CN106396142A - 一种防垢剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种防垢剂及其制备方法。该防垢剂是以环氧琥珀酸钠、丙烯酰胺和乙烯基磺酸钠为原料的三元共聚物，环氧琥珀酸钠、丙烯酰胺和乙烯基磺酸钠的质量比为0.7～1.5：0.5～1.0：0.8～1.1。其制备方法是将环氧琥珀酸钠、丙烯酰胺和乙烯基磺酸钠共聚，然后经稀释，减压蒸干、干燥等操作制得三元共聚物防垢剂。本发明具有所用设备简单，操作简便，生产成本低，环境污染小，产品的防垢率可达 90.8%，防垢性能优异，并具有较强的缓蚀作用，可解决高碱高固水质的防垢问题。

Description

一种防垢剂及其制备方法
技术领域
本发明属于水处理高分子材料技术领域，具体涉及一种防垢剂及其制备方法。
背景技术
现代工业生产中的很多设备需要用循环冷却水降温，工业循环冷却水虽然能节约大量水资源，但在运行过程中由于受到空气污染、水温升高、工艺介质泄漏、浓缩倍数的提高等因素的影响，会导致循环冷却水产生严重的结垢、腐蚀和细菌滋生等现象，使系统的换热效率大为降低，检修频繁，甚至严重威胁生产的正常进行。而磷系水处理剂容易污染环境；全有机水处理剂费用较高。
随着人类环保意识的日益增强，“绿色防垢剂”的概念已成为水处理剂的新的发展方向。环氧琥珀酸就是近年来逐步发展起来的新一代无磷 、易生物降解的高效绿色防垢剂，它对钙、镁、铁等离子有良好的防垢作用，其防垢性能优于聚丙烯酸钠、聚马来酸、酒石酸等，但单一环氧琥珀酸的缓蚀性能一般，而同时添加缓蚀剂、防垢剂又会造成生产成本的提高，这就迫切需要开发一种能够同时满足防垢 、缓蚀要求的新型复合水处理剂 。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种防垢效果好、环保的防垢剂，并对应提供其制备方法。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种防垢剂，该防垢剂是以环氧琥珀酸钠、丙烯酰胺和乙烯基磺酸钠为原料的三元共聚物，环氧琥珀酸钠、丙烯酰胺和乙烯基磺酸钠的质量比为0.7～1.5：0.5～1.0：0.8～1.1。
所述的环氧琥珀酸钠是按如下步骤制备的：
（1）将马来酸酐溶于乙醇的水溶液中，边搅拌边滴加氢氧化钠溶液；加入钨酸钠结晶体，然后升温至50～55℃；滴加过氧化氢水溶液，再用氢氧化钠溶液调节 pH 值至4.5～5.5，于60～65℃下反应 3.0～ 3.5h，得到混合溶液。
（2）将混合溶液冷却至3.0～5.0℃使固态产物析出，然后抽滤，再用乙醇水溶液洗涤固态产物，得到环氧琥珀酸钠。
其中：所述的氢氧化钠溶液的质量浓度为45%～55% ，所述的过氧化氢水溶液的质量浓度为 30%～31%，所述乙醇水溶液的质量浓度为66%～69%。
所述马来酸酐、乙醇水溶液、氢氧化钠溶液、钨酸钠结晶体和过氧化氢水溶液的质量比经优化为9.6～9.8 ：20.0～22.2 ：18.0～21.1 ：0.2～0.4 ：18.3～20.5。
上述防垢剂的制备方法，包括以下步骤：
1）将水、环氧琥珀酸钠 、丙烯酰胺和乙烯基磺酸钠混合并加热至80～82℃；滴加引发剂并搅拌，然后于70～90℃进行共聚反应，反应时间为 2.0～4.0h，得到共聚混合液。在共聚温度为 70 ℃至 90 ℃范围内，随着温度的升高，防垢剂对碳酸钙防垢率影响逐渐增加。这说明共聚反应温度越高，共聚物的防垢效果也就越好。
2）将步骤1）得到的共聚混合液用乙醇稀释，降低黏度后，在 70～90℃、 -0.09～-0.1MPa条件下减压蒸馏，得到固体产物；将该固体产物置于50～60℃的干燥箱中低温干燥1～5h，得到三元共聚物防垢剂。
