CN108821453A - 一种用于闭式供暖系统的环保型保护剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于闭式供暖系统的环保型保护剂及其制备方法,该保护剂包括下列重量份的原料:丙烯酸‑磺酸共聚物10‑25份,丙烯酸共聚物钠盐5‑10份,分散剂2‑8份,磺酰氨基酸 5‑20份,三乙醇胺5‑30份,苯并三氮唑0.1‑5份,有机硼酸叔胺酯3‑8份,杀菌抑菌剂0.01‑0.1份,得到的溶液用PH调节剂调制PH值为7.5‑8.5。本发明得到的产品中性、安全、环保,不含有毒有害成分,对具有循环水的供暖系统具有较好的阻垢、防锈、防微生物生长的作用,防止系统故障,延长使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种保护剂及其制备方法,尤其涉及一种用于闭式供暖系统的环保型保护剂及其制备方法。
背景技术
随着北方地区煤改电、煤改气的大力推广,以往的燃煤锅炉逐渐被空气源供暖系统、壁挂炉系统取代。对于这些闭式的具有循环水的供暖系统,在长期运行后就会在管道内产生大量水垢,锈迹以及一些微生物的生长,严重影响着系统使用寿命,直接导致系统故障,降低换热效率,增加能源消耗。因此,对具有循环水系统的供暖系统进行一个持续的保护是非常有必要的。该保护主要起着阻垢、防锈、防微生物生长的作用。
201711310912.9公开了一种环保型循环水缓蚀阻垢剂,然而配方中含有大量的HEDP,PBTC和DTPMP,磷的存在无法解决直排效果。201710415123.5也含有羟基乙叉二膦酸、磷酸二氢锌,且只对甲类钢、不锈钢有防腐效果。201510500498.2同样含有磷酸二氢锌,羟基乙叉二膦酸,氨基三甲叉膦酸,同时在应用效果上没有明确说明。2015103883423.3同样含有乙二胺四亚甲基磷酸钠,且只能用于热水锅炉的应用,在具有铜、铁、铝和塑料件等复杂的供暖系统中的应用还有待提高。
201210116282.2公开了一种用于家庭供暖系统的复合型水质保护剂,所用的缓蚀剂为苯并三氮唑、羟基乙叉二膦酸和亚硝酸钠中的至少两种,其中羟基乙叉二膦酸为含磷成分,而亚硝酸钠已被世界卫生组织国际癌症研究机构列入在导致内源性亚硝化条件下摄入的硝酸盐或亚硝酸盐在2A类致癌物清单中。因此在环保方面有些欠佳。
201711120693 .8公开了一种循环水用缓蚀阻垢剂,配方体系解决了环保问题,然而大量的硅酸盐体系会形成一个强碱性的产品,对铝及其合金件不能有效防护,同时与铁形成微电极反应,反而会加速铝和铁的腐蚀。201110443253.2公开了一种无磷缓蚀阻垢剂,以聚天冬氨酸 PASP、 聚环氧唬拍酸PESA、 丙烯酸磺酸三元共聚物为阻垢分散剂,复配无机盐达到阻垢缓蚀效果,虽然解决了无磷无毒,易生物降解的环保问题,然而在对供暖系统的铸铝件的没有特殊保护,易形成局部腐蚀。
目前为止, 国内还没有专门针对家庭供暖系统使用的、具有阻垢、 缓蚀、杀菌等效果的保护剂。进口的家庭供暖锅炉系统用的水质保护剂, 只是针对国外的水质情况配制,并不适合我国的水质情况,实际使用中没有达到预期的目的。常用的金属缓蚀剂,仅是针对单一类的金属能起到较好的缓蚀效果,而小型家庭供暖系统涉及多金属材料和塑料件,也无法满足需要。无法满足同时保护的效果。
