CN101565660B

CN101565660B - 一种有机除垢组合物及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN101565660B
Application number: CN2009101439034A
Authority: CN
Inventors: 董宇新
Original assignee: Individual
Current assignee: Henan Bai Miao Water Treatment Co Ltd
Priority date: 2009-06-02
Filing date: 2009-06-02
Publication date: 2011-08-17
Anticipated expiration: 2029-06-02
Also published as: CN101565660A

Abstract

本发明提供一种有机除垢组合物，按重量计，由有机清洗剂和缓蚀剂CM-911组成，所述有机清洗剂和缓蚀剂的重量比为100∶0.1～0.3。所述有机清洗剂，按重量计，含有马来酸-丙烯酸共聚物(MA-AA)1％～15％、羟基亚乙基二膦酸(HEDP)1％～25％、氨基三亚甲基膦酸(ATMP)2％～30％、渗透剂JFC0.3‰～5‰，余量为水。本发明所述有机除垢剂具有反应速度快，对材质腐蚀性小，除垢率高等优点。

Description

一种有机除垢组合物及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及一种除垢组合物，尤其涉及一种有机除垢组合物及其应用。

背景技术

我国黄河流域水质较差，短期使用就容易在热水器、汽车水箱等温度会达到30℃以上的容器内部产生水垢，影响这些设备的传热性能。热水器的结垢厚度达到2mm厚时，所造成的能源浪费在25％左右，水垢的导热性能与金属导热性能相比，金属导热性能比水垢的导热性能会高出几十倍，甚至几百倍。水质差的地区形成2mm厚度的水垢只需2-3个月，热水器使用几个月后是否进行水垢清除，在能源消耗方面会有很大差异。汽车水箱工作效应是散热，维护发动机在适当温度下正常工作。当汽车水箱内壁结垢后，散热效应值下降，影响发动机工作所需要的正常温度状态，其结果是直接影响发动机的使用寿命。

关于工业设备的清洗除垢对金属所造成的腐蚀速率，国家相应的技术标准要求中，碳钢是小于6g/m².h；不锈钢类、紫铜、铜合金、铝及铝合金是小于2g/m².h。对家用热水器、汽车水箱进行清洗除垢之腐蚀速率，目前国家没有出台相关技术标准要求。家用热水器、汽车水箱被清洗部位的金属壁厚在0.6mm左右，如用工业设备清洗除垢剂除垢，家用热水器、汽车水箱在经过多次清洗除垢之后，壁厚的安全性能则要失去或是造成设备报废。

现有技术中，通常用羟基亚乙基二膦酸(HEDP)、乙二胺四亚甲基磷酸钠(EDTMPS)、二乙烯三胺五亚甲基膦酸(DTPMP)或氨基三亚甲基膦酸(ATMP)等有机膦酸作为主要成分，利用其螯合性能与垢层中的金属离子发生螯合反应实现除垢目的；例如，中国发明专利申请CN 101012415A中公开一种在线除垢清洗剂，其中就含有上述螯合剂中的几种，另外还含有高分子聚合物(聚丙烯酸或聚马来酸酐)和缓蚀剂。但所述除垢剂除垢速度慢，除垢率也不够高。

本发明在上述背景下，提出一种新的有机除垢剂，已达到更好的除垢效果。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种有机除垢组合物，具有反应速度快，对材质腐蚀性小，除垢率高等优点。

本发明的上述目的是通过以下技术方案实现的：

提供一种有机除垢组合物，由有机清洗剂和缓蚀剂CM-911组成，所述有机清洗剂和缓蚀剂的重量比为100∶0.1～0.3。

所述有机清洗剂，按重量计，含有马来酸-丙烯酸共聚物(MA-AA)1％～15％、羟基亚乙基二膦酸(HEDP)1％～25％、氨基三亚甲基膦酸(ATMP)2％～30％、渗透剂JFC 0.3‰～5‰，余量为水。

所述缓蚀剂CM-911是由化工部化工机械研究院研制的固体酸洗缓蚀剂，主要成分为有机胺无机盐，可以在化工市场购得。

本发明还提供所述组合物的制备方法，包括以下步骤：

1.先将清洗剂配方中所述比例的水按兑入清洗剂制备容器中，并加入清洗剂总重量1‰～3‰的缓蚀剂(CM-911)和占清洗剂总重0.3‰～5‰的渗透剂(JFC)，搅拌均匀。

2.将占清洗剂总重1％～15％的马来酸-丙烯酸共聚物(MA-AA)加入，搅拌均匀。

3.加入占清洗剂总重1％～25％的羟基亚乙基二膦酸(HEDP)，再次搅拌，最后加入占清洗剂总重2％～30％的氨基三亚甲基膦酸(ATMP)，充分搅拌均匀制得，得到的产品为淡黄色透明液体，无味。

