姜丽艳，史忠斌
(内蒙古化工职业学院，内蒙古呼和浩特 010051)
摘 要：以马来酸酐和碳酸铵为原料采取固相熔融法合成聚天冬氨酸。为了降低水处理运行成本，研究了聚天冬氨酸与丙烯酸共聚物复配阻垢性能。说明聚天冬氨酸能部分取代目前常用的共聚物阻垢剂。
关键词：聚天冬氨酸；阻垢性；复配
中图分类号:T Q316.342 文献标识码:A 文章编号:1006—7981(2012)16—0007—02
聚天冬氨酸是国内外近年来渐渐兴起的一种化工产品，特别是在美国。它是一种无毒、无公害、易生物降解的高分子材料，因此被誉为“绿”产品[1]，它可以改变金属盐的晶体结构，是一种优良的聚合物阻垢分散剂，用于工业循环冷却水系统，锅炉及油气田水处理系统[2]。
聚天冬氨酸的来源有两种，一种是在生物中提取，另外一种用缩聚法合成，但是在工业循环冷却水系统中阻垢剂用量大，无论用哪种方法，聚冬氨酸生产成本都较高。由实验结果，当聚天冬氨酸加入量为8mg/L时，阻垢率达90%可知[3]，聚天冬氨酸本身的阻垢效果还达不到现在常用阻垢剂的水平，仍然不
能取代这些阻垢剂，因此，为降低聚天冬氨酸生产成本实现大规模应用，本实验研究聚天冬氨酸部分取代丙烯酸类共聚物。聚天冬氨酸与常用MA-AA (马来酸-丙烯酸共聚物)和AA/AMPS(丙烯酸-磺酸盐多元共聚物)复配，测定其阻垢率寻求最佳工艺。
因为循环冷却水中，形成的水垢主要是碳酸钙，而聚天冬氨酸阻硫酸钙、磷酸钙、硫酸钡等的效果比较好，所以在研究聚天冬氨酸和其复配物的阻垢能力时，以阻碳酸钙垢为衡量指标。在寻求复配物最佳配比实验中，模拟了循环冷却水条件:(Ca2+)= 250mg/L,(HCO3-)=250mg/L(均以碳酸钙计)，溶液pH为7.5，水浴温度80℃，恒温时间10h。
1 实验部分
1.1 主要试剂
马来酸酐(国药集团化学试剂有限公司)，氨水(包头市宏业化工厂有限公司)，碳酸铵(北京益利精细化学品有限公司)，氢氧化钠(天津市化学试剂三厂)，无水碳酸氢钠，氯化钙等，均为分析纯。常用阻垢剂：马来酸-丙烯酸共聚物。
1.2 聚天冬氨酸的制备
将马来酸酐和碳酸铵按一定比例磨成粉末状，放入反应器内进行反应。当温度升高到60～80℃时碳酸铵分解，氨气和水分迅速被马来酸酐吸收发生氨转移反应，生成白粉末状中间产物。将该反应器放在甲基硅油油浴上加热，在加热到℃时白粉末开始熔融，伴随体积膨胀逐渐形成粘稠体，同时颜逐渐加深，到～℃形成桔黄脆性固体产物为P SI1。
将马来酸酐溶解于适量水中，待完全溶解后，再将氨水(质量浓度为25%，含0.11molNH3)逐滴的加入到马来酸酐溶液中，并剧烈搅拌，得到马来酸的胺盐溶液。在100～110℃下蒸发后，得到白粉末状物质。将白粉末物质放入预热了的反应器中搅拌，持续升温至200～240℃，保温2h得到的产物为P SI2。 1.2.2 产物后处理
聚合得到的产物含有一定量的杂质，因此就需要对产物进行一系列的后处理，包括：水解、脱、提纯等。在碱性条件下水解得到聚天冬氨酸的钠盐溶液，用稀盐酸酸化后再加入乙醇调节溶液亲水/亲油性而使其沉淀，沉淀干燥后得到块状产物，粉碎后得到纯的P ASP粉末。
1.3 静态阻垢性能的测定
静态阻碳酸钙实验：用去离子水配置一定浓度的Ca2+、HCO3-的溶液，并用稀盐酸调节溶液pH值，
然后置于恒温水浴中，在一定温度下保温10h，冷却，用中速滤纸过滤，取少量滤液用EDTA法测定Ca2+浓度，同时做空白实验对照算出阻垢率。
2 结果与讨论
2.1 合成工艺的选择
本试验采用两种合成工艺，并对其产物水解得到聚天冬氨酸阻垢性能进行比较，选择最佳合成工艺。
表1两种合成工艺聚天冬氨酸性能比较
反应温度
(℃)
聚合时间
(h)
产率
(%)
阻垢率
(%) PSI1水解酸化产物190～200℃29192
PSI2水解酸化产物200～240℃48090
由表可以看出两种合成工艺阻垢率差别不大，但方法二聚合温度高，反应时间长，产率也不高，总体耗能比方法一高，所以本实验选用方法一进行研究。
2.2 聚天冬氨酸与其复配物阻垢性能测定
丙烯酸是一种很好的螯合剂，但是丙烯酸类阻垢剂有毒并且很难生物降解，所以本实验研究聚天冬氨酸部分取代丙烯酸类共聚物。
7
2012年第16期 内蒙古石油化工
收稿日期
170 190200
:2012-04-22
其他与其它2.2.1 MA -AA 阻垢剂复配物阻垢性能研究
表2MA -AA 复配物与阻垢率的关系
序号P ASP+MA -AA 的浓度(mg/L )阻垢率(%)PA S P +MA -AA 的浓度(mg/L )阻垢率(%)PA S P +M A -AA 的浓度(mg/L )阻垢率(%)