因此,如何研制出一种安全、环保的对具有铜、铁、铝等金属和塑料件的供暖系统同时具有阻垢、防腐和杀菌抑菌等效果的保护剂是本领域技术人员致力于解决的问题之一。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于闭式供暖系统的环保型保护剂及其制备方法,为了解决传统缓蚀阻垢剂含磷对环境污染大、同时不能对系统中的铜、铁、铝和塑料件等复杂的供暖系统有效保护的问题。
为了实现上述目的,本发明采用了如下技术方案:
本发明提供一种用于闭式供暖系统的环保型保护剂,包括下列重量份的原料:丙烯酸-磺酸共聚物10-25份,丙烯酸共聚物钠盐5-10份,分散剂2-8份,磺酰氨基酸 5-20份,三乙醇胺5-30份,苯并三氮唑0.1-5份,有机硼酸叔胺酯3-8份,杀菌抑菌剂0.01-0.1份,得到的溶液用PH调节剂调制PH值为7.5-8.5。
优选地,所述分散剂为聚丙烯酸钠、马来酸-丙烯酸钠盐、木质素磺酸盐中的一种或几种混合物。
优选地,所述杀菌抑菌剂为对羟基苯甲酸酯类、苯甲酸及其钠盐、山梨酸及其钾盐、富马酸二甲酯、2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮、5-氯2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮、4 ,5-二氯-2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮、2-正辛基-4-异噻唑啉-3-酮、4 ,5-二氯-2-正辛基-4-异噻唑啉-3-酮、5-氯-2-正辛基-4-异噻唑啉-3-酮、1 ,2-苯并-异噻唑啉-3-酮、N-正丁基-1 ,2-苯并-异噻唑啉-3-酮、2-甲基-4 ,5亚丙基-4-异噻唑啉-3-酮中的一种或几种。
优选地,所述PH调节剂由5%氢氧化钾和5%盐酸组成。
本发明还提供一种用于闭式供暖系统的环保型保护剂的制备方法,具体包括以下步骤:
(1)制备磺酰氨基酸-胺盐:向反应容器中加入磺酰氨基酸和三乙醇胺,在50-80℃下反应,并搅拌促进溶解,形成均一的磺酰氨基酸-胺盐溶液;
(2)制备保护剂:取一定量去离子水,边搅拌边加入丙烯酸-磺酸共聚物和丙烯酸共聚物钠盐螯合剂,然后再依次加入所述步骤(1)中制备好的磺酰氨基酸-胺盐溶液、苯并三氮唑、有机硼酸叔胺酯,搅拌混合均匀后,加入分散剂,高速分散,之后再加入杀菌抑菌剂和pH调节剂,即可得到pH为7.5-8.5的无色至淡黄色透明液体保护剂。
优选地,所述步骤(1)中磺酰氨基酸和三乙醇胺的质量比为1:1-1.5。
优选地,所述步骤(1)中在50-80℃下反应,并以300-500rpm转速搅拌10-30min促进溶解,形成均一的磺酰氨基酸-胺盐溶液。
优选地,所述步骤(2)中边搅拌边加入丙烯酸-磺酸共聚物和丙烯酸共聚物钠盐螯合剂,搅拌的转速为200-300rpm。
优选地,所述步骤(2)中加入分散剂,高速分散,转速为1000-1500rpm,时间为5-10min。
本发明有益效果:本产品采用改性高分子聚合物螯合剂(丙烯酸-磺酸共聚物、丙烯酸共聚物钠盐)代替常规含磷螯合剂,复配分散剂,具有较强的螯合分散作用,对具有500ppm的硬水也能持续的防止结垢,适应中国南北方所有的水质要求。
常规的三乙醇胺只能在碱性环境中对铁有防锈效果,而对铝、铜等金属毫无作用,本产品采用磺酰氨基酸与三乙醇胺形成的胺盐,具有对铸铁和其他黑色金属有优异的防腐性能,同时不会引起铝的腐蚀和变色,与铜缓蚀剂(苯并三氮唑)复配具有相互增效的效果,同时具有优异的抗硬水和热稳定性。有机硼酸叔胺酯具有水溶性好,产品pH值稳定,防锈防腐等优异特点,同时具有细菌、真菌的抑制能力,对铜、铁离子具有较好的络合能力,对铸铁、碳钢有优异的防锈和防腐能力。
