CN102898576B - 一种高固含量丙烯酸-磺酸盐共聚物及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高固含量丙烯酸-磺酸盐共聚物及其制备方法，该方法首先将丙烯酸单体与含磺酸不饱和单体的混合液投入反应釜中，加入亚硫酸氢钠，升温，滴加引发剂共聚反应得到淡黄色至琥珀色透明液体；然后将温度保持在80~100℃将上述产品浓缩得到淡黄色至琥珀色粘稠液体，固体含量控制在60~80%；随后在得到的产品中加入无水乙醇，冷却，继续搅拌2~3h；最后加入晶核乙酸钠，冷却结晶、脱水、干燥即可。得到的产品固含量大于95%，分子量在1500~20000，包装简单、流转中仓储和运输能耗减少，现场应用易于控制，同时减少了使用时投加剂量，而且对于铁离子、碳酸钙颗粒等有优越的分散和阻垢效果，应用范围和领域较广。
Description
技术领域
本发明涉及一种应用于油田开采水、电厂循环冷却水、中低压锅炉水、日化用品等诸多化学处理领域，具体地说，涉及一种高固含量的丙烯酸-磺酸盐共聚物及其制备方法。
背景技术
共聚物分散阻垢剂是80年代前后开发的一类新型水处理剂。它不仅性能优越，而且对磷系、钼系水处理技术的发展起着重要作用。它的开发及应用使水处理技术向前迈进了一大步，并成为国内外水处理剂研制开发的热点。在众多开发的共聚物分散阻垢剂中，丙烯酸-磺酸盐的共聚物因其卓越的性能而引起普遍重视，国内外已形成开发的热潮。
但是目前相关产品均为液体，存在包装困难、流转中仓储和运输能耗大以及现场应用复杂难以控制等诸多不足，造成了很大的浪费。因此高固含量的丙烯酸-磺酸盐多元共聚物具有很好的市场前景和应用领域。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高固含量丙烯酸-磺酸盐共聚物及其制备方法，以克服现有技术中包装困难、流转中仓储和运输能耗大以及现场应用难以控制等诸多不足，满足当前相关行业的需求。
实现上述目的技术方案是：
一种高固含量丙烯酸-磺酸盐共聚物的制备方法，该方法是按照下列步骤进行的：
（1）将摩尔比为1:1~10:1的丙烯酸单体与含磺酸不饱和单体的混合液作为原料投入反应釜中，按单体原料总质量的1~15%加入亚硫酸氢钠，升温至60~95℃，然后滴加单体原料质量2~15%的引发剂，共聚反应6~8h，得到淡黄色至琥珀色透明液体；
（2）温度保持在80~100℃下将步骤（1）得到的产品浓缩6~12h，得到淡黄色至琥珀色粘稠液体，固体含量控制在60~80%；
（3）在步骤（2）得到的产品中加入溶剂无水乙醇，冷却至40~60℃，继续搅拌2~3h；
（4）在步骤（3）所得的产品中加入晶核乙酸钠，冷却结晶、离心脱水、干燥后即得到所述的高固含量丙烯酸-磺酸盐共聚物。
作为对本发明的进一步限定，所述的含磺酸不饱和单体为2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸及其盐或烯丙基磺酸及其盐；所述的引发剂为过硫酸钠、过硫酸铵或双氧水；所述的高固含量丙烯酸-磺酸盐共聚物，其固含量为95%以上，分子量为1500~20000。
采用上述技术方案后，本发明取得的有益效果是：（1）产品包装简单、流转中仓储和运输能耗减少以及现场应用易于控制等，给产品使用带来了很大的便利。（2）产品的有效物含量高，减少了使用时投加剂量，便于控制。（3）产品对于铁离子、悬浮物、碳酸钙颗粒等均有优越的分散效果，应用范围和领域较广。
具体实施方式
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例，对本发明作进一步详细的说明：
实施例1：
将摩尔比为1:1的丙烯酸单体与2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的混合液投入反应釜中，按单体原料质量的1%加入亚硫酸氢钠，升温至75℃，然后滴加单体原料总质量5%的过硫酸钠，共聚反应6h，得到淡黄色至琥珀色透明液体；温度保持在95℃下将上述产品浓缩8h，得到淡黄色至琥珀色粘稠液体，固体含量控制在80%；在得到的产品中加入溶剂无水乙醇，冷却至45℃，继续搅拌2h；然后加入晶核乙酸钠，冷却结晶；离心脱水；干燥后即得到最终产品。
实施例2：
