CN103865062B - 一种聚天冬氨酸共聚物水处理剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种聚天冬氨酸共聚物水处理剂的制备方法，操作步骤为：将马来酸酐和氨水加入到反应器中加热中和，然后高温捏合热缩聚反应，得固体胶状聚琥珀酰亚胺；将上述所得聚琥珀酰亚胺烘干粉碎成细粉末悬浮于水中加入咪唑啉接枝反应；反应结束，加入一定量的NaOH溶液进行水解，当体系PH值为10~12时水解完全，得红棕色共聚物溶液，即为聚天冬氨酸共聚物水处理剂。马来酸酐与NH3·H2O的摩尔比为1:1.2~2、中和的温度为20~30℃、中和的时间为0.5~2.5小时。所述热缩聚的温度为160~220℃，热缩聚的时间为0.5~1.5小时。聚琥珀酰亚胺与咪唑啉接枝反应的温度为50~80℃、反应时间为0.5~2小时。

Description

一种聚天冬氨酸共聚物水处理剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种水处理药剂及其制备方法，尤其涉及一种聚天冬氨酸共聚物水处理剂及其制备方法。
背景技术
聚天冬氨酸（polyasparticacid缩写为PASP）是美国Donlar公司于20世纪末开发出来的一种新型水处理剂。PASP分子中不含磷，可生物降解，其降解性与葡萄糖相似，是绿色水处理剂。具有优异的阻垢性能，且具有良好的缓蚀性能与分散性能。
咪唑啉是一种间二氮杂环化合物，于1946年9月发现其在酸性条件具有优异的缓蚀性能，首次用作缓蚀剂。它是锅炉酸洗、油田水处理、电厂水、循环水系统常用的一种缓蚀剂。在美国各油田使用的有机缓蚀剂以咪唑啉类物质为最多。
在中后期油田井采出液中含水量高达85%，采出水中CO2、HCO3 -和H2S等构成弱酸性环境，对钻井设备的腐蚀和结垢侵害很强。工业循环冷却水是工业用水中的大户，其冷却设备的防腐与阻垢对节约用水、改善环境来说是非常重要的办法。
针对油田注水及热力设备腐蚀的现象，研究开发一种高效的兼具阻垢缓蚀双重效果的水处理助剂是非常必要和有前景的。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有阻垢和缓蚀双重功效的聚天冬氨酸共聚物水处理剂及其制备方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种聚天冬氨酸共聚物水处理剂的制备方法，其特征是，包括如下操作步骤：将马来酸酐和氨水加入到反应器中加热中和，然后高温捏合热缩聚反应，得固体胶状聚琥珀酰亚胺，聚琥珀酰亚胺的结构式为；将上述所得聚琥珀酰亚胺烘干粉碎成细粉末悬浮于水中加入咪唑啉接枝反应，咪唑啉的结构式为；反应结束，加入一定量的NaOH溶液进行水解，当体系PH值为10~12时水解完全，得红棕色共聚物溶液，即为聚天冬氨酸共聚物水处理剂。
根据所述的一种聚天冬氨酸共聚物水处理剂的制备方法，其特征是，所述马来酸酐与所述NH3·H2O的摩尔比为1:1.2~2。
根据所述的一种聚天冬氨酸共聚物水处理剂的制备方法，其特征是，所述马来酸酐与所述氨水中和的温度为20~30℃、时间为0.5~2.5小时。
根据所述的一种聚天冬氨酸共聚物水处理剂的制备方法，其特征是，所述热缩聚的温度为160~220℃，热缩聚的时间为0.5~1.5小时。
根据所述的一种聚天冬氨酸共聚物水处理剂的制备方法，其特征是，所述咪唑啉与所述聚琥珀酰亚胺重复单元的摩尔比为0.2~0.7:1。
根据所述的一种聚天冬氨酸共聚物水处理剂的制备方法，其特征是，所述聚琥珀酰亚胺与所述咪唑啉接枝反应的温度为50~80℃、反应时间为0.5~2小时。
根据所述的一种聚天冬氨酸共聚物水处理剂的制备方法，其特征是，所述氨水为质量浓度为25%的氨水溶液。
一种由上述方法制备的聚天冬氨酸共聚物水处理剂，其特征是，结构式为
。
根据所述的一种聚天冬氨酸共聚物水处理剂，其特征是，所述结构式中R为C4~18的烷基。
根据所述的一种聚天冬氨酸共聚物水处理剂，其特征是，所述结构式中a+b+c+d=n，n为15~50的整数。
本发明所述聚天冬氨酸共聚物水处理剂的制备方法是：将咪唑啉接枝到聚天冬氨酸侧链，得到一种无磷、无毒、可完全生物降解的、环保高性能的双效水处理药剂。该共聚物药剂同时具有阻垢与缓蚀的双重功能，适应于油田水及工业用水等弱酸性环境的结垢与腐蚀。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步描述：
实施例1
将马来酸酐和25%氨水以马来酸酐:NH3·H2O摩尔比为1:1.5加入到反应器中25℃反应2小时，然后升高温度至200℃捏合热缩聚反应1小时，得固体胶状聚琥珀酰亚胺；将上述所得聚琥珀酰亚胺烘干粉碎成细粉末悬浮于水中，按咪唑啉与聚琥珀酰亚胺重复单元摩尔比0.5:1的比例加入咪唑啉（咪唑啉重复单元n为30），65℃接枝反应1.5小时；反应结束，加入一定量的NaOH溶液进行水解，当体系PH值为10~12时水解完全，得红棕色共聚物溶液。
实施例2
将马来酸酐和25%氨水以马来酸酐:NH3·H2O摩尔比为1:1.8加入到反应器中20℃反应1小时，然后升高温度至180℃捏合热缩聚反应1小时，得固体胶状聚琥珀酰亚胺；将上述所得聚琥珀酰亚胺烘干粉碎成细粉末悬浮于水中，按咪唑啉与聚琥珀酰亚胺重复单元摩尔比0.3:1的比例加入咪唑啉（咪唑啉重复单元n为20），60℃接枝反应1.5小时；反应结束，加入一定量的NaOH溶液进行水解，当体系PH值为10~12时水解完全，得红棕色共聚物溶液。
实施例3
将马来酸酐和25%氨水以马来酸酐:NH3·H2O摩尔比为1:1.5加入到反应器中25℃反应2.5小时，然后升高温度至210℃捏合热缩聚反应0.5小时，得固体胶状聚琥珀酰亚胺；将上述所得聚琥珀酰亚胺烘干粉碎成细粉末悬浮于水中，按咪唑啉与聚琥珀酰亚胺重复单元摩尔比0.7:1的比例加入咪唑啉（咪唑啉重复单元n为40），70℃接枝反应1小时；反应结束，加入一定量的NaOH溶液进行水解，然后用盐酸调节PH值至中性，得红棕色共聚物溶液。
实施例4
将马来酸酐和25%氨水以马来酸酐:NH3·H2O摩尔比为1:1.2加入到反应器中30℃反应1.5小时，然后升高温度至200℃捏合热缩聚反应1小时，得固体胶状聚琥珀酰亚胺；将上述所得聚琥珀酰亚胺烘干粉碎成细粉末悬浮于水中，按咪唑啉与聚琥珀酰亚胺重复单元摩尔比0.5:1的比例加入咪唑啉（咪唑啉重复单元n为25），70℃接枝反应2小时；反应结束，加入一定量的NaOH溶液进行水解，然后用盐酸调节PH值至中性，得红棕色共聚物溶液。
上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域中普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。
本发明适应水处理药剂发展的趋势，针对油田水及工业用水等弱酸性环境的结垢与腐蚀，提供了一种无磷、无毒、可生物降解的、环保高性能的双效水处理药剂。该共聚物首先由马来酸酐、水和氨水热缩聚合成聚天冬氨酸中间体聚琥珀酰亚胺，然后与咪唑啉接枝，加入氢氧化钠溶液水解合成。

