绿色螯合剂亚氨基二琥珀酸

绿色螯合剂亚氨基二琥珀酸的合成及性能测试

2011-05-11 来源: 张奇鹏，张玲玲，周秋宝，肖倩倩（来源互联网）点击次数：57

关键字：螯合剂亚氨基二琥珀酸顺丁烯二酸酐螯合性能织物漂白

引言

纺织品在进行染整加工时，水溶液中的Ca2+ 、Fe3+、Cu2+ 、Mg 2+等金属离子会对产品质量产生很大的影响。如在织物煮练时钙镁离子会与碳酸根离子等结合形成不溶性的钙镁盐沉积在织物上影响手感和白度；氧漂时铁离子等会加速双氧水的分解，造成织物漂白时局部过度氧化，从而强力下降甚至产生破洞；染色时Ca2+、Mg2+等易引起染料凝聚，产生色点。因此在进行染整加工，都要加入适量螯合分散剂来螯合水溶液中的金属离子，以提高纺织品的加工质量。

多羧酸类的螯合剂如柠檬酸及乙二胺四乙酸(EDTA)等有很强的螯合金属离子的能力和良好的溶解性而被广泛应用。但这些螯合剂很难降解，而且能将重金属离子从固体物质中转移至水溶液中，扩大了这些有毒金属的危害范围。因此，有必要开发易于降解的对环境友好的新型螯合剂。亚氨基二琥珀酸[NH(COOHCHCH2 COOH)2 ]是一种新型的绿色螯合剂，具有很强的螯合金属离子的能力，并且可降解性良好，可以用于石油化工、纺织工业、重金属萃取等多个领域。

亚氨基二琥珀酸是由顺丁烯二酸酐、氢氧化钠和氨在水溶液中反应而得到。目前对于该助剂的合成产率和反应机理研究已有报道。本实验着重从反应的各个条件对产物螯合钙、铁、铜离子性能的影响进行讨论，用红外光谱表征其结构，然后与常规螯合分散剂进行效果比较，并将其应用于棉／亚麻织物的漂白工艺中。

1 实验部分

1．1 试验仪器

DF-101S集热式恒温加热磁力搅拌器(杭州惠创仪器设备有限公司)；DZF-6050型真空干燥箱(上海精宏实验设备有限公司)；SHA-B型恒温振荡器(国华电器有限公司)；Nicolet 5700型傅立叶变换红外光谱仪(美国赛默飞世尔有限公司)；SC-80轻便色彩色差计(北京康光仪器有限公司)；LCK-800毛效测试仪(山东省纺织科学研究院)；YG065A／PC电子

式织物强力机(莱州市电子仪有限公司)；PL602一S型电子天平(梅特勒-托利多仪器上海有限公司)

1.2实验药品

马来酸酐(分析纯，天津市博迪化工有限公司)；氢氧化钠(分析纯，杭州萧山化学试剂厂)；氨水、硫酸铜(分析纯，杭州高晶精细化工有限公司)；三氯化铁(分析纯，上海化学试剂有限公司)；草酸钠、氯化铵(分析纯，天津市博迪化工有限公司)；乙酸钙（分析纯，上海泗联化工工厂有限公司）；无水碳酸钠（分析纯，汇普化工仪器有限公司)；铜指示剂(分析纯，天津化学试剂三厂)；甲基橙(分析纯，中国医药上海化学试剂公司)。

1.2合成方法

在四口反应烧瓶中加入定量的顺丁烯酐（MA），再加入少量谁。然后放入油浴中升温至50度，开动转子保温20 min以使原料充分溶解。然后滴加氨水溶液，最后加入定量的氢氧化钠溶液，升温至150度，反应3-10h，产物取出后真空烘干，最后得到橙黄色固体。相关的反应方程式如下所示：

1.4测试方法

1.4.1螯合钙离子的测试

a)准确称取2 g样品(精确至0．000 1 g)，配成100 mL溶液。

b)移取25 mL样品溶液至锥形瓶中，加0．3 mL 2 9／6草酸钠溶液，5 mL pHl0的氨一氯化铵缓冲液。c)用0．1 mol／L的乙酸钙标准溶液滴定，直至产生永久性白色沉淀为止。每克螯合剂所螯合的。

CaCO3的质量(mg)即为钙离子的螯合值。

1.4.3螯合二价铜离子的测定

a)准确称取1 g样品(精确至0．000 1 g)，配成100 mL溶液。

b)移取1O mL样品溶液至锥形瓶中，加入40 mL蒸馏水，用3O 氢氧化钠溶液调节pH 值为12。

c)用1 g／L Cu2+标准溶液滴定，直至产生永久性混浊为止(滴定过程中使pH值保持在

12)。每克螯合剂络合铜离子的毫克数即为标准溶液滴定时所消耗的毫克数。

2 结果与分析

这是由于反应初始阶段顺酐开环形成顺丁烯二酸，氨水与顺丁烯二酸分子的双键发生亲核加成反应生成天门冬氨酸，然后再与另一顺丁烯二酸分子发生亲核反应。若氨的用量过多，会使得氨与顺丁烯二酸大部分转化成天门冬氨酸，不利于第二步亲核反应的进行，所以产物的螯合性能会逐渐降低。因此，选取顺酐与氨的量比为2：2比较合适。

2．3 水的用量对合成产物螯合性能的影响

固定n(MA)：n (NaOH)：n(NH3) =2：1：2，反应温度150oC和反应时间10 h不变，改变蒸馏水物质的量，分别测得的产物的螯合性能如表l所示。

由表1数据可知，改变水的用量对产物的螯合性能影响比较小。水的用量少时，产物螯合钙铁铜离子的性能稍差。当n(MA)：n(H 2O)从2：8增加到2：16时产物的螯合性能基本保持不变。这是由于反应刚开始时水作为反应物与顺酐生成顺丁烯二酸，也兼作溶剂。随着第二步反应的进行，水只作为溶剂不参与反应，所以不影响产物的螯合性能。从节约水资源方面考虑，顺酐与水的量比为2：8比较合适。

2．4 温度和时间对合成产物钙离子和铜离子螯合性能的影响

固定n(MA)：n(NaOH)：n(NH3)：n(H2O)=2：1：2：8，改变反应的温度，分别测试不同反应时间产物对钙离子和铜离子的螯合性能如图3和图4所示。

由图3和图4可以看出，随着反应时间的增加，产物的钙离子和铜离子螯合性能逐渐增加。刚开始反应时间从4 h到6 h时产物对钙离子和铜离子的螯合值均增加较慢；当反应时间从6 h到10 h时螯合值迅速增加，说明反应主要是在此时间段内完成。当反应时间为10 h 时产物的钙、铜离子螯合性能最好，随着时间延长螯合性能基本不变。由图3、图4还可以看出，在反应温度为150℃时产物对钙、铜离子螯合性能最好。这是由于当反应温度过低时，反应速率会降低，在相同时间时所得产物减少，因此螯合性能相应降低。而当反应温度过高如160℃时，反应的副反应也相应增加，生成的顺丁烯二酸构型发生变化及天门冬氨