对于有机除垢剂的组分选择，本发明的发明人在现有技术的基础上，进行了大量反复的试验研究，例如：DTPMP(二乙烯三胺五亚甲基膦酸)和PBTCA(2-膦酸丁烷-1，2，4-三羧酸)，根据多个配方试验发现，它们在清洗碳酸盐水垢时效果就不如羟基亚乙基二膦酸(HEDP)和氨基三亚甲基膦酸(ATMP)；聚丙烯酸(PAA)和水解聚马来酸酐(HPMA)同是聚羧酸共聚物，但经过试验发现聚丙烯酸、水解聚马来酸酐不如马来酸-丙烯酸共聚物溶解碳酸盐水垢效率高。最终通过大量对比试验，确定了本发明所述的以羟基、羧基、有机膦酸盐、表面活性剂为主要成分的速效有机除垢剂，其阻垢机理主要有晶格畸变、络合增溶、凝聚分散(如聚羧酸类)等，其中，渗透剂JFC能够提高清洗剂的溶垢能力，加快碳酸盐水垢的溶解速度；MA-AA共聚物对碱土金属离子具有很强的螯合分散能力；HEDP与ATMP复配使用有很好的协同效应和增效作用，使除垢剂具有添加量小但溶垢能力强的特点，并有缓蚀作用。本发明所述有机除垢剂的清洗原理是利用本身的氧化性、酸性(在水溶液中发生离解反应，缓慢电离出H⁺)和所带的活性基团的优异螯合能力(含有的羧基能与许多金属离子络合形成稳定的络合物)，再加上分散性和强力渗透性的作用，能在一定的温度条件下迅速将覆盖在金属表面的氧化层水垢剥离、浸润、分散、螯合至清洗液中，以达到清洗的目的。

此外，在一个完善的配方中，还需要根据有机物单体的突出性能进行科学复配及合理选择各组分的质量百分比，而组分比例的选择又会受到药剂单体之间的协同效应，以及清洗现场的温度、材质、器皿类型等多因素的综合影响。如清洗中温度提高能加快反应速度，但有的器皿(例如：壁挂式燃气热水器)就没有加温的条件，但在常温下马来酸-丙烯酸共聚物溶垢效力好。因此我们对以马来酸-丙烯酸共聚物(MA-AA)、羟基亚乙基二膦酸(HEDP)、氨基三亚甲基膦酸(ATMP)，进行了多次多个配比试验，在同一配比下，温度升高，溶垢速率加快，在同一温度下，配比增大，溶垢速率增大。配方中加入渗透剂(JFC)，更加提高了清洗剂的渗透溶垢能力，加快了碳酸盐水垢的溶解速度。最终，发明人在严格筛选配方后，选择了上述配方中的组分比例为最佳配比。该配方虽然本身就对材质腐蚀性小，但为了确保清洗器皿的完好无损，在最终的除垢剂中，我们还是添加了足量的缓蚀剂。

由于本发明的有机除垢剂有较强的螯合、分散性能，适用于清洗碳酸盐、硫酸盐、硅酸盐及铁锈等水垢，适用的材质有：碳钢、不锈钢、黄铜、紫铜、铝、钛等合金。另外，本发明有机除垢剂中的有机酸不含有害氯离子成分，不会引起设备孔蚀和应力腐蚀还具有安全性，因此是一种安全的除垢剂。

本发明还提供所述有机除垢组合物在碳钢、不锈钢、铜、铝、钛及合金材质的设备清洗方面的应用；优选在清除家用热水器或汽车水箱内碳酸盐水垢方面的应用。

所述应用中，若条件允许可适当加温，加温后垢的溶解速度加快，但清洗温度应在20～60℃间，否则药剂中缓蚀剂作用会受到影响。

与现有技术相比，本发明的有机除垢组合物具有以下有益效果：

1.除垢速度快

本发明有机除垢组合物与现有的其他同类除垢剂相比，除垢速度快，相关对比数据见表1.

表1.本发明除垢剂与现有技术的除垢速度对比

2.腐蚀速率低

本发明的有机除垢组合物腐蚀速率均≤0.04g/m².h。

3.除垢率高

本发明的除水垢组合物，只要其配比在控制范围内，温度在20℃～60℃之间，碳酸盐水垢在5mm以下，除垢率均能达到95％以上(国家相关指标是大于90％)。

具体实施方式

实施例1.