Claims (8)

1.一种聚天冬氨酸共聚物水处理剂的制备方法，其特征是，包括如下操作步骤：将马来酸酐和氨水加入到反应器中加热中和，然后高温捏合热缩聚反应，得固体胶状聚琥珀酰亚胺；聚琥珀酰亚胺的结构式为；将上述所得聚琥珀酰亚胺烘干粉碎成细粉末悬浮于水中加入咪唑啉接枝反应，咪唑啉的结构式为，其中R为C4~18的烷基；反应结束，加入一定量的NaOH溶液进行水解，当体系pH值为10~12时水解完全，得红棕色共聚物溶液，即为聚天冬氨酸共聚物水处理剂。
2.根据权利要求1所述的一种聚天冬氨酸共聚物水处理剂的制备方法，其特征是，所述马来酸酐与所述氨水的摩尔比为1:1.2~2。
3.根据权利要求1所述的一种聚天冬氨酸共聚物水处理剂的制备方法，其特征是，所述马来酸酐与所述氨水中和的温度为20~30℃，时间为0.5~2.5小时。
4.根据权利要求1所述的一种聚天冬氨酸共聚物水处理剂的制备方法，其特征是，热缩聚的温度为160~220℃，热缩聚的时间为0.5~1.5小时。
5.根据权利要求1所述的一种聚天冬氨酸共聚物水处理剂的制备方法，其特征是，所述咪唑啉与所述聚琥珀酰亚胺重复单元的摩尔比为0.2~0.7:1。
6.根据权利要求1所述的一种聚天冬氨酸共聚物水处理剂的制备方法，其特征是，所述聚琥珀酰亚胺与所述咪唑啉接枝反应的温度为50~80℃，反应时间为0.5~2小时。
7.根据权利要求1所述的一种聚天冬氨酸共聚物水处理剂的制备方法，其特征是，氨水为质量浓度为25%的氨水溶液。
8.一种由权利要求1至7中任一项所述方法制备的聚天冬氨酸共聚物水处理剂，其特征是，结构式为
，式中a+b+c+d=n，n为15~50的整数。
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