丙烯酸-马来酸酐共聚物阻垢剂合成工艺研究.pdf

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第36卷第6期
化工技术与开发
Vol 36 No6
2007年6月
Technology Development of Chemical Industry
Jun.2007
丙烯酸-马来酸酐共聚物阻垢剂合成工艺研究
刘锦子
(溯北教育学院建筑与材料工程系,湖北武汉430205)
摘要:以马来酸酐(MA)、丙烯酸(AA)、聚丙烯(PP)单体自由聚合合成阻垢剂,研究了引发剂用量、反应物摩
尔比、反应时间、反应温度对阻垢剂性能的影响。结果表明,当MA与AA摩尔比为7~8,单体PP用量为10%,弓
发剂用量为8%~12%时,在80℃时反应6~7h合成的共聚物阻垢性能最好,阻垢率可以达到95%。
关键词:阻垢剂;阻垢率;共聚物
中图分类号:TQ314.24
文献标识码:A
文章编号:1671-9905(2007)06001003
在当今世界水处理药剂的研究开发中,聚合物三溴络合物(溴合溴化钠),在过量的三溴络合物中,
阻垢分散剂是其中重要的组成部分。丙烯酸共聚物加入碘化钾释出碘,用硫代硫酸钠标准溶液漓定释
具有高分子和表面活性剂两者的功能,比普通表面出的碘,从而可以计算样品含双键的浓度。在聚合
活性剂具有更好的分散、乳化、阻垢、增稠、稳定及絮过程中,取少量的溶液测定不饱和单体的余留浓度
凝等性能,且无毒或低毒,合成、改性容易,因此广泛
Br2+Nabr Nabr Br2
应用于阻垢剂、减水剂、石油工业驱油剂和水煤浆分
Nabr?Br2+2KIー?NaBr+2KBr+12
散剂。丙烯酸-马来酸共聚物阻垢剂是一类新型水
l2+2S2O2-→21+SaC2
处理剂,具有阻垢效果佳,热稳定性好等优点。
RCrF-CH?Z+NaBr?Br2
目前国内厂家基本采用甲苯作溶剂,先聚合后
R?CHBr(HBr?Z+ Nabr
水解的工艺。该工艺存在很多问题,周期长,能耗
大,转化率低,同时甲苯可能造成环境污染,生产成1.4阻垢(碳酸钙)性能评定
本高,不利于推广。本研究克服以往的缺点,以水作
碳酸钙阻垢性能的评定实验条件是:[Ca2+
溶剂,单体自由基聚合,大大降低了成本,具有较好250mgL1,[HOO3-]=250ng?L-(均以CaOO3
的经济效益和环境效益。
计),Ca2+、HO“混合均匀后,加阻垢剂定量(20
1实验
mgL-1于基),调节pH=9.0。同样配制空白样品,
只是不加阻垢剂。加阻垢剂与空白样品一同放入热
1.1原料与仪器
水中加热,在80℃条件下恒温8h。冷却后,吸取
马来酸酐(MA)、丙烯酸(AA)、过硫酸铵等(均25mL溶液,加10%的NaOH溶液,加钙羧酸干粉
为分析纯),聚丙烯单体PP。
试剂适量,使溶液变为粉红色,马上用10 mmol L-1
恒温磁力揽拌器、三口瓶、常规玻璃仪器。
的EDTA溶液进行滴定,计算阻垢率
1.2共聚物的制备
在装有分液漏斗、温度计和回流冷凝管的三口
×100%
瓶内放入一定量的水,然后放入一定量的马来酸酐,
在恒温磁力搅拌器上搅拌加热至80℃,一边滴加一
式中:一阻垢率,100%;
定比例的引发剂过硫酸铵,另一边滴加丙烯酸和单
v。一一加阻垢剂后加热恒温后消耗的EDTA
体PP,温度控制在80℃,2h内滴完,继续反应6h,
体积,mL
得棕色半透明液体,即为产品。
Vo一不加阻垢剂加热恒温后消耗的EDTA
1.3不饱和单体含量测定
体积,mL
在溴化钠饱和的甲醇溶液中,加入溴后即得到
v一一不加阻垢剂、不加热所消耗的EDTA
作者简介:刘锦子(1966),女,1987年毕业于武汉理工大学,高级讲师,电话:027-63064690,E-maill:liujunzi(@hubie.edu.cn
收稿日期:2007-01-05
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第6期
刘锦子:丙烯酸-马来酸酐共聚物阻垢剂合成工艺研究
体积,mL。
96
2结果与讨论
94
2.1不同引发剂对共聚物阻垢率的影响
对于两性共聚物来说,分子量过大,水溶性受到
翌92
很大影响;分子量很小,可能达不到阻垢的效果,因
此控制分子量极为重要。本研究通过引发剂用量控
制共聚物分子量,使其达到较好的阻垢效果。引发
15
剂用量越大,分子量相对越小;反之越大。通过改变
单体PP的用量/9
引发剂过硫酸铵的用量,可以控制其分子量在合理
图3PP单体用量对阻率的形响
江苏长江衡器中国十佳
范围之内,使共聚物的阻垢率达到最大。图1为引2.3聚合温度对共聚物阻垢率的影响
发剂用量对阻垢率的影响,引发剂的用量按反应单
自由基聚合对温度很敏感,温度过低,引发剂引
体的重量百分比计算。当引发剂用量为8%-12%发效率低,反应速度慢,转化率低;温度过高,反应速[牌
时,共聚物分子量比较合适,阻垢率最高,达到度快,极易暴聚,因此选择一个适当的温度有利于控
95%。
制反应速度,提高产品质量。当反应温度为0℃反「电
100
应6h时,双键平衡浓度为.035ag2当反「子
应温度为80℃反应6b时,双键平衡浓度为0.025吊
m8"当反应温度为9℃反应6h时,双键平秤
衡浓度为0.023 mmol. g-;当反应温度为95℃反「
应6h时,双键平衡浓度为0.022 mmol.g~';可见
?6
温度对双键的平衡浓度有很大的影响。当温度低于
电子
80℃,双键平衡浓度较大,单体转化率稍低,产物阻汽
垢率较低。当温度高于80℃,双键平衡浓度稍微有车
12
引发剂用量/%
点降低,单体转化率提高,产物性能提高(如表1所衡
示)
图1引发剂用量对阻圻率的影响
2.2反应物尔比对共聚物阻垢率的影响
表1反应温度对阻垢率的形响
反应物的摩尔比对产物性能有很大的影响。从
序号
反应温度/℃
阻垢率/%
图2中可以看出,当MA的投入量很小时,产品的阻
70
垢性能很差,当MA与AA摩尔比为7~8时,产品
各种专用秤
95
性能最好,阻垢率达到90%以上。从图3中可以看
95
出,加人单体PP对产物阻垢性能有很大的改善,当
网电
PP掺量为MA与AA反应物质量的10%时,产物阻
垢率可达到95%。
2.4聚合时间对共聚物阻垢率的影响
为使共聚反应充分进行,适当的延长反应时间「?
有利于提高单体的转化率,从而提高共聚物阻垢性。ヨ
当单体和引发剂滴加完成后,单体余留浓度△。
在反应过程中,每隔一定时间取样测定其阻垢性能。に
00
80
时间的延长逐渐降低,单体转化率提高。随着反应
的进行,反应消耗单体和引发剂,使单体浓度下降,:
反应速度减慢。当反应时同超过6h以后,产物阻にs
垢率不再増加,反应达到平衡。未达到平衡以前,单?8
MA/AA
体未反应完全,共聚物有效成分降低,性能不佳;当丨
图2