配方(按重量比)：

清洗剂：MA-AA 2％

HEDP 6％

ATMP 8％

JFC 1‰

水 84％

缓蚀剂：CM-911 清洗剂重量的1‰

制备：

1.先将所述比例的水加入清洗剂制备容器中，并加入所述比例的缓蚀剂(CM-911)和渗透剂(JFC)，搅拌均匀。

2.将所述比例的MA-AA加入步骤1的容器中，搅拌均匀。

3.加入所述比例的HEDP，再次搅拌，最后加入所述比例的ATMP，充分搅拌均匀，得到的产品A，为淡黄色透明液体，无味。

除垢试验：

试验用碳酸盐水垢，垢厚3.85mm，温度25℃，15分钟完全溶解，腐蚀速度为0.032g/m².h。

除垢应用：

可以用制得的产品A清除铝质热水壶内表面的碳酸盐水垢，清洗温度为25℃。

实施例2.

配方(按重量比)：

清洗剂：MA-AA 10％

HEDP 15％

ATMP 25％

JFC 1‰

水 50％

缓蚀剂：CM-911 清洗剂重量的2‰

制备：方法和步骤同实施例1，制得产品B。

除垢试验：

试验用碳酸盐水垢，垢厚3.85mm，温度20℃，18分钟完全溶解，腐蚀速度为0.033g/m².h。

除垢应用：

可以用制得的产品B清除碳钢表面的硅酸盐水垢，清洗温度为50℃。

实施例3.

配方(按重量比)：

清洗剂：MA-AA 15％

HEDP 20％

ATMP 30％

JFC 5‰

水 34.5％

缓蚀剂：CM-911 清洗剂重量的1‰

制备：方法和步骤同实施例1，制得产品C。

除垢试验：

试验用碳酸盐水垢，垢厚3.58mm，温度25℃，13分钟完全溶解，腐蚀速度为0.033g/m².h。

除垢应用：

可以用制得的产品C清除碳钢表面的硅酸盐水垢，清洗温度为50℃。

实施例4.

配方(按重量比)：

清洗剂：MA-AA 8％

HEDP 25％

ATMP 30％

JFC 3‰

水 36.7％

缓蚀剂：CM-911 清洗剂重量的3‰

制备：方法和步骤同实施例1，制得产品D。

除垢试验：

试验用碳酸盐水垢，垢厚3.82mm，温度20℃，12分钟完全溶解，腐蚀速度为0.034g/m².h。

除垢应用：

可以用制得的产品D清除黄铜表面的硫酸盐水垢，清洗温度为60℃。

实施例5.

配方(按重量比)：

清洗剂：MA-AA 3％

HEDP 6％

ATMP 15％

JFC 0.3‰

水 76％

缓蚀剂：CM-911 清洗剂重量的1‰

制备：方法和步骤同实施例1，制得产品E。

除垢试验：

试验用碳酸盐水垢，垢厚3.82mm，温度20℃，17分钟完全溶解，腐蚀速度为0.034g/m².h。

除垢应用：

可以用制得的产品E清除汽车水箱内表面的碳酸盐水垢，清洗温度为30℃。

Claims

1.一种有机除垢组合物，其特征在于：由有机清洗剂和缓蚀剂CM-911组成，所述有机清洗剂和缓蚀剂的重量比为100∶0.1～0.3；所述清洗剂，按重量计，含有马来酸-丙烯酸共聚物1％～15％、羟基亚乙基二膦酸1％～25％、氨基三亚甲基膦酸2％～30％、渗透剂JFC 0.3‰～5‰，余量为水。

2.权利要求1所述的有机除垢组合物的制备方法，包括以下步骤：

1)先将清洗剂配方中所述比例的水兑入清洗剂制备容器中，并加入清洗剂总重量1‰～3‰的缓蚀剂CM-911和占清洗剂总重0.3‰～5‰的渗透剂JFC，搅拌均匀；

2)将占清洗剂总重1％～15％的马来酸-丙烯酸共聚物加入步骤1)的容器，搅拌均匀；

3)在步骤2)的容器中加入占清洗剂总重1％～25％的羟基亚乙基二膦酸，再次搅拌；最后加入占清洗剂总重2％～30％的氨基三亚甲基膦酸，充分搅拌均匀制得。

3.权利要求1所述组合物在清除金属材质上的碳酸盐、硫酸盐、硅酸盐及铁锈水垢方面的应用。

4.权利要求3所述的应用，其特征在于：所述应用适用的金属材质有：碳钢、不锈钢、黄铜、紫铜、铝或钛的合金。

5.权利要求3所述的应用，其特征在于：所述应用是清洗家用、宾馆或其他公共场所用热水器、或汽车水箱中水垢方面的应用。

6.权利要求3所述的应用，其特征在于：所述应用温度为20～60℃。