CN102549030A - 抑制二氧化硅和/或硅酸盐化合物在含水系统中沉积的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供抑制二氧化硅和/或硅酸盐化合物在含水系统中的表面上沉积的方法。该方法包括将聚合物添加到该含水系统中的步骤。该聚合物包含至少一种结构单元(i)和至少一种附加结构单元(ii)。结构单元(i)由下式表示：(式i)；其中r是具有至少2个碳原子的烷基；r1选自氢原子、烷基、芳基、酯、酰胺和酰亚胺；k是2至4；且n为至少约10。附加结构单元(ii)含有至少一个选自羰基、磺酸酯基团和磷酸酯基团的基团。

Description

抑制二氧化硅和/或硅酸盐化合物在含水系统中沉积的方法
技术领域
本发明一般性地涉及抑制二氧化硅和/或硅酸盐化合物在含水系统中的表面上沉积的方法。本发明更具体涉及通过将聚合物添加到含水系统中来抑制二氧化硅和/或硅酸盐化合物在含水系统中的表面上沉积的方法。
背景技术
水垢的形成、沉淀和沉积在含水系统，例如蒸汽发生系统、冷却水系统、膜分离系统等中是成问题的。已开发出许多方法以力求防止含水系统中的水垢沉积。
含水系统中水垢的形成源于几个原因。通常，天然存在或出于其它目的添加到含水系统中的水中的硫酸盐、二氧化硅、硅酸盐、高浓度磷酸盐以及钙和镁的碳酸盐反应形成水垢。水垢包含钙、镁、二氧化硅和/或硅酸盐化合物和其它化合物。
一种特定类型的水垢，即硅垢，包含二氧化硅和/或硅酸盐化合物。二氧化硅和/或硅酸盐天然存在于水中。当水在含水系统中循环时，二氧化硅和/或硅酸盐的浓度提高至从含水系统的水中发生硅垢沉淀的点。有时，硅垢的沉淀通过二氧化硅本身的聚合进行，导致产生硅胶(即硅酸盐化合物)。通常，为了发生硅垢沉淀，二氧化硅和/或硅酸盐的浓度必须大于200ppm。但是，水的pH值的变化影响硅垢的沉淀。具体而言，硅垢的沉淀在8.0至8.5的pH值下最有利。此外，当含水系统中存在阳离子时，在二氧化硅和/或硅酸盐的浓度小于200ppm时可发生硅垢沉淀。此外，阳离子可促进硅垢从具有大于8.0的pH值的含水系统中沉淀。促进硅垢沉淀的阳离子包括，但不限于，Al2+、Mg2+、Zn2+和Fe3+。
在硅垢形成和沉淀后，硅垢沉积在含水系统的内部部件，例如管道、膜、填充材料和类似部件的表面上。通常，在内部部件的表面上发生硅垢沉积，造成硅垢结硬壳。内部部件上的硅垢沉积限制含水系统的水的循环。在一些情况下，含水系统要求出于各种目的将水加热和/或冷却。在其它情况中，内部部件上的硅垢沉积阻碍含水系统的传热功能。在另一些情况下，内部部件上的硅垢沉积造成水品质不足。因此硅垢沉积降低含水系统的运行效率。
一旦硅垢沉积在含水系统的内部部件上，除去硅垢的方式是用酸洗。在许多情况下，硅垢的沉积使得必须更换含水系统的内部部件。
防止含水系统中的硅垢沉积的一种方法利用水的外部处理。通常，外部处理包括如在含水系统中使用之前进行水的凝结、过滤和软化之类的方法。外部处理的使用在防止含水系统中的硅垢形成、沉淀和沉积方面仅中等有效。在所有情况下，外部处理不防止硅垢的形成、沉淀和沉积，因为泥、淤渣和赋予硬度的离子逃脱该外部处理并被引入含水系统中。
防止含水系统中的硅垢沉积的另一方法利用水的内部处理。通常，该内部处理包括将硅垢抑制剂添加到含水系统的水中。硅垢抑制剂的添加使二氧化硅和/或硅酸盐保持溶解在含水系统的水中。
已将各种单体、低聚物和聚合物作为硅垢抑制剂添加到含水系统中。已将聚合物型硅垢抑制剂，例如包含环氧乙烷和环氧丙烷的反应产物的聚合物，添加到含水系统中。其它已知的聚合物型硅垢抑制剂包括具有聚醚骨架并具有沿该聚醚骨架布置的规则或无规间隔开的疏水基团的聚合物，和具有聚羧酸酯骨架并具有烯丙基醚或酯连接的聚醚侧链的聚合物。但是，由于如上所述较高的硅垢沉淀发生率和进一步由于该聚合物在碱性pH值下的不稳定性，烯丙基醚或酯键在其中含水系统的水具有大于8.0的碱性pH值的某些条件下可能不合适。
