水解聚马来酸酐(HPMA)的合成方法

水解聚马来酸酐（HPMA）的合成方法

山东鑫泰水处理剂2015.8

摘要：水解聚马来酸酐（HPMA）对CaCO3和Ca3(P04)2的阻垢效果好，是非常适合工业循环冷却水的阻垢剂；本工艺合成水解聚马来酸酐（HPMA）反应时间短、操作简单、成本低、绿色无污染；所用催化剂及引发剂价兼易得、用量少、活性高；该工艺工序较为简单，安全系数较高，生产周期较短，能耗较低，产量较高，有利于批量生产；原材料利用率高、无污染环境的废物产生。 HPMA（水解聚马来酸酐）适用于碱性环境。在高温（<350℃）和高PH下有明显的溶限效应。适用于碱性水质或同其它药物复配使用。在300℃以下对碳酸盐仍有良好的阻垢分散效果，阻垢时间可达100h。由于HPMA（水解聚马来酸酐）阻垢性能和耐高温性能优异，因此在海水淡化的闪蒸装置中和低压锅炉及工业循环冷却水中得到广泛使用。另外HPMA（水解聚马来酸酐）有一定的缓蚀作用，与锌盐复配缓蚀效果更好。

关键词：水解聚马来酸酐；阻垢分散剂；水处理剂；HPMA

1、理论依据

以《应用化工》、《21世纪水处理剂发展战略[J ]环境工程》为依据。

2、反应原理

其合成原理是：在引发剂、催化剂作用下将马来酸酐分子内不饱和双键断裂，从而自身发生聚合反应生成水解聚马来酸酐。

3、生产工艺简介

由于马来酸酐碳碳双健的电子云密度低、空间位阻大，难以均聚，是合成反应的瓶颈。目前主要有三种方法可以生产聚马来酸酐：

1、辐射聚合法，它需要一个辐射源设备，条件高，多用于科学研究，在工业上应用基本没有。

2、有机溶剂聚合法，该法采用偶氮二异丁腈、过氧化苯甲酰等为引发剂，用苯、甲苯、二甲苯等为有机溶剂，早期合成聚马来酸酐的工业化生产，多采用此法，此法的缺点是由于有机溶剂的使用和回收，能耗大且易燃易爆，工艺复杂，引发剂价格昂贵且用量较大，造成生产成本高。

3、水溶液聚合法，该法以水代替有机溶剂，优点是消除了苯类有机溶剂潜在的危险，安全卫生，工艺简化，但缺点是引发剂用量大，需要合适的催化剂，目前已经有一些工业化的生产。通过实验研究，找到一类廉价易得的有效催化剂，通过实验室合成和工业试生产证明了水溶液聚合法工艺已经成熟，能够合成出符合国家标准的产品。

4、产品合成实验过程

本实验主要是温度及回流时间的控制，这两项因素控制得成功与否决定了产品的质量：

4.1温度控制

将顺酐、水、硫酸铁铵加入四口瓶后开始升温，保持其他条件不变，反应1小时，将温度分别取80、90、100、110、120℃，实验中发现，当温度到达105℃时经化验产品各项指标均超过国家标准：产品的外观为棕红色透明药剂、密度为1.22g/cm3（国家标准为1.18g/cm3）、固体含量53%（国家标准为48%），在105--110℃时产品各项指标基本不变，超过110℃时，投加双氧水反应剧烈并且喷出瓶外，实验无法进行。所以，为了节约时间及能源，最高控制温度试验点取为105℃。得到产品指标随温度的变化情况如表1：

4.2回流（反应）时间控制

当温度达到105℃后开始缓慢滴加过氧化氢，保温回流反应。根据资料：反应温度105℃左右时回流理论时间为60-90分钟，我们在实验室将回流时间从60、70、80、90取了4

个点进行实验，发现反应时间为70-80分钟时已经得到棕红色产品水解聚马来酸酐。经过检测，产品指标均达到最好，所以，反应时间定在75分钟。产品指标随反应时间变化情况如表2：

结论：该实验反应温度为105℃；反应时间为75分钟。

为了更加接近生产，我们将反应温度控制在105℃，反应时间控制在75分钟又进行了工业化中试实验，中试产品的各项指标经过检测均超过了国家标准。

5、产品阻垢效果实验

本工艺目的是合成能够应用于生产的合格产品，为了检验其对生产的适用性，我们在实验室做了产品的模拟生产阻垢实验，取回用工业补充水进行动态阻垢实验，对实验室产品、外买某公司产品、终试产品同步进行阻垢实验，经实验，产品阻垢率分别为96.6%、95.8%、97.4%。这说明本产品性能合格，可以适应生产需要。

6、工业化生产流程

本课题如果正式实施，需要建一条生产线：

6.1厂房：本生产流程比较简洁，要求不高，厂房面积不需很大。

6.2设备：本生产线设计使用一个500L的反应釜。反应釜由釜体、釜盖、夹套、搅拌器、传动装置、轴封装置、支承等组成，含电加热装置和冷凝回流装置，使用压力：0.2～0.4Mpa，使用温度为0～200℃。

6.3操作：本工艺操作简单，具体如下：a、加料及反应过程：由操作人员将原料马来酸酐从反应釜的加料孔一次性加入，再加入定量的水和催化剂，接着打开电加热升高温度到100℃，停止电加热，打开阀门缓慢滴双氧水，控制反应温度为105℃，75分钟后，反应结束；b、出产品：产品合成结束后，自然冷却到室温，打开反应釜下端的出料口出料；c、产品装置：由于本产品产量不大，用25L的塑料桶装置就可。

6.4 存储：本产品显酸性，所以可以用塑料罐存储。设计存储一个月，存储量为

125÷12=10.4吨，产品密度以1.22g/m³计，通过了解，一个3m³的塑料罐价值1000元，则10.4÷3÷1.22=2.84只，即需要4个塑料罐（其中一个备用），价值4000元。

7、经济核算：

通过生产，每生产1吨水解聚马来酸酐需要原材料成本3555.2元，水电能源动力费用126.2元，人工成本720元，设备成本（以10年折旧计算）12.2元，合计总成本4413.6元。以每吨7200元/吨（含票价）销售，同时扣除附加税及管理成本，可达到利润每年20.6万元。

8、结论：

本工艺操作简单、投入少、见效快，是一个成功的合成工艺方法，而且利润可观，而且可以根据市场情况，适当增加反应釜容量从而增加产品产量以进一步增加效益。

参考文献