CN105330032B - 一种新型高效三元共聚物阻垢分散剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种新型高效三元共聚物阻垢分散剂及其制备方法，三元共聚物阻垢分散剂由三元共聚物阻垢分散剂由衣康酸、丙烯酸、天冬氨酸共聚而成，衣康酸、丙烯酸、天冬氨酸、pH调节剂、纯水、引发剂的质量比为20~30:5~10:20~30:5~8:20.5~50.5:0.5~1.5，固含量为30~35%，三元共聚物的分子量为1000~4000。本发明同时提供了三元共聚物阻垢分散剂的制备方法。本发明的三元共聚物阻垢分散剂同时含有羟基、酰胺基及羧酸官能团，对碳酸钙、硫酸钙、磷酸钙具有优良的阻垢分散作用，同时具有良好的分散氧化铁和稳定锌盐作用，可广泛用于冷却水处理、中低压锅炉水处理和反渗透水处理等领域。
Description
技术领域
本发明涉及水处理领域，具体地说涉及水处理药剂，特别是指一种新型高效三元共聚物阻垢分散剂及其制备方法。
背景技术
随着现代工业的迅速发展，工业用水量占工农业总用水量的比重逐年提高。水资源短缺和水污染已成为世界上一个日益受关注的问题。如何节水、节能、节材和保护环境是极其严峻的任务。水处理药剂就是在这样的背景下发展起来的。阻垢剂主要是指能够防止水垢和污垢产生或抑制其沉积生长的化学类试剂，是工业水处理中必不可少的元素，可以用来延长设备寿命并保证设备安全运行。目前，随着科学技术的发展，阻垢剂的研究也在不断地深入并日趋成熟，其特点及功能在日趋完善的同时，种类亦在不断增加。工业水处理剂的初期是使用丹宁、木质素、磺化木质素、磺化丹宁、改性淀粉和梭甲基纤维素等天然有机物质作为分散剂，控制水垢的生成、但这些天然分散剂在水处理应用中一般用量较大，效果差，庄高温下容易分解，因此目前只在少量商品复合配方中仍有使用。
20世纪60年代初，尚未合成聚合物阻垢剂时，采用丹宁、木质素、磺化木质素、淀粉和羧甲基纤维素等天然有机物质作阻垢剂，控制水垢的生成。但因其在水处理应用中一般用量较多(50~200 mg/L)，费用高，高温和高压条件下稳定性很差，目前只有小型的水处理系统仍在使用，以及应用于复合配方中。但因天然聚合物的无毒或毒性低的性质，近年来对其进行了改性和与其它聚合物复配的研究。
发明内容
本发明针对上述存在的问题和不足，提供一种新型高效三元共聚物阻垢分散剂及其制备方法。该阻垢分散剂同时含有羟基、酰胺基及羧酸官能团，不仅对碳酸钙和磷酸钙具有优秀的阻垢分散能力，而且具有优秀的分散氧化铁和稳定锌盐能力，可广泛用于冷却水处理、低压锅炉水处理和反渗透水处理等领域。
本发明所采用的技术方案如下：
一种新型高效三元共聚物阻垢分散剂由衣康酸、丙烯酸、天冬氨酸共聚而成，衣康酸、丙烯酸、天冬氨酸、pH调节剂、纯水、引发剂的质量比为20~30:5~10:20~30: 5~8:20.5~50.5:0.5~1.5，固含量为30~35%，三元共聚物的分子量为1000~4000。本发明同时提供了三元共聚物阻垢分散剂的制备方法。
所述的衣康酸、丙烯酸、天冬氨酸共聚而成，衣康酸、丙烯酸、天冬氨酸、pH调节剂、纯水、引发剂的质量比为20~30:5~10:20~30: 5~8:20.5~50.5:0.5~1.5。
所述的pH调节剂为氢氧化钠或氨水中的一种。
所述的保护气为氮气或其他惰性气体中的一种。
所述的引发剂为过硫酸钾或过硫酸铵中的一种。
本发明同时提供了一种上述共聚物阻垢分散剂的制备方法，其特点是：将衣康酸、丙烯酸、天冬氨酸pH调节剂和纯水加到装有电动搅拌器、回流冷凝器和滴液漏斗的聚合反应器中，通入保护气5～10分钟排除反应体系内的空气，并在聚合过程总不断地通入保护气，使反应一直在保护气保护下进行，在搅拌下将反应液的温度加热至产生回流。同时缓慢滴加引发剂，使其在4～5小时内滴加完毕，然后保持反应温度继续反应聚合1~2小时。
所述的反应时间最佳为5~6小时。
所述的保护气为氮气或其他惰性气体中的一种。
所述的引发剂为过硫酸钾或过硫酸铵中的一种
本发明与现有技术相比具有以下优点：