将摩尔比为2:1的丙烯酸单体与2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的混合液投入反应釜中，按单体原料质量的5%加入亚硫酸氢钠，升温至70℃，然后滴加单体原料总质量8%的过硫酸钠，共聚反应6h，得到淡黄色至琥珀色透明液体；温度保持在90℃下将上述产品浓缩10h，得到淡黄色至琥珀色粘稠液体，固体含量控制在75%左右；在得到的产品中加入溶剂无水乙醇，冷却至50℃，继续搅拌3h；然后加入晶核乙酸钠，冷却结晶；离心脱水；干燥后即得到最终产品。
实施例3：
将摩尔比为3:1的丙烯酸单体与2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠的混合液投入反应釜中，按单体原料质量的5%加入亚硫酸氢钠，升温至80℃，然后滴加单体原料总质量10%的过硫酸钠，共聚反应6h，得到淡黄色至琥珀色透明液体；温度保持在90℃下将上述产品浓缩10h，得到淡黄色至琥珀色粘稠液体，固体含量控制在60%；在得到的产品中加入溶剂无水乙醇，冷却至40℃，继续搅拌3h；然后加入晶核乙酸钠，冷却结晶；离心脱水；干燥后即得到最终产品。
实施例4：
将摩尔比为4:1的丙烯酸单体与2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的混合液投入反应釜中，按单体原料质量的6%加入亚硫酸氢钠，升温至60℃，然后滴加单体原料总质量2%的双氧水，共聚反应6h，得到淡黄色至琥珀色透明液体；温度保持在95℃下将上述产品浓缩6h，得到淡黄色至琥珀色粘稠液体，固体含量控制在75%；在得到的产品中加入溶剂无水乙醇，冷却至45℃，继续搅拌2h；然后加入晶核乙酸钠，冷却结晶；离心脱水；干燥后即得到最终产品。
实施例5：
将摩尔比为4:1的丙烯酸单体与2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的混合液投入反应釜中，按原料质量的15%加入亚硫酸氢钠，升温至85℃，然后滴加原料总质量12%的过硫酸钠，共聚反应6h，得到淡黄色至琥珀色透明液体；温度保持在95℃下将上述产品浓缩8h，得到淡黄色至琥珀色粘稠液体，固体含量控制在75%；在得到的产品中加入溶剂无水乙醇，冷却至45℃，继续搅拌3h；然后加入晶核乙酸钠，冷却结晶；脱水；干燥后即得到最终产品。
实施例6：
将摩尔比为5:1的丙烯酸单体与烯丙基磺酸的混合液投入反应釜中，按单体原料质量的6%加入亚硫酸氢钠，升温至90℃，然后滴加单体原料总质量15%的过硫酸铵，共聚反应6h，得到淡黄色至琥珀色透明液体；温度保持在80℃下将上述产品浓缩12h，得到淡黄色至琥珀色粘稠液体，固体含量控制在75%；在得到的产品中加入溶剂无水乙醇，冷却至50℃，继续搅拌3h；然后加入晶核乙酸钠，冷却结晶；离心脱水；干燥后即得到最终产品。
实施例7：
将摩尔比为5:1的丙烯酸单体与烯丙基磺酸钠的混合液投入反应釜中，按单体原料质量的8%加入亚硫酸氢钠，升温至95℃，然后滴加单体原料总质量15%的过硫酸钠，共聚反应8h，得到淡黄色至琥珀色透明液体；温度保持在100℃下将上述产品浓缩6h，得到淡黄色至琥珀色粘稠液体，固体含量控制在80%；在得到的产品中加入溶剂无水乙醇，冷却至45℃，继续搅拌3h；然后加入晶核乙酸钠，冷却结晶；离心脱水；干燥后即得到最终产品。
实施例8：
将摩尔比为9:1的丙烯酸单体与2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的混合液投入反应釜中，按单体原料质量的3%加入亚硫酸氢钠，升温至80℃，然后滴加单体原料总质量12%的过硫酸钠，共聚反应6h，得到淡黄色至琥珀色透明液体；温度保持在85℃下将上述产品浓缩12h，得到淡黄色至琥珀色粘稠液体，固体含量控制在75%；在得到的产品中加入溶剂无水乙醇，冷却至40℃，继续搅拌3h；然后加入晶核乙酸钠，冷却结晶；离心脱水；干燥后即得到最终产品。
实施例9：
将摩尔比为10:1的丙烯酸单体与2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠的混合液投入反应釜中，按单体原料质量的6%加入亚硫酸氢钠，升温至85℃，然后滴加单体原料总质量15%的过硫酸钠，共聚反应6h，得到淡黄色至琥珀色透明液体；温度保持在90℃下将上述产品浓缩10h，得到淡黄色至琥珀色粘稠液体，固体含量控制在75%；在得到的产品中加入溶剂无水乙醇，冷却至45℃，继续搅拌3h；然后加入晶核乙酸钠，冷却结晶；离心脱水；干燥后即得到最终产品。