考虑到上文，仍有机会提供不同于已知硅垢抑制剂并减轻与已知聚合物型硅垢抑制剂相关的一些问题的硅垢抑制剂。
发明内容
发明概述和优点
本发明提供抑制二氧化硅和/或硅酸盐化合物在含水系统中的表面上沉积的方法。该方法包括将聚合物添加到该含水系统中的步骤。该聚合物包含至少一种结构单元(i)和至少一种附加结构单元(ii)。结构单元(i)由下式表示：
Figure BDA0000150289670000031
其中R是具有至少2个碳原子的烷基；R1选自氢原子、烷基、芳基、酯、酰胺和酰亚胺；k是2至4；且n为至少约10。附加结构单元(ii)含有至少一个选自羰基、磺酸酯基团和磷酸酯基团的基团。
该聚合物表现出优异的稳定性和硅垢抑制作用，由此对现有硅垢抑制剂的性能加以改进。
附图说明
当与附图相关地考虑时，通过参照下述详述，本发明的其它优点将容易意识到，因为其变得更好理解。
图1是例示聚合物1-3和对比聚合物1-10在pH值7.0和40℃下22小时后的稳定化的二氧化硅浓度的条形图。
发明详述
提供抑制二氧化硅和/或硅酸盐化合物在含水系统中的表面上沉积的方法。二氧化硅和/或硅酸盐化合物的形成和沉淀造成二氧化硅和/或硅酸盐化合物作为硅垢结壳沉积在表面上。二氧化硅和/或硅酸盐化合物沉积在含水系统中的表面上通常降低含水系统的运行效率。本文中提供的方法甚至在促进二氧化硅和/或硅酸盐化合物沉积的条件下也抑制含水系统中的表面上的二氧化硅和/或硅酸盐化合物的形成、沉淀和沉积。
该含水系统通常包含与该含水系统中的表面接触的含水组分。该含水组分可以是任何种类的水溶液，例如，但不限于，淡水、盐水、自来水、废水和/或再生水。通常，基于100重量份含水组分，该含水组分包含至少约90至约99.5重量％的量的水。更通常，基于100重量份含水组分，该含水组分包含至少约95重量％的量的水。
该含水组分除水外还包括溶解在其中的二氧化硅和/或硅酸盐。硅酸盐的实例包括，但不限于，硅酸钠、胶体二氧化硅和硅酸镁。通常在许多不同的水源中发现二氧化硅和/或硅酸盐。沉积在含水系统中的表面上的二氧化硅和/或硅酸盐化合物可以与该二氧化硅和/或硅酸盐相同，或者另选，该二氧化硅和/或硅酸盐化合物可以是二氧化硅和/或硅酸盐与如下面更详细描述的其它杂质的反应产物。尽管该含水组分中不存在二氧化硅和/或硅酸盐会是期望的以防止二氧化硅和/或硅酸盐化合物沉积在含水系统中的表面上，但这并非总是可能的。本发明的方法就抑制二氧化硅和/或硅酸盐化合物沉积在含水系统中的表面上而言至少部分消除了由于含水系统的含水组分中二氧化硅和/或硅酸盐的存在而造成的效果。
在含水组分具有碱性pH值和/或含有杂质，如粉砂、粘土、有机废物、可溶二氧化硅、可溶硅酸盐、聚合物型二氧化硅、聚合物型硅酸盐，和阳离子，包括，但不限于Al2+、Mg2+、Zn2+和Fe3+的情况下，进一步促进了二氧化硅和/或硅酸盐化合物的沉积。该含水组分可具有大于约7.0或另选大于约8.0的碱性pH值。
抑制二氧化硅和/或硅酸盐化合物在其上沉积的表面进一步限定为与该含水组分接触的任何表面。例如，含水系统可包括具有与该含水系统的含水组分接触的表面的任何装置。该装置可以是任何设备，包括，但不限于，冷却水装置、锅炉水装置、蒸汽发生装置、脱盐装置、气体洗涤器装置、蒸发器装置、造纸装置、采矿装置和具有膜的分离或过滤装置，例如反渗透装置、超滤装置和纳滤装置。该表面可以是二氧化硅和/或硅酸盐化合物可能沉积在其上的该装置的任何部件并可包括，但不限于，管道、收集设备、搅拌设备、过滤器、膜和填充材料。该表面可包括任何种类的材料，例如，但不限于，铁、钢、铜、陶瓷、塑料、玻璃和常规用于形成膜的材料。
