一步證明茶多酚胺型嵌段聚醚的成功制備。

2? ? ?茶多酚胺型嵌段聚醚的破乳實(shí)驗(yàn)

為了進(jìn)一步了解所制備的茶多酚胺型嵌段聚醚的破乳劑的性質(zhì)，得到破乳效率最高，破乳性能最佳的破乳劑，我們研究了破乳劑茶多酚胺型嵌段聚醚濃度對破乳率、對油中含水量及對水中含油量的影響，破乳過程所消耗的時間對破乳率、對油中含水量及對水中含油量的影響。

2.1? ?茶多酚胺型嵌段聚醚濃度對破乳性能的影響

首先我們設(shè)定利用茶多酚胺型嵌段聚醚破乳時的溫度為50℃，查文獻(xiàn)可知嵌段聚醚完成破乳所需的最長時間為120min[8]，因此我們首先設(shè)定時間為120min，探究破乳劑茶多酚胺型嵌段聚醚的濃度對破乳性能的影響。

我們從所合成的破乳劑中隨機(jī)選取了3 種（標(biāo)注為1，2，3下同）對原油進(jìn)行模擬破乳實(shí)驗(yàn)。如圖4-6分別為3種茶多酚胺型嵌段聚醚破乳劑對破乳率、對油中含水量及對水中含油量的影響的曲線圖。從圖中曲線可以看出，當(dāng)破乳劑茶多酚胺型嵌段聚醚濃度越大時，3種破乳劑的破乳率都越大，當(dāng)濃度增大到100 mg·L-1以上時，3種破乳劑的破乳效率都在90%以上（圖4）;此時原油中的含水量都下降到30%，有的甚至降低到25%以下（圖5）;此時水中含油量都降到了400mg·L-1以下（圖6）。此時破乳后原油的參數(shù)均符合油田排放的要求，因此選取100 mg·L-1作為茶多酚胺型嵌段聚醚破乳劑的最佳濃度，能夠最大程度節(jié)省破乳劑。

2.2? ?茶多酚胺型嵌段聚醚破乳溫度對破乳性能的影響

我們還是設(shè)定破乳反應(yīng)時間為120min，在茶多酚胺型嵌段聚醚最佳濃度條件100 mg·L-1下，我們研究了破乳溫度對破乳率、對油中含水量及對水中含油量的影響，得到了測量數(shù)據(jù)并繪制成如圖7～9的曲線圖。

對比圖7～9可知，當(dāng)破乳劑茶多酚胺型嵌段聚醚濃度和相同的反應(yīng)時間都相同的條件下，3種破乳劑的破乳率都隨溫度的升高而增大，當(dāng)溫度升高到45℃后，破乳率增大速度明顯減緩（圖7）;并且此時油中含水量降到30%以下（圖8）;水中含油量降低到350 mg·L-1以下（圖9）。此時的原油參數(shù)都符合排放標(biāo)準(zhǔn)，為了節(jié)約能耗，減少熱量的損失，達(dá)到效率最大化，我們選取溫度為45℃最為最佳反應(yīng)溫度。

3? ? ?結(jié)語

我們設(shè)計并合成了幾種純凈度較高的體育器材用茶多酚胺型嵌段聚醚破乳劑。在破乳時間為 120min的條件下，利用制備得到的破乳劑對原油進(jìn)行破乳反應(yīng)時，對破乳性進(jìn)行研究，得到最佳反應(yīng)濃度為100 mg·L-1，最佳反應(yīng)溫度為45℃。并且在最佳條件下，我們合成的茶多酚胺型嵌段聚醚破乳劑的效率都高達(dá)90%，經(jīng)過破乳反應(yīng)后的原油的所有參數(shù)都能夠符合國家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)。因此，體育器材用茶多酚胺型嵌段聚醚破乳劑在工業(yè)應(yīng)用上有巨大前景。

參考文獻(xiàn)

[1]彭博.校園體育文化視角下的高水平運(yùn)動隊(duì)建設(shè)問題研究[J].中國政法大學(xué)學(xué)報，2017（06）：6-13+159.

[2]李媛，謝紅，鄧紅瓊，等.運(yùn)動護(hù)具對網(wǎng)球運(yùn)動中上肢防護(hù)的影響[J].毛紡科技，2018（6）：71-77.

[3]馬夢瑤，王洪國，高婧，等.茶多酚胺型嵌段聚醚破乳劑合成及性能研究[J].應(yīng)用化工，2015（10）：134-137.

[4]郭俊敏.用途廣泛的嵌段聚醚酰胺樹脂PEBAX[J].金山油化纖，2005，24（1）：53-58.

[5]荊琪，鄧宇.微波法從茶葉中提取茶多酚[J].中國食品添加劑，2003（1）：25-26+30.

[6]高永貴，楊賢強(qiáng)，周樹紅.試論茶多酚清除生物自由基的高效性[J].天然產(chǎn)物研究與開發(fā)，1999（02）：85-89.

[7]馮萃敏，黃華，宋國華，等.茶多酚用于飲用水消毒影響因素的試驗(yàn)研究[J].城鎮(zhèn)供水，2007（06）：69-72.

[8]馬夢瑤，王洪國，高婧，等.茶多酚胺型嵌段聚醚破乳劑合成及性能研究[J].應(yīng)用化工，2015（10）：134-137.