得到的产品中性、安全、环保、无刺激性气味、不伤手,100L的循环水系统仅需加入500ml本产品,即可达到较好的阻垢、防锈和防微生物生长的问题,对铁、铜、铝和PVC/PPR等塑料件,同时具有较好的防护效果,有效减少/防止系统故障,使系统达到生命设计周期。
附图说明
图1为向配置的500ppm的硬水中加入0.5%的本产品保护剂(右)以及未加保护剂(左),并加入洗净的空调截止阀、金属铁片密闭室温放置1个月后的结垢、腐蚀对比效果图。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解,下面将结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述,本实施例仅用于解释本发明,并不对本发明的保护范围构成限定。
实施例1:制备保护剂
(1)制备磺酰氨基酸-胺盐:向反应容器中加入磺酰氨基酸5份和三乙醇胺5份,在50℃下反应,并以300 rpm转速搅拌30min促进溶解,形成均一的磺酰氨基酸-胺盐溶液;
(2)制备保护剂:取一定量去离子水,边搅拌边加入丙烯酸-磺酸共聚物10份和丙烯酸共聚物钠盐5份螯合剂,搅拌的转速为200rpm,然后再依次加入所述步骤(1)中制备好的磺酰氨基酸-胺盐溶液、苯并三氮唑0.1份、有机硼酸叔胺酯3份,搅拌混合均匀后,加入聚丙烯酸钠2份,高速分散,转速为1000rpm ,时间为10min,之后再加入1,2-苯并异噻唑啉-3-酮0.01份,用5%氢氧化钾和5%盐酸调节PH至7.5,即可得到淡黄色透明液体保护剂。
实施例2:制备保护剂
(1)制备磺酰氨基酸-胺盐:向反应容器中加入磺酰氨基酸20份和三乙醇胺30份,在80℃下反应,并以500 rpm转速搅拌10min促进溶解,形成均一的磺酰氨基酸-胺盐溶液;
(2)制备保护剂:取一定量去离子水,边搅拌边加入丙烯酸-磺酸共聚物25份和丙烯酸共聚物钠盐10份螯合剂,搅拌的转速为300rpm,然后再依次加入所述步骤(1)中制备好的磺酰氨基酸-胺盐溶液、苯并三氮唑5份、有机硼酸叔胺酯8份,搅拌混合均匀后,加入马来酸-丙烯酸钠盐8份,高速分散,转速为1500rpm ,时间为5min,之后再加入富马酸二甲酯0.1份和由5%氢氧化钾和5%盐酸组成的pH调节剂,即可得到pH为8.5的无色透明液体保护剂。
实施例3:制备保护剂
(1)制备磺酰氨基酸-胺盐:向反应容器中加入磺酰氨基酸12份和三乙醇胺14份,在65℃下反应,并以400 rpm转速搅拌20min促进溶解,形成均一的磺酰氨基酸-胺盐溶液;
(2)制备保护剂:取一定量去离子水,边搅拌边加入丙烯酸-磺酸共聚物18份和丙烯酸共聚物钠盐8份螯合剂,搅拌的转速为250rpm,然后再依次加入所述步骤(1)中制备好的磺酰氨基酸-胺盐溶液、苯并三氮唑2份、有机硼酸叔胺酯5份,搅拌混合均匀后,加入木质素磺酸盐5份,高速分散,转速为1200rpm ,时间为7min,之后再加入2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮0.05份和由5%氢氧化钾和5%盐酸组成的pH调节剂,即可得到pH为8.0的无色透明液体保护剂。
实施例4:制备保护剂
