韩玲

摘 要：茶多酚胺型嵌段聚醚是由晶体与非晶体聚合而形成的特殊材料，具有很多特殊的物理性质，正好满足体育器材对护具以及防滑部位材料的需求，因此被广泛应用于体育器材的制作中。此外，这种材料属于嵌段共聚物，是良好的表面活性剂，可能还可用做破乳剂，应用于原油开采中。因此，文章利用原始材料茶多酚设计简单的合成路线合成了几种茶多酚胺型嵌段聚醚材料，并对产物的破乳性能进行了简单研究。

关键词：体育器材用品;茶多酚;嵌段共聚物;破乳性

中图分类号：TQ326.5 文献标识码：A            文章编号：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

随着社会的发展，人民对物质文化需求越来越高，越来越重视身体健康，越来越多的人喜欢在空闲时间进行体育运动[1]。体育器材是进行体育活动必不可少的辅助设备，很多体育器材的护具以及防滑部位都需要弹性较大，比较柔软的材料[2]。茶多酚胺型嵌段聚醚材料同时包含晶体与非晶体两种结构，因此该材料具有介于热塑性弹性体和橡胶体之间的性能，正好能够应用于体育器材中用作防滑保护材料[3]。除此之外，茶多酚胺型嵌段聚醚还可以作为延缓气体释放的载体， 用于减慢香料、油剂等挥发性物质的挥发速度， 达到节省原料、长期扩散控制的目的[4]。由于茶多酚胺型嵌段聚醚的结构与性质特殊，为了能够将该材料更好地应用于体育器材中，我们对其合成方法进行改进，并将合成得到的产物作为破乳剂进行了破乳性的研究。

1 茶多酚胺型嵌段聚醚的合成及表征

茶多酚可以从很多物质中提取出来，来源很广泛，属于再生的原料[5]。并且由于茶多酚是从植物中提取的纯天然产物，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，茶多酚还具有抗氧化性、抗癌抗肿瘤、消毒杀菌、抗紫外线等多项生理及药理学性质[7]。茶多酚的元酚官能团非常特殊，且活性较高，可以通过缩聚反应、氢键、疏水相互作用、共价化合等多种方式与其他高分子连接，形成共聚物或者接枝物。下面我们就以茶多酚为初始原料，设计并合成了几种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 实验试剂和仪器

合成茶多酚胺型嵌段聚醚所需的试剂皆列于表1中，实验过程中用到的实验仪器列于表2中。

1.1.2 实验步骤

首先我们根据茶多酚胺型嵌段聚醚的分子式设计了如下图1所示的合成路线，并按照设计好的线路进行合成实验。

具体实验步骤：首先称取适量的原材料（茶多酚和二乙烯三胺），混合均匀，然后加热至80℃，保持温度恒定，搅拌条件下向混合物中滴加一定量的事先配置好的甲醛溶液，使得最终反应体系中3种原始材料的摩尔比为茶多酚：二乙烯三胺：甲醛溶液=1：4：3，同时向反应体系中通入N2作为保护气体，保持温度为80℃继续反应4h以上。将得到的产物置于旋转蒸发仪中设置温度为150℃左右，减压蒸馏，除去多余的水分以及杂质，得到茶多酚胺型酚醛树脂产物。然后以茶多酚胺型酚醛树脂为原料，加入氢氧化钾做催化剂，再加入适量的共聚烯烃（PO）和环氧乙烷（EO），混合均匀后置于高压密封反应釜中，设置温度为125℃，先通入N2保护，然后抽真空，反应2h。反应结束后，按照要求打开反应釜，取出最终产物。

1.2   产物的表征

为了证明我们按照设计的合成路线，确实成功制备达到了想要的茶多酚胺型嵌段聚醚产物，我们对产物进行了红外光譜和核磁共振氢谱表征。由于制备得到的几种茶多酚胺型嵌段聚醚的区别在于加聚的段数、共聚烯烃（PO）和环氧乙烷（EO）数量不同，其他条件相同，并且最后得到产物的官能团也是相同的，因此我们只以其中一种产物为例进行了表征。

1.2.1红外光谱分析

如图2所示为红外光谱图，从图中峰的位置可以对产物官能团进行判断。我们在谱图中可以看到在1100.15cm-1和2970.47cm-1处出现很强的吸收峰，这两个位置的吸收峰对应的官能团为醚键（C-O-C）和甲基（-CH3）的伸缩振动，从这两个官能团的存在可以简单说明聚烯烃（PO）和环氧乙烷（EO）确实与茶多酚发生了化学反应。此外在2970.47cm-1处和1 455.73 cm-1也出现了吸收峰，这两个位置分别对应R1-CH2-NR2官能团的伸缩振动和-CH2-官能团的弯曲振动，初步表明确实形成了R1-CH2-NR2的结构。再根据C-N基团在1348.14 cm-1处伸缩振峰，以及苯环上C-H在843.66 cm-1处弯曲振动峰，进一步证明R1-CH2-NR2结构中含有苯环。还有1251.65cm-1、1110.15cm-1、1015.58cm-1和933.48cm-1处的吸收峰分别代表芳香醚上的=C-O-C键、醚键（C-O-C）、芳醚上的-OR键及环氧物中的醚键的伸缩振动。综上红外光谱数据分析，初步表明我们确实成功制备了茶多酚胺型嵌段聚醚。

