[发明专利]一种羧甲基改性菊粉的制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明属于化工技术领域，具体涉及到一种羧甲基改性菊粉的制备方法及其应用。

背景技术

我国是一个水资源严重缺乏的国家，而日益严重的水污染更剧了水资源的缺乏。而水体富营养化的治理成为污水治理的重点和难点，至今还没有任何单一措施能够彻底去除引起水体富营养化的氮、磷等营养物质，氮可通过硝化和反硝化最终以气态的形式进入大气，而磷则最终是以无机盐形式沉积于低泥中，会产生二次污染，因此相对于氮，磷的危害更大。在城市用水中，工业用水约占城市用水量的70％，而在工业用水中，冷却水用量约占80％左右，水体中的磷主要来源于工业循环冷却水的排污水及生活污水。

循环冷却水是提高工业用水效率的重要途径，循环水处理药剂如阻垢剂、缓蚀剂等则是保障工业循环水系统安全平稳运行的技术保障。由于洗涤剂中的助剂大部分为含磷助剂和聚羧酸类及其羧酸类共聚物，循环冷却水中的缓蚀阻垢剂主要为无机聚磷酸盐、有机膦酸(盐)、聚羧酸类及其羧酸类共聚物，由于我国工业循环水采用直接排放至自然受纳水体中的方式，因其排污量较大，即易引起自然水体污染即水体富营养化，此外另外聚羧酸类阻垢剂由于属于生物非降解性化合物，在环境中累积也对环境造成危害。

随着绿色化学革命的兴起，人类环保意识的提高，环保法规进一步严格，许多国家已开始限制磷的排放，并开始从源头控制不可降解污染物的产生，无磷、可生物降解性已成为水处理剂的最重要的评价指标，因此无磷的绿色水处理剂已成为循环冷却水绿色化学处理技术实现的迫切需要，同时也是保持水资源可持续发展的迫切需要。因此开发新型生物可降解分散剂成为全球水处理行业的一个热点，目前已经开发的生物可降解分散剂包括聚天冬氨酸，聚环氧琥珀酸，聚乳酸等。

本发明研究的菊粉(Inulin)来源于菊芋、菊苣、大丽花属等其它农副产品，是天然可再生资源，从20世纪70年代以后，从能源以及石油资源的有限性考虑，特别是随着社会的不断进步，人们的素质和认识水平的不断提高，对环境保护意识的逐步增强，菊粉结构中存在大量的羟基基团(-OH)，在一定反应条件下可以发生特殊基团取代反应而生成具有特殊性能的改性菊粉，它是将天然高分子多糖类物质经化学反应而制成用途广泛的高分子生物材料，开发具有广阔应用前景的产品，其相关产品在高分子领域成为人们研究的热点。

改性菊粉类产品具有优良的增稠、乳化、悬浮、分散、成膜、粘结、代谢惰性等性能，能被广泛应用于油田开发、建筑材料、涂料、化工、纺织、医药、食品、日用化学品等工业部门，对社会的经济发展起着重要的作用，又能满足了环境保护法规的要求，为创建和谐、可持续发展的社会环境提供了有力支持，从而更进一步激励了改性菊粉的应用研究。

菊粉结构中的-OH基团，在碱性条件下，与氯乙酸或其钠盐发生羧甲基取代反应，形成带有羧酸根基团的改性菊粉。主要反应见式(1)：

羧甲基菊粉是由菊粉分子上的伯醇或仲醇基团被羧甲基基团取代而成，在保持菊粉的可生物降解、可再生、无毒等特性基础上增加了新的功能。羧甲基菊粉广泛应用于各种领域，如用做阻垢剂及金属离子螯合剂，在制糖工业中抑制碳酸钙结晶，在印染过程中做洗除污染物的添加剂等。

现有的技术中，关于羧基烷基类产品的制备方法种类繁多，且对于羧甲基化菊粉的制备方法也有大量的研究。美国专利US7214521B2公开的制备羧甲基菊粉的方法为用酒精做反应溶剂，分为干法和湿法制备羧甲基菊粉，但因菊粉在有水存在时会发生糊化现象。

中国专利公开号CN 1914230A提供了一种制备羧酸烷基菊粉的方法，将菊粉添加在卤代羧酸盐的水性介质中，形成浆液，控制反应温度在20-70℃之间，反应时间为60-120min，得到羧基烷基菊粉反应产物，但该法生产的羧基烷基菊粉产品的取代度和收率不是很理想。

本方明人研究发现：用异丙醇作为菊粉羧甲基化的反应溶剂，可以减少反应过程中的糊化现象，更好的提高羧酸基团的取代度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种羧甲基改性菊粉的制备方法。用本发明制备得到的羧甲基菊粉可以减少菊粉在反应过程中的糊化现象，提高羧酸基团的取代度。

本方明提出的羧甲基改性菊粉的制备方法，先将菊粉与异丙醇充分搅拌，溶胀；加入氢氧化钠，在搅拌下，形成碱化活性中心；再分次加入溶解好的氯乙酸的异丙醇溶液，温度不超过60℃；在水浴控温的条件下，继续反应。