(1)制备磺酰氨基酸-胺盐:向反应容器中加入磺酰氨基酸10份和三乙醇胺15份,在60℃下反应,并以350 rpm转速搅拌25min促进溶解,形成均一的磺酰氨基酸-胺盐溶液;
(2)制备保护剂:取一定量去离子水,边搅拌边加入丙烯酸-磺酸共聚物15份和丙烯酸共聚物钠盐6份螯合剂,搅拌的转速为220rpm,然后再依次加入所述步骤(1)中制备好的磺酰氨基酸-胺盐溶液、苯并三氮唑1份、有机硼酸叔胺酯4份,搅拌混合均匀后,加入聚丙烯酸钠和马来酸-丙烯酸钠盐混合物4份,高速分散,转速为1100rpm ,时间为6min,之后再加入5-氯2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮0.01份、4 ,5-二氯-2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮0.02份和由5%氢氧化钾和5%盐酸组成的pH调节剂,即可得到pH为7.6的淡黄色透明液体保护剂。
实施例5:制备保护剂
(1)制备磺酰氨基酸-胺盐:向反应容器中加入磺酰氨基酸15份和三乙醇胺28份,在75℃下反应,并以380 rpm转速搅拌15min促进溶解,形成均一的磺酰氨基酸-胺盐溶液;
(2)制备保护剂:取一定量去离子水,边搅拌边加入丙烯酸-磺酸共聚物23份和丙烯酸共聚物钠盐8份螯合剂,搅拌的转速为280rpm,然后再依次加入所述步骤(1)中制备好的磺酰氨基酸-胺盐溶液、苯并三氮唑4份、有机硼酸叔胺酯7份,搅拌混合均匀后,加入聚丙烯酸钠、马来酸-丙烯酸钠盐和木质素磺酸盐混合物7份,高速分散,转速为1400rpm ,时间为6min,之后再加入2-正辛基-4-异噻唑啉-3-酮0.04份、4 ,5-二氯-2-正辛基-4-异噻唑啉-3-酮0.02份、5-氯-2-正辛基-4-异噻唑啉-3-酮0.02份和由5%氢氧化钾和5%盐酸组成的pH调节剂,即可得到pH为8.2的无色透明液体的保护剂。
实施例6:制备保护剂
(1)制备磺酰氨基酸-胺盐:向反应容器中加入磺酰氨基酸16份和三乙醇胺24份,在72℃下反应,并以450 rpm转速搅拌12min促进溶解,形成均一的磺酰氨基酸-胺盐溶液;
(2)制备保护剂:取一定量去离子水,边搅拌边加入丙烯酸-磺酸共聚物20份和丙烯酸共聚物钠盐8份螯合剂,搅拌的转速为260rpm,然后再依次加入所述步骤(1)中制备好的磺酰氨基酸-胺盐溶液、苯并三氮唑3份、有机硼酸叔胺酯6份,搅拌混合均匀后,加入聚丙烯酸钠7份,高速分散,转速为1300rpm ,时间为8min,之后再加入1,2-苯并异噻唑啉-3-酮0.02份、N-正丁基-1 ,2-苯并-异噻唑啉-3-酮0.02份、2-甲基-4 ,5亚丙基-4-异噻唑啉-3-酮0.05份和由5%氢氧化钾和5%盐酸组成的pH调节剂,即可得到pH为8.3的无色透明液体保护剂。
对比例1:英国进口费诺克斯保护剂F1。
对比例2:制备保护剂
(1)制备磺酰氨基酸-胺盐:向反应容器中加入磺酰氨基酸5份和三乙醇胺5份,在50℃下反应,并以300 rpm转速搅拌30min促进溶解,形成均一的磺酰氨基酸-胺盐溶液;
(2)制备保护剂:取一定量去离子水,边搅拌边加入聚丙烯酸钠2份,搅拌的转速为200rpm,然后再依次加入所述步骤(1)中制备好的磺酰氨基酸-胺盐溶液、苯并三氮唑0.1份、有机硼酸叔胺酯3份,搅拌混合均匀后,加入丙烯酸-磺酸共聚物10份和丙烯酸共聚物钠盐5份螯合剂,高速分散,转速为1000rpm ,时间为10min,之后再加入1,2-苯并异噻唑啉-3-酮0.01份,用5%氢氧化钾和5%盐酸调节pH至7.5即可得到淡黄色透明液体保护剂。
