CN107082845A - 一种三元共聚物阻垢剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种三元共聚物阻垢剂按照质量百分比包括以下原料组分：衣康酸：2.0～7.2％、2‑丙烯酰胺基‑2‑甲基丙磺酸：1.6～5.8％、甲基丙烯酸羟乙酯：1.8～2.0％、过硫酸铵：0.3～0.8％、叔丁醇：0.3～0.8％、其余为去离子水，上述组分质量百分比之和为100％；其制备方法：将衣康酸、2‑丙烯酰胺基‑2‑甲基丙磺酸、甲基丙烯酸羟乙酯及去离子水混合得到溶液A；将叔丁醇与去离子水混合得到溶液B；将溶液A与溶液B混合得到溶液C；将过硫酸铵与去离子水混合得到溶液D；将溶液D升温至80～95℃，在搅拌的条件下滴加溶液C，恒温下反应，冷却，得到三元共聚物阻垢剂。本发明一种三元共聚物阻垢剂具有用量少、成本低廉的特点，其制备方法简单快速、制造成本低。

Description

一种三元共聚物阻垢剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及水处理技术领域，具体涉及一种三元共聚物阻垢剂，本发明还涉及一种三元共聚物阻垢剂的制备方法。
背景技术
阻垢剂在水处理领域一直是人们研究的焦点。低磷或无磷环保型绿色水处理药剂已成为国内外研究开发的热点。近年来，合成共聚物阻垢剂受到越来越多的关注，这类阻垢剂分子链上同时含有羧酸基、磺酸基、酰胺基、膦酰基等多种功能基团，因而具有优良的阻垢效果，且可用于抑制多种盐类结垢。虽然市面上已出现诸多此类的水处理剂，但制作工艺复杂，设备要求高，生产成本高，难以大规模推广应用。
衣康酸以天然淀粉发酵制取，生产成本比同类化工产品低而且无毒易降解,能有效阻止多种污垢的凝聚和沉积，衣康酸和其他活性单体的共聚物具有良好的生物降解性，合成共聚物方法灵活、工艺简单、成本低廉且产品功能性强，因此有必要开拓衣康酸在国内的应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种三元共聚物阻垢剂，该三元共聚物阻垢剂是一种在分子链上同时含有羧酸基、磺酸基、酰胺基、羟基官能团，并对CaCO3有良好的阻垢性能的衣康酸共聚物。
本发明的另一个目的是提供一种三元共聚物阻垢剂的制备方法，提供了一种简单快速、制造成本低的制备三元共聚物阻垢剂的方法。
本发明所采用的技术方案是，一种三元共聚物阻垢剂，其特征在于，按照质量百分比包括以下原料组分：衣康酸：2.0～7.2％、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸：1.6～5.8％、甲基丙烯酸羟乙酯：1.8～2.0％、过硫酸铵：0.3～0.8％、叔丁醇：0.3～0.8％、其余为去离子水，上述组分质量百分比之和为100％。
三元共聚物阻垢剂的数均相对分子量为1000～3000。
本发明所采用的另一个技术方案是，一种三元共聚物阻垢剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，按照质量百分比称取以下组分：衣康酸：2.0～7.2％、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸：1.6～5.8％、甲基丙烯酸羟乙酯：1.8～2.0％、过硫酸铵：0.3～0.8％、叔丁醇：0.3～0.8％、其余为去离子水，上述组分质量百分比之和为100％；
步骤2，将衣康酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、甲基丙烯酸羟乙酯及去离子水混合得到溶液A；
步骤3，将叔丁醇与去离子水混合得到溶液B；
步骤4，将溶液A与溶液B混合得到溶液C；
步骤5，将过硫酸铵与去离子水混合得到溶液D；
步骤6，将溶液D升温至80～95℃，在搅拌的条件下滴加溶液C，恒温下反应1.5～3h，冷却至室温，得到三元共聚物阻垢剂。
本发明的特点还在于，
步骤5中搅拌速度为60～80转/分钟。
步骤5中溶液C的滴加时间为2～2.5h。
