CN103539269B

CN103539269B - 一种复合聚合型缓蚀阻垢剂及其制备方法

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Publication number: CN103539269B
Application number: CN201310566088.9A
Authority: CN
Inventors: 王平
Original assignee: Nanjing Forestry University
Current assignee: Nanjing Forestry University
Priority date: 2013-11-14
Filing date: 2013-11-14
Publication date: 2014-11-05
Anticipated expiration: 2033-11-14
Also published as: CN103539269A

Abstract

本发明公开了一种复合聚合型缓蚀阻垢剂，其由马来酸酐、衣康酸、丙烯酸羟乙酯、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、过硫酸钠、异丙醇和水组成。本发明还公开了这种复合聚合型缓蚀阻垢剂的制备方法。本发明对磷酸钙垢和碳酸钙垢，尤其是磷酸钙垢阻垢性能优异，对氧化铁具有很好的分散性，还具有缓蚀、耐高温、耐酸碱、分子结构稳定、含磷量低等特征，整个生产过程无“三废”排放。本发明产品处理循环冷却水工艺简单，用药量少、成本低，效果好，具有较好的经济效益和广泛的社会效益。

Description

一种复合聚合型缓蚀阻垢剂及其制备方法

技术领域

本发明属于化工领域，涉及一种用于工业冷却水系统的复合聚合型缓蚀阻垢剂及其制备方法。

背景技术

共聚物缓蚀阻垢剂是20世纪80年代发展起来的一类新型无公害工业水处理药剂。在共聚物缓蚀阻垢剂中，羧基、膦酰基是阻碳酸钙垢的活性基团；羧基、聚氧乙烯基是阻磷酸钙垢的活性基团；酯基、羟基、磺酸基、酰胺基是防止聚合物胶聚的活性基团；膦酰基羧酸与金属离子进行螯合，吸附于金属表面而具有缓蚀作用，膦酰基羧酸不易水解，并具有阻垢性能；磺酸基团对污垢具有高效抑制能力，对金属离子有稳定作用。强酸根有利于阻垢剂的溶解，弱酸根能有效抑制结垢晶体的生长，当一种阻垢剂同时含有弱酸根和强酸根时，将具有更好的阻垢性能，因此含有膦酰基、羧基、磺酸基等活性基团的多元共聚物是近十多年来聚合型阻垢分散剂的一大研究热点。目前，中国专利公开的CN98113264“一种复合水处理剂”、CN03137603“多元复合水处理剂”、CN88101807“镁铁复合型废水处理剂及其生产方法”、CN98125484“多元复配阻垢缓蚀剂”、CN02145917“一种复合阻垢缓蚀剂及其在含氨氮污水回用于循环冷却水中的应用”、CN01133709“复合阻垢缓蚀剂”以及CN01113457“一种以聚天冬氨酸为主剂的复合水处理剂”等专利均采用复配制备工艺。由于工业冷却循环水水质的复杂性和多变性，复配技术已远远不能满足工业水处理要求，必须运用多元聚合技术将更多含不同基团的单体键合到聚合物分子中，赋予水处理药剂更多新的、优异的性能。目前，聚合型水处理剂的研发多以二元或三元聚合型为主，在使用性能上还不够先进，功能还不够完善。

发明内容

本发明的目的是为了满足工业冷却循环水水质的复杂性和多变性，提供一种含-COOH、-SO₃H、-OH和-CONH₂基团、性能优异的复合聚合型缓蚀阻垢剂。

本发明的另一目的是提供一种复合聚合型缓蚀阻垢剂的制备方法。

本发明的目的可以通过以下措施达到：

一种复合聚合型缓蚀阻垢剂，由马来酸酐、衣康酸、丙烯酸羟乙酯、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、过硫酸钠、异丙醇和水经过反应后制得，其中各组分的重量份组成为马来酸酐10～50份、衣康酸5～15份、丙烯酸羟乙酯5～15份、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸5～20份、过硫酸钠2～8份、异丙醇2～10份、水100～300份。

在一种技术方案中，本复合聚合型缓蚀阻垢剂的各组分组成为：马来酸酐25～30份、衣康酸6～15份、丙烯酸羟乙酯5～10份、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸8～15份、过硫酸钠2～10份、异丙醇3～10份、水150～230份。

在一种技术方案中，本复合聚合型缓蚀阻垢剂的各组分组成为：马来酸酐25份、衣康酸6～10份、丙烯酸羟乙酯6～10份、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸8～10份、过硫酸钠2～10份、异丙醇3～10份、水150～230份。

在一种技术方案中，本复合聚合型缓蚀阻垢剂的各组分组成为：马来酸酐25份、衣康酸10份、丙烯酸羟乙酯10份、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸15份、过硫酸钠5份、异丙醇5份、水150～230份。