其中，在步骤1）中，水、环氧琥珀酸钠、丙烯酰胺烯、乙烯基磺酸钠的质量比为 1.0～3.0 ：0.7～1.2 ：1.0～0.5 ：0.9～1.0。所述的引发剂为过硫酸铵，该引发剂的使用量为环氧琥珀酸钠、丙烯酰胺烯和乙烯基磺酸钠三种单体总质量的4～16%。随着引发剂用量的增加，防垢剂的防垢效果越好，但当引发剂的使用量增加到一定程度的时候，防垢率不再增加。这是因为在相同的条件下，随着引发剂用量比例的增加 ，会促进反应的进行，达到一定比例后，便对反应不产生影响了。
步骤1）中所用的水可以是蒸馏水、双蒸水、纯水或超纯水。
三元共聚物防垢剂中既有弱极性羧酸基团又有强极性磺酸基团，而弱极性羧酸基团对活性部位有着较强的约束能力，能够与污垢物表面的正电荷作用，吸附在固体表面，增加污垢物微粒之间排斥力，抑制结晶生长。磺酸基酸性较强，保持着轻微的离子特性，将其引入三元共聚物防垢剂中能够有效的防止由于弱亲水性共聚物与水中离子反应生成难溶性的钙凝胶，从而达到较好的防垢效果。
与现有的技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、防垢效果好。本发明的防垢剂的防垢率可达 90.8%，防垢性能优异，并具有较强的缓蚀作用，可解决高碱高固水质的防垢问题。
2、环境友好。本发明的防垢剂属于无磷有机高分子材料，环境污染小。
3、生产成本低。本发明所使用的原料价格低廉，生产所用设备简单，操作简便，生产成本低。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例一
先制备环氧琥珀酸钠，然后制备防垢剂。
1、按以下步骤制备环氧琥珀酸钠：
（1）将9.8g马来酸酐溶于25mL质量浓度为67%的乙醇水溶液，不断搅拌下缓慢滴加质量浓度45%的氢氧化钠溶液15mL，另加入钨酸钠结晶体0.3g，然后升温至50℃，滴加质量浓度30%的过氧化氢水溶液11mL，然后再用7mol/L氢氧化钠溶液调节 pH 值为5.5，控制反应温度60℃，反应时间为 3.0h。
（2）反应结束后将溶液冷却至4.0℃，产物析出，抽滤，用质量浓度67%的乙醇水溶液洗涤，得到环氧琥珀酸钠。
2、制备防垢剂
1）蒸馏水、环氧琥珀酸钠、丙烯酰胺和乙烯基磺酸钠按2.0：1.2：1.0：1.0的比例混合，加热，温度升至80℃时，滴入为单体总质量的7.5%的引发剂过硫酸铵，搅拌升温至90℃，保持此温度进行反应共聚，共聚时间为 3.0h，得到共聚混合液。
2）所得共聚混合液用乙醇稀释，在 85℃和 -0.1MPa 的条件下进行减压蒸干（蒸馏），然后放置于干燥箱中，在60℃下，干燥3h，就得到三元共聚物防垢剂。
3、防垢效果检测
在温度为 70 ℃、pH=12时 ，应用碳酸钙防垢率的测定方法 ，测定防垢剂不同加量时的碳酸钙防垢率，如表1所示。
表1 实施例一的防垢率
防垢剂/mg.L-1 2 3 4 5 6 7
防垢率/% 63.5 65.1 70.3 80.5 84.1 89.3
实施例二
先制备环氧琥珀酸钠，然后制备防垢剂。
1、按以下步骤制备环氧琥珀酸钠：
（1）将9.6g马来酸酐溶于25mL质量浓度为 69%的乙醇水溶液，不断搅拌下缓慢滴加质量浓度为50%的氢氧化钠20mL，另加入钨酸钠结晶体0.4g，然后升温至55℃，滴加质量浓度为30%的过氧化氢水溶液12mL，然后再用7mol/L氢氧化钠溶液调节 pH 值为4.5，控制反应温度90℃，反应时间为 3.5h。
（2）反应结束后将溶液冷却至4.0℃，产物析出，抽滤，用质量浓度69%的乙醇水溶液洗涤，得到环氧琥珀酸钠。
