Page 167 - 201901

第 1 期 郑玉轩，等: 壳聚糖衍生物用于市政废水阻垢 ·153·

中羧基个数，对阻垢率影响不大。而在 m（AA）∶ 3.00、反应时间 4 h、反应温度 75 ℃，分别用 APS
m（CTS）=6.62∶3.00 时，由于体系中未反应的 AA 和 ACS 引发反应，考察了引发剂种类以及用量（以
较多，随着时间的延长，发生的酰胺交联副反应增 单体的总质量为基准，下同）对共聚物阻垢性能的
多，影响体系内自由羧基的个数，致使阻垢效果变 影响，结果如图 6 所示。
差。继续延长至 6 h 时，三者阻垢率均明显下降。
可能是因为，反应时间增长，接枝后 CEC 中的羧基
与氨基接触几率变大，生成一定量的酰胺交联产物。
综上可知，最佳反应时间为 4 h，最佳单体质量比为
m（AA）∶m（CTS）=5.30∶3.00。
2.2.3 反应温度对 CEC 阻垢性能的影响
固定反应时间 4 h、引发剂占单体总质量 3%，
分别考察了反应温度对 m（AA）∶m（CTS）=3.97∶
3.00、5.30∶3.00、6.62∶3.00 的 CEC 阻垢性能的影
响，结果如图 5 所示。

图 6 CEC 阻垢率与 APS、ACS 用量的关系
Fig. 6 Relationship between scale inhibition ratio of CEC
and content of APS and ACS

由图 6 可知，在两种不同引发剂作用下，APS
引发所得产物阻垢率明显优于 ACS，可能是因为
ACS 引发接枝生成产物结构大多为闭合环状酰胺聚
合物，使得共聚物中提供的游离羧基较少，阻垢效
果不佳 [20] 。在 APS 引发下，当 APS 用量为 3%时，
CEC 阻垢率达到最大。因为引发剂用量直接决定生
成自由基的数量，决定反应进行的快慢，在 APS 用

图 5 不同单体配比下 CEC 阻垢率与反应温度的关系 量为 1%~3%内，阻垢率随着 APS 用量的增多而直
Fig. 5 Relationship between scale ratio of CEC with 线上升。继续加大 APS 用量，阻垢率下降。可能是
different monomer mass ratio and reaction 体系中 APS 过量导致酰胺交联副反应加剧，体系中
temperature
游离羧基个数减少，导致阻垢率下降。因此，APS
由图 5 可知，3 条曲线中 60~65 ℃以及 65~70 ℃ 最佳用量为 3%。
两线段的斜率都比较大，可以看出阻垢率随温度变 综上所述，确定最佳合成条件为：原料质量比
化比较明显。70~75 ℃时 3 条曲线斜率都明显减小。 m（AA）∶m（CTS）=5.30∶3.00、反应时间 4 h、
这是由于在此温度段中可能存在少量酰胺交联副反 反应温度 75 ℃、APS 用量 3%。
应，致使阻垢率上升不明显。此外，不同单体质量 2.3 N-羧乙基壳聚糖与常用阻垢剂性能比较
比下，在温度为 75 ℃时，出现了各自的最大阻垢率， 阻垢性能测试均采用最佳工艺条件下制备所得
证明最佳反应温度为 75 ℃。75~80 ℃时 3 种不同单 的阻垢剂。阻垢剂的相对分子质量用乌氏黏度计测
体配比下 CEC 阻垢率都明显下降，其中 m（AA）∶ 定，采用“一点法”测定合成产物的黏均相对分子质
m（CTS）=6.62∶3.00 下降最明显，可能是温度过 量，具体步骤如下：精确称取 0.3 g 提纯产物 CEC
高，AA 含量也较高，导致副反应加快，影响阻垢 溶于 100 mL 0.1 mol/L CH 3 COOH-0.2 mol/L NaCl 的
效果。自由基反应属于吸热反应，从反应热力学上 混合溶剂中，待充分溶解后取 15 mL 移入乌氏黏度
讲，温度越高，接枝速率越快，但同时副反应酰胺 计，将黏度计垂直固定于（251）℃恒温水浴中
聚合速率也越快。所以会存在一个温度的临界点， 10 min 以上测定 CEC 溶液以及溶剂的下落时间，并
使得合成的 CEC 阻垢性能达到最佳。此时反应中自 按式（2）求出特性黏数[η]（单位 mL/g）和相对分
由基的形成和消耗达到平稳状态，同时酰胺聚合以 子质量 M。
及 AA 自聚程度最小。因此，将温度控制在 75 ℃  ln  1 
[]  r     r 9 =KM （2）
最佳。   
2.2.4 引发剂用量对 CEC 阻垢性能的影响 式中： = t ，t 为 CEC 溶液流过黏度计两计时标
固定原料质量比 m（AA）∶m（CTS）=5.30∶ r t 0