本发明所述的阻垢分散剂采用衣康酸、丙烯酸、和天冬氨酸通过一定工艺共聚而得，聚合物具有较高分子量。由于该共聚物阻垢分散剂中同时含有羟基、酰胺基及羧酸官能团，因此具有优秀的阻碳酸钙和磷酸钙垢能力，同时也具有优秀的分散氧化铁和稳定锌盐能力。
本发明所述的共聚物阻垢分散剂制备工艺简单、原料易得、成本低，可广泛用于冷却水处理、低压锅炉水处理和反渗透水处理等领域。
具体实施方式
实施例一
将20g衣康酸、10g丙烯酸、20g天冬氨酸、5kg氢氧化钠和 44kg纯水加到装有电动搅拌器、回流冷凝器和滴液漏斗的聚合反应器中，通入氮气5～10分钟排除反应体系内的空气，并在聚合过程总不断地通入保护气，使反应一直在氮气保护下进行，在搅拌下将反应液的温度加热至产生回流。同时缓慢滴加引发剂1g过硫酸钾，使其在4～5小时内滴加完毕，然后保持反应温度继续反应聚合1~2小时，冷却得产品。产品的聚合率98+0.5%，固含量为34.5%，平均分子量1700。
实施例二
将200g衣康酸、100g丙烯酸、200g天冬氨酸、50kg氢氧化钠和 440kg纯水加到装有电动搅拌器、回流冷凝器和滴液漏斗的聚合反应器中，通入氮气5～10分钟排除反应体系内的空气，并在聚合过程总不断地通入保护气，使反应一直在氮气保护下进行，在搅拌下将反应液的温度加热至产生回流。同时缓慢滴加引发剂10g过硫酸钾，使其在4～5小时内滴加完毕，然后保持反应温度继续反应聚合1~2小时，冷却得产品。产品的聚合率98+0.5%，固含量为35 %，平均分子量1750。
实施例三
将150g衣康酸、100g丙烯酸、250g天冬氨酸、50kg氢氧化钠和 440kg纯水加到装有电动搅拌器、回流冷凝器和滴液漏斗的聚合反应器中，通入氮气5～10分钟排除反应体系内的空气，并在聚合过程总不断地通入保护气，使反应一直在氮气保护下进行，在搅拌下将反应液的温度加热至产生回流。同时缓慢滴加引发剂10g过硫酸钾，使其在4～5小时内滴加完毕，然后保持反应温度继续反应聚合1~2小时，冷却得产品。产品的聚合率98+0.5%，固含量为36.5%，平均分子量2800。
实施例四
将20g衣康酸、10g丙烯酸、20g天冬氨酸、5kg氢氧化钠和 44kg纯水加到装有电动搅拌器、回流冷凝器和滴液漏斗的聚合反应器中，通入氮气5～10分钟排除反应体系内的空气，并在聚合过程总不断地通入保护气，使反应一直在氮气保护下进行，在搅拌下将反应液的温度加热至产生回流。同时缓慢滴加引发剂1g过硫酸铵，使其在4～5小时内滴加完毕，然后保持反应温度继续反应聚合1~2小时，冷却得产品。产品的聚合率98+0.5%，固含量为34.5%，平均分子量2300。
实施例五
将250g衣康酸、80g丙烯酸、150g天冬氨酸、35kg氢氧化钠和465kg纯水加到装有电动搅拌器、回流冷凝器和滴液漏斗的聚合反应器中，通入氮气5～10分钟排除反应体系内的空气，并在聚合过程总不断地通入保护气，使反应一直在氮气保护下进行，在搅拌下将反应液的温度加热至产生回流。同时缓慢滴加引发剂10g过硫酸铵，使其在4～5小时内滴加完毕，然后保持反应温度继续反应聚合1~2小时，冷却得产品。产品的聚合率98+0.5%，固含量为35.5%，平均分子量2500。
实施例六 阻碳酸钙垢性能测定
在500mL容量瓶中加入250mL去离子水，用移液管加入20mL的氯化钙标准溶液（浓度为6.0 mgCa2+/mL），使钙离子的量为120mg。用移液管加人1.0mL共聚物阻垢剂试样溶液（浓度为5000mg/L），使共聚物阻垢剂的量为5mg，摇匀。然后加入20mL硼砂缓冲溶液（浓度为3.8g/L），摇匀。用移液管缓慢加入20mL的碳酸氢钠标准溶液(浓度为18.3mgHCO3 -/mL)，使碳酸氢根离子的量为366mg，用水稀释至刻度，摇匀。将试液置于 (80±1)℃的恒温水浴中，恒温放置10小时后取出，冷却至室温后用中速滤纸过滤，滤液用0.01mol/LEDTA标准溶液滴定测定残余Ca2+浓度，按下式计算阻垢率：
阻垢率 = (C1 - C2)/ (C0 - C2)
式中C1为加入共聚物阻垢分散剂的试液试验后的Ca2+浓度，mg／mL，C2为未加共聚物阻垢分散剂的空白试液试验后的Ca2+浓度，mg／mL，C0为试验前配制好的试液中Ca2+浓度，mg／mL。
表1 实施例一~七所得共聚物阻垢分散剂的阻碳酸钙垢性能
