CN102382246A - 一种多元聚合型阻垢剂的制备方法 - Google Patents

一种多元聚合型阻垢剂的制备方法 Download PDF

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许崇娟
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卢燕
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Abstract

本发明公开了一种多元共聚型阻垢剂，其特征是：该阻垢剂是一种四元聚合型的，该阻垢剂由各组分的质量比为：由乌头酸25～35、丙烯酸12～20、丙烯酸甲酯15～22、烯丙基磺酸钠8～15、过硫酸铵5～9、异丙醇5～10、水70～150组成，氢氧化钠调节pH。本发明还公开了这种多元共聚型阻垢剂的制备方法。本发明制备的阻垢剂对BaSO4和SrSO4垢有优异的阻垢效果，对Ca3(PO4)2和CaCO3也有明显的阻垢性能，还具有缓蚀性能、耐高温、分子量可控、无磷等特点，整个生产过程物“三废”排放。本发明产品处理工业循环水、油田用水等工艺简单，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

一种多元聚合型阻垢剂的制备方法
技术领域
本发明属于化工技术领域，涉及一种新型聚合物缓蚀阻垢剂的制备方法，该阻垢剂是一种无磷多元共聚物，属于环保型绿色阻垢剂。
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循环利用率，加大冷却水的浓缩倍数，但这样又会给冷却水系统带来了严重的腐蚀和结垢问题，同时也对阻垢剂提出了更高的要求。
阻垢剂作为水处理剂的一种，广泛用于石油、化工、电力、造纸、冶金、制药等行业的循环冷却水系统，自20世纪60年代以来，水处理剂不断发展，多以天然聚合物木质素、植酸钠等作为阻垢分散剂，阻垢效果不够理想。70年代初聚丙烯酸(PAA)和聚马来酸(PMA)的开发成功，使阻垢剂处理冷却水技术取得突破性进展，并带动了一系列含有多种基团的二元、三元甚至四元共聚物的开发和使用。目前，中国专利公开了申请号为200410066828.3“一种用于工业冷却水系统的缓蚀阻垢剂”、申请号为200610137772.5“一种阻垢剂及其在水处理中的应用”、申请号为200710051679.7“高效马来酸酐系聚合物阻垢剂的制备方法”、申请号为200710022984.3“一种无磷环保型缓蚀阻垢剂及其制备方法”、申请号为2007101339925.5“烯丙氧基聚醚类阻垢剂及制备方法”申请号为200710177189.1“一种锅炉热网用缓蚀阻垢剂”、申请号为200810055017.1“一种工业循环冷却水的缓蚀阻垢剂”、申请号为200810123729.2“一种四元聚合物型缓蚀阻垢剂及其制备方法”等等，上述专利技术均采用共聚。近年来，随着人们环保意识的增强，可生物降解的新型阻垢剂的合成逐渐受到世界的关注，许多环境友好型阻垢剂不断问世，其中研究较多的有聚天冬氨酸、聚环氧琥珀酸，目前，，中国专利公开了申请号为02111415.3“环保型阻垢剂聚天冬氨酸的制备方法”申请号为200410015875.5“生物可降解缓蚀阻垢剂聚天冬氨酸的制备方法”、申请号为200610012918.3“一种聚天冬氨酸共聚物及其制备方法”、申请号为200710173243.5“用作绿色阻垢剂的甘氨酸/天冬氨酸共聚物的制备方法”等，天冬氨酸类阻垢剂的阻垢效果很好，但价格比较昂贵，很多企业为了降低生产成本而不使用。张彦河等同志研究了“乌头酸-丙烯酸共聚物的合成及性能的研究“，工业水处理，2005，25(2)：48～49，在加入量为15mg/L时，阻垢率达到65.71％，该共聚物与HEDP、PBTCA复合后，有协同阻垢效果，其阻垢率分别为76.80％和83.91％。由于工业冷却循环水水质的复杂性和多变性，复配技术已经远远不能满足工业水处理的要求了，必须运用多元聚合技术将更多含不同活性基团的单体键合到聚合物分子中，赋予水处理剂更多更新的优异的性能。本发明在调研国内外聚合型水处理剂最新研究成果和经验后，经过反复实验，采用水法聚合技术成功开发出适合复杂水环境中应用的，含-COOH、-SO3H、-OH等活性基团、性能优异的多元聚合型阻垢剂。
发明内容
本发明的目的是提供一种无磷、可降解、用量小、无污染四元阻垢剂的合成方法。
本发明的目的可通过以下措施达到：
一种阻垢剂由乌头酸、丙烯酸、丙烯酸甲酯、烯丙基磺酸钠、过硫酸铵、异丙醇、氢氧化钠和水组成。各组分的质量比优选为：乌头酸25～35、丙烯酸12～20、丙烯酸甲酯15～22、烯丙基磺酸钠8～15、过硫酸铵5～9、异丙醇5～10、水70～150，氢氧化钠调节pH。
一种多元共聚型阻垢剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)将丙烯酸和丙烯酸甲酯按体积比为1∶1～1.25混合均匀配成溶液(I)；
(2)将烯丙基磺酸钠和过硫酸铵按质量比为例溶解于占水总量的35～50％之间，配成溶液(II)；
(3)将乌头酸溶解于剩余的水中，温度升到85～95℃，在搅拌下加入异丙醇后，将溶液(I)和溶液(II)分别放入滴液漏斗同时以匀速滴加(滴速控制在30～90min内滴加完毕)，全部滴加完毕在85～95℃恒温反应3～5小时，停止反应，冷至50℃左右向产物中滴加50％NaOH溶液，将pH调至弱碱性，得到一种红棕色透明液体，即多元共聚型阻垢剂。
