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聚环氧琥珀酸是一种环境友好型阻垢缓蚀剂,但因其结构较单一,阻垢、分散、缓蚀性能与含磷药剂相比并无明显优势,对它进行改性是提高其综合性能的有效途径。本工作利用缩合的方法在聚环氧琥珀酸的侧链上增加了功能性基团,得到了两种聚环氧琥珀酸衍生物,拓宽了聚环氧琥珀酸的应用范围,达到了提高其阻垢缓蚀综合性能的目的。用聚环氧琥珀酸(PESA)分别和硫脲(CSN)、L-半胱氨酸(LCY)反应,合成了聚环氧琥珀酸的两种衍生物——硫脲基聚环氧琥珀酸衍生物(CSN-PESA)和L-半胱氨酸基聚环氧琥珀酸衍生物(LCY-PESA)。以阻垢率为评价指标确定了二者适宜的合成工艺条件。采用红外光谱和核磁共振谱表征了硫脲改性和L-半胱氨酸改性的聚环氧琥珀酸衍生物的结构,用粘度法测定了这两种衍生物的分子量。通过静态阻垢法对目标产物硫脲基聚环氧琥珀酸衍生物(CSN-PESA)和L-半胱氨酸基聚环氧琥珀酸衍生物(LCY-PESA)的阻碳酸钙、硫酸钙、磷酸钙、稳锌离子和分散三氧化二铁性能进行研究,结果表明两种聚环氧琥珀酸衍生物具有广泛、高效的阻垢性能和较好的综合性能。在此基础上,通过动态模拟实验研究了聚环氧琥珀酸及其两种衍生物的污垢热阻和动态阻垢率,结果表明:在加药量为0.5 mg·L-1、1.0 mg·L-1时,二者的污垢热阻均减小,CSN-PESA的动态阻垢率较PESA者提高了10%左右,LCYPESA提高了约15%,实验结果证明了两种衍生物的阻垢性能都好于聚环氧琥珀酸。采用摇床实验法考察了CSN-PESA和LCY-PESA的生物降解性能,发现二者都属于性能优异的易生物降解物质。利用失重法和电化学方法研究了两种聚环氧琥珀酸衍生物对A3钢的缓蚀性能,结果表明:CSN-PESA和LCY-PESA都是以抑制阴极为主的混合型缓蚀剂,都能在碳钢表面形成了吸附膜,对碳钢表现出了较好的缓蚀保护能力,二者的缓蚀率较聚环氧琥珀酸均有一定提高,且LCY-PESA较PESA的缓蚀率提高13%。利用扫描电镜、红外光谱和X射线衍射等技术对碳酸钙晶体的形貌和晶型进行了分析。结果表明:两种衍生物对碳酸钙表现出晶格畸变和分散效应,打破晶体规则生长过程,阻碍垢体长大,使之形成的微小晶粒均匀分散在溶液中。通过热力学、动力学计算和量子化学计算的方法研究了CSN-PESA和LCY-PESA的缓蚀机理。结果表明:CSN-PESA和LCY-PESA在A3钢表面的作用是物理吸附和化学吸附共同作用的结果,符合朗格缪尔吸附等温式,在金属表面形成一层很薄的吸附膜,Gibbs函数分别为-33.69 k J/mol和-34.16 k J/mol;CSN-PESA和LCY-PESA分子中的S原子和N原子对HOMO轨道的电荷密度影响较大,导致二者的HOMO轨道和LUMO轨道的能隙差值小于PESA分子的能隙差值,因此CSN-PESA和LCY-PESA分子抑制金属腐蚀的效果好于PESA,而且LCY-PESA分子抑制金属腐蚀的效果比CSN-PESA还好。