本发明的有益效果是，本发明一种三元共聚物阻垢剂中，衣康酸(IA)含有两个羧酸基团，而羧酸基团在有机聚合物阻垢剂阻垢中起到主要作用，以它为单体聚合，比目前广泛使用的一元酸多带入了羧酸基团；2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)分子中不仅含有酰胺基团而且含有强亲水性的磺酸基团，磺酸基团中强大的电荷密度使得AMPS具有很好的吸附性和络合性，而且其酸性比羧酸基团更强，在羧酸类共聚物的基础上引入磺酸基，能够有效地防止共聚物与水中离子反应生成难溶的钙凝胶，并且不仅能够抑制碳酸钙垢的形成，而且对于抑制磷酸钙垢和分散氧化铁有着突出的优点，甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)中的—OH提供了亲水性，酯基则能体现疏水性并提高分散稳定性；本发明中的三元共聚物阻垢剂里所含官能团数量和种类较多，性能完善，功能全面，且合成共聚物的单体无磷、无氮，对保护环境十分有利，相比如市面上已售的水溶性聚合物聚天冬氨酸(PASP)阻垢效果更佳。本发明还提供了一种简单快速、制造成本低的制备三元共聚物阻垢剂的方法。
附图说明
图1是本发明制备的一种三元共聚物阻垢剂与聚天冬氨酸的阻垢效果对比图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明的一种三元共聚物阻垢剂，其特征在于，按照质量百分比包括以下原料组分：衣康酸：2.0～7.2％、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸：1.6～5.8％、甲基丙烯酸羟乙酯：1.8～2.0％、过硫酸铵：0.3～0.8％、叔丁醇：0.3～0.8％、其余为去离子水，上述组分质量百分比之和为100％。
上述的一种三元共聚物阻垢剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，按照质量百分比称取以下组分：衣康酸：2.0～7.2％、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸：1.6～5.8％、甲基丙烯酸羟乙酯：1.8～2.0％、过硫酸铵：0.3～0.8％、叔丁醇：0.3～0.8％、其余为去离子水，上述组分质量百分比之和为100％；
步骤2，将衣康酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、甲基丙烯酸羟乙酯及去离子水混合得到溶液A；
步骤3，将叔丁醇与去离子水混合得到溶液B；
步骤4，将溶液A与溶液B混合得到溶液C；
步骤5，将过硫酸铵与去离子水混合得到溶液D；
步骤6，将溶液D升温至80～95℃，在搅拌的条件下滴加溶液C，恒温下反应1.5～3h，冷却至室温，得到三元共聚物阻垢剂。
步骤5中搅拌速度为60～80转/分钟。
步骤5中溶液C的滴加时间为2～2.5h。
所用试剂均为分析级。
采用静态阻垢法(具体测试方法参见《GB/T16632-2008水处理剂阻垢性能的测定碳酸钙沉积法》)测试了本发明制备的三元共聚物阻垢剂和市面上所销售的聚天冬氨酸阻垢剂在其他条件相同，投加量浓度变化范围内，所制备的试样溶液中的阻垢率的对比结果，如图1所示。
试验结果显示，当投加量为0～6mg/L时，本发明制备的三元共聚物阻垢剂阻碳酸钙率高达98％以上，在相同的溶液硬度、碱度、水浴温度、时间、pH值等影响因素下，每一个浓度点均表现出优异的阻垢性能。这是因为本发明制备的三元共聚物阻垢剂在水溶液中所解离的羧酸基、磺酸基、酰胺基、羟基官能团比等量的聚天冬氨酸解离的多，这些起阻垢分散效应的基团越多，对水中的Ca2+、Mg2+等离子的螯合分散能力越强，能在结垢晶体的结晶过程中干扰晶格的正常排列。因此，从阻垢性能、经济效益和社会效益等因素考虑，本发明的阻垢分散剂具有用量少、功能显著、成本低廉的特点，性能优于某市售水处理药剂聚天冬氨酸。
实施例1
步骤1，按照质量百分比称取以下组分：衣康酸：2.0％、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸：1.6％、甲基丙烯酸羟乙酯：1.8％、过硫酸铵：0.3％、叔丁醇：0.3％、其余为去离子水，上述组分质量百分比之和为100％；
步骤2，将衣康酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、甲基丙烯酸羟乙酯及去离子水混合得到溶液A；
步骤3，将叔丁醇与去离子水混合得到溶液B；
步骤4，将溶液A与溶液B混合得到溶液C；
步骤5，将过硫酸铵与去离子水混合得到溶液D；
步骤6，将溶液D升温至80℃，在搅拌速度为60转/分钟的条件下滴加溶液C，滴加时间为2h，恒温下反应1.5h，冷却至室温，得到三元共聚物阻垢剂。
实施例2
步骤1，按照质量百分比称取以下组分：衣康酸：7.2％、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸：5.8％、甲基丙烯酸羟乙酯：2.0％、过硫酸铵：0.8％、叔丁醇：0.8％、其余为去离子水，上述组分质量百分比之和为100％；
