CN103991973A

CN103991973A - 防垢剂组合物和防垢剂及其应用

Info

Publication number: CN103991973A
Application number: CN201410130704.0A
Authority: CN
Inventors: 王全林; 陈前林; 黄勇; 张加伟; 郭妤; 罗焕虎
Original assignee: GUIZHOU XINYINENG CERAMIC FRACTURING PROPPANT CO Ltd; Guizhou University
Current assignee: GUIZHOU XINYINENG CERAMIC FRACTURING PROPPANT CO Ltd; Guizhou University
Priority date: 2014-04-02
Filing date: 2014-04-02
Publication date: 2014-08-20
Anticipated expiration: 2034-04-02
Also published as: CN103991973B

Abstract

本发明公开了一种防垢剂组合物，其中，该组合物含有季铵盐、乙酸盐、硬脂酸、草酸和聚乙二醇。本发明还公开了一种防垢剂，该防垢剂是由上述防垢剂组合物和水混合而得。本发明还公开了上述防垢剂在冷却水处理中的应用。该防垢剂在冷却水处理中，对设备造成腐蚀性低，同时还可以获得良好的防垢、除垢效果。

Description

防垢剂组合物和防垢剂及其应用

技术领域

本发明涉及一种防垢剂组合物，以及由该防垢剂组合物配制而得的防垢剂及其应用。

背景技术

目前，在冷却工艺常常是工业生产中所必须的工艺，例如在陶粒支撑剂生产企业中常采用分级冷却对成型煅烧后陶粒进行冷却。大多的冷却工艺都是在自然冷却的基础上再辅助以冷却水进行冷却，然而由于冷却水中含有一定量的钙镁等矿物质盐，当冷却水受热蒸发后，容易在冷却水流过的冷却窑壁上留下一层水垢，水垢日积月累形成厚厚的垢层，反而让冷却窑的温度偏高，使冷却效果变差。通常，采用酸液来对冷却窑进行清洗，并加入到冷却水中以防止碱土金属碳酸盐结垢以及防止由金属氧化物形成腐蚀产物。但是通常加入的酸液导致冷却水的酸性太强，对生产使用的金属冷却窑造成腐蚀，并且，当垢层中的金属氧化物转变为可溶性的金属盐类后，反而更容易产生垢。

因而，本领域急需一种对设备腐蚀性低且具有良好的除垢和防止冷却水形成水垢的防垢剂。

发明内容

本发明的目的是克服现有的强酸液防垢因酸性太强而易导致设备腐蚀且防垢除垢效果差的缺陷，提供一种对设备腐蚀性低且具有良好的防垢、除垢能力的防垢剂组合物和防垢剂。

本发明的发明人意外地发现，通过将季铵盐、乙酸盐、硬脂酸、草酸和聚乙二醇进行复配而在冷却水中使用时，其对设备腐蚀性低，且能够获得较好的除垢和防垢效果，由此完成本发明。

即，本发明提供一种防垢剂组合物，其中，该组合物含有季铵盐、乙酸盐、硬脂酸、草酸和聚乙二醇。

本发明还提供一种防垢剂，其中，该防垢剂是由上述组合物与水混合而得。

本发明还提供了上述防垢剂在冷却水处理中的应用。

根据本发明的防垢剂组合物，将季铵盐、乙酸盐、硬脂酸、草酸和聚乙二醇进行复配，可得到酸性不高的防垢剂，该防垢剂在冷却水处理中，对设备造成腐蚀性低，同时还可以获得良好的防垢、除垢效果。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

具体实施方式

以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

本发明提供一种防垢剂组合物，其中，该组合物含有季铵盐、乙酸盐、硬脂酸、草酸和聚乙二醇。

在本发明中，尽管只要所述防垢剂组合物中含有季铵盐、乙酸盐、硬脂酸、草酸和聚乙二醇，采用该防垢剂组合物就能够在较低酸度下，在能够防护设备的情况下，获得较好的防垢除垢效果，但是为了获得更好的防垢除垢效果和设备防护效果的防垢剂组合物，优选地，所述防垢剂组合物中，以100重量份所述季铵盐为基准，所述乙酸盐的含量为50-100重量份，硬脂酸的含量为50-150重量份，草酸的含量为50-300重量份，所述聚乙二醇的含量为50-100重量份；更优选地，以100重量份所述季铵盐为基准，所述乙酸盐的含量为50-65重量份，硬脂酸的含量为80-120重量份，草酸的含量为100-180重量份，所述聚乙二醇的含量为50-90重量份。

