[發(fā)明專(zhuān)利]聚天冬氨酸衍生物及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210362841.8
• 申請(qǐng)日: 2012-09-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102875808A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-01-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃凱;孔利;傅淑霞
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C08G73/10
• 分類(lèi)號(hào): C08G73/10;C02F5/12
• 代理公司: 南京天翼專(zhuān)利代理有限責(zé)任公司 32112
• 代理人: 黃明哲;朱芳雄

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種生物可降解阻垢緩蝕劑含羧酸基和磺酸基的聚天冬氨酸衍生物及其制備方法。

背景技術(shù)

循環(huán)冷卻水處理技術(shù)對(duì)節(jié)水，節(jié)能降耗，解決全球性水資源枯竭問(wèn)題發(fā)揮了十分重要的作用，但循環(huán)水處理藥劑往往對(duì)環(huán)境造成了一定的污染。其中，阻垢劑的發(fā)展經(jīng)歷了聚磷酸鹽類(lèi)—有機(jī)磷酸鹽—磷羧酸—有機(jī)磷酸酯—聚羧酸—綠色阻垢劑等階段。聚磷酸鹽﹑有機(jī)磷酸鹽﹑磷羧酸及有機(jī)磷酸酯等含磷量大，能引起水體的嚴(yán)重富營(yíng)養(yǎng)化，對(duì)水環(huán)境造成極大地破壞。后來(lái)的聚羧酸類(lèi)阻垢劑由于無(wú)磷，曾被認(rèn)為是無(wú)毒﹑污染很小的阻垢劑，但是這類(lèi)低毒的藥劑無(wú)法生物降解，長(zhǎng)期積累在環(huán)境中會(huì)對(duì)環(huán)境造成潛在危害。最近的研究熱點(diǎn)為能生物降解的綠色阻垢劑，包括聚天冬氨酸類(lèi)和聚環(huán)氧琥珀酸類(lèi)。

聚天冬氨酸能生物降解又具有螯合分散能力，不僅能用于防止CaCO₃和CaSO₄垢的形成，還能螯合工業(yè)廢水中的金屬離子，但其阻垢分散性能遠(yuǎn)不如目前廣泛使用的丙烯酸和馬來(lái)酸類(lèi)聚合物。為改善聚天冬氨酸阻垢分散綜合性能，國(guó)內(nèi)外進(jìn)行了大量研究。由于起到阻垢分散性能的主要官能團(tuán)是羧酸基﹑磷酸基和磺酸基等，從20世紀(jì)90年代起在聚天冬氨酸側(cè)鏈上引入功能性基團(tuán)來(lái)提高阻垢分散性能成為水處藥劑研究和開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)。如Takeshi?Nakato等用十二胺(DDA)改性聚天冬氨酸得到了可生物降解且分散MnO₂較好的聚天冬氨酸衍生物。柳鑫華等發(fā)表的《改性聚天冬氨酸阻垢劑的制備及其應(yīng)用方法》(專(zhuān)利公開(kāi)號(hào)CN101792504A)用硫脲改性聚天冬氨酸，操作過(guò)程較為復(fù)雜。高玉華等發(fā)表的《生物可降解緩蝕阻垢劑-含羧酸基聚天冬氨酸衍生物及其制備方法》(專(zhuān)利公開(kāi)號(hào)CN101428912A)，將羧酸基接枝到聚天冬氨酸側(cè)鏈上進(jìn)行改性，但原料天冬氨酸價(jià)格貴、用量大，且所得產(chǎn)物的阻垢性能較好，分散性能一般，限制了其應(yīng)用范圍。以往的綠色阻垢劑改性均只引入一種官能團(tuán)，存在只提高阻垢性能或者只提高分散性能的局限性。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的只引入一種官能團(tuán)，不能兼顧阻垢和分散性的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種聚天冬氨酸衍生物及其制備方法和應(yīng)用，含磺酸基和羧酸基、可生物降解、阻垢緩蝕和分散性好。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種聚天冬氨酸衍生物，為含羧酸基和磺酸基的聚天冬氨酸衍生物，結(jié)構(gòu)式為：

式中：a：b：c=1:0.8:0.2~1:0.8:0.2；M為H或水溶性離子Na⁺﹑K⁺﹑Ca2⁺﹑NH4⁺。

制備所述的聚天冬氨酸衍生物的方法，以天冬氨酸為原料，采用固相熱縮聚法得到聚琥珀酰亞胺，聚琥珀酰亞胺以水溶解后，同時(shí)滴加2-氨基乙磺酸鹽和谷氨酸鹽水溶液，調(diào)節(jié)溶液pH為8~10，反應(yīng)溫度10~30℃，反應(yīng)18~26小時(shí)，得紅棕色透明溶液，其中，按照摩爾比琥珀酰亞胺：2-氨基乙磺酸：谷氨酸=1:0.8:0.2~1:0.2:0.8的比例加料；用無(wú)水乙醇析出固體，減壓抽濾，用丙酮洗滌，得黃棕色固體產(chǎn)物，真空干燥后得含磺酸基和羧酸基聚天冬氨酸衍生物。

所述的2-氨基乙磺酸鹽和谷氨酸鹽為鈉鹽、鉀鹽、鈣鹽或銨鹽中的任意一種。

所述的聚天冬氨酸衍生物在阻垢緩蝕劑中的應(yīng)用。

有益效果：

由于本發(fā)明產(chǎn)品在聚天冬氨酸結(jié)構(gòu)中引入了羧酸基和磺酸基，提高了其阻垢分散的綜合性能，并具有良好的緩蝕性能和生物降解性能。本發(fā)明制備方法簡(jiǎn)單，可廣泛應(yīng)用于循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，鍋爐用水，海水脫鹽，油田水等方面。

本發(fā)明減小了天冬氨酸的用量，用價(jià)格便宜、來(lái)源廣泛的谷氨酸和牛磺酸來(lái)進(jìn)行改性，經(jīng)濟(jì)性也有所提高。

具體實(shí)施實(shí)例

本發(fā)明所用原料皆為市售。

一種生物可降解緩蝕阻垢劑-含羧酸基和磺酸基的聚天冬氨酸衍生物，其結(jié)構(gòu)式為：

其中：a：b：c=1:0.8:0.2~1:0.8:0.2

M為H或水溶性離子Na⁺﹑K⁺﹑Ca²⁺﹑NH₄⁺。

二生物可降解緩蝕阻垢劑-含羧酸基和磺酸基的聚天冬氨酸衍生物的制備，具體步驟如下：

(1)以天冬氨酸為原料熱縮聚生成聚琥珀酰亞胺。