Page 139 - 《精细化工》2020年第8期

第 8 期 孙千惠，等: 硅疏水改性聚胺阻垢剂的制备及其性能 ·1637·

氧化铝工业是中国有色金属工业发展的支柱产 1-氯辛烷、无水甲醇、相转移催化剂（L-61 聚醚、四
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业 。在氧化铝生产的复杂工序中，高压溶出和蒸 丁基溴化铵），AR，麦克林试剂有限公司；NaOH、
发是两个主要的能源消耗工序。据相关资料显示，管 水合铝硅酸钠，AR，天津市天力化学有限公司；柠
道中的氧化铝结疤增加 1 mm 的厚度，管道的传热 檬酸钾（质量分数 60%）、氨基三甲叉膦酸（ATMPA，
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系数降低 77% ，在增加能耗的同时也减少管道的 质量分数 50%）、聚环氧琥珀酸（PESA，质量分数
有效容积。目前，国内外普遍采用拜耳法工艺制备 40%）、羟基乙叉二膦酸/四钠（HEDP/4Na，质量分
氧化铝。在拜耳法生产氧化铝的溶出过程中，SiO 2 转 数 60%），山东优索化工科技有限公司。
化为方钠石型水合铝硅酸（Na 2OAl 2O 317SiO 2•nH 2O） 红外吸收光谱采用 VECTOR-22 型傅里叶变换
析出，容易在管道内壁形成结垢，影响氧化铝的生 红外光谱仪（德国 Bruker 公司）测定，测试范围为
产效率和功能损耗 [3-6] 。 500~4000 cm ；聚合物热失重采用 Q500 型热重仪
–1
目前，用于氧化铝工业中的除垢方法主要是用 （美国 TA 公司）测定，测试条件为：N 2 保护下，测
水力冲洗或使用强酸（硫酸、草酸、氢氟酸等）进 试温度范围为 40~600 ℃，升温速率为 10 ℃/min；Zeta
行软化溶解。这两种处理方法不仅浪费大量的人力、 电位及光散射（DLS）采用 Zetasizer NANO-ZS90 型
物力、财力，使用强酸更会腐蚀管道。相比之下，阻 激光粒径散射仪（英国 Malvern 公司）测试；聚合
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垢分散剂具有更好的效果 。聚乙烯亚胺（PEI）是 物表面张力采用 DCAT11 型表面张力测试仪（德国
一种水溶性支化大分子聚合物，分子链中带有大量 Dataphysics 公司）测试；聚合物黏度采用 NDJ-5(8)SB
的伯胺和仲胺基团，具有强的吸附性，且可进一步 型黏度计（上海星量光学仪器有限公司）测试；颗
改性；其在中碱性介质中表现为非离子性，在中及 粒悬浮液分散稳定性采用 TURBISOFT LAB 型浓
弱酸性介质中表现为阳离子性，其玻璃化转变温度 缩体系分散稳定性分析仪（北京朗迪森科技有限公
均在–20 ℃以下；PEI 在常温下具有较高的链段活 司）测试。
动能力。PEI 的这些特性受到广泛的关注，其改性产 1.2 疏水接枝改性 PEI 的制备
物及其衍生物均可用于金属离子的吸附、生物大分 在三口圆底烧瓶中，加入 10 g PEI（M W =1500
子的分离纯化与固化，也可用于纸张增强剂、分散 或 10000），用 30 g（0.93 mol）甲醇搅拌溶解，再
剂等 [7-13] 。 加入 2 g（0.008 mol）KH560、1-氯辛烷〔后文 1-
本研究采用硅烷偶联剂 KH560、1-氯辛烷改性低 氯辛烷用量考察中，分别为 0、0.5 g（0.003 mol）、
相对分子质量 PEI，在大分子链段上引入 Si—(ONa) 1.0 g（0.006 mol）〕和相转移催化剂 L-61 聚醚（1.0 g）
端基，使疏水改性后的聚合物在强碱介质中水解产
或四丁基溴化铵（1.0 g，0.003 mol）〕，在水浴 75 ℃
生一定的负电性，对铝硅酸钠具有良好的阻垢分散
下均匀快速搅拌。待圆底烧瓶中溶液黏度急剧增加
作用，可显著提高氧化铝的生产效率。
时，加入 58 g 质量分数为 3% NaOH 热溶液（75 ℃）
1 实验部分 进行溶解，继续反应 6 h，得到无色澄清的透明溶液，
即含硅疏水改性聚胺阻垢剂。使用两种相对分子质
1.1 试剂与仪器 量 PEI 改性后得到的具有最佳性能的产品，分别编
聚乙烯亚胺（PEI，质量分数 99.9%），德国巴斯夫 号为：1500 改性 PEI、10000 改性 PEI。其合成路
公司；γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷（KH560）、 线如下所示：