CN108569777A - 一种阻垢缓蚀微胶囊及其制备方法 - Google Patents

一种阻垢缓蚀微胶囊及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种阻垢缓蚀微胶囊及其制备方法，属于水处理药剂技术领域。本发明在缓蚀成分中所用的是聚丙烯酰胺、2，3‑二氨基萘，协同作用使缓蚀效果有很大提升；引入的仲烷基磺酸钠，可提高聚丙烯酰胺的生物降解性，为绿色表面活性剂，又具有抑制细菌生长的作用，可减少杀菌剂的使用量，降低循环水处理成本；所用溴化氢中的卤素离子在金属表面发生特性吸附，使金属表面带负电荷，有利于质子化的上述两种有机缓蚀剂分子在金属表面吸附，从而提高了缓蚀剂的缓蚀效果。本发明解决了目前市场上常用的阻垢缓蚀剂，在进行水处理时要先溶解成水溶液，然后再加入水中进行水处理，操作复杂，且会造成二次环境污染的问题。

Description

一种阻垢缓蚀微胶囊及其制备方法
技术领域
本发明属于水处理药剂技术领域，具体涉及一种阻垢缓蚀微胶囊及其制备方法。
背景技术
阻垢缓蚀剂,属于水处理药剂技术领域产品之一。随着社会经济的飞速发展，工业用水需求不断增加，然而管道设备的结垢和腐蚀 已然制约着工业生产。循环冷却水经水塔强制蒸发带走热量，但是随着循环冷却水不断浓 缩蒸发，各种有害离子不断富集，以及空气中的灰尘和微生物将在循环水中越积越多，灰尘 和微生物以污泥的形式粘附在水路系统管壁上，有害离子(Ca2+，Mg2+，HCO3-等)的浓缩超过 饱和指数则以盐结晶状沉积在换热管中也就是水垢。水中的pH也不断升高。同时也会对管道造成腐蚀，从而破坏循环冷却水系统，降低其运行效率。
工业中循环水的利用有利于节约企业的成本，提高企业的效益，但是循环水在使用过程中会出现两个问题，一个时水分的蒸发，造成了盐类的结晶和沉淀，最常见的有碳酸钙、硅酸钙等水垢，水垢的存在大大降低了传热效率，其二是循环水的电化学腐蚀对设备的腐蚀作用，这种腐蚀是致命的，轻则更换设备；重则伤及人命，目前采用阻垢缓蚀剂添加入循环水中，减少水垢的出现，并减缓对设备的腐蚀作用。阻垢缓蚀剂是由有机膦、优良共聚物及铜缓蚀剂等组成，对碳钢、铜及铜合金都具有优良缓蚀性能，对碳酸钙、磷酸钙有卓越的阻垢分散性能。主要用于敞开式循环冷却水处理系统，对含铜设备的系统特别适合。
目前市场上常用的阻垢缓蚀剂，在进行水处理时要先溶解成水溶液，然后再加入水中进行水处理，操作复杂，加药量不好控制，使用不方便。现有的阻垢缓蚀剂多为有机膦酸和有机聚合物组成，污水排放会使大量的磷排放到天然水体造成水体的富营养化，从而造成二次环境污染。
发明内容
本发明所要解决的技术问题：针对目前市场上常用的阻垢缓蚀剂，在进行水处理时要先溶解成水溶液，然后再加入水中进行水处理，操作复杂，加药量不好控制，使用不方便。现有的阻垢缓蚀剂多为有机膦酸和有机聚合物组成，污水排放会使大量的磷排放到天然水体造成水体的富营养化，从而造成二次环境污染的问题，提供一种阻垢缓蚀微胶囊的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用如下所述的技术方案是：
一种阻垢缓蚀微胶囊，其特征在于,按质量份数计包括如下组分：30~35份改性聚天冬氨酸复合物﹑25~30份缓蚀复合物、18~24份囊壁材料复合物、15~20份复合乳化剂；
所述改性聚天冬氨酸复合物的制备方法为：按质量份数计，取6~10份水，3~5份氢氧化钠溶液混合搅拌，后取20~30份聚天冬氨酸、15~20份丙烯酸-丙烯酸羟乙酯共聚物、13~18份柠檬酸、16~22份氨水，混合搅拌，温度保持在30~35℃，得改性聚天冬氨酸复合物；
