環氧琥珀酸/丙烯酸/2-丙烯醯胺基-2-甲基丙磺酸共聚物的製備方法

2023-05-05 22:00:36

專利名稱：環氧琥珀酸/丙烯酸/2-丙烯醯胺基-2-甲基丙磺酸共聚物的製備方法
技術領域：
本發明屬於工業水處理技術領域，具體涉及一種新型阻垢劑環氧琥珀酸/丙烯酸/2-丙烯醯胺基-2-甲基丙磺酸共聚物的製備方法。
背景技術：
阻垢劑的發展主要經歷了從天然高分子阻垢劑到磷類阻垢劑(包括有機膦和無機磷)，再到現在的有機聚合物及環保型阻垢劑的歷程。目前，對於阻垢劑的研究正在隨著科學技術的快速發展而不斷地深入，且合成技術趨於成熟；在阻垢劑的功能、特點日趨完善的同時，藥劑種類也在不斷增加；在工業水處理需求及環保要求的推動下，對阻垢劑的要求 越來越高，今後阻垢劑的發展方向是合成高效的、多功能的、環保的、一劑多效的阻垢劑。隨著環境法規和標準日益嚴格及公眾環保觀念的增強，根據可持續發展的戰略，研發無磷高效、具有生物降解性的、環境友好型的阻垢劑成為水處理領域的研究重點。近幾年，為適應環保的要求，水處理化學品市場也掀起一場「綠色革命」。開發可生物降解的「環境友好」型水處理化學品已越來越引人們的重視，成為21世紀水處理領域的一個重要研究和發展方向。綠色化學就是採用化學技術和方法，從根本上減少或消滅對環境或人體健康有害的原料、產物、副產物等的產生和應用。所謂綠色水處理劑，主要是指此水處理劑的製造過程是清潔的，在使用的過程當中對環境和人體健康沒有毒性，並且可以生物降解的、對環境無毒害作用的水處理劑。目前，國內外研究較多的是聚環氧琥珀酸(PESA)阻垢劑。聚環氧琥珀酸(PESA)是近年來開發的另一種新型「綠色阻垢劑」，其合成符合了發展綠色化學的要求。聚環氧琥珀酸不含磷、氮營養物質，在使用過程中不會出現水體富營養化現象；聚環氧琥珀酸所具有的另一特性是具有可生物降解性，這些特點特別符合近年來人類對於環境保護的思想理念。在阻垢性能方面，聚環氧琥珀酸對碳酸鈣具有良好的阻垢性，但對磷酸鈣阻垢率較不理想，且其穩鋅能力也較差。

發明內容
本發明的目的是提供一種同時對碳酸鈣垢、磷酸鈣垢和硫酸鈣垢具有較好的阻垢效果，且穩鋅能力較好的新型阻垢劑環氧琥珀酸/丙烯酸/2-丙烯醯胺基-2-甲基丙磺酸共聚物的製備方法。本發明採取的技術方案
一種環氧琥珀酸/丙烯酸/2-丙烯醯胺基-2-甲基丙磺酸共聚物的製備方法，其步驟如下
(I)在裝有滴液漏鬥、冷凝管、溫度計和攪拌器的四口燒瓶中，加入環氧琥珀酸，用去離子水進行溶解至質量濃度為2(T40% ；(2)將反應體系溫度加熱至80 90°C，用兩個滴液漏鬥分別同時滴加丙烯酸、2-丙烯醯胺基-2-甲基丙磺酸水溶液的混合液和質量濃度為10%的催化劑水溶液，所述混合液中丙烯酸質量濃度為2(T30%，2-丙烯醯胺基-2-甲基丙磺酸質量濃度為15 25%，在2 3h內同時滴完，所述環氧琥珀酸、丙烯酸和2-丙烯醯胺基-2-甲基丙磺酸的質量比為I :0. 5^1. 5
0.5^0. 8，所述催化劑為過硫酸銨，投加量為單體總量的4% 10% ；
(3)原料均投加完畢後，控制反應體系的溫度為90 100°C，再攪拌f3h，得到的淡黃色粘稠液體為反應最終產物。所述環氧琥珀酸的製備方法如下 (1)稱取0.2 0.4mol的馬來酸酐，放入配有冷凝管、溫度計、攪拌器和滴液漏鬥的四口瓶中，加入4(T60mL的去離子水溶解馬來酸酐；
(2)當馬來酸酐溶解完全後，在冷卻及恆速攪拌的條件下，將IOlOmL質量濃度為50%氫氧化鈉溶液通過滴液漏鬥滴加到馬來酸酐水溶液中，30 50min滴完；