本发明制备的阻垢剂可广泛用于石油、化工、电力、造纸、冶金、制药等行业的循环冷却水系统中，抑制冷却水结垢。
本发明具有一下优点：(1)用药量少、成本低、阻垢能力强，尤其对钡锶垢有十分优异的阻垢效果，产品质量好，保质期一年以上；(2)无磷、热稳定性好，产品可生物降解；(3)合成的过程要求的条件容易控制，能耗低，操作简单，整个生产过程中无“三废”排放，属于清洁生产工艺。
具体实施方式
实施例1
(1)取12mL丙烯酸和15mL丙烯酸甲酯置于烧杯中，混匀，配成溶液(I)；
(2)取10g烯丙基磺酸钠和5g过硫酸铵溶解于20mL水中，配成溶液(II)；
(3)取30g乌头酸溶解于50mL水中，温度升到85℃，在搅拌下加入5mL异丙醇后，将溶液(I)和溶液(II)分别放入滴液漏斗同时以匀速滴加(滴速控制在40min内滴加完毕)，全部滴加完毕在85℃恒温反应4小时，停止反应，冷至50℃左右向产物中滴加50％NaOH溶液，将pH调至弱碱性，得到一种黄色粘稠状透明液体，即多元共聚型阻垢剂。
实施例2
(1)取15mL丙烯酸和18mL丙烯酸甲酯置于少杯中，混匀，配成溶液(I)；
(2)取10g烯丙基磺酸钠和6g过硫酸铵溶解于25mL水中，配成溶液(II)；
(3)取30g乌头酸溶解于55mL水中，温度升到90℃，在搅拌下加入7mL异丙醇后，将溶液(I)和溶液(II)分别放入滴液漏斗同时以匀速滴加(滴速控制在40min内滴加完毕)，全部滴加完毕在90℃恒温反应3小时，停止反应，冷至50℃左右向产物中滴加50％NaOH溶液，将pH调至弱碱性，得到一种黄色粘稠状透明液体，即多元共聚型阻垢剂。
实施例3
(1)取20mL丙烯酸和22mL丙烯酸甲酯置于少杯中，混匀，配成溶液(I)；
(2)取15g烯丙基磺酸钠和8g过硫酸铵溶解于30mL水中，配成溶液(II)；
(3)取35g乌头酸溶解于60mL水中，温度升到95℃，在搅拌下加入10mL异丙醇后，将溶液(I)和溶液(II)分别放入滴液漏斗同时以匀速滴加(滴速控制在60min内滴加完毕)，全部滴加完毕在95℃恒温反应5小时，停止反应，冷至50℃左右向产物中滴加50％NaOH溶液，将pH调至弱碱性，得到一种黄色粘稠状透明液体，即多元共聚型阻垢剂。
实施例4
(1)取12mL丙烯酸和15mL丙烯酸甲酯置于少杯中，混匀，配成溶液(I)；
(2)取8g烯丙基磺酸钠和5g过硫酸铵溶解于25mL水中，配成溶液(II)；
(3)取25g乌头酸溶解于55mL水中，温度升到90℃，在搅拌下加入6mL异丙醇后，将溶液(I)和溶液(II)分别放入滴液漏斗同时以匀速滴加(滴速控制在40min内滴加完毕)，全部滴加完毕在90℃恒温反应4小时，停止反应，冷至50℃左右向产物中滴加50％NaOH溶液，将pH调至弱碱性，得到一种黄色粘稠状透明液体，即多元共聚型阻垢剂。
实施例5
(1)取15mL丙烯酸和20mL丙烯酸甲酯置于少杯中，混匀，配成溶液(I)；
(2)取12g烯丙基磺酸钠和9g过硫酸铵溶解于20mL水中，配成溶液(II)；
(3)取30g乌头酸溶解于45mL水中，温度升到90℃，在搅拌下加入8mL异丙醇后，将溶液(I)和溶液(II)分别放入滴液漏斗同时以匀速滴加(滴速控制在40min内滴加完毕)，全部滴加完毕在90℃恒温反应3小时，停止反应，冷至50℃左右向产物中滴加50％NaOH溶液，将pH调至弱碱性，得到一种黄色粘稠状透明液体，即多元共聚型阻垢剂。
实施例6
(1)取20mL丙烯酸和20mL丙烯酸甲酯置于少杯中，混匀，配成溶液(I)；
(2)取15g烯丙基磺酸钠和9g过硫酸铵溶解于25mL水中，配成溶液(II)；
(3)取35g乌头酸溶解于55mL水中，温度升到85℃，在搅拌下加入7mL异丙醇后，将溶液(I)和溶液(II)分别放入滴液漏斗同时以匀速滴加(滴速控制在80min内滴加完毕)，全部滴加完毕在85℃恒温反应5小时，停止反应，冷至50℃左右向产物中滴加50％NaOH溶液，将pH调至弱碱性，得到一种黄色粘稠状透明液体，即多元共聚型阻垢剂。
实施例7
阻垢性能测试实验
碳酸钙、磷酸钙的静态阻垢性能测试方法依据GB/T 16632-2008和GB/T 22626-2008分别测定阻垢剂的阻垢性能，碳酸钙阻垢的实验条件为：Ca2+浓度为250mg/L，HCO3 -浓度为250mg/L，pH＝7～9之间，温度80℃，时间为10h；磷酸钙阻垢的实验条件为：Ca2+浓度为250mg/L，PO4 3-浓度5mg/L，温度80℃，时间为10h，阻垢性能如表1所示；硫酸钡和硫酸锶的静态阻垢性能测试方法依据行业标准SY/T5673-93进行测定阻垢剂的阻垢性能，硫酸钡阻垢的实验条件为：Ba2+浓度为370mg/L，Sr2+浓度为370mg/L，SO4 2-浓度为540mg/L，pH＝7～9之间，温度70℃，时间为16h，阻垢性能如表1所示。
表3 实施例阻垢性能测试结果
Figure BSA00000575471600041
从表1的试验结果可以看出，本发明所制备的乌头酸、丙烯酸、丙烯酸甲酯、烯丙基磺酸钠四元聚合物(AA-AA-MAC-SAS)阻垢剂，对BaSO4和SrSO4的阻垢效果最好，阻垢剂加入量10mg/L时阻垢率都在97％以上，对Ca3(PO4)2和CaCO3也有明显的阻垢性能，阻垢剂加入量10mg/L时阻垢率在82％以上。
使用方法：将阻垢剂产品配成10％水溶液，投放阻垢剂量为10～20mg/L，根据生产工艺需要选取合适的投放点。