该方法包括将聚合物添加到该含水系统中的步骤。在一个实施方案中，该添加聚合物的步骤可进一步限定为将该聚合物直接添加到包括溶解在其中的二氧化硅和/或硅酸盐的含水组分中。在另一实施方案中，该添加聚合物的步骤可进一步限定为将该聚合物添加到流体载体中以形成溶液，随后将该溶液添加到含水组分中。例如，该聚合物可以以凝胶、片剂、粉末或浓缩物形式提供。该凝胶、片剂或粉末可直接添加到该含水组分中或可添加到流体载体中，该流体载体可随后直接添加到该含水组分中。在一个实施方案中，该聚合物包含：
(i)至少一种下式所示的结构单元：
Figure BDA0000150289670000051
其中R是具有至少2个碳原子的烷基；R1选自氢原子、烷基、芳基、酯、酰胺和酰亚胺；k是2至4；且n为至少约10；和
(ii)至少一种含有至少一个选自羰基、磺酸酯基团和磷酸酯基团的基团的附加结构单元。在另一实施方案中，该聚合物包含下列物质的反应产物：
(i)在其聚醚链中存在至少10个亚烷基氧基的烷氧基化乙烯基醚；和
(ii)含有至少一个选自羰基、磺酸酯基团和磷酸酯基团的基团的不饱和化合物。
该聚合物抑制二氧化硅和/或硅酸盐化合物沉积在含水系统中的表面上。不受任何特定理论束缚，据信，该聚合物结合含水组分内的二氧化硅和/或硅酸盐并保持溶解，由此防止二氧化硅和/或硅酸盐化合物沉积。
通常，通过分别对应于结构单元(i)和(ii)的各自具有乙烯基的至少两种不同前体的自由基聚合制备包含结构单元(i)和(ii)的聚合物。换言之，结构单元(i)和(ii)的前体在聚合之前各自具有乙烯基。包含结构单元(i)和(ii)的聚合物由于其结构而可以被称作“梳形”聚合物，其包含由前体的乙烯基的自由基聚合生成的骨架，并进一步包含从该骨架上延伸出的侧基，例如如下所示的式(I)的那部分：
Figure BDA0000150289670000061
(下文称作“聚醚链”)，该侧基来自所述至少一个结构单元(i)，和至少所述至少一个附加结构单元(ii)中的所述羰基、磺酸酯基团或磷酸酯基团。
所述至少一个结构单元(i)的前体通常是指烷氧基化乙烯基醚并可通过本领域中已知的方法制备，例如，但不限于，用具有式OCkH2k的环氧烷将烷氧基乙烯基醚烷氧基化，其中k与上文定义的相同。例如，该环氧烷可以选自环氧乙烷、环氧丙烷、环氧丁烷及其组合。应意识到，在烷氧基乙烯基醚的烷基化过程中可以使用环氧乙烷、环氧丙烷或环氧丁烷的任何组合。应意识到，在一些情况下，该聚合物可包含多于一种由通式(I)所示的结构单元(i)。在一个实施方案中，所述至少一种结构单元(i)进一步限定为各自具有式(I)的至少两种不同的结构单元，其中所述至少两种不同的结构单元(i-1)和(i-2)的前体彼此不同地制备。例如，结构单元(i-1)的至少之一的前体可以通过用环氧乙烷将烷氧基乙烯基醚烷氧基化来制备，另外的结构单元(i-2)的至少之一的前体可以通过用环氧丙烷和/或环氧丁烷将烷氧基乙烯基醚烷氧基化来制备。所述至少一种结构单元(i)的前体用于将聚醚链引入该聚合物中。不受任何特定理论束缚，据信，紧邻乙烯基布置的醚键与不包括紧邻乙烯基布置的醚键的酯、烯丙基醚或其它醚相比提供优异稳定性，以致所得聚合物即使在该含水组分具有碱性pH值时也抑制二氧化硅和/或硅酸盐化合物的沉积。