对比例3:制备保护剂
(1)向反应容器中加入磺酰氨基酸20份,以500rpm转速搅拌10min促进溶解;
(2)制备保护剂:取一定量去离子水,边搅拌边加入丙烯酸-磺酸共聚物25份和丙烯酸共聚物钠盐10份螯合剂,搅拌的转速为300rpm,然后再依次加入所述步骤(1)中制备好的溶液、苯并三氮唑5份、有机硼酸叔胺酯8份,搅拌混合均匀后,加入马来酸-丙烯酸钠盐8份,高速分散,转速为1500rpm ,时间为5min,之后再加入(3-氧化苯并异噻唑啉-2-基)羧酸烷酯0.1份和由5%氢氧化钾和5%盐酸配制而成的pH调节剂,即可得到pH为8.5的无色透明液体保护剂。
对比例4:制备保护剂
(1)制备磺酰氨基酸-胺盐:向反应容器中加入磺酰氨基酸12份和三乙醇胺14份,在65℃下反应,并以400 rpm转速搅拌20min促进溶解,形成均一的磺酰氨基酸-胺盐溶液;
(2)制备保护剂:取一定量去离子水,边搅拌边加入丙烯酸-磺酸共聚物18份和丙烯酸共聚物钠盐8份螯合剂,搅拌的转速为250rpm,然后再依次加入所述步骤(1)中制备好的磺酰氨基酸-胺盐溶液、有机硼酸叔胺酯5份,搅拌混合均匀后,加入木质素磺酸盐5份,高速分散,转速为1200rpm ,时间为7min,之后再加入2-氨基-2-噻唑啉-4-羧酸0.05份和由5%氢氧化钾和5%盐酸配制而成的pH调节剂,即可得到pH为8.0的无色透明液体保护剂。
对比例5:制备保护剂
(1)制备磺酰氨基酸-胺盐:向反应容器中加入磺酰氨基酸16份和三乙醇胺24份,在72℃下反应,并以450 rpm转速搅拌12min促进溶解,形成均一的磺酰氨基酸-胺盐溶液;
(2)制备保护剂:取一定量去离子水,边搅拌边加入丙烯酸-磺酸共聚物20份和丙烯酸共聚物钠盐8份螯合剂,搅拌的转速为260rpm,然后再依次加入所述步骤(1)中制备好的磺酰氨基酸-胺盐溶液、苯并三氮唑3份、有机硼酸叔胺酯6份,搅拌混合均匀后,再加入1,2-苯并异噻唑啉-3-酮、(3-氧化苯并异噻唑啉-2-基)羧酸烷酯和2-氨基-2-噻唑啉-4-羧酸混合物0.9份和由5%氢氧化钾和5%盐酸配制而成的pH调节剂,即可得到pH为8.3的无色透明液体保护剂。
测试方法:配置500ppm的硬水,加入0.5%的保护剂,并加入黄铜、紫铜、铸铁、铸铝或塑料件材质,60℃放置10天,观察结垢状态,液体外观变化,金属和塑料件表面腐蚀情况;
测试结果如下表:
图1为向配置的500ppm的硬水中加入0.5%的本产品保护剂(右)以及未加保护剂(左),并加入洗净的空调截止阀、金属铁片密闭室温放置1个月后的结垢、腐蚀对比效果图。对比观察,未加保护剂的玻璃容器内出现大量黄色絮状物,为垢体和锈迹混合絮凝物,且金属表面出现严重腐蚀;而加入保护剂的玻璃容器内部未出现结垢和腐蚀现象,对金属件起到有效的防护效果,同时防止结垢。
上述实验发现,先加入螯合剂,后加入分散剂,具有良好的阻垢效果,如果加料顺序相反,先加分散剂,再加入螯合剂,会出现阻垢效果减弱,原因可能是螯合剂首先提供一个软水的氛围,最大程度的降低垢体的产生,分散剂将部分可能产生的垢体进行包裹和分散,两者协同作用,达到阻垢的极佳效果。
