CN103539270B - Aa/ba/amps三元无磷聚合型缓蚀阻垢剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种AA/BA/AMPS三元无磷聚合型缓蚀阻垢剂,该三元聚合型缓蚀阻垢剂由丙烯酸、丙烯酸丁酯、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、过硫酸钠、异丙醇和水组成。本发明还公开了AA/BA/AMPS三元无磷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、无磷、耐高温、分子稳定等特征,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,具有良好的经济效益和社会效益。
Description
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AA/BA/AMPS三元无磷聚合型缓蚀阻垢剂及其制备方法。
背景技术
聚合物作为缓蚀剂的应用已经有很长的历史,聚合物缓蚀剂容易在底物表面形成单层或多层致密的保护膜,因此相对于低分子缓蚀剂而言具有高效、持久、环保等优点,已成为当前缓蚀剂领域的研究热点之一。其中聚丙烯酸类均聚物、共聚物缓蚀阻垢剂水溶性好,无毒,制备方法简单,对于开发一些绿色环保型高分子缓蚀阻垢剂有重要意义,但如果共聚物中含有亲水性基团,例如磺酸基,它可以有效地阻止由于弱亲水性共聚物与水中离子反应,生成难溶性物质——钙凝胶,这对共聚物的阻垢缓蚀性能有更大的改善。
另外,有研究表明,优质水处理剂应该具有强酸和弱酸两种官能团,其中强酸官能团保持着轻微的离子特性(有助于溶解),而弱酸基团则对活性部位有更强的约束能力(抑制结晶生长),这不仅对CaCO3、CaSO4、Ca3(PO4)2有很好的阻垢性能,而且对锌垢、氧化铁也能起到很好的抑制和分散作用。
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,合成一种含-COOH、-SO3H、-OH、-COOR和-CONH2基团、性能优异的AA/BA/AMPS三元无磷聚合型缓蚀阻垢剂。
本发明的另一目的是提供AA/BA/AMPS三元无磷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AA/BA/AMPS三元无磷聚合型缓蚀阻垢剂,其以丙烯酸、丙烯酸丁酯和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸为单体,以水为溶剂,以过硫酸钠为引发剂,以异丙醇为分子量调节剂,经反应制备而成,其中各组分的重量份用量为:丙烯酸5~30份,丙烯酸丁酯1~10份,2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸1~15份,过硫酸钠1~5份,异丙醇1~10份,水50~200份。
在一种技术方案中,该阻垢剂的各组分的重量份用量为:丙烯酸15份,丙烯酸丁酯1~5份,2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸3~10份,过硫酸钠1~5份,异丙醇1~8份,水60~120份。
在一种技术方案中,该阻垢剂的各组分的重量份用量为:丙烯酸15份,丙烯酸丁酯1份,2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸5份,过硫酸钠2份,异丙醇2份,水60~120份。
在一种技术方案中,该阻垢剂的各组分的重量份用量为:丙烯酸15份,丙烯酸丁酯1份,2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸3份,过硫酸钠1份,异丙醇1份,水60~120份。
在一种技术方案中,该阻垢剂的各组分的重量份用量为:丙烯酸15份,丙烯酸丁酯5份,2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸10份,过硫酸钠5份,异丙醇8份,水60~120份。
本发明阻垢剂的制备过程为:将丙烯酸和丙烯酸丁酯溶解于水中配制溶液I,将过硫酸钠溶解于水中配制溶液Ⅱ,将2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸溶解于水中,升温至80℃~90℃,在搅拌下加入异丙醇后,再同时缓慢加入溶液Ⅰ和溶液Ⅱ,完毕后恒温反应即得。
本发明的AA/BA/AMPS三元无磷聚合型缓蚀阻垢剂的制备方法具体包括如下步骤:
(1)将丙烯酸和丙烯酸丁酯溶解于占水总量20~30%的水中配制溶液Ⅰ,将过硫酸钠溶解于占水总量20~30%的水中配制溶液Ⅱ;
(2)将2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸溶解于剩余的水中,升温至80℃~90℃,在搅拌下加入异丙醇后,再同时缓慢加入溶液Ⅰ和溶液Ⅱ,完毕后恒温反应1~5h,冷却,得到淡黄透明液体。
本发明的化学品可均为工业纯。
本发明制备的AA/BA/AMPS三元无磷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管道设备的腐蚀。
本发明在各组分相互协同配合下,采用水法聚合技术成功地开发出适合我国企业实际运行的,引入-COOH、-SO3H、-OH、-COOR和-CONH2基团,性能优异的AA/BA/AMPS三元无磷聚合型缓蚀阻垢剂。
本发明具有以下优点:(1)采用水法三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;(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”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20kg水置于反应釜内,缓缓加入5kg2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸,搅拌,加热升温至85±5℃,在搅拌条件下加入2kg分子量调节剂异丙醇;再另配制15kg丙烯酸和1kg丙烯酸丁酯的混合水溶液Ⅰ40kg;以及溶解2kg过硫酸钠的水溶液Ⅱ35kg;
