丙烯酸_丙烯酸羟丙酯共聚物阻垢剂的合成及性能研究_王新刚

文章编号:1000-5811(2004)02-0019-05丙烯酸/丙烯酸羟丙酯共聚物阻垢剂的合成及性能研究王新刚,王鸿儒,乔永洛(陕西科技大学资源与环境学院,陕西咸阳712081)摘要:以水为介质,丙烯酸、丙烯酸羟丙酯为原料合成了丙烯酸(AA)/丙烯酸羟丙酯(HPA)共聚物阻垢分散剂,探讨了单体配比、引发剂用量、反应温度、反应时间等对共聚物阻垢性能的影响,得出了最佳合成条件,并采用静态阻垢法评价了共聚物的阻垢性能,结果表明该共聚物不仅具有良好的阻垢性能,而且对氧化铁有很好的分散性。关键词:共聚物;阻垢剂;丙烯酸;丙烯酸羟丙酯中图分类号:TQ314.24+5.9文献标识码:A0引言共聚物阻垢剂是继有机磷酸后开发的一类新型水处理剂,它具有阻垢性能优异、热稳定性好、无污染等特点,自出现以来一直是水处理剂研究的一个热点〔1～3〕。近年来,该类产品发展较快,开发的品种越来越多,应用日益广泛。为此本文以丙烯酸(AA)、丙烯酸羟丙酯(HPA)为原料,水为溶剂,过硫酸胺为引发剂,合成了低相对分子质量丙烯酸-丙烯酸羟丙酯二元共聚物,探讨了单体配比、引发剂用量、反应温度及反应时间对共聚物阻垢性能的影响,以确定最佳合成条件。1实验部分1.1原料丙烯酸(AA),丙烯酸羟丙酯(HPA),碳酸氢纳,氯化钙均为化学纯;过硫酸胺,分析纯。1.2共聚物的合成在装有电动搅拌机、滴液漏斗、温度计和回流冷凝管的三口烧瓶中加入一定量的去离子水,开始搅拌,将丙烯酸和丙烯酸羟丙酯混合后加入恒压滴液漏斗中,将引发剂溶于一定量的去离子水中,然后加入另一个滴液漏斗中。将水浴升温到一定温度,同时滴加单体和引发剂,2h内滴加完毕,继续搅拌反应2～3h,冷却出料即可得外观为淡黄色的粘稠液体产品。1.3聚合物检测与结构表征1.3.1聚合物相对分子质量的测定采用粘度法用乌氏粘度计测定,以公式[η]=3.73×10-4M0.66计算聚合物的相对分子质量,式中3.73×10-4和0.66为经验常数,[η]为特性粘数,单位为mL/g,M为粘均相对分子质量。1.3.2聚合物的红外光谱图收稿日期:2003-11-04作者简介:王新刚(1979-),男,河南省周口市人,在读硕士生,研究方向:皮革化学品№.2陕西科技大学学报Apr.2004Vol.22JOURNALOFSHAANXIUNIVERSITYOFSCIENCE&TECHNOLOGY·19·日本岛津IR-440仪测定,采用KBr压片。1.4共聚物阻垢性能的测定〔4〕1.4.1阻碳酸钙垢率的测定配制含Ca2+和HCO3-的水溶液,水溶液质量浓度为250mg/L(以CaCO3计),加入一定量的阻垢剂,将此溶液放入1L的烧杯中,置于80℃的水溶液中,10h后取出冷却至室温,过滤,滤液用EDTA滴定。1.4.2阻磷酸钙垢率的测定配制水溶液使Ca2+质量浓度为250mg/L(以CaCO3计),PO43-质量浓度为5.0mg/L,pH=9.0,加入一定量的共聚物。将此溶液放入500mL的容量瓶中,置于已升温到50℃的水中,至80℃开始计时,恒温10h后取出冷却至室温,过滤,滤液用抗坏血酸法测定。1.5分散氧化铁性能的测定〔5〕配制水溶液使Ca2+质量浓度为150mg/L((以CaCO3计),Fe2+质量浓度为10mg/L,加入一定量的阻垢剂,调pH=8.77,搅拌15min,然后在50℃下恒温5h,取上层清液,用分光光度计测透光率T(420nm)。2结果与讨论2.1共聚物IR谱图分析将共聚反应的产物和无水乙醇按1∶5体积比加入到烧杯中,用玻璃棒快速搅动,溶液中的聚合物即成为絮状物析出,静置沉淀后弃去上清液,将无色透明固体沉淀共聚物先用甲醇沉析,真空干燥至恒重,然后采用KBr压片法用日本岛津生产的IR-440测定共聚物的红外光谱,如图1所示。图1丙烯酸-丙烯酸羟丙酯共聚物的红外谱图从图1可以看出3400cm-1为羧基中O-H的伸展振动吸收峰,双键的特征峰3100～3000cm-1已经消失,2800cm-1为-CH2的伸展振动吸收峰,1720cm-1为酯羰基的伸缩振动峰,1460cm-1为-CH3中的C-H弯曲振动吸收峰,1200cm-1为-CH2CH中的-CH2面内变振动峰,1150cm-1为酯中C-O的伸缩振动峰。由于丙烯酸、丙烯酸羟丙酯单体皆溶于乙醇的水溶液,所以分离得到的絮状物应为共聚物而非单体混合物。从图1可以判断出此聚合物含有羧酸、酯的官能团,与文献查得的丙烯酸-丙烯酸羟丙酯共聚物红外谱图基本一致〔6〕,由此证明了合成物质是丙烯酸-丙烯酸羟丙酯的共聚物。2.2聚合条件对共聚物性能的影响2.2.1单体配比对共聚物阻垢性能的影响在固定反应温度为85℃,引发剂用量为8%(相对于单体质量),反应时间为4h的条件下,改变AA与HPA的配比,将合成的共聚物