CN104610532B - 一种可生物降解树枝状阻垢剂 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及高分子材料改性技术领域，具体涉及一种新型可生物降解树枝状阻垢剂。本发明的可生物降解树枝状阻垢剂为树枝状聚合物阻垢剂。本发明所用阻垢剂具有添加用量少、阻垢性能高、生产成本低、可工业化推广、可生物降解、对环境无污染、后处理简单等优点。
Description
技术领域
本发明涉及高分子材料改性技术领域，具体涉及一种可生物降解树枝状阻垢剂。
背景技术
阻垢剂是一种含醚键、羧基、胺基、磺酸基，膦基、羟基等的聚合物，对多种结垢具有一定的阻垢及分散能力，并具有一定的缓蚀性能，利用加阻垢剂进行阻垢处理是众多阻垢方法中相对方便和高效的方法之一。
在众多的阻垢剂中，无毒、污染很小、环境可接受的水处理药剂需求量越来越大，这类阻垢剂大多是高分子阻垢剂，很多已投入工业化生产。但普遍存在分子量小的问题。而高分子阻垢剂，由于其特殊的对称结构，使得其聚合困难，对其进行优化需要做大量的工作，需要试验设备条件，投入的人力，物力都很大；另一种方法是加入一种或多种单体带动聚合物的聚合，如丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸甲酯、乙酸乙烯酯、甲基丙烯酸酯、丙烯酸羟乙酯等单体，加入上述单体后，一方面提高聚合物的转化率，另一方面提高该阻垢剂在其它方面的性能。这方面已经有很多的研究，但是单、双功能团的单体效果不是很好，综合性能、效果不够显著。这就导致了用量的增加，同时也增加了成本。
本发明所用阻垢剂为苹果酸合成的树枝状聚酯，树枝状聚合物是近年来发展起来的一类新型高分子材料，它的结构呈球形，内部有空腔，外层有大量的官能团，能很好的溶于水，末端官能团在水溶液有较好的阻垢效果。
发明内容
本发明的第一个目的在于提供一种可生物降解树枝状阻垢剂，所述可生物降解树枝状阻垢剂为树枝状聚合物阻垢剂，结构式如式 1 所示。
式 1
本发明的第二个目的在于提供一种制备可生物降解树枝状阻垢剂的方法，包括如下顺序的步骤：将苹果酸 10~100 份在 90℃~150℃下，通入N2保护，加热至熔融后，加入催化剂 0.5~5 份；抽真空至 0.04 Mpa，反应 4~8 h；在 60~90℃下，真空抽干，得白色固体粉末，即为该树枝状聚合物阻垢剂。
所述单体为苹果酸。
所述催化剂为二月桂酸二丁基锡、钛酸正丁酯、对甲苯磺酸中的任意一种或几种。
所述苹果酸的纯度为 98％以上。
所述催化剂和苹果酸的质量比为 1:200~1:20。
本发明的第三个目的在于提供一种可生物降解树枝状阻垢剂在工业水的阻垢处理方面的应用。
该可生物降解树枝状阻垢剂在本发明所述可生物降解阻垢剂可以克服现有阻垢剂生产成本高、阻垢处理效果一般、后处理工艺复杂、不可降解对环境有害等弊端，并且已经实现工业化生产及推广，添加量少、使用成本低、阻垢效果优异、可生物降解，大大节省了生产成本和后处理成本，对环境无害。
附图说明
图1为生物可降解阻垢剂失重率趋势图；
图2为膜通量随时间变化趋势。
具体实施方式：
下面结合具体实施案例对本发明作进一步详细的描述：
实施例 1
将苹果酸30 g 在 90℃下，通入N2保护，加热至熔融后，加入二月桂酸二丁基锡0.3 g；抽真空至 0.04 Mpa，反应 4 h；在 60℃下，真空抽干，得白色固体粉末 30g。将此白色粉末按照质量百分数30~40%溶于纯水中得阻垢剂浓缩液，用纯水稀释11倍后使用，为生物可降解树枝状阻垢剂A。
实施例 2
将苹果酸 30 g 在 110℃下，通入N2保护，加热至熔融后，加入二月桂酸二丁基锡0.3 g；抽真空至 0.04 Mpa，反应 5 h；在 60℃下，真空抽干，得白色固体粉末28.5g，将此白色粉末按照质量百分数30~40%溶于纯水中得阻垢剂浓缩液，以纯水稀释11倍后使用，为生物可降解树枝状阻垢剂B。
实施例 3
将苹果酸 30 g 在120℃下，通入N2保护，加热至熔融后，加入钛酸正丁酯0.3 g；抽真空至 0.04 Mpa，反应 6 h；在 60℃下，真空抽干，得白色固体粉末 28.9 g，将此白色粉末按照质量百分数30~40%溶于纯水中得阻垢剂浓缩液，纯水稀释11倍后使用，为生物可降解树枝状阻垢剂C。
实施例 4
将苹果酸30 g 在150℃下，通入N2保护，加热至熔融后，加入对甲苯磺酸0.3 g；抽真空至 0.04 Mpa，反应 8 h；在90℃下，真空抽干，得白色固体粉末29.2 g，将此白色粉末按照质量百分数30~40%溶于纯水中得阻垢剂浓缩液，以纯水稀释11倍后使用，为生物可降解树枝状阻垢剂D。
