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CN1458177A - 由发酵汤液制备衣康酸-丙烯酸共聚物的技术 - Google Patents

由发酵汤液制备衣康酸-丙烯酸共聚物的技术 Download PDF

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CN1458177A
CN1458177A CN 02110331 CN02110331A CN1458177A CN 1458177 A CN1458177 A CN 1458177A CN 02110331 CN02110331 CN 02110331 CN 02110331 A CN02110331 A CN 02110331A CN 1458177 A CN1458177 A CN 1458177A
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CN
China
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acid
itaconic acid
technology
acid copolymer
propenoic
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Pending
Application number
CN 02110331
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English (en)
Inventor
赵立新
董风波
马长友
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ZIBO MINING GROUP CO Ltd
Original Assignee
ZIBO MINING GROUP CO Ltd
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Publication date
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Abstract

本发明提供了一种由衣康酸发酵汤液制备衣康酸-丙烯酸共聚物的技术,该技术的要点是以生物发酵法生产衣康酸中的发酵汤液为原料,经离子交换、浓缩后,在引发剂存在下与丙烯酸进行共聚,制备出衣康酸-丙烯酸共聚物溶液。本技术以衣康酸生产中的发酵汤液为起始原料,大大降低了成本,且与丙烯酸在引发剂存在下进行水溶液自由基聚合,解决了衣康酸难均聚的缺点,产品残余单体较少,转化率较高,所得共聚物可用作阻垢剂、除垢剂、分散剂、洗涤助剂等。

