聚天冬氨酸共聚物的合成研究_董雪玲

第34卷第1期当代化工Vol.34,No.12005年2月ContemporaryChemicalIndustryFebruary,2005科研与开发聚天冬氨酸共聚物的合成研究董雪玲1,熊蓉春2(1.中国地质大学(北京)材料科学与工程学院,北京100083;2.北京化工大学材料科学与工程学院,北京100029)摘要:以马来酸酐、氨、多元羧酸为原料,合成了聚天冬氨酸(PASP)共聚物。讨论了相对分子质量、共聚物用量对阻垢性能的影响,研究了PASP共聚物对纳米碳酸钙的分散性能。结果表明,相对分子质量范围为2000～4000的PASP共聚物的阻垢性能优异,药剂用量为2mg/L时,对碳酸钙的阻垢率达到99.8%;PASP可作为纳米碳酸钙的分散剂,其最佳用量为碳酸钙质量的2%～3%。关键词:聚天冬氨酸共聚物;合成;阻垢性能;分散性能中图分类号:TQ316.4文献标识码:A文章编号:16710460(2005)01002603聚天冬氨酸(PASP)是国际上正在兴起的“绿色阻垢剂”,具有优异的阻垢分散性和良好的可生物降解性,是公认的绿色聚合物和水处理剂的更新换代产品[1,2]。广泛用于水处理、日用化学、医药、石油加工等领域[3,4],工业应用前景十分广阔。国外曾有研究表明,通过共聚、改性等方法在聚天冬氨酸的分子链上引入新的官能团,使聚天冬氨酸具有多官能性,是对聚天冬氨酸进行研究的新趋势[5]。近年来,我国对PASP进行了初步研究,相关报道多集中在PASP的制备方法及其阻垢性能等方面[6-8],而对PASP共聚物的研究报道则很少。本文介绍以马来酸酐(MA)、氨水(NH3)和多元羧酸为原料,合成了PASP共聚物,并对其阻垢性能和分散性能进行了初步探讨。1实验部分1.1药品、设备药品:马来酸酐(CR),北京益利精细化学品有限公司;氨水(AR),北京化工厂;多元羧酸(AR),北京化工厂;已二胺四已酸二钠(AR),北京益利精细化学品有限公司;纳米碳酸钙(30～40nm),北京化工大学教育部超重力工程研究中心。设备:反应器,油浴锅,电动搅拌器,乌式粘度计,磁力搅拌器,酸度计等。1.2聚天冬氨酸共聚物的合成将一定量的水、马来酸酐、多元羧酸加入反应器,反应器置于甲基硅油中进行加热,在一定温度下滴加氨水,反应一段时间,即可得到聚琥珀酰亚胺(PSI)共聚物。冷却后,用一定浓度的碱溶液水解聚琥珀酰亚胺共聚物,所得到的红棕色澄清液即为聚天冬氨酸(PASP)共聚物的盐溶液,用稀盐酸调至中性,溶液中加入乙醇混合,形成红棕色沉淀,沉淀物经过滤、干燥得PASP共聚物。1.3碳酸钙阻垢性能的测定PASP对碳酸钙阻垢率的测定采用EDTA滴定法。将0.1mol/L碳酸氢钠水溶液25mL用去离子水稀释到250mL,加一定量PASP共聚物溶液,摇匀,再加入0.005mol/L氯化钙溶液250mL,混合均匀后放入80℃恒温水浴中保持6h,冷却、静置、过滤,取清液50mL,加入5mL氨水—氯化铵缓冲溶液,加1～2滴铬黑T,用0.02收稿日期:2004-12-03修订日期:2004-12-15作者简介:董雪玲(1971-),女,讲师,在读博士,2000年毕业于北京化工大学材料学专业,获硕士学位,已发表论文8篇,现从事能源与环境及材料学的科研和教学工作。电话:010-82322759,E-mail:dongxl@cugb.edu.cn。DOI:10.13840/j.cnki.cn21-1457/tq.2005.01.009mol/LEDTA滴定,由酒红色变为纯蓝色即为终点。PASP共聚物的阻垢率按式1计算:阻垢率=Va-V0Vb-V0×100%(1)式中,Va加阻垢剂消耗的EDTA量,mL;Vb不加阻垢剂,室温下消耗的EDTA量,mL;V0不加阻垢剂,在80℃下消耗的EDTA量,mL。1.4相对分子质量的测定采用极限粘度法。乌氏粘度计的毛细管内径为(0.54±0.02)mm。1.5纳米碳酸钙分散性能的测定称取一定量的碳酸钙悬浮液,置于50mL的具塞量筒中,加入不同量的分散剂,加水至刻度,用力摇匀,静止放置,记录不同时间纳米碳酸钙悬浮液的沉降体积。2结果与讨论2.1PASP共聚物的合成路线据文献[5,9]报道,在PASP的分子链加上某些基团后,可以改善它的线形结构,使聚天冬氨酸具有多官能性,增强其阻垢分散效果。任何一个脂肪族或芳香族的多元羧酸都可用在此反应中。拟定几种方案,测得合成产物在4mg/L用量时的阻垢率如表1所示。表1不同方案合成PASP共聚物的阻垢率Table1ScaleinhibitionofcopolymersofPASPpreparedbydifferentschemes实验方案阻垢率/%马来酸酐、氨、草酸合成PASP共聚物96.5马来酸酐、氨、琥珀酸合成PASP共聚物97.