在所述至少一种结构单元(i)的式(I)中，n的值决定聚醚链的长度并基本控制所述至少一种结构单元(i)的数均分子量。所述至少一种结构单元(i)的数均分子量基本控制该聚合物的数均分子量。不受任何特定理论束缚，据信，聚醚链使该聚合物能够包裹溶解在含水组分中并且在其它情况下会容易沉淀的二氧化硅和/或硅酸盐的分子和/或小粒子，其中该聚合物由此抑制二氧化硅和/或硅酸盐化合物的沉淀和沉积。对本申请而言，n的值如上所述为至少10。或者另选，n为约20至约150，或者另选为约60至约135。应意识到，在一些情况下，该聚合物可包含多于一种由通式(I)所示的结构单元(i)。在一个实施方案中，所述至少一种结构单元(i)进一步限定为各自具有式(I)的至少两种不同的结构单元，其中在式(I)所示的结构单元(i-1)的至少之一中n为约20至60，和其中在式(I)所示的另外的结构单元(i-2)的至少之一中n大于60。或者另选，在式(I)所示的结构单元(i-1)的至少之一中n为约20至60，和在式(I)所示的另外的结构单元(i-2)的至少之一中n大于125。
对包含所述至少两种不同的结构单元(i-1)和(i-2)和所述至少一种附加结构单元(ii)的聚合物而言，结构单元(i-1)和(i-2)通常彼此以约1∶5至约5∶1的摩尔比存在。如下文实施例中所示，具有在上述摩尔比范围内存在的所述至少两种不同的结构单元(i-1)和(i-2)的聚合物在一些情况下具有最大化的效力。
如上所述，式(I)中的R是具有至少2个碳原子的烷基并通常具有2至10个碳原子。式(I)中的R1选自氢原子、烷基、芳基、酯、酰胺和酰亚胺。在一个实施方案中，式(I)中的至少一个R1基团是酯、酰胺或酰亚胺。该酯、酰胺和/或酰亚胺可以用具有式OCkH2k的环氧烷进行烷氧基化，其中k与上文定义的相同。例如，该环氧烷可以选自环氧乙烷、环氧丙烷、环氧丁烷及其组合。因此，当所述酯、酰胺和/或酰亚胺存在于结构单元(i)中并被烷氧基化时，除上述聚醚链外还存在此类基团。所述至少一种结构单元(i)的合适的前体的具体实例包括分子量为约1,000至约10,000克/摩尔，或约1,000至约6,000克/摩尔的聚乙二醇单乙烯基醚，该分子量基本由式(I)中n的值控制。
对包含所述至少一种结构单元(i)和所述至少一种附加结构单元(ii)的聚合物而言，所述至少一种结构单元(i)通常以该聚合物中所有结构单元的总量的约15至约50，更通常约25至约40的摩尔百分比存在。
羰基可进一步限定为不饱和单羧酸衍生物，例如美国专利No.7,482,405中列举的那些的任一种，其列举不饱和单羧酸衍生物的部分经此引用并入本文。合适的羰基的另外的实例包括不饱和二羧酸的二酯，例如美国专利No.7,482,405中列举的那些中的任一种，其列举不饱和二羧酸的二酯的部分经此引用并入本文。所述至少一种附加结构单元(ii)的前体包含至少一个选自羰基、磺酸酯基团和磷酸酯基团的基团。另外，该羰基可包括酰胺，酯，或酰胺或酯的烷氧基化物。通常，所述至少一种附加结构单元(ii)具有式(II)所示的结构或其酸酐：
Figure BDA0000150289670000081
其中R2选自氢原子、烷基、芳基和羰基；且R3选自氢原子、烷基、芳基和羟烷基。例如，在一个实施方案中，R3是氢原子且所述至少一种附加结构单元(ii)的前体可以是丙烯酸。或者另选，在另一实施方案中，R3是羟烷基且所述至少一种结构单元(ii)的前体可以是丙烯酸羟烷基酯或甲基丙烯酸羟烷基酯。所述附加结构单元(ii)通常进一步由下式中的至少一个表示：
Figure BDA0000150289670000091
其中R2选自氢原子、烷基、芳基和羰基；Y选自氢原子、烷基和芳基；且Z是羟烷基。在一个实施方案中，所述至少一种附加结构单元(ii)进一步限定为各自具有式(II)的至少两种不同的附加结构单元(ii)，且所述至少两种不同的附加结构单元(ii)的前体可选自如上阐明适用于所述至少一种附加结构单元(ii)的前体的任何前述化合物。