Description

由发酵汤液制备衣康酸-丙烯酸共聚物的技术
技术领域
本发明涉及衣康酸与丙烯酸共聚的技术,具体是由发酵汤液制备衣康酸-丙烯酸共聚物的技术。
背景技术
有关衣康酸聚合方法国内报道较少,衣康酸难均聚为大家所共知。另外,衣康酸价格较高限制了它用途的发展。如中国专利公报1992年10月14日公开的发明专利申请:衣康酸聚合方法,申请号:92102091,其技术方案为:将完全中和的单体溶液和引发剂溶液加入到开始时放有水的容器中,在足以进行聚合反应的温度下即可以高转化率生成衣康酸聚合物,转化率较高,但由于消耗大量碱使成本升高。
国内外有关聚羧酸类聚合物的生产及应用较多,如聚丙烯酸、水解聚马来酸酐、丙烯酸-马来酸共聚物等,广泛用于阻垢剂、分散剂、洗涤助剂、螯和剂等。由于水解聚马来酸酐需在有机溶剂中聚合,污染较大,且国内其聚合物分子量较小,有人研究丙烯酸与马来酸水溶液共聚,且其聚合物链上羧基比聚丙烯酸含量高,分散性较好,螯和钙、镁值较高,如钙螯合值达200mg/g,污染也小,但从竞聚率来看,丙烯酸为18.05,马来酸为0.0085,聚合效果不好。
发明内容
本发明特点在于以衣康酸生产中的发酵汤液为起始原料,大大降低其成本,且与丙烯酸共聚解决了衣康酸难均聚的特点,转化率较高,其竞聚率分别为:丙烯酸为1.89,衣康酸为0.52,聚合效果好,分子链上羧酸基含量高。
本发明的具体方法为:以生物发酵法生产衣康酸中的发酵汤液为原料,经离子交换、浓缩后,在引发剂存在下与丙烯酸进行共聚,制备出衣康酸-丙烯酸共聚物溶液。
所述的由发酵汤液制备衣康酸-丙烯酸共聚物的技术,将衣康酸发酵汤液通过离子交换柱,除去其中的镁、锌及其它金属离子,后浓缩至衣康酸质量含量为5%~40%,保温下加入到反应器中,恒定温度在30~100℃之间,以均匀的加料速度加入引发剂溶液、丙烯酸,其中活性引发剂含量(以单体质量为基准)为0%~20%,丙烯酸(以衣康酸质量为基准)加入量为5%~200%,加完料后再搅拌一段时间,约0.5~3小时,制备出衣康酸-丙烯酸共聚物溶液。
所述的由发酵汤液制备衣康酸-丙烯酸共聚物的技术,发酵汤液也可先进行浓缩,后通过离子交换柱。
所述的由发酵汤液制备衣康酸-丙烯酸共聚物的技术,引发剂选自以下其中一种或多种氧化剂的组合:过硫酸钠、过硫酸铵、过硫酸钾、过磷酸钠、过磷酸钾、过磷酸铵、过氧化氢和叔丁基过氧化物、二酰基过氧化物;或其与单种或多种还原剂的组合:亚硫酸盐、亚硫酸氢盐、亚磷酸盐、硫代硫酸盐、亚硫酸、硫醇、亚铁盐、胺类(如N,N-二甲基苯胺)等,将氧化剂或及其还原剂分别溶于水制备成水溶液,组成引发剂体系。其浓度为0.5~30%。较适宜的氧化剂为过硫酸盐,在聚合反应中均匀加入,还原剂为亚硫酸盐、硫代硫酸盐、亚铁盐。
所述的由发酵汤液制备衣康酸-丙烯酸共聚物的技术,引发剂中的还原剂可在聚合前加入到衣康酸溶液中,也可在聚合中均匀加入反应体系中。
所述的由发酵汤液制备衣康酸-丙烯酸共聚物的技术,引发剂和丙烯酸的加料时间为0.5~5小时。
所述的由发酵汤液制备衣康酸-丙烯酸共聚物的技术,所得的衣康酸-丙烯酸共聚物溶液为固含量约5%~80%的液体,也可浓缩干燥后为片状或粉状固体,可用碱(如氢氧化钠、氢氧化钾,氨等)中和后,再浓缩干燥为片状或粉状固体。
按本发明方法合成的聚合物根据引发剂及其它条件不同,为分子量为300~20000的系列产品(数均分子量),适合不同用途。该聚合物可用于阻垢剂、除垢剂、螯合剂、分散剂、洗涤助剂等。该聚合物对氧化铁等有良好的分散性能,可有效阻止碳酸钙、碳酸镁、硅酸盐、羟磷灰石等垢层的形成和附着,钙螯合值可达240mg/g以上,镁螯合值可达200以上。
具体实施方式
实例1:将一定量衣康酸发酵汤液通过阳离子交换柱,后在负压下浓缩至固含量为35%衣康酸溶液,取此溶液300mL加入到500mL四口圆底烧瓶中,取硫酸亚铁0.1g加入其中溶解,并通入氮气。分别将4g过硫酸钠和4g亚硫酸钠溶于50mL水中,在90℃下与70g丙烯酸同时加入到烧瓶中,3小时内加完,再搅拌1小时。冷却得到392mL深红色聚合物溶液。
所得聚合物溶液转化率为97.8%(以衣康酸为基准),未聚合的残余衣康酸单体为2.2%。所得聚合物密度为1.21g/mL(25℃),固含量为42.3%,数均分子量为900。
所得聚合物阻垢率的测试:含Ca2+250mg/L,HCO3 -250mg/L(以碳酸钙计)硬水配制:取NaHCO30.21g和CaCl20.2775g溶于200mL蒸馏水中,用水稀释至1000mL。将本聚合物和市售水解聚马来酸酐分别加入到500mL此硬水中,使其有效成分浓度为8mg/L,在80℃下搅拌8小时,冷却后过滤,用EDTA测试滤液中钙含量,阻垢率分别为99.80%和99.75%。
所得聚合物分散氧化铁的测试:取0.0880gFeSO4·7H2O,100mL0.25mol/L Na2B4O7,40.8mL1mol/LHCl,配成2000mL溶液,其中聚合物有效成分为10mg/L,在70℃下恒温6小时,冷却静置。同样取本聚合物与市售水解聚马来酸比较,冷却后加入本聚合物的溶液无氧化铁沉淀,用分光光度计在650nm处测试其透光率为88.7%,而加入聚马来酸的溶液有大量红色氧化铁沉淀,其透光率为100%。
实例2:将一定量衣康酸发酵汤液通过阳离子交换柱,后在负压下浓缩至固含量为39%衣康酸溶液,取此溶液300mL加入到500mL四口圆底烧瓶中,并通入氮气。分别将4g过硫酸钠和6g亚硫酸钠溶于50mL水中,在70℃下与80g丙烯酸同时加入到烧瓶中,2小时内加完,再搅拌1小时。冷却得到405mL淡黄色聚合物溶液。
所得聚合物溶液转化率为99.7%(以衣康酸为基准),未聚合的残余衣康酸单体为0.3%。所得聚合物密度为1.19g/mL(25℃),固含量为41.6%,数均分子量为2000。
所得聚合物螫合值的测试:取一定量聚合物,固含量为0.2g左右,加水100mL,用氢氧化钠调节pH至10,取20mL0.05M氯化钙加入,并稀释至250mL,于35℃下恒温20分钟,冷却后过滤,取滤液分析,计算钙螯合值为256mg/g。用同样方法测得镁螫合值为180mg/g。
所得共聚物在阻垢剂、除垢剂、分散剂和洗涤助剂方面的应用,更具体地说是以衣康酸发酵生产中汤液为原料,经离子交换、浓缩后,用此法制得的聚合物适合作阻垢剂、分散剂,除垢剂、洗涤助剂等。
所述的由发酵汤液制备衣康酸-丙烯酸共聚物的技术,衣康酸成品可配制成5%~40%的水溶液,进行共聚。