在本发明中，所述防垢剂组合物中的季铵盐在用于水处理过程中，具有良好的缓蚀效果，能够在设备的表面尤其是金属设备的表面形成保护层，从而有利于降低所述防垢剂组合物在用于水处理中对设备的腐蚀，且助于其他组分对冷却水中存在的水垢的处理，还能长效地保持所述防垢剂组合物的防垢作用。作为这样的季铵盐可以为式[R₁R₂R₃R₄N]⁺R₅所示结构的化合物中的一种或多种，其中，R₁和R₂各自独立地为碳原子数为1-20的烷基、苯基、苯基取代的碳原子数为1-5的烷基，R₃和R₄各自独立地为碳原子数为1-5的烷基、苯基、苯基取代的碳原子数为1-5的烷基，R₅为卤素离子、HSO₄ ^-或R-COO^-，其中R为氢原子或碳原子数为1-5的烷基。更优选地，R₁和R₂各自独立地为碳原子数为8-18的烷基、碳原子数为1-4的烷基、苯基、苄基，R₃和R₄各自独立地为碳原子数为1-4的烷基、苯基、苄基，R₅为F^-、Cl^-、Br^-或I^-。

更优选地，所述季铵盐为甲基三乙基氯化铵、甲基三乙基溴化铵、八烷基三甲基氯化铵、八烷基三甲基溴化铵、十烷基三甲基氯化铵、十烷基三甲基溴化铵、十二烷基三甲基溴化铵、十二烷基三甲基氯化铵、十二烷基三乙基溴化铵、十二烷基三乙基氯化铵、十二烷基二甲基苄基溴化铵、十二烷基二甲基苄基氯化铵、十四烷基三甲基溴化铵、十四烷基三甲基氯化铵、十四烷基三乙基溴化铵、十四烷基三乙基氯化铵、十四烷基二甲基苄基溴化铵、十四烷基二甲基苄基氯化铵、十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基氯化铵、十六烷基三乙基溴化铵、十六烷基三乙基氯化铵、十六烷基二甲基苄基溴化铵、十六烷基二甲基苄基氯化铵、十八烷基三甲基溴化铵、十八烷基三甲基氯化铵、十八烷基三乙基溴化铵、十八烷基三乙基氯化铵、十八烷基二甲基苄基溴化铵、十八烷基二甲基苄基氯化铵、双辛基二甲基氯化铵、双辛基二甲基溴化铵、双十烷基二甲基溴化铵、双十烷基二甲基氯化铵、双十烷基二乙基溴化铵、双十烷基二乙基氯化铵、双十二烷基二甲基溴化铵、双十二烷基二甲基氯化铵、双十二烷基二乙基溴化铵、双十二烷基二乙基氯化铵、双十四烷基二甲基溴化铵、双十四烷基二甲基氯化铵、双十四烷基二乙基溴化铵、双十四烷基二乙基氯化铵、双十六烷基二甲基溴化铵、双十六烷基二甲基氯化铵、双十六烷基二乙基溴化铵、双十六烷基二乙基氯化铵、双十八烷基二甲基溴化铵、双十八烷基二甲基氯化铵、双十八烷基二乙基溴化铵和双十八烷基二乙基氯化铵中的一种或多种。

更进一步优选地，所述季铵盐为甲基三乙基氯化铵、八烷基三甲基氯化铵、十烷基三甲基溴化铵、十二烷基三甲基氯化铵、十四烷基三甲基氯化铵、十六烷基三甲基氯化铵、十八烷基三甲基氯化铵、双辛基二甲基氯化铵、双十烷基二甲基氯化铵、双十二烷基二甲基氯化铵和双十八烷基二甲基氯化铵中的一种或多种。

在本发明中，所述防垢剂组合物中的乙酸盐和草酸在用于水处理时，可以形成类似于缓冲对的形式，从而在进行水处理时防止pH值过低或过高，一定程度上维持pH值。作为本发明中所述乙酸盐可以为本领域常规的乙酸盐，优选情况下，所述乙酸盐为乙酸钠、乙酸钾、乙酸铵和乙酸锌中的一种或多种，更优选为乙酸钠、乙酸钾和乙酸铵中的一种或多种。

在本发明中，所述防垢剂组合物中的聚乙二醇也可以对设备具有防护作用，所述聚乙二醇可以润滑设备降低设备表面的阻力，从而降低其他物质在设备上的粘附，也便于粘附在设备上的水垢的洗脱。因此，本发明中，优选所述聚乙二醇能够与水互溶，作为所述的聚乙二醇可以优选为重均分子量为190-2200g/mol的聚乙二醇，更优选为200-630g/mol的聚乙二醇，更进一步优选为210-600g/mol的聚乙二醇。在该范围内的聚乙二醇的市售品如PEG-200、PEG-300、PEG-400、PEG-500、PEG-600、PEG-700、PEG-800等。所述聚乙二醇的重均分子量由本领域常规的超速离心沉降速度法进行测定。

