Technologie de synthèse et de modification de l'acide polyaspartique (PASP)

1.Introduction

À l'heure actuelle, il existe deux technologies de processus principales pour la synthèse du PASP : la première est la méthode de l'acide L-aspartique utilisant le monomère d'acide L-aspartique comme matière première, qui fait référence au produit PASP obtenu par polycondensation à haute température, hydrolyse dans des conditions alcalines et étapes de raffinage ultérieures telles que la neutralisation dans certaines conditions. La seconde est la méthode de l'anhydride maléique utilisant l'anhydride maléique, l'acide maléique ou l'acide fumarique et d'autres composés contenant de l'azote qui peuvent produire de l'ammoniac comme matières premières. Cette méthode prépare d'abord le polysuccinimide intermédiaire à partir de la matière première, puis le polysuccinimide subit une réaction d'hydrolyse pour préparer le sel PASP, puis le chlorhydrate PASP est acidifié pour préparer le PASP, et enfin le PASP est purifié.

Bien que l'inhibition de l'échelle, la dispersion, la chélation et les autres propriétés du PASP préparées par les deux technologies de processus ci-dessus soient équivalentes, lors de l'utilisation de l'acide L-aspartique comme matière première pour le processus de production de polymérisation par retrait thermique en phase solide, bien qu'il présente les avantages d'une large source d'acide aspartique, d'un processus de production simple, d'un taux de conversion élevé et d'aucune pollution, l'acide L-aspartique solide est à l'état de cristal ionique, d'une grande taille de particules, d'une cristallinité élevée et d'une structure interne dense, ce qui entraîne un transfert de chaleur lent, une réaction inégale et une consommation d'énergie élevée dans la réaction de polymérisation par retrait thermique en phase solide, ce qui affecte en fin de compte les performances d'inhibition de l'échelle du PASP. De plus, la matière première l'acide L-aspartique est relativement chère, ce qui entraîne des coûts de production élevés, et donc une faible compétitivité sur le marché

Bien que le poids moléculaire du produit synthétisé par la méthode de l'anhydride maléique soit faible, il a toujours de bonnes applications dans les inhibiteurs de tartre, les inhibiteurs de corrosion, etc., et il a une bonne efficacité économique, il est donc devenu un point chaud pour la recherche et le développement actuels. À l'heure actuelle, le PASP est principalement synthétisé par le procédé de l'anhydride maléique en utilisant l'anhydride maléique comme matière première.

2 Progrès de la recherche

Actuellement, la recherche et le développement du PASP se concentrent sur le processus de synthèse et la technologie de modification.

2,1 Technologie des procédés de synthèse

Le processus de synthèse du PASP à l'aide d'acide L-aspartique. La méthode consiste à condenser à chaud l'acide L-aspartique en présence ou en l'absence d'un catalyseur pour obtenir une poudre solide de polysuccinimide, puis à l'hydrolyser dans des conditions alcalines pour obtenir du PASP. L'ensemble du processus de production de ce processus ne produit pas de "trois déchets" et sous-produits qui polluent l'environnement. Il présente les avantages d'un processus de production simple et d'un contrôle facile, mais il existe des lacunes telles qu'une répartition étroite du poids moléculaire et une couleur claire du produit obtenu.

Procédé de synthèse de PASP à l'aide de liquides ioniques. Le procédé consiste à faire réagir de l'anhydride maléique, des composés contenant de l'azote et de l'eau dans un rapport massique de 1 : (1-2) : (1.5-20,5) à pression normale et 60-90C pendant 1-3 heures pour obtenir du maléate d'ammonium ; 1 % -5 % de liquide ionique acide est ajouté à la solution de maléate d'ammonium en tant que catalyseur, et une réaction de polymérisation est effectuée à pression normale et 160-200C pour générer du polysuccinimide ; le polysuccinimide est hydrolysé à pH 10-12 et 20-40C pour obtenir le produit. La méthode est non seulement verte et respectueuse de l'environnement, mais le catalyseur liquide ionique peut également être réutilisé, ce qui peut réduire les coûts de production.