对包含所述至少一种结构单元(i)和所述至少两种不同的附加结构单元(ii)的聚合物而言，所述至少两种不同的附加结构单元(ii)通常以约1∶10至约10∶1的摩尔比存在。
不受任何特定理论束缚，据信，在一些情况下，包含以上述摩尔比存在的所述至少两种不同的附加结构单元(ii)的聚合物具有提高的溶解度性质。该聚合物的提高的溶解度是有益的，因为否则在该聚合物包裹含水组分的二氧化硅和/或硅酸盐的分子和/或小粒子后，如果该聚合物不足够可溶以在该含水组分中保持溶解，具有捕获的二氧化硅和/或硅酸盐的聚合物本身可能会沉淀和沉积在含水系统中的表面上。
通常，该聚合物仅包含如上所述的所述至少一种结构单元(i)和所述至少一种附加结构单元(ii)。但是，应意识到，该聚合物不限于仅含结构单元(i)和(ii)，在某些情况下，该聚合物可包含除本文描述的那些以外的任选结构单元。
通常，该聚合物具有约25,000至约45,000，更通常约30,000至约40,000克/摩尔的数均分子量。
该聚合物以足以抑制溶解在该含水组分中的二氧化硅和/或硅酸盐化合物的沉淀的量存在于含水系统中。为这些目的，该聚合物可以以约0.5至约500，更通常约0.8至约350，最通常约1至约100ppm的量添加到含水组分中。
该聚合物在上述量内在含水组分中的存在抑制二氧化硅和/或硅酸盐化合物沉淀和沉积在含水系统中的表面上。通常，在添加该聚合物之前溶解在含水组分中的二氧化硅和/或硅酸盐的至少约50重量％，更通常至少约70重量％在40℃、约7.0的pH值和将该聚合物添加到含水系统中后22小时仍溶解在该含水组分中。据信，在含水组分具有更碱性pH值的情况下可获得类似结果。
如上所提及，该聚合物在含水组分中的存在抑制二氧化硅和/或硅酸盐化合物沉积在含水系统中的表面上。此外，该聚合物甚至在具有碱性pH值的含水组分中也表现出稳定性和优异的抑制性能。该聚合物的稳定性和抑制性能两者，尤其是在该含水组分具有碱性pH值时，都与其它市售硅垢抑制剂相当，并在一些情况下极大改进。
在一个实施方案中，将该聚合物单独添加到含水系统中以抑制二氧化硅和/或硅酸盐化合物在含水系统中的表面上的沉积。在另一实施方案中，该聚合物与一种或多种用于抑制二氧化硅和/或硅酸盐化合物在含水系统中的表面上的沉积的其它单体、低聚物和/或聚合物组合和/或与其它水处理剂组合使用。其它单体、低聚物和/或聚合物包括，但不限于，丙烯酸聚合物和共聚物和马来酸和马来酸酐聚合物和共聚物。其它水处理剂包括，但不限于，磷酸及其盐、金属螯合剂、腐蚀抑制剂、聚合物水垢控制分散剂、杀微生物剂、絮凝剂、凝结剂、除氧剂、中和胺和阻垢剂。
已经给出上述本发明的实施方案以用于举例说明和描述。这些实施方案不意于是穷举的或限制本发明。选择和描述这些实施方案以最好地解释本发明的原理及其实际应用以便使得本领域其它技术人员在其各种实施方案中和采用适合特定预期用途的各种修改下最好地利用本发明。
下列实施例意在例证本发明而无论如何不应被视为限制本发明的范围。
具体实施方式
实施例
由导致产生具有不同结构单元的聚合物的多种前体形成各种硅垢抑制剂。聚合物1-3是根据本发明的方法使用的硅垢抑制剂。下面提供用于形成聚合物1-3的前体的化学描述。
至少一种结构单元(i)以基于聚合物1-3中存在的所有结构单元的总量计的约15至约50的摩尔百分比存在于聚合物1-3中。在所述至少一种结构单元(i)包含各自由式(I)表示的至少两种不同的结构单元的情况下，结构单元(i-1)的至少之一和另外的结构单元(i-2)的至少之一以约1∶5至约5∶1的摩尔比存在。烷氧基化乙烯基醚是聚合物1-3中的所述至少一种结构单元(i)的前体的代表。