(3)滴完氫氧化鈉溶液後，將系統溫度升至50 70°C，加入馬來酸酐質量0.59T1. 6%的鎢酸鈉催化劑，20min內以恆定速度滴完30 40mL質量濃度為30%的雙氧水溶液，同時用50%的氫氧化鈉調節反應體系的pH值在12 14之間，待pH穩定後將反應體系溫度升至5(T70°C，在此溫度下反應2 3h，提純、烘乾後得環氧琥珀酸。本發明製備的環氧琥珀酸的紅外光譜圖如圖I所示，其中波數為1164. 06CHT1、1563.79 cm'3467. 53 cnT1特徵吸收峰分別為歸屬於C-O-C (閉環)、一COO-和一COOH官能團。由此可推出，所得產物為環氧琥珀酸ESA ;本發明製備的環氧琥珀酸/丙烯酸/2-丙烯醯胺基-2-甲基丙磺酸(ESA/AA/AMPS)共聚物的紅外光譜圖如圖2所示，環氧鍵的消失說明環氧鍵斷裂，發生開環反應。3420. 21cm_1U568. 54 cm'1406. 70 cnT1分別對應NH、C=0鍵、C-N鍵這說明醯胺基存在，在1193. 19cm1處是磺酸基的吸收峰；1313. 27 cnT1則對應羧酸官能團。由此可知，此合成產物為ESA/AA/AMPS三元共聚物。本發明得到的ESA/AA/AMPS三元共聚物與聚環氧琥珀酸相比，大大改善了其綜合阻垢性能，對碳酸鈣的阻垢效果與聚環氧琥珀酸(PESA)基本相當，而阻磷酸鈣垢、硫酸鈣垢和穩鋅能力均明顯優於聚環氧琥珀酸。本發明製得的環氧琥珀酸/丙烯酸/2-丙烯醯胺基-2-甲基丙磺酸三元共聚物是一種綜合阻垢性能優良、無磷的新型水處理藥劑，適用於高鹼、高硬、高濃縮倍率循環水系、其應用前景十分廣闊。


圖I為環氧琥珀酸的紅外光譜 圖2為ESA/AA/AMPS共聚物的紅外光譜圖。
具體實施例方式實施例I :製備環氧琥珀酸
(1)稱取0.2mol的馬來酸酐，放入配有冷凝管、溫度計、攪拌器和滴液漏鬥的四口瓶中，加入40mL的去離子水溶解馬來酸酐；
(2)當馬來酸酐溶解完全後，在冷卻及恆速攪拌的條件下，將IOmL質量濃度為50%氫氧化鈉溶液通過滴液漏鬥滴加到馬來酸酐水溶液中，40min滴完；
(3)滴完氫氧化鈉溶液後，將系統溫度升至50 70°C，加入馬來酸酐質量I. 5%的鎢酸鈉催化劑，20min內以恆定速度滴完40mL質量濃度為30%的雙氧水溶液，同時用50%的氫氧化鈉調節反應體系的pH值在12 14之間，待pH穩定後將反應體系溫度升至5(T70°C，在此溫度下反應2h，提純、烘乾後得環氧琥珀酸。實施例2 :環氧琥珀酸/丙烯酸/2-丙烯醯胺基-2-甲基丙磺酸共聚物的製備
(1)在裝有滴液漏鬥、冷凝管、溫度計和攪拌器的四口燒瓶中，加入環氧琥珀酸，用去離子水進行溶解至質量濃度為20% ；
(2)將反應體系溫度加熱至80 90°C，用兩個滴液漏鬥分別同時滴加丙烯酸、2-丙烯醯胺基-2-甲基丙磺酸水溶液的混合液和質量濃度為10%的催化劑水溶液，所述混合液中丙烯酸質量濃度為20%，2-丙烯醯胺基-2-甲基丙磺酸質量濃度為25%，在2h內同時滴完，所述環氧琥珀酸、丙烯酸和2-丙烯醯胺基-2-甲基丙磺酸的質量比為I :0. 5 :0. 5，所述催 化劑為過硫酸銨，投加量為單體總量的4% ；
(3)原料均投加完畢後，控制反應體系的溫度為90 100°C，再攪拌lh，得到的淡黃色粘稠液體為反應最終產物。實施例3 :環氧琥珀酸/丙烯酸/2-丙烯醯胺基-2-甲基丙磺酸共聚物的製備
(1)在裝有滴液漏鬥、冷凝管、溫度計和攪拌器的四口燒瓶中，加入環氧琥珀酸，用去離子水進行溶解至質量濃度為30% ；
(2)將反應體系溫度加熱至80 90°C，用兩個滴液漏鬥分別同時滴加丙烯酸、2-丙烯醯胺基-2-甲基丙磺酸水溶液的混合液和質量濃度為10%的催化劑水溶液，所述混合液中丙烯酸質量濃度為25%，2-丙烯醯胺基-2-甲基丙磺酸質量濃度為15%，在2h內同時滴完，所述環氧琥珀酸、丙烯酸和2-丙烯醯胺基-2-甲基丙磺酸的質量比為I :1 :0. 6，所述催化劑為過硫酸銨，投加量為單體總量的7% ；
(3)原料均投加完畢後，控制反應體系的溫度為90 100°C，再攪拌3h，得到的淡黃色粘稠液體為反應最終產物。實施例4環氧琥珀酸/丙烯酸/2-丙烯醯胺基-2-甲基丙磺酸共聚物的製備
(1)在裝有滴液漏鬥、冷凝管、溫度計和攪拌器的四口燒瓶中，加入環氧琥珀酸，用去離子水進行溶解至質量濃度為40% ；
