CN105254821B - 三元共聚物和含该共聚物的多功能水处理剂及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种三元共聚物和含该共聚物的多功能水处理剂及制备方法。其中，三元共聚物由烯丙基烷撑二醇,丙烯酸和烯丙基磺酸钠，通过自由基共聚合制得。复合型多功能水处理剂由以下原料制成：三元共聚物，2‑膦酸丁烷‑1，2，4‑三羧酸，乙二胺四甲叉膦酸钠，2‑羟基膦酰基乙酸，异噻唑啉酮，苯骈三氮唑，30％氢氧化钠，反渗透水。本发明在三元共聚物中引入烯丙基聚烷撑二醇和官能团羧基、磺酸基、醚基等，可使成垢离子高度分散，生成流态化的水渣，随排污排放。本发明的复合型多功能水处理剂属易生物降解的低磷绿色环保型多功能水处理剂；兼具阻垢、分散、缓蚀、杀菌灭藻于一体的多功能作用，避免了繁琐操作，减少了设备，降低了费用。
Description
技术领域
本发明涉及一种三元共聚物及其制备，还涉及一种含该共聚物的具有阻垢、分散、缓蚀和杀菌灭藻的多功能水处理剂及其制备方法和应用。
背景技术
工业冷却水的用量很大，大约占总用水量的75％以上。水资源是经济发展的重要能源之一，为节约用水，需对工业冷却水进行处理并循环利用。工业循环冷却水的处理，通常分别使用阻垢剂、分散剂、缓蚀剂和杀菌灭藻剂等。这样往往导致加药设备增多，操作繁琐，费用增大，有时还会因处理剂间的相互作用产生凝胶，降低药剂使用效果。为克服现有技术的不足，满足市场的需求，多功能水处理剂应运而生。我们通过理论研究和实践经验总结，通过膦酰基、羟基、醚基、磺酸基等不同单体搭配组合，使其具有溶限效应，协同效应和增加产品稳定性等，并能将硬度转变成浊度，分散难溶的微粒，减少或控制其聚集成垢，达到高硬、高碱、高浊度下不结垢。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提出了一种由由烯丙基烷撑二醇(APAG),丙烯酸(AA)和烯丙基磺酸钠(AS)，通过自由基共聚合制得的三元共聚物，还提供了一种含有该三元共聚物的既可适用于高硬、高碱、高浊度的三高水质，又可通过增减投加浓度适用于低硬度、高浊度的腐蚀性水质，同时兼具优异的阻垢、分散、缓蚀和杀菌灭藻于一体的多功能水处理剂及其制备方法。
本发明解决技术问题所采取的技术方案是：
一种三元共聚物，其特征是，由烯丙基烷撑二醇(APAG),丙烯酸(AA)和烯丙基磺酸钠(AS)，通过自由基共聚合制得。
进一步的，由以下重量百分比的原料制成：
烯丙基聚烷撑二醇(APAG)33％～37％，丙烯酸(AA)3.0％～5.0％，烯丙基磺酸钠(AS)1.5％～2.5％，巯基乙酸0.08％～0.11％，过硫酸钠(NaPS)0.12％～0.16％，氢氧化钠(NaOH)1.2％～1.7％，其余为反渗透水。
本发明还提供了一种上述三元共聚物的制备方法，其特征是，包括以下步骤：
(1)按照上述的重量百分比称取原料；
(2)取称取的部分用反渗透水配制以下溶液
①配制浓度为23％的过硫酸钠水溶液，待用；
②配制浓度为60％的丙烯酸水溶液，待用；
③配制浓度为0.91％的巯基乙酸水溶液，待用；
④配制浓度为5％的氢氧化钠水溶液，待用；
(3)在反应釜内加入除步骤(2)中所用反渗透水外，剩余的反渗透水，作为打底用水；
(4)开动反应釜的搅拌，室温下加入烯丙基聚烷撑二醇，溶解后再加入烯丙基磺酸钠搅匀；
(5)釜内物料升温到55℃，一次性加入浓度为23％的过硫酸钠水溶液；
