CN101289256B

CN101289256B - 一种四元聚合型缓蚀阻垢剂及其制备方法

Info

Publication number: CN101289256B
Application number: CN2008101237292A
Authority: CN
Inventors: 王平
Original assignee: Nanjing Forestry University
Current assignee: Nanjing Forestry University
Priority date: 2008-05-30
Filing date: 2008-05-30
Publication date: 2010-06-02
Anticipated expiration: 2028-05-30
Also published as: CN101289256A

Abstract

本发明公开了一种四元聚合型缓蚀阻垢剂，该四元聚合型缓蚀阻垢剂由马来酸酐、丙烯酸羟丙酯、丙烯酸、烯丙基磺酸钠、过硫酸钠、次亚磷酸钠、异丙醇和水组成。本发明还公开了这种四元聚合型缓蚀阻垢剂的制备方法。本发明对碳酸钙垢、硫酸钙垢、磷酸钙垢和锌垢阻垢性能优异，对氧化铁具有很好的分散性，还具有缓蚀、耐高温、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

一种四元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四元聚合型缓蚀阻垢剂及其制备方法。

背景技术

随着工业生产的规模化和人口的急剧增加，水资源严重匮乏。由于冷却水用量占工业用水的60-70％，所以合理节约冷却水尤为重要。节约冷却水的主要方法是提高冷却水的循环利用率，加大冷却水的浓缩倍数，但这又会给冷却水系统带来了严重的腐蚀和结垢等问题，同时也对水处理药剂提出了更高的要求，以保证循环冷却水系统在高硬度、高碱度、高氯离子或高浓度有机污染物等条件下的正常运行。目前，中国专利公开了CN 98113264“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”等等，上述专利技术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官能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，如CN01123146“低分子量(甲基)丙烯酸(盐)系聚合物及其制备方法和用途”等。本发明在调研国内外聚合型水处理剂生产最新技术成果和经验后，经反复正交试验，采用水法聚合技术成功开发出适合我国企业实际应用、含-COOH、-SO₃H、-OH和-PO(OH)₂官能团、性能优异的四元聚合型缓蚀阻垢剂。

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，提供一种四元聚合型缓蚀阻垢剂。

本发明的另一目的是提供一种四元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：

一种四元聚合型缓蚀阻垢剂，由马来酸酐、丙烯酸羟丙酯、丙烯酸、烯丙基磺酸钠、过硫酸钠、次亚磷酸钠、异丙醇和水组成。各组分的质量比优选为：马来酸酐20～50、丙烯酸羟丙酯3～15、丙烯酸5～25、烯丙基磺酸钠4～20、过硫酸钠3～9、次亚磷酸钠3～10、异丙醇4～12、水100～250；最佳的质量比为：马来酸酐30、丙烯酸羟丙酯5～10、丙烯酸10～20、烯丙基磺酸钠7～15、过硫酸钠4～6、次亚磷酸钠5～7、异丙醇5～7、水130～200。

上述化学品均为工业纯。

一种四元聚合型缓蚀阻垢剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)将丙烯酸羟丙酯和丙烯酸溶解于占水总量20～40％的水中配制成溶液(I)；

(2)将烯丙基磺酸钠和过硫酸钠先溶解于占水总量20～40％的水中，再加入并溶解次亚磷酸钠，配制成溶液(II)；注意：先溶解烯丙基磺酸钠和过硫酸钠后，方可加入次亚磷酸钠，水不可一次性全部加入，需缓缓加入。

(3)将马来酸溶解于剩余的水中，升温至80℃～90℃，在搅拌下加入异丙醇后，再同时滴加溶液(I)和溶液(II)(滴速控制在1小时内同时滴加完毕)，滴加完毕后反应1～5小时(恒温80℃～90℃)，冷却，得到得到一种淡黄色透明液体，即四元聚合型缓蚀阻垢剂。

本发明制备的四元聚合型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、缓蚀阻垢能力强，产品质量好；(3)本发明对碳酸钙垢、硫酸钙垢、磷酸钙垢和锌垢阻垢性能优异，对氧化铁具有很好的分散性，还具有缓蚀、耐高温、分子结构稳定、含磷量低(＜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，具有很好的经济效益和社会效益。

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85±5℃，在搅拌条件下加入5kg分子量调节剂异丙醇；再另配制10kg丙烯酸羟丙酯和20kg丙烯酸的混合溶液(I)60～90kg；以及15kg烯丙基磺酸钠、6kg过硫酸钠和7kg次亚磷酸钠的混合溶液(II)60～90kg；