10+150.20+381.20+597.921+168.21+385.31+598.832+170.22+388.32+599.643+185.33+389.33+599.954+185.34+392.34+599.865+188.35+396.35+51007
6+1
90.3
6+3
98.3
6+5
100
化学锚栓抗剪承载力
图1 PASP 的投加量对阻垢率的影响
由阻垢性能实验可知，当聚天冬氨酸加入量为5mg/L 时，阻垢率为70%。从图1和表2可以看出，当MA-AA 加入量为3mg/L 时，阻垢率为81.2%；当聚天冬氨酸与MA-AA 的浓度为(5+3)mg/L 时，也就是聚天冬氨酸取代40%的取代MA -AA 时，复配效果最佳，其阻垢率为92.3%。主要是由于PASP 分子结构中引入了磺酸基与P ASP 本身具有的羧酸基团产生协同作用。羧酸酸性较弱，而磺酸基是酸性较强的亲水性基团，在水溶液中有强电离能力，使分子所带的负电荷增多，因此复配后具有良好的阻垢性能。
2.2.2 AA /AMPS 阻垢剂复配物阻垢性能研究
由阻垢性能实验可知，当聚天冬氨酸加入量为3mg/L 时，阻垢率为60%。从图2和表3可以看出，当AA /AMP S 的浓度为0.6mg/L 时，其阻垢率为86.1%；当聚天冬氨酸与AA/A MP S 的浓度为3mg/L+0.5mg/L 时，也就是聚天冬氨酸取代10%的AA/AMPS 时，复配效果最佳，其阻垢率为92.7%。
表3 P ASP 和AA /AMP S 复配与阻垢率的关系
序
号
PASP+AA /AMP S 的浓度(mg/L)阻垢率(%)P ASP+AA/AMPS 的浓度(mg/L)阻垢率(%)P ASP+AA/AMPS 的浓度(mg/L)阻垢率(%)1演播室系统
0+0.469.20+0.584.50+0.686.121+0.469.71+0.587.81+0.689.132+0.475.42+0.589.32+0.692.443+0.487.33+0.592.73+0.694.854+0.489.14+0.594.74+0.695.865+0.491.25+0.597.75+0.698.476+0.4
93.3
6+0.5
潘广田98.0
6+0.6
98.
4
图2 PASP 的投加量对阻垢率的影响
3 总结
实验结果表明,MA -AA 阻垢剂能40%取代聚天冬氨酸,AA /AMPS 阻垢剂能20%取代聚天冬氨酸，从聚天冬氨酸的消耗量与共聚物阻垢剂的加入量以及阻垢率三方面综合考虑，聚天冬氨酸与AA /AMP S 阻垢剂复配优于聚天冬氨酸与MA-AA 阻垢剂复配。
[参考文献]
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P olyaspart ics:a B iodegradable A lt ernat ive t o Currently Used P olycarboxylate Homoand Copolymer s [J ].Polymer Deg radat ion and St abilit y,1998,(59),39～45.
葎叶蛇葡萄[3] 姜丽艳.水处理剂聚天冬氨酸及其复配物阻垢
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Studies on the Scale I nhibition Per f or mance of the P olyaspar tic Acid and I ts Combinations Water Tr eatm ent Agent
智投分析
J I AN G Li -ya n ,SH I Zho ng -bin
(School of Inner Mongolia Chemical Engineering profession college,Huhhot 010051,P RC)
Abstr act:A melt -out synt hesis met hod of pol yaspart ic acid (PASP )from maleic anhydride and salvolat ile as raw mat erial s was st udied in solide phase syst em.In order t o decrease t he cost of wat er ,T y f S M y y y T S y f y y K y y ;S ;8
内蒙古石油化工 2012年第16期
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