Procédé de synthèse de PASP à l'aide d'anhydride maléique et d'ammoniac. Le procédé consiste à faire réagir de l'anhydride maléique fondu avec de l'ammoniac dans un réacteur fermé, absorber le gaz restant après la réaction, ajouter une solution de NaOH et neutraliser pour obtenir un mélange de maléamate de sodium et de maléamate d'ammonium ; puis chauffer directement le mélange dans un réacteur fermé et effectuer une polycondensation sous agitation, évaporer l'eau après la réaction de polycondensation pour obtenir un solide de polysuccinimide ; ajouter de l'eau dans un autre réacteur et commencer à agiter, ajouter le solide de polysuccinimide, ajouter lentement la solution de NaOH, chauffer et effectuer une hydrolyse pour obtenir une solution de PASP. La méthode simplifie le processus de production de PASP, et le PASP obtenu peut répondre aux exigences de poids moléculaire et a un processus de production respectueux de l'environnement.

Le PASP est synthétisé par une méthode de semi-solvant micro-ondes. Tout d'abord, de l'anhydride maléique ou de l'acide fumarique et de l'ammoniac ou du sel d'ammonium sont utilisés comme matières premières, une petite quantité de solvant est ajoutée, et la fréquence micro-ondes est de (915±50) MHz ou (2 450±50) MHz, et la puissance est de 200 à 20 000 W. Le polysuccinimide de faible poids moléculaire (PSI-I) est synthétisé, et le solvant est complètement récupéré à ce moment ; ensuite le PSI-I est utilisé comme matière première, et la fréquence micro-ondes est la même, et la puissance est de 400 à 50 000 W. La condition est irradiée pendant 1 à 30 minutes sans solvant, et le polysuccinimide de haut poids moléculaire (PSI-II) est obtenu avec un PASolyII. Cette méthode n'est pas seulement simple dans le processus, ne nécessite pas de séparation des solvants, a une vitesse de réaction rapide, un rendement élevé, une économie d'énergie et moins de pollution, mais peut également améliorer le poids moléculaire et les performances d'inhibition de l'échelle du produit, mais les exigences pour l'équipement sont relativement élevées.

Une nouvelle méthode pour synthétiser le PASP a été développée. La méthode consiste à ajouter de l'anhydride maléique au réacteur, puis à ajouter de l'eau désionisée au réacteur, puis à faire passer de l'ammoniac à une vitesse de 25-35 mL / min, le rapport massique de l'anhydride maléique à l'eau désionisée étant de 1 : (0.1-1), et le rapport molaire de l'anhydride maléique à l'ammoniac étant de 1 : (0.1-3) ; après avoir fait passer l'ammoniac, chauffer à 60-100 C pour réaction pendant 20-40 min, puis continuer à chauffer à 140-240 C pour réaction de polymérisation pendant 1-10 h ; après la réaction, verser le liquide brun rougeâtre dans un entonnoir séparateur et ajouter de l'éthanol anhydre, extraire le liquide séparé, extraire le liquide séparé pour obtenir de l'acide polyaspartique et le produit visqueux. Cette méthode peut réaliser la synthèse en une étape du PASP, a un processus simple, peut grandement améliorer l'efficacité de la production et réduire les coûts, et peut réaliser une production à grande échelle.

Le PASP a été synthétisé en utilisant de l'ammoniac liquide et de l'anhydride maléique comme matières premières. Les effets du rapport molaire de l'anhydride maléique à l'ammoniac liquide, de la température et du temps de synthèse du maléate d'ammonium, de la température et du temps de polymérisation, et du pH d'hydrolyse sur le rendement en polysuccinimide et le poids moléculaire du PASP ont été étudiés. Les résultats ont montré que les conditions de réaction optimales étaient (anhydride maléique) (ammoniac liquide) = 1 1,2, la température de synthèse du maléate d'ammonium était de 85 ℃, le temps de réaction était de 2 h, la température de polymérisation était de 210 ℃, le temps de polymérisation était de 4 h et le pH d'hydrolyse était de 9. Sous condition d'absence de catalyseur, le rendement en polysuccinimide peut être supérieur à 95 %.