步骤2，将衣康酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、甲基丙烯酸羟乙酯及去离子水混合得到溶液A；
步骤3，将叔丁醇与去离子水混合得到溶液B；
步骤4，将溶液A与溶液B混合得到溶液C；
步骤5，将过硫酸铵与去离子水混合得到溶液D；
步骤6，将溶液D升温至90℃，在搅拌速度为80转/分钟的条件下滴加溶液C，滴加时间为2.5h，恒温下反应3h，冷却至室温，得到三元共聚物阻垢剂。
实施例3
步骤1，按照质量百分比称取以下组分：衣康酸：2.6％、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸：3.2％、甲基丙烯酸羟乙酯：1.9％、过硫酸铵：0.6％、叔丁醇：0.6％、其余为去离子水，上述组分质量百分比之和为100％；
步骤2，将衣康酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、甲基丙烯酸羟乙酯及去离子水混合得到溶液A；
步骤3，将叔丁醇与去离子水混合得到溶液B；
步骤4，将溶液A与溶液B混合得到溶液C；
步骤5，将过硫酸铵与去离子水混合得到溶液D；
步骤6，将溶液D升温至85℃，在搅拌速度为70转/分钟的条件下滴加溶液C，滴加时间为2.2h，恒温下反应2h，冷却至室温，得到三元共聚物阻垢剂。
本发明的一种三元共聚物阻垢剂有如下优点：衣康酸(IA)含有两个羧酸基团，而羧酸基团在有机聚合物阻垢剂阻垢中起到主要作用，以它为单体聚合，比目前广泛使用的一元酸多带入了羧酸基团；2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)分子中不仅含有酰胺基团而且含有强亲水性的磺酸基团，磺酸基团中强大的电荷密度使得AMPS具有很好的吸附性和络合性，而且其酸性比羧酸基团更强，在羧酸类共聚物的基础上引入磺酸基，能够有效地防止共聚物与水中离子反应生成难溶的钙凝胶，并且不仅能够抑制碳酸钙垢的形成，而且对于抑制磷酸钙垢和分散氧化铁有着突出的优点，甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)中的—OH提供了亲水性，酯基则能体现疏水性并提高分散稳定性；本发明中的三元共聚物阻垢剂里所含官能团数量和种类较多，性能完善，功能全面，且合成共聚物的单体无磷、无氮，对保护环境十分有利，相比如市面上已售的水溶性聚合物聚天冬氨酸(PASP)阻垢效果更佳。本发明还提供了一种简单快速、制造成本低的制备三元共聚物阻垢剂的方法。

Claims (5)

1.一种三元共聚物阻垢剂，其特征在于，按照质量百分比包括以下原料组分：衣康酸：2.0～7.2％、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸：1.6～5.8％、甲基丙烯酸羟乙酯：1.8～2.0％、过硫酸铵：0.3～0.8％、叔丁醇：0.3～0.8％、其余为去离子水，上述组分质量百分比之和为100％。
2.根据权利要求1所述的一种三元共聚物阻垢剂，其特征在于，三元共聚物阻垢剂的数均相对分子量为1000～3000。
3.根据权利要求1所述的一种三元共聚物阻垢剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，按照质量百分比称取以下组分：衣康酸：2.3～7.2％、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸：1.6～5.8％、甲基丙烯酸羟乙酯：1.8～2.4％、过硫酸铵：0.3～0.8％、叔丁醇：0.3～0.8％、其余为去离子水，上述组分质量百分比之和为100％；
步骤2，将衣康酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、甲基丙烯酸羟乙酯及去离子水混合得到溶液A；
步骤3，将叔丁醇与去离子水混合得到溶液B；
步骤4，将溶液A与溶液B混合得到溶液C；
步骤5，将过硫酸铵与去离子水混合得到溶液D；
步骤6，将溶液D升温至80～95℃，在搅拌的条件下滴加溶液C，恒温下反应1.5～3h，冷却至室温，得到三元共聚物阻垢剂。
4.根据权利要求3所述的一种三元共聚物阻垢剂的制备方法，其特征在于，步骤5中搅拌速度为60～80转/分钟。
5.根据权利要求4所述的一种三元共聚物阻垢剂的制备方法，其特征在于，步骤5中溶液C的滴加时间为2～2.5h。
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