水解聚马来酸酐是什么

发布日期:2019/11/2 13:16:10

概述

水解聚马来酸酐（HPMA）是一种无磷水处理剂，能与水中钙、镁等离子形成螯合物，并能促使晶格畸变.HP-MA的阴离子被碳酸钙晶核吸附后，使晶核带有电荷，由于同性电相斥，微小的晶粒分散到水溶液中，使沉淀转为流动性好的松散性水渣，对剥离老垢有良好的效果.HPMA与其他低磷缓蚀阻垢剂如ATMP、PBTCA等配伍，形成的复合缓蚀阻垢剂，被广泛应用于循环冷却水、锅炉用水、油田注水、工业用水的处理等方面。

结构分析

水解聚马来酸酐是聚马来酸酐部分水解的产物.据测定，约60%～70%的酸酐结构被水解为羧酸，并非完全水解.通过分子微观结构的构-效关系研究表明：水解度增大有利于水解聚马来酸酐阻垢性能的提高，因此在水解聚马来酸酐的合成过程中尽可能保证较大的水解度. 从水解聚马来酸酐的结构式分析：分子中羧基能与水中钙、镁等离子形成化合物，并能促进晶格畸变，使沉淀转为流动性好的松散性水渣. HPMA与带有羟基或磺酸基的聚合物一样，溶于水后，能离解成氢离子和酸根阴离子，使链状分子上带负电荷.这种长链的带负电荷的阴离子被碳酸钙晶核及微小晶粒吸附后，使其带有更多的负电荷，由于同性电相斥，晶粒分散到水溶液中，阻止了它们聚凝而生成更大的晶体，因而，HPMA有溶限效应，低剂量使用时有高阻垢效能。

此外，水解聚马来酸酐的羰基＝O作为电子给予体，具有很强的络合作用，改变碳酸钙、磷酸钙结晶正常形态，阻碍其成长为较大的结晶，从而使得水解聚马来酸酐有抑制水垢生成和剥离老垢的作用.

特性

水解聚马来酸酐（HPMA）是一类多元羧酸类阻垢剂，与其它缓蚀剂、阻垢剂可以互配.分子量约为600~1200，水溶液为棕黄或棕红色、粘稠、酸性液体，化学性质稳定，能在350℃以下的条件下使用.HPMA对碳酸盐、磷酸盐阻垢性能优良，有明显的溶限效应和显著的分散效应，适应于不同pH值的水质.HPMA无磷、无毒，对环境友好，能被微生物降解，降解产物对生态环境无影响. 1.水解聚马来酸酐的阻垢性能水解聚马来酸酐具有下列阻垢特点：

（1）对碳酸钙垢相当有效，且同时兼有晶格畸变和阀值效应（即具有单向导电性）.即使成垢，亦比较疏松，易被水流冲掉而不至于结成硬垢；

（2）耐高温，通常在350℃以上才发生分解，可在高温下使用；

（3）除对碳酸钙有效外，对磷酸钙、硫酸钙等也有一定分散能力；

（4）可与锌盐复配，对碳钢的缓蚀有协同效应；

（5）无毒，对环境无明显影响.

2.水解聚马来酸酐的缓蚀性能水解聚马来酸酐的缓蚀机理是：HPMA分子中的极性基团（—COOH）、（—OH）中的氧原子可以成为吸附中心，与水中的金属离子形成螯合物，吸附于金属表面上，沿金属表面形成一层保护膜，从而起到缓蚀作用.单一聚马来酸酐是性能优良的阻垢剂，而缓蚀性能较差，与聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸相比，其缓蚀性能稍强，通常引入C—P键和次膦酸基（—PO2H2）以增强缓蚀性能.

复配阻垢剂

1.HPMA与ATMP复配氨基三甲叉膦酸（ATMP）作为水质稳定剂的主要作用：一是络合作用，既能软化水，又能除垢；二是ATMP对CaCO3垢层的生长起着干扰作用，使CaCO3晶体结构发生很大的畸变.

2.HPMA与PESA复配聚环氧琥珀酸（PESA）具有无磷、非氮结构，可生物降解，兼具阻垢和缓蚀双重功效.HPMA－PESA的复配对碳酸钙垢具有良好的阻垢性能，阻垢剂的浓度、温度和浓缩时间对阻垢效果有很大影响.HPMA－PESA复配剂加入量的增加对于碳酸钙的阻垢性能也相应增加，加到一定量时会趋于饱和平缓状态.此复合配方在浓缩时间为10h时，随着浓缩时间的进一步延长，阻垢率开始缓慢下降.

3.HPMA与EDTMPS复配乙二胺四胺甲叉膦酸钠（EDTMPS）与水混溶，能与多个金属离子螯合，形成多个单体结构大分子网状络合物，使钙垢正常结晶被破坏，与HPMA复配阻垢率大大提升.

4.HPMA与PAA复配聚丙烯酸（PAA）是一种性能优良的阻垢分散剂，具有良好的抑制水垢的生成和剥离老垢的作用，可在碱性和中等浓缩倍数条件下进行反应而不结垢.HPMA－PAA作为新型的复合阻垢剂，具有阻垢效果佳、热稳定性好等优点.

5.HPMA与HEDP、AMPS三元复配高分子缓蚀阻垢剂分子中含有“稳定基团”和“停靠基团”两种重要基团，停靠基团吸附在微晶上，水溶性差而吸附力强.稳定基团则与溶剂有良好的亲和力.HPMA上的大量羧基电离后带有负电荷，是优良的稳定基团.2－丙烯酰－甲基丙磺酸（AMPS）上的酰胺基对成垢物微晶具有很强的吸附性，是优良的停靠基团.HEDP易与金属离子形成六元环螯合物，并具有协同效应.HPMA与APMS、HEDP复配，在聚马来酸酐分子中引入了优良的停靠基团，提高了聚合物的吸附性，从而提高了聚合物的“晶格畸变”和“吸附分散”作用以及耐温性和时效性.极少的阻垢剂投加量就能达到较高的阻垢率.

制备方法

在装有温度计、搅拌器、冷凝器和滴液漏斗的250mL四口烧瓶中加入一定量顺丁烯二酸酐和水,将水升温至55～ 60℃ ,待顺丁烯二酸酐全部溶解后,加入适量的催化剂,开动搅拌器同时升温至反应温度,通过滴液漏斗在一定时间内滴加引发剂。滴加引发剂过程中注意控制温度,滴加结束后,继续反应1h,即得聚马来酸产品。

图1为合成水解聚马来酸酐的反应式