在聚合物1-3中还存在至少一种附加结构单元(ii)。在所述至少一种附加结构单元(ii)包含各自由式(II)表示的至少两种不同的附加结构单元的情况下，所述至少两种附加结构单元以约1∶10至约10∶1的摩尔比存在。丙烯酸、马来酸酐和丙烯酸羟烷基酯是聚合物1-3中的所述至少一种附加结构单元(ii)的前体的代表。聚合物1-3的所有前体在对于将副反应最小化(即使不是完全避免)最佳的条件下反应。
聚合物1包含数均分子量为约3,000克/摩尔的丙烯酸和烷氧基化乙烯基醚的聚合产物。
聚合物2包含数均分子量为约5,800克/摩尔的丙烯酸、马来酸酐和烷氧基化乙烯基醚的聚合产物。
聚合物3是数均分子量为约1,100和5,800克/摩尔的马来酸酐、丙烯酸羟烷基酯和两种不同的烷氧基化乙烯基醚的聚合产物。
对比聚合物1-10是包含不根据本发明的聚合物的市售阻垢剂。包括对比例1-10以提供与根据本发明的方法使用的聚合物1-3的工艺性能进行比较的基础。
对比聚合物1是数均分子量为约13,000克/摩尔的丙烯酸、甲基丙烯酸、和甲基丙烯酸的甲基聚乙二醇酯的三元共聚物。
对比聚合物2是数均分子量为约4,000克/摩尔的聚丙烯酸。
对比聚合物3是数均分子量为约50,000克/摩尔的钠盐形式的丙烯酸和马来酸共聚物。
对比聚合物4是作为硅垢抑制剂出售并可以以商品名
Figure BDA0000150289670000121
K-XP212购自The Lubrizol Corporation的聚(2-乙基
Figure BDA0000150289670000122
唑啉)与丙烯酸共聚物的混合物。
对比聚合物5是丙烯酸、甲基丙烯酸和牛磺酸-丙烯酸类单体的三元共聚物。
对比聚合物6是数均分子量为约3,000克/摩尔的改性聚丙烯酸。
对比聚合物7是作为硅垢抑制剂出售并可以商品名
Figure BDA0000150289670000123
5000购自Dow Chemical Company的数均分子量为约5,000克/摩尔的丙烯酸、叔丁基丙烯酰胺和2-丙烯酰氨基-2-甲基丙磺酸的三元共聚物。
对比聚合物8是数均分子量为约20,000克/摩尔的改性聚丙烯酸。
对比聚合物9是数均分子量为约4,000克/摩尔的钠盐形式马来酸与异丁烯的共聚物。
对比聚合物10是作为硅垢抑制剂出售并可以商品名Si获自Akzo Nobel的可能地由马来酸酐共聚单体改性的聚丙烯酸。
评价聚合物1-3和对比聚合物1-10以测定工艺性能，包括抑制二氧化硅和/或硅酸盐化合物从在pH值7.0和40℃下的包括水、溶解的二氧化硅(硅酸钠)、钙离子(Ca2+)、镁离子(Mg2+)和氯离子(Cl-)的含水组分中沉淀。通过抑制试验测量聚合物抑制二氧化硅和/或硅酸盐化合物从含水组分中沉淀的能力，以测定保留在含水组分中的溶解的二氧化硅和/或硅酸盐的量。为了进行该试验，制备三种含水原料溶液：0.2M Na2SiO3溶液、0.2M CaCl2和0.2M MgCl2溶液和在水中包含约1,000ppm该聚合物的聚合物溶液。
制备含有5.0毫升该聚合物溶液、8.6毫升0.2M Na2SiO3溶液和5.0毫升0.2M CaCl2/0.2M MgCl2溶液的200.0毫升受试含水组分，其体积用蒸馏水调节至200.0毫升。将受试含水组分调节至pH值7.0，该pH值在整个试验过程中被保持。该受试含水组分含有下列浓度：450-640ppm作为SiO2存在的溶解的二氧化硅、200ppm Ca2+、120ppmMg2+和25ppm该聚合物。将受试含水组分置于含有两孔橡皮塞的烧杯中。一个开孔供pH值探针使用，第二个供取样用。在循环浴中在40℃下加热的同时搅拌受试含水组分。定期取出3.0至5.0毫升样品并使其经过过滤器。取出2.0毫升滤液样品并用蒸馏水稀释至25.0毫升。将用于高范围二氧化硅的一种钼酸盐试剂粉枕(可获自Hach Co.