CN110950441A - 一种绿色阻垢剂共聚物及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种绿色阻垢剂共聚物及其制备方法和应用，该共聚物原料包括聚琥珀酰亚胺和赖氨酸，所述的聚琥珀酰亚胺和赖氨酸的质量比为10:(1‑3)；通过(1)按质量比将聚琥珀酰亚胺与赖氨酸混合，加入碱溶液控制pH，并搅拌，进行水解反应；(2)反应结束后，将溶液烘干，即得到绿色阻垢剂共聚物，该共聚物应用于中央空调、冷却塔的循环冷却水系统中进行阻垢。与现有技术相比，本发明具有优异阻垢分散性能、良好的生物可降解性、环境友好等优点。
Description
技术领域
本发明涉及工业水处理技术领域，具体涉及一种绿色阻垢剂共聚物及其制备方法和应用。
背景技术
由于自来水中有钙镁离子和其他杂质的存在，在经过长时间的使用之后，金属装置或管路的内表面会形成一层比较厚的水垢。尤其是在一些水质硬度比较高的地区，钙镁离子的浓度会更高，水垢对工业生产有着非常严重的影响，尤其是输送水的管道、锅炉和换热器，水垢会阻碍热传导并使热效率大大降低，也影响生产出的蒸馏水质量，同时，大量水垢的存在也有可能导致设备在加热过程中局部过热而造成装置损坏。因此，有效地阻止生活生产中的水垢是人们一直面临的问题。
环境友好聚合物阻垢剂又称为绿色阻垢剂，它是一类具有良好阻垢效果又几乎不污染环境的水溶性高分子聚合物，主要有聚丙烯酸型，另外还有烷基环氧羧酸盐和多亚乙基多胺基甲醇磺酸盐。虽然聚丙烯酸类的阻垢剂毒性小，但是在高钙离子浓度下易形成聚丙烯酸钙沉淀，且生物降解性差，也不能达到好的阻垢效果。
专利CN200710173243.5中公开了一种用作绿色阻垢剂的甘氨酸-天冬氨酸共聚物的制备方法中，制备中间体需要加入磷酸、液体石蜡，并利用乙醇和蒸馏水进行分馏，制备出中间体聚琥珀酰亚胺。其采用的是L型天冬氨酸的催化聚合合成方法，另外中和以及加入甲醇是为让甘氨酸-天冬氨酸共聚物形成沉淀与水分离，制备方法复杂且阻垢效果不够好。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种具有优异阻垢分散性能、良好的生物可降解性、环境友好的绿色阻垢剂共聚物及其制备方法和应用。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种绿色阻垢剂共聚物，该共聚物原料包括聚琥珀酰亚胺和赖氨酸，所述的聚琥珀酰亚胺和赖氨酸的质量比为10:(1-3)。
进一步地，所述的聚琥珀酰亚胺采用以下方法制得：将L-天冬氨酸粉末搅拌加热，直至粉末成深褐色，即得到粉末状中间体聚琥珀酰亚胺，聚琥珀酰亚胺也可以叫做聚天冬氨酸。
进一步地，所述的加热温度为180-220℃。
本申请用的是L型天冬氨酸的热缩合成聚琥珀酰亚胺，方法简单。
一种如上所述的绿色阻垢剂共聚物的制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)按质量比将聚琥珀酰亚胺与赖氨酸混合，加入碱溶液控制pH，并搅拌，进行水解反应；
(2)反应结束后，将溶液烘干，即得到绿色阻垢剂共聚物。
本发明可以直接通过加热的方法将水变成水蒸气而去除水分，得到绿色阻垢剂共聚物，操作更加简便。
进一步地，所述的碱溶液包括NaOH溶液，所述的pH＝9.5-10.5，所述的搅拌时间为18-30h。
进一步地，所述的溶液烘干温度为120-150℃。
一种如上所述的绿色阻垢剂共聚物的应用，其特征在于，该共聚物应用于中央空调、冷却塔的循环冷却水系统中进行阻垢。
进一步地，将该共聚物配制成浓度为8-14mg/L的溶液进行使用。
本发明制备的共聚物阻垢和分散综合性能较好，主要原因是由于中间产物聚琥珀酰亚胺是一种活性很强的线性聚酰亚胺，它可以很容易地被氨基开环生成含侧基的聚天冬酰胺。在聚琥珀酰亚胺水解时，在其侧链上引入氨基来改善它的线形结构，使聚天冬氨酸具有多官能性，增强其阻垢分散效果。
赖氨酸在分子中同时具有酸性和碱性官能团，在水溶液中为强电解质，在水溶液中有强电离能力，使分子所带的负电荷增多，因此具有良好的分散性能。以碳酸钙为例，碳酸钙垢的形成过程实质是发生在固液界面处的非均相成核结晶过程，当碳酸钙在溶液中传热面附近达到过饱和时，产生两种现象：一是传热面上产生晶核，晶体生长；二是传热面附近液层中形成瞬时晶核，晶体聚结成较大颗粒并向传热面沉积，这两种倾向都导致宏观上的垢层生长。另外由于赖氨酸/天冬氨酸共聚物分子结构中含有羧基、羰基、酰胺等基团，这些基团能与Ca2+形成可溶性的络合物，以增强无机盐在水中的溶解性。以及由于溶剂化的作用，可使赖氨酸/天冬氨酸共聚物离解的带负电聚离子与成垢微晶碰撞，发生物理和化学吸附，无机盐微晶被吸附在聚离子链上，呈现分散状态，悬浮在水溶液中不沉淀可随流体一起外排，不会粘附在金属等传热表面上生成垢。