磺酰氨基酸-胺盐与苯并三氮唑的相互协同增效作用,对铸铁有优异的防腐性能,同时不会引起铝的腐蚀和变色;有机硼酸叔胺酯能够稳定产品pH值,同时具有细菌、真菌的抑制能力,对铜、铁离子具有较好的络合能力,对铸铁、碳钢有优异的防锈和防腐能力。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1. 一种用于闭式供暖系统的环保型保护剂,其特征在于,包括下列重量份的原料:丙烯酸-磺酸共聚物10-25份,丙烯酸共聚物钠盐5-10份,分散剂2-8份,磺酰氨基酸 5-20份,三乙醇胺5-30份,苯并三氮唑0.1-5份,有机硼酸叔胺酯3-8份,杀菌抑菌剂0.01-0.1份,得到的溶液用PH调节剂调制PH值为7.5-8.5。
2.根据权利要求1所述的一种用于闭式供暖系统的环保型保护剂,其特征在于,所述分散剂为聚丙烯酸钠、马来酸-丙烯酸钠盐、木质素磺酸盐中的一种或几种混合物。
3.根据权利要求1所述的一种用于闭式供暖系统的环保型保护剂,其特征在于,所述杀菌抑菌剂为对羟基苯甲酸酯类、苯甲酸及其钠盐、山梨酸及其钾盐、富马酸二甲酯、2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮、5-氯2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮、4 ,5-二氯-2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮、2-正辛基-4-异噻唑啉-3-酮、4 ,5-二氯-2-正辛基-4-异噻唑啉-3-酮、5-氯-2-正辛基-4-异噻唑啉-3-酮、1 ,2-苯并-异噻唑啉-3-酮、N-正丁基-1 ,2-苯并-异噻唑啉-3-酮、2-甲基-4 ,5亚丙基-4-异噻唑啉-3-酮中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的一种用于闭式供暖系统的环保型保护剂,其特征在于,所述PH调节剂由5%氢氧化钾和5%盐酸组成。
5.根据权利要求1-4任一项所述的一种用于闭式供暖系统的环保型保护剂的制备方法,其特征在于,具体包括以下步骤:
(1)制备磺酰氨基酸-胺盐:向反应容器中加入磺酰氨基酸和三乙醇胺,在50-80℃下反应,并搅拌促进溶解,形成均一的磺酰氨基酸-胺盐溶液;
(2)制备保护剂:取一定量去离子水,边搅拌边加入丙烯酸-磺酸共聚物和丙烯酸共聚物钠盐螯合剂,然后再依次加入所述步骤(1)中制备好的磺酰氨基酸-胺盐溶液、苯并三氮唑、有机硼酸叔胺酯,搅拌混合均匀后,加入分散剂,高速分散,之后再加入杀菌抑菌剂和pH调节剂,即可得到pH为7.5-8.5的无色至淡黄色透明液体保护剂。
6.根据权利要求5所述的一种用于闭式供暖系统的环保型保护剂的制备方法,其特征在于,所述步骤(1)中磺酰氨基酸和三乙醇胺的质量比为1:1-1.5。
7.根据权利要求5所述的一种用于闭式供暖系统的环保型保护剂的制备方法,其特征在于,所述步骤(1)中在50-80℃下反应,并以300-500 rpm转速搅拌10-30min促进溶解,形成均一的磺酰氨基酸-胺盐溶液。
8.根据权利要求5所述的一种用于闭式供暖系统的环保型保护剂的制备方法,其特征在于,所述步骤(2)中边搅拌边加入丙烯酸-磺酸共聚物和丙烯酸共聚物钠盐螯合剂,搅拌的转速为200-300rpm。
9.根据权利要求5所述的一种用于闭式供暖系统的环保型保护剂的制备方法,其特征在于,所述步骤(2)中加入分散剂,高速分散,转速为1000-1500rpm ,时间为5-10min。
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