(6)釜内物料为60±3℃时，同步滴加浓度为60％的丙烯酸水溶液和浓度为0.91％的巯基乙酸水溶液，于3-3.5小时内同步滴完；
(7)釜内物料控温60±3℃陈化1小时后，降温到50℃进行中和；
(8)控温50℃±5℃，用5％浓度的NaOH水溶液中和到PH值6.0-7.0；
(9)降温到40℃以下出料，制得三元共聚物AA-APAG-AS。
按液体粘度测定法(GB/T22235-2008)测得特性粘度ηsp0.06-0.07dl/g，数均分子量Mn2500-3500之间。
本发明还提供了一种上述的三元共聚物的应用；其特征是，在阻垢分散剂、颜料分散剂、陶瓷分散剂、造纸分散剂、水泥减水剂、洗涤助剂、化纤上浆剂、金属材料淬火剂中的应用。
本发明还另外提供了一种复合型多功能水处理剂，其特征在于，由以下重量百分比的原料制成：
三元共聚物(AA-APAG-AS)15-20％，2-膦酸丁烷-1，2，4-三羧酸(PBTCA)6-10％，乙二胺四甲叉膦酸钠(EDTMPS)10-14％，2-羟基膦酰基乙酸(HPAA)4-6％，异噻唑啉酮15-20％，苯骈三氮唑(BTA)0.8-1.5％，30％氢氧化钠1-2％，余为反渗透水。
进一步的，由以下重量百分比的原料制成：
三元共聚物(AA-APAG-AS)15％，2-膦酸丁烷-1，2，4-三羧酸6％，乙二胺四甲叉膦酸钠10％，2-羟基膦酰基乙酸4％，异噻唑啉酮15％，苯骈三氮唑0.8％，30％氢氧化钠1.1％，反渗透水48.1％。
进一步的，由以下重量百分比的原料制成：
三元共聚物(AA-APAG-AS)20％，2-膦酸丁烷-1，2，4-三羧酸10％，乙二胺四甲叉膦酸钠14％，2-羟基膦酰基乙酸6％，异噻唑啉酮20％，苯骈三氮唑1.5％，30％氢氧化钠2％,反渗透水26.5％。
进一步的，由以下重量百分比的原料制成：
三元共聚物(AA-APAG-AS)18％，2-膦酸丁烷-1，2，4-三羧酸8％，乙二胺四甲叉膦酸钠12％，2-羟基膦酰基乙酸5％，异噻唑啉酮17％，苯骈三氮唑1.2％，30％氢氧化钠1.6％,反渗透水37.2％。
本发明另外提供了一种上述的复合型多功能水处理剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
a)根据上述的重量百分比称取原料；
b)苯骈三氮唑(BTA)溶解方法：将30％氢氧化钠中加入部分步骤a)中称取的反渗透水进行稀释，然后加入苯骈三氮唑(BTA)，搅拌至全溶，其中，反渗透水的加入量为30％氢氧化钠用量的3-5倍。
将剩余的反渗透水加入釜中，开动搅拌，再依次加入三元共聚物(AA-APAG-AS)，2-膦酸丁烷-1，2，4-三羧酸(PBTCA)，乙二胺四甲叉膦酸钠(EDTMPS)，2-羟基膦酰基乙酸(HPAA)，异噻唑啉酮，最后加入溶解好的苯骈三氮唑(BTA)；
其中，苯骈三氮唑和30％氢氧化钠的比例为1:(1-2)；
c)加完各组分后，在室温下继续搅拌30～40min，过滤，灌装即得复合型多功能水处理剂产品。
上述的复合型多功能水处理剂的应用，其特征是，所述复合型多功能水处理剂使用浓度为25-50mg/L。
本发明的创新点：
(1)三元共聚物AA-APAG-AS的分子设计。
(2)多功能水处理剂的配方设计。
本发明的有益效果：
(1)本发明在三元共聚物中引入烯丙基聚烷撑二醇和官能团羧基、磺酸基、醚基等，可使成垢离子高度分散，生成流态化的水渣，随排污排放。
(2)本发明的复合型多功能水处理剂中引入配伍性能良好的阻垢、分散、缓蚀、杀菌灭藻剂等低界面张力组分，使药剂更容易与金属表面结合，有效阻止成垢离子及生物粘泥与金属表面的粘附，从而达到阻垢、分散、缓蚀、杀菌灭藻的目的。