在本发明中，所述防垢剂组合物中的硬脂酸，即十八烷酸，具有长链的烷基疏水端，又具有亲水的羧酸端，其亲水的羧酸端与冷却水中的钙、镁等离子形成硬脂酸盐，疏水端防止了其所形成的硬脂酸盐与设备的表面的结合而沉积成垢。因此，本发明中的所述防垢剂组合物中的硬脂酸可以与季铵盐和聚乙二醇共同作用来防护设备表面免于腐蚀和沉积水垢，同时与所述防垢剂组合物一起协同地处理冷却水中的水垢，并防止更多的水垢的生成。

在本发明中，所述防垢剂组合物中还可以含有本领域常规的防垢剂含有的添加剂，例如碳酸钠、磷酸盐、腐植酸钠和水稳定剂中的一种或多种。当所述防垢剂组合物中含有添加剂时，以100重量份所述季铵盐为基准，上述添加剂的添加量可以为2-30重量份。

本发明还提供了一种防垢剂，该防垢剂由上述防垢剂组合物与水混合而得。

在本发明中，将上述防垢剂组合物与水混合后，便可获得本发明的防垢剂。所述防垢剂中所述组合物的含量并没有特别的限定，可以根据具体的冷却水处理情况而定。优选地，所述防垢剂中所述组合物的含量为0.2-2重量%，更优选为0.3-1重量%，更进一步优选为0.3-0.5重量%。

在本发明中，根据本发明的方法将上述防垢剂组合物和水混合而得到的防垢剂，由于具有较低的酸度（通常为4-7，优选为5-6），因而对设备腐蚀性低，尤其是金属的设备。并且由于上述防垢剂组合物的各个组分的协同作用，还能够具有良好的防垢、除垢的效果。

本发明还提供了上述防垢剂在冷却水处理中的应用。

在本发明中，可以直接向冷却水中直接投入本发明的防垢剂组合物，也可以先将防垢剂组合物配制为防垢剂后再加入到冷却水中，优选先将防垢剂组合物配制为防垢剂后再加入到冷却水中。当所述防垢剂中所述组合物的含量为0.2-2重量%，更优选为0.3-1重量%，更进一步优选为0.3-0.5重量%时，优选地，相对于每升待处理的冷却水，所述防垢剂的用量为2-10g，更优选为4-8.5g，更进一步优选为4-5g。

在本发明中，所述防垢剂优选在pH值为4-7，更优选为5-6的条件下使用。也就是说，当将本发明的防垢剂添加到冷却水中时，根据需要，可以通过pH调节剂将处理系统的pH值调节为上述范围，作为所述pH调节剂可以为本领域常规使用的各种pH调节剂，但从不额外添加杂质的方面来考虑，优选通过添加草酸进行调节。

在本发明中，所述防垢剂可以用于本领域常规的冷却水的防垢除垢处理中，特别是用于陶粒支撑剂的冷却工艺中的冷却设备中的冷却水的处理。可以在冷却水注入冷却设备前，或在冷却水注入冷却设备后加入。并且，所述防垢剂可以处理任何水质的冷却水，例如总硬度为200-550mg/L的冷却水。

以下将通过实施例对本发明进行详细描述。

实施例1

本实施例用于说明本发明的防垢剂组合物和防垢剂。

将100重量份的十二烷基三甲基溴化铵、50重量份的乙酸钠、100重量份的硬脂酸、100重量份的草酸和50重量份的PEG-200加入到100000重量份的水中，pH为5，制得防垢剂。

实施例2

本实施例用于说明本发明的防垢剂组合物和防垢剂。

将100重量份的双十烷基二甲溴化铵、60重量份的乙酸钠、80重量份的硬脂酸、200重量份的草酸和50重量份的PEG-400加入到100000重量份的水中，pH为4.5，制得防垢剂。

实施例3

本实施例用于说明本发明的防垢剂组合物和防垢剂。

将100重量份的十四烷基二甲基苄基氯化铵、55重量份的乙酸钾、100重量份的硬脂酸、80重量份的草酸和50重量份的PEG-600加入到100000重量份的水中，pH为5，制得防垢剂。

实施例4

本实施例用于说明本发明的防垢剂组合物和防垢剂。

将100重量份的双十八烷基二甲基氯化铵、100重量份的乙酸钾、100重量份的硬脂酸、100重量份的草酸和50重量份的PEG-800加入到100000重量份的水中，pH为6.5，制得防垢剂。

实施例5

本实施例用于说明本发明的防垢剂组合物和防垢剂。

将100重量份的双十八烷基二甲基氯化铵、50重量份的乙酸钾、100重量份的硬脂酸、50重量份的草酸和50重量份的PEG-800加入到100000重量份的水中，pH为7，制得防垢剂。