实施例5
将市售的国产具有代表性反渗透阻垢剂浓缩液，用纯水稀释11倍，为国产阻垢剂E。作为生物可降解树枝状阻垢剂的对比样。
实施例6
将市售的具有代表性进口反渗透阻垢剂浓缩液，用纯水稀释11倍，为进口阻垢剂F。作为生物可降解树枝状阻垢剂的对比样。
实施例7
将市售的具有代表性国产的生物可降解的阻垢剂，作为可生物降解阻垢剂G。作为生物可降解树枝状阻垢剂的对比样。
应用实例1
对比测试阻垢剂A、B、C、D、E、F、G在静态实验法（GB/T16632-2008 水处理剂阻垢性能的测定——碳酸钙沉淀法）的阻垢率。各实施例阻垢剂阻垢性能如表1所示。
表1 各实施例阻垢剂阻垢性能对比表
| 编号 | 阻垢剂 | 阻垢率（%） | 编号 | 阻垢剂 | 阻垢率（%） | 平均阻垢率（%） |
| 1 | A | 98.5 | 2 | A | 98.7 | 98.6 |
| 3 | B | 97.2 | 4 | B | 97.7 | 97.45 |
| 5 | C | 98.1 | 6 | C | 98.4 | 98.25 |
| 7 | D | 95.5 | 8 | D | 96.1 | 95.8 |
| 9 | E | 95.1 | 10 | E | 95.9 | 95.5 |
| 11 | F | 98.1 | 12 | F | 97.5 | 97.8 |
| 13 | G | 94.6 | 14 | G | 93.9 | 94.25 |
结论：
1、生物可降解树枝状阻垢剂，阻垢效率可以达到普通阻垢剂的水平；
2、生物可降解树枝状阻垢剂，阻垢效率优于市售的生物可降解阻垢剂。
应用实例2
对比测试阻垢剂A、B、C、D、G在微生物环境中的重量失重。生物可降解阻垢剂失重率趋势如图1 所示。
结论：
生物可降解树枝状阻垢剂的生物可降解性可达到或优于市售的生物可降解阻垢剂。降解 1年残留比市售生物可降解阻垢剂低5％。
应用实例3
对比测试阻垢剂A、B、C、D、E、F、G在阻垢剂添加量分别为1、2、3、4、5、8、10 ppm下的阻垢性能。实验方法除加药量外，其它均按照静态实验法（GB/T16632-2008 水处理剂阻垢性能的测定——碳酸钙沉淀法）实验，如表2 所示。
表2各阻垢剂阻垢率与加药量对照表
结论：
1、本发明生物可降解树枝状阻垢剂在添加量3~4 ppm时，作用效果好，经济效益最高，尤其是树枝状阻垢剂A和树枝状阻垢剂C，性能更加突出。
2、市售阻垢剂在添加量5~10 ppm时，作用效果好，经济效益最高。
3、在添加量3~4 ppm条件下，本发明生物可降解树枝状阻垢剂的阻垢效率比同等条件下市售阻垢剂阻垢效率高。
应用实例4
对比测试阻垢剂A、B、C、D、E、F、G在最优加药量条件下，恒压（1.0 MPa），膜通量随时间变化趋势（膜选用正常工况条件下的膜）。阻垢剂A、B、C、D、E、F、G加药量依次为4、4、3、4、5、5、5 ppm。膜通量变化趋势如图2 所示。
结论：
模拟应用条件下，生物可降级树枝状阻垢剂加药量比市售阻垢剂加药量少，并且也能达到同等阻垢效果，甚至效果更好。例如，生物可降解树枝状阻垢剂添加量3~4 ppm，比同等条件下市售阻垢剂添加量5~10 ppm时，阻垢效果好。
Claims (4)
1.一种可生物降解树枝状阻垢剂在工业水阻垢处理方面的应用，其特征在于，所述阻垢剂采用熔融聚合的方法制备而成，所述制备方法包括如下顺序的步骤：将苹果酸单体 10~100 份在 90℃~150℃下，通入N2保护，加热至熔融后，加入催化剂 0.5~5 份；抽真空至0.04 Mpa，反应 4~8 h；在 60~90℃下，真空抽干，得白色固体粉末，即为该树枝状聚合物阻垢剂；
所述可生物降解树枝状阻垢剂为树枝状聚合物阻垢剂，结构式如式 1 所示；
式 1。
2.根据权利要求1所述的可生物降解树枝状阻垢剂在工业水阻垢处理方面的应用，其特征在于，所述催化剂为二月桂酸二丁基锡、钛酸正丁酯、对甲苯磺酸中的任意一种或几种。
3.根据权利要求1或2所述的可生物降解树枝状阻垢剂在工业水阻垢处理方面的应用，其特征在于，所述苹果酸的纯度为 98％以上。
4.根据权利要求1所述的可生物降解树枝状阻垢剂在工业水阻垢处理方面的应用，其特征在于，所述催化剂和苹果酸的质量比为1:200~1:20。
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