(3)本发明提供的复合型多功能水处理剂，用于处理工业循环冷却水，可预防工业循环冷却水系统由于菌藻所产生的生物粘泥，避免由其导致的结垢腐蚀等问题。还可对循环冷却水系统的碳酸钙、硫酸钙、磷酸钙、氢氧化铁、氢氧化锌等水垢的形成有良好的抑制作用和良好的缓蚀性能及杀菌灭藻效果。
(4)本发明提供的复合型多功能水处理剂具有使用水质范围广，化学稳定性好，热稳定性高，易生物降解，既可适用于三高水质(在高硬、高碱、高浊度的条件下阻垢效果达90％以上，无需用硫酸调pH和解垢，实现高效、节水、长时期安全运行)，也可用于低硬度、高浊度的腐蚀性水质。
(5)本发明提供的复合型多功能水处理剂属易生物降解的低磷绿色环保型多功能水处理剂；兼具阻垢、分散、缓蚀、杀菌灭藻于一体的多功能作用，避免了繁琐操作，减少了设备，降低了费用。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例，实施例不应视作对本发明保护范围的限定。
实施例1
一种三元共聚物，由以下重量百分比的原料制成：
烯丙基聚烷撑二醇(APAG)33％，丙烯酸(AA)3.0％，烯丙基磺酸钠(AS)1.5％，巯基乙酸0.08％，过硫酸钠(NaPS)0.12％，氢氧化钠(NaOH)1.2％，反渗透水61.1％。
制备方法：
包括以下步骤：
(1)按照上述的重量百分比称取原料；
(2)取称取的部分用反渗透水配制以下溶液
①配制浓度为23％的过硫酸钠水溶液，待用；
②配制浓度为60％的丙烯酸水溶液，待用；
③配制浓度为0.91％的巯基乙酸水溶液，待用；
④配制浓度为5％的氢氧化钠水溶液，待用；
(3)在反应釜内加入除步骤(2)中所用反渗透水外，剩余的反渗透水，作为打底用水；
(4)开动反应釜的搅拌，室温下加入烯丙基聚烷撑二醇，溶解后再加入烯丙基磺酸钠搅匀；
(5)釜内物料升温到55℃，一次性加入浓度为23％的过硫酸钠水溶液；
(6)釜内物料为60±3℃时，同步滴加浓度为60％的丙烯酸水溶液和浓度为0.91％的巯基乙酸水溶液，于3-3.5小时内同步滴完；
(7)釜内物料控温60±3℃陈化1小时后，降温到50℃进行中和；
(8)控温50℃±5℃，用5％浓度的NaOH水溶液中和到PH值6.0-7.0；
(9)降温到40℃以下出料，制得三元共聚物AA-APAG-AS。
实施例2
一种三元共聚物，由以下重量百分比的原料制成：
烯丙基聚烷撑二醇(APAG)37％，丙烯酸(AA)5.0％，烯丙基磺酸钠(AS)2.5％，巯基乙酸0.11％，过硫酸钠(NaPS)0.16％，氢氧化钠(NaOH)1.7％，反渗透水53.6％。
制备方法同实施例1。
实施例3
一种三元共聚物，由以下重量百分比的原料制成：
烯丙基聚烷撑二醇(APAG)35％，丙烯酸(AA)3.64％，烯丙基磺酸钠(AS)1.64％，巯基乙酸0.10％，过硫酸钠(NaPS)0.14％，氢氧化钠(NaOH)1.4％，反渗透水58.1％。
制备方法同实施例1。
实施例4
一种复合型多功能水处理剂，由以下重量百分比的原料制成：
三元共聚物(AA-APAG-AS)15％，2-膦酸丁烷-1，2，4-三羧酸6％，乙二胺四甲叉膦酸钠10％，2-羟基膦酰基乙酸4％，异噻唑啉酮15％，苯骈三氮唑0.8％，30％NaOH 1.1％,反渗透水48.1％。
制备方法：
a)根据上述的重量百分比称取原料；