在一种技术方案中，本复合聚合型缓蚀阻垢剂的各组分组成为：马来酸酐30份、衣康酸15份、丙烯酸羟乙酯5份、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸10份、过硫酸钠10份、异丙醇10份、水150～230份。

在一种技术方案中，本复合聚合型缓蚀阻垢剂的各组分组成为：马来酸酐40份、衣康酸5份、丙烯酸羟乙酯15份、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸20份、过硫酸钠15份、异丙醇8份、水150～230份。

本复合聚合型缓蚀阻垢剂中各组分的反应进程为：将丙烯酸羟乙酯和衣康酸溶解于水中配制成溶液Ⅰ；将2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和过硫酸钠溶解于水中配制成溶液Ⅱ；将马来酸酐溶解于水中，升温至65℃～85℃，在搅拌条件下加入异丙醇后，再同时缓慢加入溶液Ⅰ和溶液Ⅱ，完毕后保温反应即得。

进一步的，本复合聚合型缓蚀阻垢剂的制备方法包括以下步骤：

（1）将丙烯酸羟乙酯和衣康酸溶解于占水总量20～40%的水中配制成溶液(Ⅰ)；将2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和过硫酸钠溶解于占水总量20～40%的水中，配制成溶液Ⅱ；

（2）将马来酸酐溶解于剩余的水中，升温至65℃～85℃，在搅拌条件下加入异丙醇后，再同时缓慢加入溶液Ⅰ和溶液Ⅱ，完毕后保温反应1～5h，冷却，得到淡黄色透明液体，即本发明。

上述化学品均为工业纯。在制备过程中，需先溶解2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和过硫酸钠，水不可一次性全部加入，需缓缓加入。

本发明制备的缓蚀阻垢剂可用于化工、电力、冶金和油田等领域循环冷却水系统中，抑制冷却水结垢及水对金属设备的腐蚀。

本发明选用分别含具有阻垢分散性能的-COOH、-OH、-SO₃H和-CONH₂基团的原材料单体，采用水法聚合技术成功地提供适合我国企业实际应用的共聚物，通过各组分各基团之间的相互协同配合作用下，可以达到优异的缓蚀阻垢性能。

本发明具有以下优点：（1）采用水法四元聚合技术制备本发明产品，技术创新性强；（2）处理循环冷却水工艺简单，用药量少、成本低、缓蚀阻垢性能好；（3）本发明对磷酸钙垢和碳酸钙垢、尤其是磷酸钙垢阻垢性能优异，对氧化铁具有很好的分散性，还具有缓蚀、耐高温、耐酸碱、分子结构稳定、含磷量较低（<1.00%）等特征，整个生产过程无“三废”排放生产过程无“三废”释放，属清洁生产工艺。

具体实施方式

下面根据实施例1～3具体说明本发明。

实施例1

取80kg水置于反应釜内，缓缓加入25kg马来酸酐，搅拌，加热升温至65℃～85℃，在搅拌条件下加入5kg分子量调节剂异丙醇；再另配制10kg衣康酸和10kg丙烯酸羟乙酯的混合溶液Ⅰ60～90kg；以及15kg2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和5kg过硫酸钠的混合溶液Ⅱ60～90kg；

注意：先溶解2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和过硫酸钠，水不可一次性全部加入，需缓缓加入。在连续搅拌条件下，将反应釜温控调至65℃～85℃，同时滴加混合溶液Ⅰ和Ⅱ，控制混合溶液Ⅰ和Ⅱ的滴速为在0.5～1小时内同时滴加完毕，恒温1～5小时，冷却，得到本发明。

实施例2

取60kg水置于反应釜内，缓缓加入30kg马来酸酐，搅拌，加热升温至65℃～85℃，在搅拌条件下加入10kg分子量调节剂异丙醇；再另配制15kg衣康酸和5kg丙烯酸羟乙酯的混合溶液Ⅰ约60～90kg；以及10kg2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和10kg过硫酸钠的混合溶液Ⅱ60～90kg；依上述实施例1的方法和步骤进行操作。

实施例3

取70kg水置于反应釜内，缓缓加入40kg马来酸酐，搅拌，加热升温至65℃～85℃，在搅拌条件下加入8kg分子量调节剂异丙醇；再另配制5kg衣康酸和15kg丙烯酸羟乙酯的混合溶液Ⅰ约60kg；以及20kg2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和15kg过硫酸钠的混合溶液Ⅱ约60kg；依上述实施例1的方法和步骤进行操作。