(2)將反應體系溫度加熱至80 90°C，用兩個滴液漏鬥分別同時滴加丙烯酸、2-丙烯醯胺基-2-甲基丙磺酸水溶液的混合液和質量濃度為10%的催化劑水溶液，所述混合液中丙烯酸質量濃度為30%，2-丙烯醯胺基-2-甲基丙磺酸質量濃度為16%，在3h內同時滴完，所述環氧琥珀酸、丙烯酸和2-丙烯醯胺基-2-甲基丙磺酸的質量比為I :1. 5 :0. 8，所述催化劑為過硫酸銨，投加量為單體總量的10%;
(3)原料均投加完畢後，控制反應體系的溫度為90 100°C，再攪拌2h，得到的淡黃色粘稠液體為反應最終產物。阻垢性能測試
I、碳酸鈣阻垢試驗參考GB/T 16632-2008標準「水處理劑阻垢性能的測定碳酸鈣沉積法」。實驗條件Ca2+的質量濃度為300mg/L (以Ca2+計，以下表示方法相同)，HC03_的質量濃度為915mg/ L，在80°C水浴中恆溫10h，用EDTA絡合滴定法測定Ca2+含量，同時做空白試驗。聚環氧琥珀酸和實施例2-4製得的ESA/AA/AMPS阻碳酸鈣垢性能見表I。表I ESA/AA/AMPS與PESA阻碳酸鈣垢性能對比試驗
權利要求
1.一種環氧琥珀酸/丙烯酸/2-丙烯醯胺基-2-甲基丙磺酸共聚物的製備方法，其特徵在於其步驟如下 (1)在裝有滴液漏鬥、冷凝管、溫度計和攪拌器的四口燒瓶中，加入環氧琥珀酸，用去離子水進行溶解至質量濃度為2(Γ40% ； (2)將反應體系溫度加熱至80 90°C，用兩個滴液漏鬥分別同時滴加丙烯酸、2-丙烯醯胺基-2-甲基丙磺酸水溶液的混合液和質量濃度為10%的催化劑水溶液，所述混合液中丙烯酸質量濃度為2(Γ30%，2-丙烯醯胺基-2-甲基丙磺酸質量濃度為15 25%，在2 3h內同時滴完，所述環氧琥珀酸、丙烯酸和2-丙烯醯胺基-2-甲基丙磺酸的質量比為I :0. 5^1. 5 O.5^0. 8，所述催化劑為過硫酸銨，投加量為單體總量的4% 10% ； (3)原料均投加完畢後，控制反應體系的溫度為90 100°C，再攪拌f3h，得到的淡黃色粘稠液體為反應最終產物。
2.根據權利要求I所述的環氧琥珀酸/丙烯酸/2-丙烯醯胺基-2-甲基丙磺酸共聚物的製備方法，其特徵在於所述環氧琥珀酸的製備方法如下 (1)稱取0.2 0.4mol的馬來酸酐，放入配有冷凝管、溫度計、攪拌器和滴液漏鬥的四口瓶中，加入4(T60mL的去離子水溶解馬來酸酐； (2)當馬來酸酐溶解完全後，在冷卻及恆速攪拌的條件下，將IOlOmL質量濃度為50%氫氧化鈉溶液通過滴液漏鬥滴加到馬來酸酐水溶液中，30 50min滴完； (3)滴完氫氧化鈉溶液後，將系統溫度升至50 70°C，加入馬來酸酐質量O.59Γ1. 6%的鎢酸鈉催化劑，20min內以恆定速度滴完30 40mL質量濃度為30%的雙氧水溶液，同時用50%的氫氧化鈉調節反應體系的pH值在12 14之間，待pH穩定後將反應體系溫度升至5(T70°C，在此溫度下反應2 3h，提純、烘乾後得環氧琥珀酸。
全文摘要
本發明公開了一種新型阻垢劑環氧琥珀酸/丙烯酸/2-丙烯醯胺基-2-甲基丙磺酸共聚物的製備方法，其是由環氧琥珀酸、丙烯酸和2-丙烯醯胺基-2-甲基丙磺酸在合適的條件下聚合而成。本發明方法得到的ESA/AA/AMPS三元共聚物與聚環氧琥珀酸相比，大大改善了其綜合阻垢性能，對碳酸鈣的阻垢效果與聚環氧琥珀酸基本相當，而阻磷酸鈣垢、硫酸鈣垢和穩鋅能力均明顯優於聚環氧琥珀酸。本發明製得的環氧琥珀酸/丙烯酸/2-丙烯醯胺基-2-甲基丙磺酸三元共聚物是一種綜合阻垢性能優良、無磷的新型水處理藥劑，適用於高鹼、高硬、高濃縮倍率循環水系、其應用前景十分廣闊。
文檔編號C08F220/06GK102766232SQ20121025902
公開日2012年11月7日 申請日期2012年7月25日 優先權日2012年7月25日
發明者馮素敏, 尹麗胖, 師豔雪, 張改然, 秦宗仁 申請人:河北科技大學