b)苯骈三氮唑(BTA)溶解方法：将30％氢氧化钠中加入部分步骤a)中称取的反渗透水进行稀释，然后加入苯骈三氮唑(BTA)，搅拌至全溶，其中，反渗透水的加入量为30％氢氧化钠用量的3-5倍；
将剩余的反渗透水加入釜中，开动搅拌，再依次加入三元共聚物(AA-APAG-AS)，2-膦酸丁烷-1，2，4-三羧酸(PBTCA)，乙二胺四甲叉膦酸钠(EDTMPS)，2-羟基膦酰基乙酸(HPAA)，异噻唑啉酮，最后加入溶解好的苯骈三氮唑(BTA)；
c)加完各组分后，在室温下继续搅拌30～40min，过滤，灌装即得复合型多功能水处理剂产品。
实施例5
一种复合型多功能水处理剂，由以下重量百分比的原料制成：
三元共聚物(AA-APAG-AS)20％，2-膦酸丁烷-1，2，4-三羧酸10％，乙二胺四甲叉膦酸钠14％，2-羟基膦酰基乙酸6％，异噻唑啉酮20％，苯骈三氮唑1.5％，30％NaOH 2％,反渗透水26.5％。
制备方法同实施例4。
实施例6
一种复合型多功能水处理剂，由以下重量百分比的原料制成：
三元共聚物(AA-APAG-AS)18％，2-膦酸丁烷-1，2，4-三羧酸8％，乙二胺四甲叉膦酸钠12％，2-羟基膦酰基乙酸5％，异噻唑啉酮17％，苯骈三氮唑1.2％，30％NaOH 1.6％,反渗透水37.2％。
制备方法同实施例4。
将上述实施例4-6的复合型多功能水处理剂进行阻垢缓蚀实验，实验及结果如下：
本发明的阻碳酸钙垢实验按GB/T 16632-2008的规定进行，缓蚀性能测试按GB/T18175-2014的规定进行，杀菌灭藻效果用目测观察青苔生长和粘泥情况，粗略判断。
实验条件：药剂投加浓度40mg/L，阳光下，50℃×12hr(阻垢实验)，40℃×72hr(缓蚀实验)。
实验水质：钙硬度850mg/L，总碱度480mg/L，铁离子1.3mg/L，浊度30mg/L。
实验结果见下表1。
表1实验结果数据
| 实施例 | 阻垢率％ | 缓蚀率％ | 青苔生长情况 | 粘泥情况 |
| 4 | 90.2 | 89.3 | 未见 | 未见 |
| 5 | 92.3 | 92.1 | 未见 | 未见 |
| 6 | 91.6 | 90.8 | 未见 | 未见 |
阻垢率越高，表明药剂的阻垢性能越好。从表1实验结果表明：实施例5对碳酸钙的阻垢性能最好。
缓蚀率越高，表明药剂的缓蚀性能越好，从表1实验结果表明：实施例5对碳钢的缓蚀性能最好。从性价比等考虑，可选择实施例6做最佳优选配方。
杀菌灭藻情况，用目测法粗略判断，实施例4-6均未发现青苔与生物粘泥，说明抑制菌藻效果好。
Claims (9)
1.一种三元共聚物，其特征是，由烯丙基聚烷撑二醇(APAG),丙烯酸(AA)和烯丙基磺酸钠(AS)，通过自由基共聚合制得；
所述三元共聚物，由以下重量百分比的原料制成：
烯丙基聚烷撑二醇(APAG)33％～37％，丙烯酸(AA)3.0％～5.0％，烯丙基磺酸钠(AS)1.5％～2.5％，巯基乙酸0.08％～0.11％，过硫酸钠(NaPS)0.12％～0.16％，氢氧化钠(NaOH)1.2％～1.7％，其余为反渗透水。
2.一种制备权利要求1所述的三元共聚物的方法，其特征是，包括以下步骤：
(1)按照权利要求1所述的重量百分比称取原料；
(2)取称取的部分用反渗透水配制以下溶液
①配制浓度为23％的过硫酸钠水溶液，待用；
②配制浓度为60％的丙烯酸水溶液，待用；
③配制浓度为0.91％的巯基乙酸水溶液，待用；
④配制浓度为5％的氢氧化钠水溶液，待用；
(3)在反应釜内加入除步骤(2)中所用反渗透水外，剩余的反渗透水，作为打底用水；