，Loveland，Colorado)的内容物添加到10.0毫升稀释样品中，并混合该稀释样品以溶解该钼酸盐试剂。随后将一种酸试剂粉枕(可获自Hach Co.，Loveland，Colorado)的内容物添加到该稀释样品中并混合该稀释样品以溶解该酸试剂。使该稀释样品静置10分钟。随后将一种柠檬酸粉枕(可获自Hach Co.，Loveland，Colorado)的内容物添加到该稀释样品中并混合该稀释样品以溶解该柠檬酸。使该稀释样品静置2分钟，随后测定该稀释样品中溶解的二氧化硅和/或硅酸盐的浓度。钼酸盐试剂与任何硅酸/硅酸盐反应并定量形成黄色化合物。该黄色化合物的颜色强度与受试含水组分中存在的溶解的二氧化硅和/或硅酸盐的量成比例。通过用分光光度计在450纳米下测量该黄色化合物的吸光度，测定颜色强度。
在其制备后立即和在制备后22小时获得受试含水组分的吸光度。在制备后22小时存在的溶解的二氧化硅和/或硅酸盐的量代表稳定化的二氧化硅浓度。通常，较高的稳定化的二氧化硅浓度指示该聚合物作为二氧化硅和/或硅酸盐化合物沉积抑制剂的较高效力。
由于整个抑制试验中使用的聚合物的浓度保持恒定，无论溶解的二氧化硅和/或硅酸盐的浓度如何，在制备后22小时存在的溶解的二氧化硅和/或硅酸盐的量精确地指示该聚合物作为二氧化硅和/或硅酸盐化合物沉积抑制剂的效力。不受任何特定理论束缚，据信，当含水组分中与溶解的二氧化硅和/或硅酸盐一起存在有限或设定量的所述聚合物时，所述聚合物束缚住溶解的二氧化硅和/或硅酸盐。当含水组分中存在过量的溶解的二氧化硅和/或硅酸盐时，该聚合物可能被控制至该聚合物完全或基本与二氧化硅和/或硅酸盐结合，即“用尽”的点。此时，任何残留的溶解的二氧化硅和/或硅酸盐自由地与阳离子或类似的溶解的二氧化硅和/或硅酸盐反应，由此最终造成二氧化硅和/或硅酸盐化合物的沉淀和沉积。
采用上述抑制试验评价聚合物1-3和对比聚合物1-10。评价结果列在下表1中。
表1
Figure BDA0000150289670000141
Figure BDA0000150289670000151
从表中所示的数据可以看出，实施例1-3表明与对比例1-10相对照在使用聚合物1-3时获得优异的稳定化的二氧化硅浓度。参照图1的图表，直观显示了相对于对比例1-10而言实施例1-3的优异结果。因此，实施例1-3表现出比对比例1-10的性能优异的性能。实施例3胜过受试的所有实施例和对比例。这种性能被认为部分由该聚合物及其结构造成。
已经以示例性方式描述了本发明，并且应理解的是，已用的术语意为说明作用而非限制作用的措辞的性质。明显地，鉴于上述教导，本发明的许多修改和变动是可能的。因此应理解的是，在所附权利要求书的范围内，可以以非具体描述的方式实践本发明。

Claims (24)

1.抑制二氧化硅和/或硅酸盐化合物在含水系统中的表面上沉积的方法，所述方法包括将聚合物添加到该含水系统中的步骤，该聚合物包含：
(i)至少一种由下式所示的结构单元：
Figure FDA0000150289660000011
其中R是具有至少2个碳原子的烷基；R1选自氢原子、烷基、芳基、酯、酰胺和酰亚胺；k是2至4；n为至少约10；和
(ii)至少一种附加结构单元，其包含至少一个选自羰基、磺酸酯基团和磷酸酯基团的基团。
2.抑制二氧化硅和/或硅酸盐化合物在含水系统中的表面上沉积的方法，所述方法包括以下步骤：
在含水系统中提供水；
使该含水系统中的水循环；和
将聚合物引入该水中，该聚合物包含：
(i)至少一种由下式所示的结构单元：
Figure FDA0000150289660000012
其中R是具有至少2个碳原子的烷基；R1选自氢原子、烷基、芳基、酯、酰胺和酰亚胺；k是2至4；n为至少约10；和
