绿色阻垢剂聚环氧琥珀酸的合成与阻垢机理初探

PESA的表征

PESA 产品IR 谱图中有下列特征吸收峰: 3500cm-1 为OH 的特征吸收峰;1650cm-1 和 1300cm-1处为COONa的吸收峰;1120cm-1处为 C—O—C开环后特征吸收峰;1080 cm-1 处为 C—H的吸收峰,由此可以推断出产物含有与PESA 相同的官能团.对比环氧琥珀酸和合成产物IR 谱图可知,在目标产物IR 谱图中,1500cm-1位移 处C—O—C (闭环) 特征吸收峰消失, 说明反应 中碳氧环打开,进行了聚合反应.

比较PESA 产品与环氧琥珀酸13C 核磁谱图发 现C—O—C (闭环)的峰消失,出现了位移为75、 76、83 处C—O—C (开环) 的峰,由此推断碳氧 环打开,进行了聚合反应.

阻碳酸钙沉积能力

由图1可知,在相同的实验条件下,PESA 的 阻垢性能比HPMAHEDP 强, 但稍逊于PBTCA.由于阻CaCO3 垢的主要作用基团是羧基, PESA 阻CaCO3 垢的能力比HPMA、HEDP 强是 因为PESA 中含有两个羧基,而HPMA 只有一个 羧基,HEDP 中只含有膦羧基团,它的主要功能 为螯合作用.因为PBTCA 中不仅含有一个膦酸基 团,而且还具有三个羧酸基团,所以PBTCA 的阻 CaCO3 的能力比PESA 强. 考虑到性能、价格、 无磷等因素,PESA 是一种优良的阻CaCO3 垢沉 积的阻垢剂,这是PESA 的重要特点.

稳锌能力

表4 的实验结果表明,PESA 的稳定Zn2+ 的 能力比有机膦阻垢剂PBTCA、HEDP 都要差,和 聚合物类阻垢剂PAA、HPMA 的性能差不多,认 为这与阻垢剂的结构有关. 因为PESA、PAA、 HPMA 具有—COOH官能团而不含膦羧基官能团, 而对于稳锌, 膦羧基官能团的能力最强. 因此, PBTCA HEDP 的稳锌能力比PESA 等聚合 物强

结 论

本文以顺丁烯二酸酐为原料一步法合成了聚环 氧琥珀酸(PESA), 并对产物进行了IR 和13C NMR 表征.分别采用粒径分布仪和电子显微镜考 察了PESA 对CaCO3 垢粒径及其垢形的影响,研 究了CaCO3 成垢过程的动力学,探讨了PESA 的 阻垢机理.结果表明:

(1)聚环氧琥珀酸对碳酸钙的成垢过程,既具 有较强的分散作用(垢粒的生长速度较慢),又具 有明显的晶格畸变能力(垢样的晶体特征减弱或消 失).
(2)聚环氧琥珀酸具有优良阻垢能力,对碳酸 钙、硫酸钙、磷酸钙等都有很好的抑制作用.其综 合阻垢能力远优于常规阻垢剂.