Claims (4)

1.一种多元共聚型阻垢剂的制备方法，其特征是：包括如下步骤：
(1)将丙烯酸和丙烯酸甲酯按体积比为1∶1～1.25混合均匀配成溶液(I)；
(2)将烯丙基磺酸钠和过硫酸铵按质量比为例溶解于占水总量的35～50％之间，配成溶液(II)；
(3)将乌头酸溶解于剩余的水中，温度升到85～95℃，在搅拌下加入异丙醇后，将溶液(I)和溶液(II)分别放入滴液漏斗同时以匀速再滴加(滴速控制在30～90min内滴加完毕)，全部滴加完毕在85～95℃恒温反应3～5小时，停止反应，冷至50℃左右向产物中滴加50％NaOH溶液，将pH调至弱碱性，得到一种红棕色透明液体，即多元共聚型阻垢剂。
2.根据权利要求1所述的一种多元共聚型阻垢剂的制备方法，其特征是：乌头酸25～35、丙烯酸12～20、丙烯酸甲酯15～22、烯丙基磺酸钠8～15、过硫酸铵5～9、异丙醇5～10、水70～150，氢氧化钠调节pH。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特点在于聚合反应温度为85～95℃。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特点在于丙烯酸和丙烯酸甲酯按体积比为1∶1～1.25之间，
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