(ii)至少一种附加结构单元，其含有至少一个选自羰基、磺酸酯基团和磷酸酯基团的基团。
3.权利要求1或2中任一项的方法，其中该含水系统包括反渗透装置。
4.权利要求1至3中任一项的方法，其中在结构单元(i)的至少之一中n为至少60。
5.权利要求4的方法，其中在结构单元(i)的至少之一中n为至少125。
6.权利要求1至5中任一项的方法，其中所述至少一种结构单元(i)进一步限定为各自由式(I)所示的至少两种不同的结构单元，其中在式(I)所示的结构单元(i-1)的至少之一中n大于约20，和其中在式(I)所示的另外的结构单元(i-2)的至少之一中n大于约60。
7.权利要求6的方法，其中在所述式(I)所示的另外的结构单元(i-2)中的至少之一中n大于约125。
8.权利要求6或7中任一项的方法，其中在所述式(I)所示的至少一种结构单元(i-1)中n大于约60。
9.权利要求6至8中任一项的方法，其中结构单元(i-1)和(i-2)以约1∶5至约5∶1的摩尔比存在。
10.权利要求1至9中任一项的方法，其中所述附加结构单元(ii)进一步由式(II)或其酸酐表示：
Figure FDA0000150289660000021
其中R2选自氢原子、烷基、芳基和羰基；且R3选自氢原子、烷基、芳基和羟烷基。
11.权利要求10的方法，其中所述附加结构单元(ii)进一步由下式中的至少一个表示：
Figure FDA0000150289660000031
其中R2选自氢原子、烷基、芳基和羰基；Y选自氢原子、烷基和芳基；Z是羟烷基。
12.权利要求11的方法，其中所述至少一种附加结构单元(ii)进一步限定为选自式(II-1)至(II-4)所示的基团的至少两种不同的附加结构单元。
13.权利要求12的方法，其中所述至少两种不同的附加结构单元以约1∶10至约10∶1的摩尔比存在。
14.权利要求1至13中任一项的方法，其中所述结构单元(i)以基于该聚合物中所有结构单元的总量计的约15至约50的摩尔百分比存在于该聚合物中。
15.权利要求1至14中任一项的方法，其中该聚合物具有约25,000至约45,000克/摩尔的数均分子量。
16.权利要求15的方法，其中该聚合物具有约30,000至约40,000克/摩尔的数均分子量。
17.权利要求1至16中任一项的方法，其中该含水系统包括含水组分，该含水组分包含溶解在其中的二氧化硅和/或硅酸盐。
18.权利要求17的方法，其中所述聚合物以约0.5至约500ppm的量添加到所述含水组分中。
19.权利要求18的方法，其中所述聚合物以约0.8至约350ppm的量添加到所述含水组分中。
20.权利要求19的方法，其中所述聚合物以约1至约100ppm的量添加到所述含水组分中。
21.权利要求17至20中任一项的方法，其中在添加所述聚合物之前溶解在所述含水组分中的二氧化硅和/或硅酸盐的至少约50％在添加所述聚合物后22小时仍溶解在该含水组分中。
22.权利要求21的方法，其中在添加所述聚合物之前溶解在所述含水组分中的二氧化硅和/或硅酸盐的至少约70％在添加所述聚合物后22小时仍溶解在该含水组分中。
23.权利要求17至22中任一项的方法，其中基于100重量份所述含水组分，水以至少约90至约99.5重量％的量存在于所述含水组分中。
24.抑制二氧化硅和/或硅酸盐化合物在含水系统中的表面上沉积的方法，所述方法包括将聚合物添加到该含水系统中的步骤，该聚合物包含下列物质的反应产物：
(i)在其聚醚链中存在至少10个亚烷基氧基的烷氧基化乙烯基醚；和
(ii)含有至少一个选自羰基、磺酸酯基团和磷酸酯基团的基团的不饱和化合物。
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