具体对比方式

下面根据对比例1～3具体说明本发明共聚物中各聚合单体的协同效应。对比例1

除不加马来酸酐外，其他操作步骤同上述实施例1。

对比例2

除不加丙烯酸羟乙酯外，其他操作步骤同上述实施例1。

对比例3

除不加2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸外，其他操作步骤同上述实施例1。

具体性能表征

下面根据产品质量测试、协同试验和现场应用试验具体表征本发明产品的性能。

实验1：产品质量测试

将实施例1所得到的复合聚合型缓蚀阻垢剂进行多项性能指标测试，结果见表1。

表1本发明产品质量指标实测数据

本发明产品由于马来酸酐、衣康酸、丙烯酸羟乙酯、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸单体共聚作用，具有良好的分散作用和优异的阻垢缓蚀性能。

实验2：协同试验

对比例1～3协同试验的结果证明，本发明产品中马来酸酐、衣康酸、丙烯酸羟乙酯、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸单体充分发挥药剂的聚合协同效应，能很好地抑制冷却水循环管路的结垢和腐蚀。试验数据列于表2。

表2马来酸酐、衣康酸、丙烯酸羟乙酯和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸单体的协同试验的试验数据

实验3：现场应用试验

从2012年2月10号开始在某钢铁厂冷却水系统中现场应用本发明产品（实施例1），根据小试实测数据，确定现场投加药剂的质量浓度为5～10mgL^-1，按钢铁厂冷却水系统原先的操作条件及控制指标运行。经过半年现场运行，循环水清澈度比处理前明显提高，除浊度率（NTU）>87%，钢管管路腐蚀率降为0.0018mm a^-1，而没有使用本发明药剂的钢管管路的腐蚀率为0.3352mm a^-1。实验证明，本发明产品改善了循环水运行状况，换热设备运行良好，保证了生产装置的连续运行。运行期间循环冷却水的水质指标列于表3。

表3某钢铁厂循环冷却水水质指标

现场应用证明：本发明产品集优良阻垢、缓蚀和分散铁离子的性能于一体，同时还具有耐高温、高硬度或高碱度等特点。在投加药剂的质量浓度为5～10mg L^-1时，本发明产品马来酸酐、衣康酸、丙烯酸羟乙酯和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸四元共聚物能高效抑制循环冷却水管路的结垢和腐蚀。

Claims

1.一种复合聚合型缓蚀阻垢剂，其特征在于其由如下重量份的组分经过反应后制得：马来酸酐10~50份、衣康酸5~15份、丙烯酸羟乙酯5~15份、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸5~20份、过硫酸钠2~8份、异丙醇2~10份、水100~300份。

2.一种复合聚合型缓蚀阻垢剂，其特征在于其由如下重量份的组分经过反应后制得：马来酸酐25~30份、衣康酸6~15份、丙烯酸羟乙酯5~10份、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸8~15份、过硫酸钠2~10份、异丙醇3~10份、水150~230份。

3.一种复合聚合型缓蚀阻垢剂，其特征在于其由如下重量份的组分经过反应后制得：马来酸酐25份、衣康酸10份、丙烯酸羟乙酯10份、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸15份、过硫酸钠5份、异丙醇5份、水150~230份。

4.一种复合聚合型缓蚀阻垢剂，其特征在于其由如下重量份的组分经过反应后制得：马来酸酐30份、衣康酸15份、丙烯酸羟乙酯5份、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸10份、过硫酸钠10份、异丙醇10份、水150~230份。

5.一种复合聚合型缓蚀阻垢剂，其特征在于其由如下重量份的组分经过反应后制得：马来酸酐40份、衣康酸5份、丙烯酸羟乙酯15份、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸20份、过硫酸钠15份、异丙醇8份、水150~230份。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的复合聚合型缓蚀阻垢剂，其特征在于该复合聚合型缓蚀阻垢剂的制备方法为：将丙烯酸羟乙酯和衣康酸溶解于水中配制成溶液Ⅰ；将2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和过硫酸钠溶解于水中配制成溶液Ⅱ；将马来酸酐溶解于水中，升温至65℃~85℃，在搅拌条件下加入异丙醇后，再同时缓慢加入溶液Ⅰ和溶液Ⅱ，完毕后保温反应即得。

7.权利要求1-5中任一项所述的复合聚合型缓蚀阻垢剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）将丙烯酸羟乙酯和衣康酸溶解于占水总量20~40%的水中配制成溶液Ⅰ；将2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和过硫酸钠溶解于占水总量20~40%的水中，配制成溶液Ⅱ；

（2）将马来酸酐溶解于剩余的水中，升温至65℃~85℃，在搅拌条件下加入异丙醇后，再同时缓慢加入溶液Ⅰ和溶液Ⅱ，完毕后保温反应1~5 h，冷却，得到淡黄色透明液体。