1.2.2核磁共振氢谱

如图3所示为选取的其中一个茶多酚胺型嵌段聚醚的核磁共振氢谱。同样的，由于制备得到的几种茶多酚胺型嵌段聚醚的区别仅仅在于加聚的段数、共聚烯烃（PO）和环氧乙烷（EO）数量不同，因此我们重点测定共聚烯烃（PO）和环氧乙烷（EO）的核磁共振吸收峰。从图中可以看到δ=1.05 ppm 处有较强的吸收峰，此处峰对应的为 PO 链段的吸收峰， δ=3.5 ppm处有一个吸收峰，该峰对应的为 EO 链段的吸收峰。从核磁共振氢谱图数据分析可以进一步证明茶多酚胺型嵌段聚醚的成功制备。

2     茶多酚胺型嵌段聚醚的破乳实验

为了进一步了解所制备的茶多酚胺型嵌段聚醚的破乳剂的性质，得到破乳效率最高，破乳性能最佳的破乳剂，我们研究了破乳剂茶多酚胺型嵌段聚醚浓度对破乳率、对油中含水量及对水中含油量的影响，破乳过程所消耗的时间对破乳率、对油中含水量及对水中含油量的影响。

2.1   茶多酚胺型嵌段聚醚浓度对破乳性能的影响

首先我们设定利用茶多酚胺型嵌段聚醚破乳时的温度为50℃，查文献可知嵌段聚醚完成破乳所需的最长时间为120min[8]，因此我们首先设定时间为120min，探究破乳剂茶多酚胺型嵌段聚醚的浓度对破乳性能的影响。

我们从所合成的破乳剂中随机选取了3 种（标注为1，2，3下同）对原油进行模拟破乳实验。如图4-6分别为3种茶多酚胺型嵌段聚醚破乳剂对破乳率、对油中含水量及对水中含油量的影响的曲线图。从图中曲线可以看出，当破乳剂茶多酚胺型嵌段聚醚浓度越大时，3种破乳剂的破乳率都越大，当浓度增大到100 mg·L-1以上时，3种破乳剂的破乳效率都在90%以上（图4）;此时原油中的含水量都下降到30%，有的甚至降低到25%以下（图5）;此时水中含油量都降到了400mg·L-1以下（图6）。此时破乳后原油的参数均符合油田排放的要求，因此选取100 mg·L-1作为茶多酚胺型嵌段聚醚破乳剂的最佳浓度，能够最大程度节省破乳剂。

2.2   茶多酚胺型嵌段聚醚破乳温度对破乳性能的影响

我们还是设定破乳反应时间为120min，在茶多酚胺型嵌段聚醚最佳浓度条件100 mg·L-1下，我们研究了破乳温度对破乳率、对油中含水量及对水中含油量的影响，得到了测量数据并绘制成如图7～9的曲线图。

对比图7～9可知，当破乳剂茶多酚胺型嵌段聚醚浓度和相同的反应时间都相同的条件下，3种破乳剂的破乳率都随温度的升高而增大，当温度升高到45℃后，破乳率增大速度明显减缓（图7）;并且此时油中含水量降到30%以下（图8）;水中含油量降低到350 mg·L-1以下（图9）。此时的原油参数都符合排放标准，为了节约能耗，减少热量的损失，达到效率最大化，我们选取温度为45℃最为最佳反应温度。

3     结语

我们设计并合成了几种纯净度较高的体育器材用茶多酚胺型嵌段聚醚破乳剂。在破乳时间为 120min的条件下，利用制备得到的破乳剂对原油进行破乳反应时，对破乳性进行研究，得到最佳反应浓度为100 mg·L-1，最佳反应温度为45℃。并且在最佳条件下，我们合成的茶多酚胺型嵌段聚醚破乳剂的效率都高达90%，经过破乳反应后的原油的所有参数都能够符合国家规定的排放标准。因此，体育器材用茶多酚胺型嵌段聚醚破乳剂在工业应用上有巨大前景。

参考文献

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[2]李媛，谢红，邓红琼，等.运动护具对网球运动中上肢防護的影响[J].毛纺科技，2018（6）：71-77.

[3]马梦瑶，王洪国，高婧，等.茶多酚胺型嵌段聚醚破乳剂合成及性能研究[J].应用化工，2015（10）：134-137.

[4]郭俊敏.用途广泛的嵌段聚醚酰胺树脂PEBAX[J].金山油化纤，2005，24（1）：53-58.

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[6]高永贵，杨贤强，周树红.试论茶多酚清除生物自由基的高效性[J].天然产物研究与开发，1999（02）：85-89.

[7]冯萃敏，黄华，宋国华，等.茶多酚用于饮用水消毒影响因素的试验研究[J].城镇供水，2007（06）：69-72.

[8]马梦瑶，王洪国，高婧，等.茶多酚胺型嵌段聚醚破乳剂合成及性能研究[J].应用化工，2015（10）：134-137.