| 实施例 | 阻垢率，% |
| 1 | 97.0 |
| 2 | 97.5 |
| 3 | 98.7 |
| 4 | 98.5 |
| 5 | 98.9 |
实施例七 阻磷酸钙垢性能测定
取500 mL容量瓶，将事先配制好的钙离子浓度为250 mg/L、磷酸根离子为5 mg/L、pH为9的试液400 mL加入此瓶中，加人1mL共聚物阻垢分散剂试样溶液（浓度为5000mg/L），使共聚物阻垢分散剂的量为5mg，补加上述试液至容量瓶刻度，充分摇匀，置于 (80±1)℃的恒温水浴中，恒温放置10小时后取出，冷却至室温后用中速滤纸过滤，采用磷钼蓝比色法测定滤液中的磷酸根浓度，按下式计算阻垢率：
阻垢率 = (C1 - C2)/ (C0 - C2)
式中C1加入共聚物阻垢分散剂的试液试验后的磷酸根浓度，mg／L，C2为未加共聚物阻垢分散剂的空白试液试验后的磷酸根浓度，mg／L，C0为试验前配制好的试液中磷酸根浓度，mg／L。
表2 实施例一~七所得共聚物阻垢分散剂的阻磷酸钙垢性能
| 实施例 | 阻垢率，% |
| 1 | 90.8 |
| 2 | 90.3 |
| 3 | 91.2 |
| 4 | 91.9 |
| 5 | 90.0 |
实施例八分散氧化铁性能测定
取500 mL容量瓶，加人1mL共聚物阻垢分散剂试样溶液（浓度为5000mg/L），使共聚物阻垢分散剂的量为5mg，将事先配制好的钙离子浓度为150 mg/L（以CaCO3计）、亚铁离子为10 mg/L的试液400 mL加入此瓶中，用硼砂缓冲溶液调整pH为9，补加上述试液至容量瓶刻度，充分摇匀，置于 (50±1)℃的恒温水浴中，恒温放置5小时后取出，采用分光光度法测定透光率。
表3 实施例一~七所得共聚物阻垢分散剂的分散氧化铁性能
| 实施例 | 透光率，% |
| 1 | 96.5 |
| 2 | 97.3 |
| 3 | 98.3 |
| 4 | 98.2 |
| 5 | 98.5 |
实施例九稳定锌盐性能测定
取500 mL容量瓶，加人1mL共聚物阻垢分散剂试样溶液（浓度为5000mg/L），使共聚物阻垢分散剂的量为5mg，加入400mL事先配制好的钙离子浓度为250 mg/L、碳酸氢根离子为250 mg/L的溶液，加入锌离子储备液，使锌离子为2.5mg，用硼砂缓冲溶液调整pH为9，用上述含钙离子和碳酸氢根离子溶液补充至刻度，摇匀。将试液置于 (80±1)℃的恒温水浴中，恒温放置10小时后取出，冷却至室温后用中速滤纸过滤，用锌试剂分光光度法测定残余Zn2+浓度，按下式计算阻垢率：
阻垢率 = (C1 - C2)/ (C0 - C2)
式中C1加入共聚物阻垢分散剂的试液试验后的锌离子浓度，mg／L，C2为未加共聚物阻垢分散剂的空白试液试验后的锌离子浓度，mg／L，C0为试验前配制好的试液中锌离子浓度，mg／L。
表4 实施例一~七所得共聚物阻垢分散剂的稳定锌盐性能
| 实施例 | 阻垢率，% |
| 1 | 89.1 |
| 2 | 90.4 |
| 3 | 90.6 |
| 4 | 90.2 |
| 5 | 91.0 |
Claims (3)
1.一种三元共聚物阻垢分散剂，三元共聚物阻垢分散剂由衣康酸、丙烯酸、天冬氨酸共聚而成，衣康酸、丙烯酸、天冬氨酸、pH调节剂、纯水、过硫酸铵的质量比为20～30:5～10:20～30:5～8:20.5～50.5:0.5～1.5，三元共聚物的固含量为30～35％，分子量为1000～4000。
2.根据权利要求1所述的三元共聚物阻垢分散剂，其特征在于：pH调节剂为氢氧化钠或氨水中的一种。
3.一种如权利要求1所述的三元共聚物阻垢分散剂的制备方法，其特征在于：将衣康酸、丙烯酸、天冬氨酸、pH调节剂和纯水加到装有电动搅拌器、回流冷凝器和滴液漏斗的聚合反应器中，通入氮气5～10分钟排除反应体系内的空气，并在聚合过程总不断地通入氮气，使反应一直在氮气保护下进行，在搅拌下将反应液的温度加热至产生回流，同时缓慢滴加过硫酸铵，使其在4～5小时内滴加完毕，然后保持反应温度继续反应聚合1～2小时。
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