实施例10：
将摩尔比为10:1的丙烯酸单体与烯丙基磺酸钠的混合液投入反应釜中，按单体原料质量的5%加入亚硫酸氢钠，升温至95℃，然后滴加单体原料总质量15%的过硫酸钠，共聚反应8h，得到淡黄色至琥珀色透明液体；温度保持在90℃下将上述产品浓缩12h，得到淡黄色至琥珀色粘稠液体，固体含量控制在80%；在得到的产品中加入溶剂无水乙醇，冷却至60℃，继续搅拌3h；然后加入晶核乙酸钠，冷却结晶；离心脱水；干燥后即得到最终产品。
将实施例1得到的产品进行如下性能测试，具体结果见以下实施例11~13：
实施例11：
本共聚物的含量测试条件及测试结果：
（1）、测试条件
烘干法测试，鼓风式烘箱中120℃下恒重4h
（2）、测试结果
本发明共聚物的含量达到97.5%。本发明共聚物产品颗粒均匀，不易于潮解，便于包装和使用。
实施例12：
本聚合物的阻垢性能测试条件及测试结果：
1、测试条件：
（1）用静态阻垢法对样品的阻垢碳酸钙性能进行测定。试验用水为配制水：
将含一定质量浓度的药剂ρ(Ca2+)=600mg/L，ρ(HCO3 -)=500mg/L，ρ(CO3 2-)=100mg/L（均以CaCO3计）的500mL水样（pH=9）加入容量瓶中，置于（50±1）℃的水浴中，恒温10h后取出冷却过滤后，测定过滤液Ca2+含量，同时做空白实验。
（2）阻垢Ca3（PO4）2性能的实验方法与上述阻垢碳酸钙性能进行测定的方法类似，但起始离子质量浓度为：ρ(Ca2+)=250mg/L，ρ(PO4 3-)=5mg/L。
（3）阻垢CaSO4性能的实验方法与上述阻垢碳酸钙性能进行测定的方法类似，但起始离子质量浓度为：ρ(Ca2+)=2500mg/L，ρ(SO4 2-)=7200mg/L。
（4）阻垢Zn（OH）2性能的实验方法与上述阻垢碳酸钙性能进行测定的方法类似，但起始离子质量浓度为：ρ(Ca2+)=250mg/L，ρ(Zn2+)=5mg/L，ρ(HCO3 -)=250mg/L。
2、测试结果
本发明聚合物的用量达到5mg/L时，其阻碳酸钙垢的能力达到79.5%。
本发明聚合物的用量达到8mg/L时，其阻磷酸钙垢的能力达到92.5%。
本发明聚合物的用量达到10mg/L时，其阻硫酸钙垢的能力达到接近100%。
本发明聚合物的用量达到8mg/L时，其阻锌垢的能力达到89.5%。
实施例13：
分散氧化铁性能评定的测试条件及测试结果：
（1）分散氧化铁性能试验条件：
起始各离子浓度为：ρ(Ca2+)=250mg/L，ρ(Fe2+)=10mg/L（用FeSO4·7H2O配制），
pH=9，反应温度为50℃，反应时间为5h。用FeSO4·7H2O的水解产物作为氧化铁悬浮介质，水浴加热，冷却后，静置，取上层清液，用721分光光度计测透光率。
（2） 测试结果：
本发明聚合物的用量达到5mg/L时，分散效果最佳，透光率为73.5%，继续增加共
聚物用量，分散效果变化不大。本发明共聚物有较好的分散能力，形成的水垢较软，容易被水冲走。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种高固含量丙烯酸-磺酸盐共聚物的制备方法，其特征在于：该方法是按照以下步骤进行的：
（1）将摩尔比为1:1~10:1的丙烯酸单体与2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸及其盐或烯丙基磺酸及其盐的混合液作为原料投入反应釜中，按单体原料总质量的1~15%加入亚硫酸氢钠，升温至60~95℃，然后滴加单体原料总质量2~15%的引发剂，聚合反应6~8h，得到淡黄色至琥珀色透明液体；
（2）温度保持在80~100℃下将步骤（1）得到的产品浓缩6~12h，得到淡黄色至琥珀色粘稠液体，固体含量控制在60~80%；
（3）在步骤（2）得到的产品中加入溶剂无水乙醇，冷却至40~60℃，继续搅拌2~3h；
（4）在步骤（3）所得的产品中加入晶核乙酸钠，冷却结晶、离心脱水、干燥后即得到所述的高固含量丙烯酸-磺酸盐共聚物。
2.根据权利要求1所述的一种高固含量丙烯酸-磺酸盐共聚物的制备方法，其特征在于：所述的引发剂为过硫酸钠、过硫酸铵或双氧水。
3.一种高固含量丙烯酸-磺酸盐共聚物，其特征在于由权利要求1~2任一项所述的方法制备，其固含量为95%以上，分子量为1500~20000。
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