所述缓蚀复合物的制备方法：于20~25℃，取40~50份聚丙烯酰胺﹑15~23份2，3-二氨基萘、8~13份溴化氢、7~10份OP-15﹑12~15份仲烷基磺酸钠、10~15份水混合搅拌，将温度调至40~45℃，得缓蚀复合物。
复合乳化剂为油酸聚氧乙烯酯、聚氧乙烯醚，按质量比2：1混合。
囊壁材料复合物包括：羟甲基纤维素、聚乙烯醇、氯化锌、钼酸钠、明胶，按质量比3：2：1：1：2混合。
该制备方法包括如下步骤：
（1）按质量份数计，于25~30℃取15~20份复合乳化剂、20~30份水混合搅拌，20~25min后，加入30~35份改性聚天冬氨酸复合物、25~30缓蚀成分复合物，18~24份微胶囊材料复合物，混合搅拌，制成乳液；
（2）取乳液，进行喷雾干燥，得阻垢缓蚀微胶囊。
本发明与其他方法相比，有益技术效果是：
（1）本发明涉及的各原料组分不含磷元素等对环境有害的物质，无毒无公害，有良好的环境效益，安全绿色且易生物降解，不对环境造成二次污染，无须进一步治理；
（2）本发明在缓蚀成分中所用的是聚丙烯酰胺、2，3-二氨基萘，协同作用使缓蚀效果有很大提升；引入的仲烷基磺酸钠，可提高聚丙烯酰胺的生物降解性，为绿色表面活性剂，又具有抑制细菌生长的作用，可减少杀菌剂的使用量，降低循环水处理成本；所用溴化氢中的卤素离子在金属表面发生特性吸附，使金属表面带负电荷，有利于质子化的上述两种有机缓蚀剂分子在金属表面吸附，从而提高了缓蚀剂的缓蚀效果；所用OP-15为非离子表面活化剂，于上述成分复配，使得缓蚀复合物在金属表面产生一层致密的单分子吸附层，对抵制CO2及O2的腐蚀有优秀的缓蚀协同作用；
（3）本发明在阻垢成分中引入的丙烯酸-丙烯酸羟乙酯共聚物、柠檬水、氨水可对聚天冬氨酸改性，提高其阻垢效果。通过反应引入大量的羟基，显著提高聚天冬氨酸对 Ca3(PO4)2的阻垢效果。同时，羟基的引入可提高聚天冬氨酸的缓蚀性能，并且随着比例增加，缓蚀性能增强；引入的羧基提高了对 CaCO3、Fe2O3 的阻垢率，对其垢晶体的生长起到抑制作用；
（4）本发明所用剂型为微胶囊，构成的稳定结构，能够实现了药剂缓慢释放，使得投药间期长且药量能够很好的计量。而囊壁材料中的钼酸钠与锌盐增强了缓蚀作用，因钼酸钠会在金属表面成膜，此过程消耗了管道内的氧气，并且更好的保护了循环系统。
具体实施方式
聚天冬氨酸复合物的制备方法：按质量份数计，取6~10份水，3~5份氢氧化钠溶液混合搅拌，后取20~30份聚天冬氨酸、15~20份丙烯酸-丙烯酸羟乙酯共聚物、13~18份柠檬酸、16~22份氨水，混合搅拌20~30min，温度保持在30~35℃，得改性聚天冬氨酸复合物；
缓蚀复合物的制备方法：按质量份数计，于20~25℃，取40~50份聚丙烯酰胺﹑15~23份2，3-二氨基萘、8~13份溴化氢、7~10份OP-15﹑12~15份仲烷基磺酸钠、10~15份水混合搅拌，将温度调至40~45℃，得缓蚀复合物；
复合乳化剂：按质量份数计，取20~25份油酸聚氧乙烯酯、10~14份聚氧乙烯醚，20~30份水混合搅拌，得复合乳化剂；
囊壁材料复合物包括：按质量份数计，取30~45份羟甲基纤维素、20~30份聚乙烯醇、10~15份氯化锌、10~15份钼酸钠、20~30份明胶、15~20份水，混合搅拌20~30min，得囊壁材料复合物。
一种阻垢缓蚀微胶囊原料包括以下重量份的原料制成：30~35份改性聚天冬氨酸复合物﹑25~30份缓蚀复合物、18~24份囊壁材料复合物、15~20份复合乳化剂、20~30份水。
一种阻垢缓蚀微胶囊的制备方法包括如下步骤：
（1）按质量份数计，于25~30℃取15~20份复合乳化剂、20~30份水混合搅拌，20~25min后，加入30~35份改性聚天冬氨酸复合物、25~30缓蚀成分复合物，18~24份微胶囊材料复合物，混合搅拌30~40min，制成乳液；