注意:在连续搅拌条件下,将反应釜温控调至85±5℃,同时滴加溶液Ⅰ和Ⅱ,控制溶液Ⅰ和Ⅱ滴速在1h内全部滴加完毕,恒温3h,冷却,得到本发明产品。
实施例2
取20kg水置于反应釜内,缓缓加入3kg2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸,搅拌,加热升温至85±5℃,在搅拌条件下加入1kg分子量调节剂异丙醇;再另配制15kg丙烯酸和1kg丙烯酸丁酯的混合水溶液Ⅰ约35kg;以及溶解1kg过硫酸钠的水溶液Ⅱ20kg;依上述实施例1的方法和步骤进行操作。
实施例3
取40kg水置于反应釜内,缓缓加入10kg2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸,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15kg丙烯酸和5kg丙烯酸丁酯的混合水溶液Ⅰ约60kg;以及溶解5kg过硫酸钠的水溶液Ⅱ约45kg;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
除不加丙烯酸外,其他操作步骤同上述实施例1。
对比例2
除不加丙烯酸丁酯外,其他操作步骤同上述实施例1。
对比例3
除不加2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸外,其他操作步骤同上述实施例1。
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1所得到的AA/BA/AMPS三元无磷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
本发明产品由于丙烯酸、丙烯酸丁酯、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸单体共聚作用,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,本发明产品中丙烯酸、丙烯酸丁酯、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸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 丙烯酸、丙烯酸丁酯和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸单体的协同试验
实验3:现场应用试验
从2011年3月20号开始在某钢铁厂冷却水系统中现场应用本发明产品(实施例1),根据小试实测数据,确定现场投加药剂的质量浓度为10mg 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0.0025mm a-1,而没有使用本发明药剂的钢管管路的腐蚀率为0.3755mm 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10mg L-1时,本发明产品丙烯酸、丙烯酸丁酯和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸三元共聚物能高效抑制循环冷却水管路的结垢和腐蚀。
Claims (7)
1.一种AA/BA/AMPS三元无磷聚合型缓蚀阻垢剂,其特征在于其以丙烯酸、丙烯酸丁酯和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸为单体,以水为溶剂,以过硫酸钠为引发剂,以异丙醇为分子量调节剂,经反应制备而成,其中各组分的重量份用量为:丙烯酸5~30份,丙烯酸丁酯1~10份,2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸1~15份,过硫酸钠1~5份,异丙醇1~10份,水50~200份。
2.根据权利要求1所述的阻垢剂,其特征在于该阻垢剂的各组分的重量份用量为:丙烯酸15份,丙烯酸丁酯1~5份,2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸3~10份,过硫酸钠1~5份,异丙醇1~8份,水60~120份。
3.根据权利要求2所述的阻垢剂,其特征在于该阻垢剂的各组分的重量份用量为:丙烯酸15份,丙烯酸丁酯1份,2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸5份,过硫酸钠2份,异丙醇2份,水60~120份。
4.根据权利要求2所述的阻垢剂,其特征在于该阻垢剂的各组分的重量份用量为:丙烯酸15份,丙烯酸丁酯1份,2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸3份,过硫酸钠1份,异丙醇1份,水60~120份。
5.根据权利要求2所述的阻垢剂,其特征在于该阻垢剂的各组分的重量份用量为:丙烯酸15份,丙烯酸丁酯5份,2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸10份,过硫酸钠5份,异丙醇8份,水60~120份。
6.根据权利要求1所述的阻垢剂,其特征在于该阻垢剂的反应过程为:将丙烯酸和丙烯酸丁酯溶解于水中配制溶液I,将过硫酸钠溶解于水中配制溶液Ⅱ,将2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸溶解于水中,升温至80℃~90℃,在搅拌下加入异丙醇后,再同时缓慢加入溶液Ⅰ和溶液Ⅱ,完毕后恒温反应即得。
7.根据权利要求1所述的AA/BA/AMPS三元无磷聚合型缓蚀阻垢剂的制备方法,其特征在于包括如下步骤:
(1)将丙烯酸和丙烯酸丁酯溶解于占水总量20~30%的水中配制溶液Ⅰ,将过硫酸钠溶解于占水总量20~30%的水中配制溶液Ⅱ;
(2)将2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸溶解于剩余的水中,升温至80℃~90℃,在搅拌下加入异丙醇后,再同时缓慢加入溶液Ⅰ和溶液Ⅱ,完毕后恒温反应1~5 h,冷却,得到淡黄透明液体。
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