注意：先溶解烯丙基磺酸钠和过硫酸钠后，方可加入次亚磷酸钠，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85±5℃，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1小时内同时滴加完毕，恒温3小时，冷却，得到本发明四元聚合型缓蚀阻垢剂。

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85±5℃，在搅拌条件下加入7kg分子量调节剂异丙醇；再另配制5kg丙烯酸羟丙酯和10kg丙烯酸的混合溶液(I)约60～90kg；以及7kg烯丙基磺酸钠、4kg过硫酸钠和5kg次亚磷酸钠的混合溶液(II)60～90kg；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85±5℃，在搅拌条件下加入8kg分子量调节剂异丙醇；再另配制6kg丙烯酸羟丙酯和15kg丙烯酸的混合溶液(I)约60kg；以及9kg烯丙基磺酸钠、6kg过硫酸钠和6kg次亚磷酸钠的混合溶液(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

除不加次磷酸钠外，其他操作步骤同上述实施例3。

共聚物分子结构中的膦酰基对碳钢具有缓蚀能力，在单体原料中添加了次磷酸钠，就是为了使之具有缓蚀能力，而次磷酸钠的加入量对共聚物的缓蚀能力产生巨大影响。

对比例2

除不加丙烯酸羟丙酯外，其他操作步骤同上述实施例3。

对比例3

除不加烯丙基磺酸钠外，其他操作步骤同上述实施例3。

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3所得到的四元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、丙烯酸羟丙酯、丙烯酸、烯丙基磺酸钠单体共聚作用，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、丙烯酸羟丙酯、丙烯酸、烯丙基磺酸钠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、丙烯酸羟丙酯、丙烯酸和烯丙基磺酸钠单体的协同试验

实验3：现场应用试验

从2007年4月15号开始在钢铁厂冷却水系统中现场应用本发明产品(实施例3)，根据小试实测数据，确定现场投加药剂的质量浓度为3～8mg L^-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)＞88％，钢管管路腐蚀率降为0.0030mm a^-1，而没有使用本发明药剂的钢管管路的腐蚀率为0.1810mm 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3～8mg L^-1时，本发明产品马来酸酐、丙烯酸羟丙酯、丙烯酸和烯丙基磺酸钠四元共聚物能高效抑制循环冷却水管路的结垢和腐蚀。

Claims

1.一种四元聚合型缓蚀阻垢剂，其特征在于该四元聚合型缓蚀阻垢剂由马来酸酐、丙烯酸羟丙酯、丙烯酸、烯丙基磺酸钠、过硫酸钠、次亚磷酸钠、异丙醇和水制成，各组分的质量比为：

马来酸酐 20～50；

丙烯酸羟丙酯 3～15；

丙烯酸 5～25；

烯丙基磺酸钠 4～20；

过硫酸钠 3～9；

次亚磷酸钠 3～10；

异丙醇 4～12；

水 100～250；

其制备方法包括如下步骤：

(2)将烯丙基磺酸钠和过硫酸钠先溶解于占水总量20～40％的水中，再加入并溶解次亚磷酸钠，配制成溶液(II)；

(3)将马来酸酐溶解于剩余的水中，升温至80℃～90℃，在搅拌下加入异丙醇后，再同时滴加溶液(I)和溶液(II)，滴加完毕后反应1～5小时，冷却，得到四元聚合型缓蚀阻垢剂。

2.根据权利要求1所述的四元聚合型缓蚀阻垢剂，其特征在于所述的四元聚合型缓蚀阻垢剂的各组分的质量比为：

马来酸酐 30；

丙烯酸羟丙酯 5～10；

丙烯酸 10～20；

烯丙基磺酸钠 7～15；

过硫酸钠 4～6；

次亚磷酸钠 5～7；

异丙醇 5～7；

水 130～200。

3.一种四元聚合型缓蚀阻垢剂的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

(3)将马来酸酐溶解于剩余的水中，升温至80℃～90℃，在搅拌下加入异丙醇后，再同时滴加溶液(I)和溶液(II)，滴加完毕后反应1～5小时，冷却，得到四元聚合型缓蚀阻垢剂；

其中各组分的质量比为：马来酸酐30；丙烯酸羟丙酯5～10；丙烯酸10～20；烯丙基磺酸钠7～15；过硫酸钠4～6；次亚磷酸钠5～7；异丙醇5～7；水130～200。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于反应时的温度为80℃～90℃。