（2）取乳液，进行喷雾干燥，得阻垢缓蚀微胶囊。
实施例1
聚天冬氨酸复合物的制备方法：按质量份数计，取6份水，3份氢氧化钠溶液混合搅拌，后取20份聚天冬氨酸、15份丙烯酸-丙烯酸羟乙酯共聚物、13份柠檬酸、16份氨水，混合搅拌20min，温度保持在30℃，得改性聚天冬氨酸复合物；
缓蚀复合物的制备方法：按质量份数计，于20℃，取40份聚丙烯酰胺﹑15份2，3-二氨基萘、8份溴化氢、7份OP-15﹑12份仲烷基磺酸钠、10份水混合搅拌，将温度调至40℃，得缓蚀复合物；
复合乳化剂：按质量份数计，取20份油酸聚氧乙烯酯、10份聚氧乙烯醚，20份水混合搅拌，得复合乳化剂；
囊壁材料复合物包括：按质量份数计，取30份羟甲基纤维素、20份聚乙烯醇、10份氯化锌、10份钼酸钠、20份明胶、15份水，混合搅拌20min，得囊壁材料复合物。
一种阻垢缓蚀微胶囊原料包括以下重量份的原料制成：30份改性聚天冬氨酸复合物﹑25份缓蚀复合物、18份囊壁材料复合物、15份复合乳化剂、20份水。
一种阻垢缓蚀微胶囊的制备方法包括如下步骤：
（1）按质量份数计，于25℃取15份复合乳化剂、20份水混合搅拌，20min后，加入30份改性聚天冬氨酸复合物、25缓蚀成分复合物，18份微胶囊材料复合物，混合搅拌30min，制成乳液；
（2）取乳液，进行喷雾干燥，得阻垢缓蚀微胶囊。
实施例2
聚天冬氨酸复合物的制备方法：按质量份数计，取10份水，5份氢氧化钠溶液混合搅拌，后取30份聚天冬氨酸、20份丙烯酸-丙烯酸羟乙酯共聚物、18份柠檬酸、22份氨水，混合搅拌30min，温度保持在35℃，得改性聚天冬氨酸复合物；
缓蚀复合物的制备方法：按质量份数计，于25℃，取50份聚丙烯酰胺﹑23份2，3-二氨基萘、13份溴化氢、10份OP-15﹑15份仲烷基磺酸钠、15份水混合搅拌，将温度调至45℃，得缓蚀复合物；
复合乳化剂：按质量份数计，取25份油酸聚氧乙烯酯、14份聚氧乙烯醚，30份水混合搅拌，得复合乳化剂；
囊壁材料复合物包括：按质量份数计，取45份羟甲基纤维素、30份聚乙烯醇、15份氯化锌、15份钼酸钠、30份明胶、20份水，混合搅拌30min，得囊壁材料复合物。
一种阻垢缓蚀微胶囊原料包括以下重量份的原料制成：35份改性聚天冬氨酸复合物﹑30份缓蚀复合物、24份囊壁材料复合物、20份复合乳化剂、30份水。
一种阻垢缓蚀微胶囊的制备方法包括如下步骤：
（1）按质量份数计，于30℃取20份复合乳化剂、30份水混合搅拌，25min后，加入35份改性聚天冬氨酸复合物、30缓蚀成分复合物，24份微胶囊材料复合物，混合搅拌40min，制成乳液；
（2）取乳液，进行喷雾干燥，得阻垢缓蚀微胶囊。
实施例3
聚天冬氨酸复合物的制备方法：按质量份数计，取8份水，4份氢氧化钠溶液混合搅拌，后取25份聚天冬氨酸、17.5份丙烯酸-丙烯酸羟乙酯共聚物、15.5份柠檬酸、19份氨水，混合搅拌25min，温度保持在32.5℃，得改性聚天冬氨酸复合物；
缓蚀复合物的制备方法：按质量份数计，于22.5℃，取45份聚丙烯酰胺﹑19份2，3-二氨基萘、10.5份溴化氢、8.5份OP-15﹑13.5份仲烷基磺酸钠、12.5份水混合搅拌，将温度调至42.5℃，得缓蚀复合物；
复合乳化剂：按质量份数计，取22.5份油酸聚氧乙烯酯、12份聚氧乙烯醚，25份水混合搅拌，得复合乳化剂；
囊壁材料复合物包括：按质量份数计，取37.5份羟甲基纤维素、25份聚乙烯醇、12.5份氯化锌、12.5份钼酸钠、25份明胶、17.5份水，混合搅拌25min，得囊壁材料复合物。