Procédé de synthèse de PASP en une étape à l'aide d'un catalyseur acide solide. Le procédé comprend les étapes suivantes : placer de l'anhydride maléique dans un réacteur, ajouter de l'eau désionisée, refroidir avec de l'eau de refroidissement, puis faire couler de l'eau ammoniacale et évacuer de l'eau une fois la réaction terminée ; puis ajouter au réacteur un catalyseur de montmorillonite modifié par un acide et de la paraffine liquide, élever la température jusqu'à la température de polymérisation pour la réaction, refroidir avec de l'eau de refroidissement après la réaction et évacuer le liquide de réaction ; verser la paraffine liquide dans le liquide de réaction pour la récupération, obtenir un liquide visqueux brun rougeâtre et le placer dans un réacteur, ajouter de l'eau désionisée au réacteur et la filtrer, précipiter le filtrat avec un acide moléculaire, séparer les liquides et sécher avec un filtre PASP. De plus, en ajoutant une quantité légèrement excessive d'eau ammoniacale, les réactions de polymérisation et d'hydrolyse sont effectuées dans un seul système, ce qui peut simplifier le processus de synthèse et faciliter la production à grande échelle.

2,2 Technologie de modification

En raison du type unique de groupes fonctionnels dans la molécule PASP, ses performances sont uniques et son application est limitée, de sorte que la modification PASP est devenue la direction dominante de la recherche.

Procédé de préparation de PASP modifié avec un composé dicarbonyle. Le procédé utilise de l'eau comme solvant et fait réagir du polysuccinimide avec un composé dicarbonyle sous la catalyse de NaOH pour obtenir un PASP modifié par un composé dicarbonyle. Le procédé peut obtenir un PASP modifié écologique avec une efficacité d'inhibition à grande échelle et un poids moléculaire moyen de viscosité stable et approprié.

L'invention concerne un procédé de synthèse d'un PASP modifié avec une structure de base de Schiff. Le procédé comprend les étapes suivantes : ajout d'anhydride maléique à un réacteur rempli d'eau distillée, agitation dans un bain-marie à 30-60C, puis égouttage d'eau ammoniacale dans le réacteur, réaction à 60-100C pendant 0.5-3 h ; chauffage du bain d'huile à 180-240C dans des conditions Ar, réaction pendant 20-40 min, puis ajout de diméthylformamide pour dissoudre la substance visqueuse, et obtention du produit polysuccinimide ; dissolution du polysuccinimide et du thiocarbazide (CD) dans un réacteur rempli d'eau distillée, chauffage et agitation pendant 6-12 h pour obtenir le produit PASchiP / CD ; enfin, chauffage et reflux de la solution aqueuse du PASP / CD modifiée p-chlorobenzaldehyde avec la structure. La chaîne principale de l'inhibiteur de corrosion PASP modifié avec la structure de base de Schiff préparée par la méthode appartient à un polymère biodégradable, et le taux d'inhibition de la corrosion peut atteindre plus de 90 %.

Afin d'améliorer les performances d'inhibition de l'échelle du PASP, une étude de modification a été menée sur celui-ci. Les résultats ont montré que : 29,4 g d'anhydride maléique ont été utilisés pour obtenir le précurseur polysuccinimide par polymérisation, et 1 / 2 de la quantité de polysuccinimide a été utilisée comme matrice, et la thiourée a été utilisée pour ouvrir le cycle. Lorsque la quantité de thiourée était de 1 g, la température de polycondensation modifiée était de 100 C et le temps de réaction de 2,5 h, le PASP modifié avec le meilleur effet d'inhibition de l'échelle a été obtenu. L'analyse par spectroscopie infrarouge a confirmé qu'un groupe amino de la thiourée condensé avec le groupe carboxyle sur la chaîne latérale d'origine pour former une liaison amide, et un nouveau groupe fonctionnel a été ajouté à la chaîne latérale du PASP pour améliorer son inhibition.