对比例1

根据实施例1的方法，所不同的是，不加入十二烷基三甲基溴化铵，pH值为5，制得防垢剂。

对比例2

根据实施例1的方法，所不同的是，不加入乙酸钠，pH值为3，制得防垢剂。

对比例3

根据实施例1的方法，所不同的是，不加入硬脂酸，pH值为6，制得防垢剂。

对比例4

根据实施例1的方法，所不同的是，不加入草酸，pH值为7.5，制得防垢剂。

对比例5

根据实施例1的方法，所不同的是，不加入PEG-200，pH值为5，制得防垢剂。

应用实施例1

将实施例1-5和对比例1-5的防垢剂以5g/L的量分别加入到初始冷却水(初始的总硬度为400mg/L)中，并在陶粒支撑剂冷却窑的冷却循环水系统中进行循环，并每隔4小时测一次冷却水的pH值，如果大于6.5就补加草酸，使得pH值维持在4-7之间，30天后设备上的水垢厚度和对设备的腐蚀性（采用的是GB/T18175-2000《水处理剂缓蚀性能的测定-旋转挂片法》中的腐蚀挂片实验方法来进行测定的）如表1所示：

表1

	设备水垢厚度/mm	设备腐蚀情况
			实施例1	0.2	1
实施例2	0.1	2
			实施例3	0.3	1
实施例4	0.4	1
			实施例5	0.4	1
对比例1	0.7	4
			对比例2	0.2	5
对比例3	0.5	3
			对比例4	0.7	2
对比例5	1.0	2

其中，对设备的腐蚀情况包括：当同等条件下挂片减重小于等于0.1mg的腐蚀状态，定为1级；同等条件下挂片减重大于0.1mg小于等于0.2mg的腐蚀状态，定为2级，同等条件下挂片减重大于0.2mg小于等于0.3mg的腐蚀状态，定为3级，同等条件下挂片减重大于0.3mg小于等于0.4mg的腐蚀状态，定为4级，同等条件下挂片减重大于0.4mg小于等于0.5mg的腐蚀状态，定为5级，依次类推。

从表1的数据可以看出，本发明的防垢剂能够有效地降低设备的结垢和腐蚀。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims

1.一种防垢剂组合物，其特征在于，该组合物含有季铵盐、乙酸盐、硬脂酸、草酸和聚乙二醇。

2.根据权利要求1所述的组合物，其中，以100重量份所述季铵盐为基准，所述乙酸盐的含量为50-100重量份，硬脂酸的含量为50-150重量份，草酸的含量为50-300重量份，所述聚乙二醇的含量为50-100重量份；优选地，以100重量份所述季铵盐为基准，所述乙酸盐的含量为50-65重量份，硬脂酸的含量为80-120重量份，草酸的含量为100-180重量份，所述聚乙二醇的含量为50-90重量份。

3.根据权利要求1或2所述的组合物，其中，所述季铵盐为式[R₁R₂R₃R₄N]⁺R₅所示结构的化合物中的一种或多种，其中，R₁和R₂各自独立地为碳原子数为1-20的烷基、苯基、苯基取代的碳原子数为1-5的烷基，R₃和R₄各自独立地为碳原子数为1-5的烷基、苯基、苯基取代的碳原子数为1-5的烷基，R₅为卤素离子、HSO₄ ^-或R-COO^-，其中R为氢原子或碳原子数为1-5的烷基；优选地，R₁和R₂各自独立地为碳原子数为8-18的烷基、碳原子数为1-4的烷基、苯基、苄基，R₃和R₄各自独立地为碳原子数为1-4的烷基、苯基、苄基，R₅为F^-、Cl^-、Br^-或I^-。

4.根据权利要求1或2所述的组合物，其中，所述乙酸盐为乙酸钠、乙酸钾、乙酸铵和乙酸锌中的一种或多种，优选为乙酸钠、乙酸钾和乙酸铵中的一种或多种。

5.根据权利要求1或2所述的组合物，其中，所述聚乙二醇的重均分子量为190-2200g/mol，优选为200-630g/mol。

6.一种防垢剂，其特征在于，该防垢剂是由权利要求1-5中任意一项所述的防垢剂组合物与水混合而得。

7.根据权利要求6所述的防垢剂，其中，所述防垢剂的pH值为4-7，优选为5-6。

8.由权利要求6或7所述的防垢剂在冷却水处理中的应用。

9.根据权利要求8所述的应用，其中，相对于每升待处理的冷却水，所述防垢剂的用量为2-10g。

10.根据权利要求9所述的应用，其中，相对于每升待处理的冷却水，所述防垢剂的用量为4-8.5g。