赖氨酸/天冬氨酸共聚物对CaSO4，Ca3(PO4)2也表现出良好的阻垢性能。聚天冬氨酸是一种可生物降解的绿色阻垢剂，赖氨酸是一种人体所必须的氨基酸也可以被生物降解，它们的共聚物也可以被生物降解，所以赖氨酸/天冬氨酸共聚物是一种环境友好且阻垢性能优异的绿色阻垢剂。
更需要强调的是，本申请中的赖氨酸与现有技术中的甘氨酸本质区别是它们的分子结构不同，赖氨酸的分子式为：
而现有技术中含有的甘氨酸的分子式为：
赖氨酸和甘氨酸的阻垢原理虽然基本一样，区别在于赖氨酸比甘氨酸多一个氨基，且赖氨酸比甘氨酸的分子链更长，占据的空间更大，因此赖氨酸的阻垢效果更好。
另外，聚天冬氨酸(PASP)具有无磷非氮、可生物降解等优点，环境相容性好，是一类代表着阻垢剂发展方向的聚合物。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)制备方法简单，不需要像现有技术一样加入磷酸、液体石蜡，并利用乙醇和蒸馏水进行分馏，就能制备出中间体聚琥珀酰亚胺，在制备赖氨酸/天冬氨酸共聚物时也不需要中和以及加入甲醇使共聚物形成沉淀与水分离，而是直接将水变成水蒸气而去除水分，操作更加简便；
(2)用多一个氨基且分子链更长，占据的空间更大的赖氨酸代替现有技术中的甘氨酸，使得阻垢效果更好，阻垢率从现有技术的80％左右提升至本发明的91％；
(3)聚天冬氨酸(PASP)具有无磷非氮、可生物降解等优点，环境相容性好，是一类代表着阻垢剂发展方向的聚合物。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
由于水垢的主要成分为CaCO3，所以用阻垢剂对自来水中CaCO3的阻垢率来表征阻垢剂性能的指标。
取自来水，(Ca2+是自来水中常见的形成水垢的离子)用NaHCO3溶液调节pH＝9，静置10h。取静置溶液500mL，加入含一定浓度的阻垢剂溶液，然后置于80±1℃恒温水浴中，恒温放置24h，冷却。移取25.00mL溶液置于250mL锥形瓶中，加水60mL，加NH4Cl-NH3·H2O缓冲溶液5mL和约0.1g铬黑T。用乙二胺四乙酸二钠标准滴定溶液滴定至溶液由紫红色变为亮蓝色即为终点。同时做空白实验对照，可得该阻垢剂的静态阻垢率。
实施例1
(1)制备赖氨酸/天冬氨酸共聚物。首先，将L-天冬氨酸放在恒温加热槽中，不断搅拌，温度在190℃，粉末成深褐色，反应结束，即可得到粉末状中间体聚琥珀酰亚胺。将聚琥珀酰亚胺与赖氨酸以10：1的比例混合，加入NaOH溶液，控制pH＝10，搅拌24h，将此溶液放入烘箱，135℃烘干，即得到赖氨酸/天冬氨酸共聚物。
(2)将(1)制得的赖氨酸/天冬氨酸共聚物按照12mg/L加入自来水中进行静态阻垢实验。
测得该赖氨酸/天冬氨酸共聚物对CaCO3的静态阻垢率为91％。
实施例2
(1)制备赖氨酸/天冬氨酸共聚物。首先，将L-天冬氨酸放在恒温加热槽中，不断搅拌，温度在200℃，粉末成深褐色，反应结束，即可得到粉末状中间体聚琥珀酰亚胺。将聚琥珀酰亚胺与赖氨酸以10：2的比例混合，加入NaOH溶液，控制pH＝10，搅拌24h，将此溶液放入烘箱，135℃烘干，即得到赖氨酸/天冬氨酸共聚物。
(2)将(1)制得的赖氨酸/天冬氨酸共聚物按照12mg/L加入自来水中进行静态阻垢实验。
测得该赖氨酸/天冬氨酸共聚物对CaCO3的静态阻垢率为90％。
实施例3
(1)制备赖氨酸/天冬氨酸共聚物。首先，将L-天冬氨酸放在恒温加热槽中，不断搅拌，温度在220℃，粉末成深褐色，反应结束，即可得到粉末状中间体聚琥珀酰亚胺。将聚琥珀酰亚胺与赖氨酸以10：1的比例混合，加入NaOH溶液，控制pH＝10，搅拌24h，将此溶液放入烘箱，135℃烘干，即得到赖氨酸/天冬氨酸共聚物。
(2)将(1)制得的赖氨酸/天冬氨酸共聚物按照12mg/L加入自来水中进行静态阻垢实验。
测得该赖氨酸/天冬氨酸共聚物对CaCO3的静态阻垢率为91％。
实施例4
(1)制备赖氨酸/天冬氨酸共聚物。首先，将L-天冬氨酸放在恒温加热槽中，不断搅拌，温度在200℃，粉末成深褐色，反应结束，即可得到粉末状中间体聚琥珀酰亚胺。将聚琥珀酰亚胺与赖氨酸以10：1的比例混合，加入NaOH溶液，控制pH＝10，搅拌24h，将此溶液放入烘箱，135℃烘干，即得到赖氨酸/天冬氨酸共聚物。