一种阻垢缓蚀微胶囊原料包括以下重量份的原料制成：32.5份改性聚天冬氨酸复合物﹑27.5份缓蚀复合物、21份囊壁材料复合物、17.5份复合乳化剂、25份水。
一种阻垢缓蚀微胶囊的制备方法包括如下步骤：
（1）按质量份数计，于27.5℃取17.5份复合乳化剂、25份水混合搅拌，22.5min后，加入32.5份改性聚天冬氨酸复合物、27.5缓蚀成分复合物，21份微胶囊材料复合物，混合搅拌35min，制成乳液；
（2）取乳液，进行喷雾干燥，得阻垢缓蚀微胶囊。
对比例：武汉市某公司生产的一种阻垢缓蚀剂
本实验用水为企业循环冷却水，采用旋转挂片失重法测定A3碳钢在冷却循环水中的腐蚀率，静态阻垢实验测试测定其阻垢率。
静态阻垢实验：实验温度为45℃，同时向容器底部通入0.5L.min-1的氮气，浓缩倍数为6倍时停止实验。阻碳酸钙率ηk计算式：
ηk＝(C2-C1)/(K×C0-C1)×100％
式中：C2为加药剂后实测的Ca2+质量浓度，mg.L-1；C1为不加药剂实测的Ca2+质量浓度，mg.L-1；C0为不加药剂的初始Ca2+质量浓度，mg.L-1；K为C2、C1测定条件下的浓缩倍数。
旋转挂片腐蚀实验：实验仪器按照HG/T2159-91标准组装。实验条件：①恒温45±1℃；②转速75r.min-1；③实验周期72h。实验挂片采用HG/T 3523-2008《冷却水化学处理标准 腐蚀试片技术条件》I型试片，材质为A3碳钢片，尺寸50mm×25mm×2mm，试片面积28cm2。年 腐蚀率(mm·a-1)的计算公式如下：
Ka＝87600(m0-m)/sρt
式中：Ka为年腐蚀率,mm.a-1；m0为实验前试片的质量,g；m为实验后试片的质量,g； s为试片表面积,cm2；ρ为试片密度,g.cm-3；t为试验时间,h。
将上述实施例1-3的配置成阻垢缓蚀微胶囊及对比例的阻垢缓蚀剂加入相同的量于四组实验用水中。实验结果见下表1：
表1
综上所述，所述阻垢缓蚀微胶囊成分稳定，具有杀菌防垢效果优良的优点，且不含磷成分，对环境无二次污染。本发明的阻垢缓蚀微胶囊完全符合要求，值得大力推广与使用。

Claims (4)

1.一种阻垢缓蚀微胶囊，其特征在于,按质量份数计包括如下组分：30~35份改性聚天冬氨酸复合物﹑25~30份缓蚀复合物、18~24份囊壁材料复合物、15~20份复合乳化剂；
所述改性聚天冬氨酸复合物的制备方法为：按质量份数计，取6~10份水，3~5份氢氧化钠溶液混合搅拌，后取20~30份聚天冬氨酸、15~20份丙烯酸-丙烯酸羟乙酯共聚物、13~18份柠檬酸、16~22份氨水，混合搅拌，温度保持在30~35℃，得改性聚天冬氨酸复合物；
所述缓蚀复合物的制备方法：于20~25℃，取40~50份聚丙烯酰胺﹑15~23份2，3-二氨基萘、8~13份溴化氢、7~10份OP-15﹑12~15份仲烷基磺酸钠、10~15份水混合搅拌，将温度调至40~45℃，得缓蚀复合物。
2.根据权利要求1所述阻垢缓蚀微胶囊，其特征还在于，复合乳化剂为油酸聚氧乙烯酯、聚氧乙烯醚，按质量比2：1混合。
3.根据权利要求1所述阻垢缓蚀微胶囊，其特征还在于，囊壁材料复合物包括：羟甲基纤维素、聚乙烯醇、氯化锌、钼酸钠、明胶，按质量比3：2：1：1：2混合。
4.一种如权利要求1~3任意一项所述阻垢缓蚀微胶囊的制备方法，其特征在于，该制备方法包括如下步骤：
（1）按质量份数计，于25~30℃取15~20份复合乳化剂、20~30份水混合搅拌，20~25min后，加入30~35份改性聚天冬氨酸复合物、25~30缓蚀成分复合物，18~24份微胶囊材料复合物，混合搅拌，制成乳液；
（2）取乳液，进行喷雾干燥，得阻垢缓蚀微胶囊。
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