(4)开动反应釜的搅拌，室温下加入烯丙基聚烷撑二醇，溶解后再加入烯丙基磺酸钠搅匀；
(5)釜内物料升温到55℃，一次性加入浓度为23％的过硫酸钠水溶液；
(6)釜内物料为60±3℃时，同步滴加浓度为60％的丙烯酸水溶液和浓度为0.91％的巯基乙酸水溶液，于3-3.5小时内同步滴完；
(7)釜内物料控温60±3℃陈化1小时后，降温到50℃进行中和；
(8)控温50℃±5℃，用5％浓度的NaOH水溶液中和到PH值6.0-7.0；
(9)降温到40℃以下出料，制得三元共聚物AA-APAG-AS。
3.一种权利要求1～2任一所述的三元共聚物的应用；其特征是，在阻垢分散剂、颜料分散剂、陶瓷分散剂、造纸分散剂、水泥减水剂、洗涤助剂、化纤上浆剂、金属材料淬火剂中的应用。
4.一种复合型多功能水处理剂，其特征在于，由以下重量百分比的原料制成：
如权利要求2所述三元共聚物AA-APAG-AS 15-20％，2-膦酸丁烷-1，2，4-三羧酸(PBTCA)6-10％，乙二胺四甲叉膦酸钠(EDTMPS)10-14％，2-羟基膦酰基乙酸(HPAA)4-6％，异噻唑啉酮15-20％，苯骈三氮唑(BTA)0.8-1.5％，30％氢氧化钠1-2％，余为反渗透水。
5.根据权利要求4所述的一种复合型多功能水处理剂，其特征在于，由以下重量百分比的原料制成：
三元共聚物AA-APAG-AS 15％，2-膦酸丁烷-1，2，4-三羧酸6％，乙二胺四甲叉膦酸钠10％，2-羟基膦酰基乙酸4％，异噻唑啉酮15％，苯骈三氮唑0.8％，30％氢氧化钠1.1％，反渗透水48.1％。
6.根据权利要求4所述的一种多功能水处理剂，其特征在于，由以下重量百分比的原料制成：
三元共聚物AA-APAG-AS 20％，2-膦酸丁烷-1，2，4-三羧酸10％，乙二胺四甲叉膦酸钠14％，2-羟基膦酰基乙酸6％，异噻唑啉酮20％，苯骈三氮唑1.5％，30％氢氧化钠2％,反渗透水26.5％。
7.根据权利要求4所述的一种多功能水处理剂，其特征在于，由以下重量百分比的原料制成：
三元共聚物AA-APAG-AS 18％，2-膦酸丁烷-1，2，4-三羧酸8％，乙二胺四甲叉膦酸钠12％，2-羟基膦酰基乙酸5％，异噻唑啉酮17％，苯骈三氮唑1.2％，30％氢氧化钠1.6％,反渗透水37.2％。
8.一种制备如权利要求4-7任一所述的复合型多功能水处理剂的方法，其特征在于，包括以下步骤：
a)根据权利要求4-7任一所述的重量百分比称取原料；
b)苯骈三氮唑(BTA)溶解方法：将30％氢氧化钠中加入部分步骤a)中称取的反渗透水进行稀释，然后加入苯骈三氮唑(BTA)，搅拌至全溶，其中，反渗透水的加入量为30％氢氧化钠用量的3-5倍；
将剩余的反渗透水加入釜中，开动搅拌，再依次加入三元共聚物AA-APAG-AS，2-膦酸丁烷-1，2，4-三羧酸(PBTCA)，乙二胺四甲叉膦酸钠(EDTMPS)，2-羟基膦酰基乙酸(HPAA)，异噻唑啉酮，最后加入溶解好的苯骈三氮唑(BTA)；
其中，苯骈三氮唑和30％氢氧化钠的比例为1:(1-2)；
c)加完各组分后，在室温下继续搅拌30～40min，过滤，灌装即得复合型多功能水处理剂产品。
9.一种根据权利要求根据权利要求4-7任一所述的复合型多功能水处理剂的应用，其特征是，所述复合型多功能水处理剂使用浓度为25-50mg/L。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20180130 Termination date: 20211104 |