聚環氧琥珀酸(PESA)制備方法

時間：2023-03-24 11:52:08來源：food欄目：食品快速檢測閱讀：

聚環氧琥珀酸(PESA)制備方法

[db:作者] / 2023-01-06 00:00

聚環氧琥珀酸(PESA)

[結構式]

其中，n值一般為2～50，M為H+或者水溶性的陽離子，如Na+、K+、NHT等。聚環氧琥珀酸簡稱PESA，是一種無磷無氮的綠色水處理劑，它是在聚馬來酸類阻垢劑的分子中插入氧原子，使其既具有良好的阻垢性能，對鈣、鎂、鐵等離子的螯合力強，又無磷無氮、易生物降解，適用于高堿、高硬、高pH值條件下的冷卻水系統，可實現高濃縮倍數運行。

[物化性質]水溶性聚合物，不溶于pH=2.5的酸化甲醇。其鈉鹽為白色固體，是一種有效的螯合劑，具有螯合多價金屬陽離子的性能。

[制備方法]根據合成的步驟和條件，聚環氧琥珀酸的合成主要分為兩種：一步合成法和多步合成法。一步合成法是以馬來酸酐為原料，使之堿性水解生成馬來酸鈉，再以鎢酸鈉為催化劑，用H2O2氧化得到環氧琥珀酸鈉后，用Ca(OH)2作引發劑，使之引發聚合為聚環氧琥珀酸鹽。此法簡單，原料易得，是目前應用最廣泛的方法。但是在此法中，引發劑Ca(OH)2用量較大，致使產物中Ca2+含量較高，且存在副產物含量高的問題，影響阻垢效果。

20世紀80年代末，美國Prector & Gamble Company公司利用兩步法合成PESA，即在水溶液中合成環氧琥珀酸鹽，用丙酮使其沉淀干燥后，配成一定濃度，在一定溫度下，用Ca(OH)2引發聚合得到聚環氧琥珀酸鹽。

(1)一步合成法實例

22.3g馬來酸酐(0.227mol)溶解在32mL水中，冰浴進行冷卻。隨后加入29.3g(50%溶液，0.34mol)的氫氧化鈉。反應在500mL圓底燒瓶中進行，圓底燒瓶帶有一個磁力攪拌器，一個pH計，一根溫度計和一個漏斗。圓底燒瓶放在60℃的油浴鍋中，當溫度到達55℃后，加入27g 30%過氧化氫(0.238mol)和0.784g(0.0024mol)的鎢酸鈉，加入9.1g(50%，100℃)的過氧化氫使反應體系pH值維持在5～7。記錄50～100℃的溫度變化，40min后得到一條放熱曲線。溫度下降至60℃時維持1h，加入0.84g(0.0114mol)氫氧化鈣，隨后加熱至100℃，保持2h。檢測反應樣品若還有琥珀酸鹽殘留，再加入0.84g(0.0114mol)氫氧化鈣，并加熱至100℃，保持2h。真空下去除揮發物，產物在100℃的真空下干燥16h。得到43.4g白色固體，產物中含有雜質2，6-二羥基-3，5二甲基-4-乙二酸-1，7-庚二酰的鈉鹽或鈣鹽(約5%)，高分子量琥珀酸低聚物，酒石酸(約20%)。

(2)二步合成法實例

①琥珀酸二鈉鹽的合成

4mol馬來酸用1.2L去離子水溶解，裝入5L的三口瓶中，三口瓶附帶兩個漏斗、一個pH計和一個攪拌器，分別向兩個漏斗倒入8mol 50%的氫氧化鈉水溶液和4.8mol 30%過氧化氫。向裝有馬來酸的燒瓶中加入6.0mol的氫氧化鈉，使pH值大約為5.7。反應溫度維持在70℃。

往上述溶液中加入0.08mol的鎢酸鈉，溶液呈黃綠色。加入2mol的NaOH和4.8mol的H2O2維持溫度在60～65℃，pH值為6～6.5。冰浴0.5h后反應體系溫度升至70℃反應1.5h。反應完全后冷卻至室溫后加入NaOH調節pH值至10。把溶液轉移到容器中，緩慢加入8L的丙酮使之沉淀為琥珀酸二鈉鹽。用濾紙過濾，干燥。

②環氧琥珀酸鈉鹽的合成

1.7mol的琥珀酸鈉鹽加人到1L的燒瓶中，燒瓶帶有攪拌器，用油浴加熱。往燒瓶中加入16.6mol的去離子水，攪拌15min后加入0.17mol的氫氧化鈣，加熱至100℃反應2h。此時反應產物略帶黃色，冷卻至室溫后加入2L去離子水。用酸離子交換樹脂(Dowex 50W-X8，酸式)使溶液pH值下降至2.8。過濾去除離子交換樹脂，濾液經減壓蒸餾得到黏稠油狀液體。加入0.5L甲醇收集沉淀反應物，用0.1L甲醇清洗。固體溶解在1L的去離子水中，pH值用NaOH調整到9.5。加熱至100℃真空蒸發24h使聚琥珀酸鈉鹽變成白色粉末。用高效液相色譜分析，結果如下，低聚物n=1(5.1%)，n=2(2.8%)，n=3(3.9%)，n=4(5.5%)，n=5(8.3%)，n=6(8.0%)。其余的為高聚物。PESA的平均分子量用13C核磁共振分析，平均相對分子質量約為900。

[技術指標]HG/T3823-2006

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