2、制备防垢剂
1）蒸馏水、环氧琥珀酸钠 、丙烯酰胺和乙烯基磺酸钠按1.5：1.2：0.6：1.0的比例混合，加热，温度升至82℃时，滴入为单体总质量的12.5%的引发剂过硫酸铵，搅拌升温至90℃，保持此温度进行反应共聚，共聚时间为 3.5h，得到共聚混合液。
2）所得共聚混合液用乙醇稀释，在 80℃和 -0.1MPa 的条件下进行减压蒸干（蒸馏），然后放置于干燥箱中，在50℃下，干燥4h，就得到三元共聚物防垢剂。
3、防垢效果检测
在温度为 70 ℃、pH=12时 ，应用碳酸钙防垢率的测定方法 ，测定防垢剂不同加量时的碳酸钙防垢率，如表2所示。
表2 实施例二的防垢率
防垢剂/mg.L-1 2 3 4 5 6 7
防垢率/% 63.6 67.3 71.3 79.5 85.2 90.8
从上述实施例可知，采用本发明方法制备的防垢剂防垢率可达 90.8%，效果良好。
本发明的上述实施例仅仅是为说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (9)

1.一种防垢剂，其特征在于，该防垢剂是以环氧琥珀酸钠、丙烯酰胺和乙烯基磺酸钠为原料的三元共聚物，环氧琥珀酸钠、丙烯酰胺和乙烯基磺酸钠的质量比为0.7～1.5：0.5～1.0：0.8～1.1。
2.根据权利要求1所述的防垢剂，其特征在于，所述的环氧琥珀酸钠按如下步骤制备：
（1）将马来酸酐溶于乙醇的水溶液中，边搅拌边滴加氢氧化钠溶液；加入钨酸钠结晶体，然后升温至50～55℃；滴加过氧化氢水溶液，再用氢氧化钠溶液调节 pH 值至4.5～5.5，于60～65℃下反应 3.0～ 3.5h，得到混合溶液；
（2）将混合溶液冷却至3.0～5.0℃使固态产物析出，然后抽滤，再用乙醇水溶液洗涤固态产物，得到环氧琥珀酸钠。
3.根据权利要求2所述的防垢剂，其特征在于，所述的氢氧化钠溶液的质量浓度为45%～55% ，所述的过氧化氢水溶液的质量浓度为 30%～31%，所述乙醇水溶液的质量浓度为66%～69%。
4.根据权利要求3所述的防垢剂，其特征在于，所述马来酸酐、乙醇水溶液、氢氧化钠溶液、钨酸钠结晶体和过氧化氢水溶液的质量比为9.6～9.8 ：20.0～22.2 ：18.0～21.1 ：0.2～0.4 ：18.3～20.5。
5.一种如权利要求1所述的防垢剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）将水、环氧琥珀酸钠、丙烯酰胺和乙烯基磺酸钠混合并加热至80～82℃；滴加作为引发剂并搅拌，然后于70～90℃进行共聚反应，反应时间为 2.0～4.0h，得到共聚混合液；
2）将步骤1）得到的共聚混合液用乙醇稀释，在 70～90℃、 -0.09～-0.1MPa条件下减压蒸馏，得到固体产物；将该固体产物置于50～60℃的干燥箱中干燥1～5h，得到三元共聚物防垢剂。
6.根据权利要求5所述的防垢剂的制备方法，其特征在于，在步骤1）中，水、环氧琥珀酸钠、丙烯酰胺烯、乙烯基磺酸钠的质量比为 1.0～3.0 ：0.7～1.2 ：1.0～0.5 ：0.9～1.0。
7.根据权利要求5所述的防垢剂的制备方法，其特征在于，步骤1）所述的引发剂为过硫酸铵。
8.根据权利要求7所述的防垢剂的制备方法，其特征在于，步骤1）中的引发剂的使用量为环氧琥珀酸钠、丙烯酰胺烯和乙烯基磺酸钠三种单体总质量的4～16%。
9.根据权利要求5所述的防垢剂的制备方法，其特征在于，步骤1）所用的水为蒸馏水、双蒸水、纯水或超纯水。
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