(2)将(1)制得的赖氨酸/天冬氨酸共聚物按照12mg/L加入自来水中进行静态阻垢实验。
测得该赖氨酸/天冬氨酸共聚物对CaCO3的静态阻垢率为91％。
实施例5
(1)制备赖氨酸/天冬氨酸共聚物。首先，将L-天冬氨酸放在恒温加热槽中，不断搅拌，温度在200℃，粉末成深褐色，反应结束，即可得到粉末状中间体聚琥珀酰亚胺。将聚琥珀酰亚胺与赖氨酸以10：1的比例混合，加入NaOH溶液，控制pH＝10，搅拌24h，将此溶液放入烘箱，135℃烘干，即得到赖氨酸/天冬氨酸共聚物。
(2)将(1)制得的赖氨酸/天冬氨酸共聚物按照8mg/L加入自来水中进行静态阻垢实验。
测得该赖氨酸/天冬氨酸共聚物对CaCO3的静态阻垢率为78％。
实施例6
(1)制备赖氨酸/天冬氨酸共聚物。首先，将L-天冬氨酸放在恒温加热槽中，不断搅拌，温度在200℃，粉末成深褐色，反应结束，即可得到粉末状中间体聚琥珀酰亚胺。将聚琥珀酰亚胺与赖氨酸以10：1的比例混合，加入NaOH溶液，控制pH＝10，搅拌24h，将此溶液放入烘箱，135℃烘干，即得到赖氨酸/天冬氨酸共聚物。
(2)将(1)制得的赖氨酸/天冬氨酸共聚物按照10mg/L加入自来水中进行静态阻垢实验。
测得该赖氨酸/天冬氨酸共聚物对CaCO3的静态阻垢率为84％。
Claims (8)
1.一种绿色阻垢剂共聚物，其特征在于，该共聚物原料包括聚琥珀酰亚胺和赖氨酸，所述的聚琥珀酰亚胺和赖氨酸的质量比为10:(1-3)。
2.根据权利要求1所述的一种绿色阻垢剂共聚物，其特征在于，所述的聚琥珀酰亚胺采用以下方法制得：将L-天冬氨酸粉末搅拌加热，直至粉末成深褐色，即得到粉末状中间体聚琥珀酰亚胺。
3.根据权利要求2所述的一种绿色阻垢剂共聚物，其特征在于，所述的加热温度为180-220℃。
4.一种如权利要求1所述的绿色阻垢剂共聚物的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)按质量比将聚琥珀酰亚胺与赖氨酸混合，加入碱溶液控制pH，并搅拌，进行水解反应；
(2)反应结束后，将溶液烘干，即得到绿色阻垢剂共聚物。
5.根据权利要求4所述的一种绿色阻垢剂共聚物的制备方法，其特征在于，所述的碱溶液包括NaOH溶液，所述的pH＝9.5-10.5，所述的搅拌时间为18-30h。
6.根据权利要求4所述的一种绿色阻垢剂共聚物的制备方法，其特征在于，所述的溶液烘干温度为120-150℃。
7.一种如权利要求1所述的绿色阻垢剂共聚物的应用，其特征在于，该共聚物应用于中央空调、冷却塔的循环冷却水系统中进行阻垢。
8.根据权利要求7所述的一种绿色阻垢剂共聚物的应用，其特征在于，将该共聚物配制成浓度为8-14mg/L的溶液进行使用。
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Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
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| CN104387585A (zh) * | 2014-10-23 | 2015-03-04 | 华北电力大学（保定） | 天冬氨酸-赖氨酸共聚物及其合成方法 |
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Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101235145A (zh) * | 2007-12-27 | 2008-08-06 | 上海应用技术学院 | 用作绿色阻垢剂的甘氨酸/天冬氨酸共聚物的制备方法 |
| CN104387585A (zh) * | 2014-10-23 | 2015-03-04 | 华北电力大学（保定） | 天冬氨酸-赖氨酸共聚物及其合成方法 |
| CN108559081A (zh) * | 2018-05-07 | 2018-09-21 | 中国海洋大学 | 一种天冬氨酸-赖氨酸共聚物及其衍生物 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 姚日生: "《药用高分子材料（第二版）》", 30 April 2008, 化学工业出版社 * |
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