Copolymère greffé PASP et son procédé de synthèse. Le procédé consiste à utiliser de l'anhydride maléique et de l'urée comme matières premières, à ajouter de l'anhydride maléique, de l'eau distillée, de l'urée et un mélange phosphore-sulfurique 1 : 1 dans un flacon à quatre cols dans des conditions de bain d'huile, à agiter mécaniquement pendant 1 à 2 heures, à déplacer le produit vers un dispositif de réaction en phase solide jusqu'à ce que le poids moléculaire moyen de la viscosité soit de 5 000 à 10 000, à refroidir, à ajouter de l'eau distillée pour le lavage, à filtrer sous vide et à sécher pour obtenir du polysuccinimide ; prendre une certaine quantité de polysuccinimide et d'eau pour mélanger pour former une suspension, mélanger la trypamine avec une quantité appropriée d'eau pour obtenir un copolymère sous vide, après 24 heures. L'agent de traitement de l'eau vert, efficace, non toxique, sans phosphore, biodégradable et fluorescent préparé par la méthode est utilisé dans le traitement de l'eau de refroidissement en circulation industrielle pour réduire la pollution secondaire de l'eau industrielle et l'eutrophisation des plans d'eau.

L'invention concerne un inhibiteur de corrosion PASP avec un groupe latéral contenant un cycle imidazole et un alcane à longue chaîne et un procédé de préparation de celui-ci. Le procédé consiste à faire réagir le polysuccinimide avec les composés alkylamine et le 2-aminoimidazole dans un solvant, et enfin à ajuster le pH à 8-10 pour hydrolyser le groupe diimide restant afin d'obtenir l'inhibiteur de corrosion souhaité, le composé alkylamine étant un composé alcane en C6-C18. L'inhibiteur de corrosion PASP préparé par le procédé a une chaîne principale hydrophile et une chaîne latérale hydrophobe. La chaîne principale hydrophile et l'imidazole latéral à chaîne courte sont fixés de manière stable à la surface métallique pour former un film par des effets hydrophiles et hydrophobes ou des effets de coordination, isolant le facteur de corrosion du contact direct avec le milieu, ce qui intervient dans le facteur de protection contre la corrosion. De plus, les matières premières pour la préparation de l'inhibiteur de corrosion PAPS sont largement disponibles, le processus est simple et respectueux de l'environnement, et il convient à la production industrielle.

L'invention concerne un procédé de préparation d'un dérivé de PSAP contenant des groupes acide carboxylique et des groupes acide sulfonique. Le procédé utilise de l'acide aspartique comme matière première et adopte un procédé de polycondensation thermique en phase solide pour obtenir du polysuccinimide. Une fois le polysuccinimide dissous dans l'eau, 2-aminoethanesulfonate et des solutions aqueuses de glutamate sont ajoutées en même temps par goutte, et le pH de la solution est ajusté à 8-10, la température de réaction est de 10-30 C et le temps de réaction est de 18-26 h pour obtenir une solution transparente rouge-brun ; le solide est précipité avec de l'éthanol anhydre, filtré sous pression réduite et lavé avec de l'acétone pour obtenir un produit solide jaune-brun, et un dérivé de PAPS contenant des groupes acide sulfonique et acide carboxylique est obtenu après séchage sous vide. Ce procédé améliore les performances complètes d'inhibition à l'échelle et de dispersion du PASP en introduisant des groupes acide carboxylique et acide sulfonique dans la structure, a de bons effets d'inhibition à l'échelle et d'inhibition de la corrosion, et a une bonne biodégradabilité.