Claims (10)

1、一种由发酵汤液制备衣康酸-丙烯酸共聚物的技术,其特征在于:以生物发酵法生产衣康酸中的发酵汤液为原料,经离子交换、浓缩后,在引发剂存在下与丙烯酸进行共聚,制备出衣康酸-丙烯酸共聚物溶液。
2、如权利要求1所述的由发酵汤液制备衣康酸-丙烯酸共聚物的技术,其特征在于采用如下步骤:
(a)将生物发酵法生产衣康酸中的发酵汤液通过离子交换柱,除去其中镁、锌等金属离子;
(b)将上述液体减压浓缩至含衣康酸量为5%~40%;
(c)以均匀的加料速度加入引发剂溶液、丙烯酸,其中活性引发剂含量(以单体质量为基准)为0%~20%,丙烯酸(以衣康酸质量为基准)加入量为5%~200%
(d)整个反应过程保持温度在30~100℃,加完料后再反应0.5~3小时,制备出衣康酸-丙烯酸共聚物溶液。
3、根据权利要求1所述的由发酵汤液制备衣康酸-丙烯酸共聚物的技术,其特征在于:发酵汤液也可先进行浓缩,后通过离子交换柱。
4、根据权利要求1所述的由发酵汤液制备衣康酸-丙烯酸共聚物的技术,其特征在于:引发剂选自以下其中一种或多种氧化剂的组合:过硫酸钠、过硫酸铵、过硫酸钾、过磷酸钠、过磷酸钾、过磷酸铵、过氧化氢和叔丁基过氧化物、二酰基过氧化物;或其与单种或多种还原剂的组合:亚硫酸盐、亚硫酸氢盐、亚磷酸盐、硫代硫酸盐、亚硫酸、硫醇、亚铁盐、胺类(如N,N-二甲基苯胺)等,其中氧化剂在聚合反应中均匀加入。
5.根据权利要求1、4所述的由发酵汤液制备衣康酸-丙烯酸共聚物的技术,其特征在于:引发剂中的还原剂在聚合前加入到衣康酸溶液中。
6.根据权利要求1、4所述的由发酵汤液制备衣康酸-丙烯酸共聚物的技术,其特征在于:引发剂中的还原剂在聚合中均匀加入反应体系中。
7.根据权利要求1所述的由发酵汤液制备衣康酸-丙烯酸共聚物的技术,其特征在于:引发剂和丙烯酸的加料时间为0.5~5小时。
8.根据权利要求1所述的由发酵汤液制备衣康酸-丙烯酸共聚物的技术,其特征在于:所得的衣康酸-丙烯酸共聚物溶液为固含量5%~80%的液体。
9.根据权利要求1所述的由发酵汤液制备衣康酸-丙烯酸共聚物的技术,其特征在于:所得的衣康酸-丙烯酸共聚物溶液可浓缩干燥后为片状或粉状固体。
10.根据权利要求1所述的由发酵汤液制备衣康酸-丙烯酸共聚物的技术,其特征在于:所得的衣康酸-丙烯酸共聚物溶液用碱中和后,再浓缩干燥为片状或粉状固体。
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