CN110040857A - 一种无磷绿色缓蚀阻垢剂及其制备方法 - Google Patents

一种无磷绿色缓蚀阻垢剂及其制备方法 Download PDF

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CN110040857A CN201910295728.4A CN201910295728A CN110040857A CN 110040857 A CN110040857 A CN 110040857A CN 201910295728 A CN201910295728 A CN 201910295728A CN 110040857 A CN110040857 A CN 110040857A
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钟奇军
周卫华
陈谦
王小东
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    • C02F5/08—Treatment of water with complexing chemicals or other solubilising agents for softening, scale prevention or scale removal, e.g. adding sequestering agents
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Abstract

本发明涉及一种无磷绿色缓蚀阻垢剂及其制备方法，按照重量份数计包括：聚环氧琥珀酸30‑40份、葡萄糖酸钠10‑20份、水溶性聚马来酸酐10‑15份、木质素磺酸盐15‑20份、聚丙烯酸钠10‑15份、水20‑25份。聚环氧琥珀酸具有阻垢和缓蚀双重作用，和水溶聚马来酸酐以及聚丙烯酸钠复配形成阻垢剂，对水中的金属离子有阻垢作用。葡萄糖酸钠作为水质稳定剂也可以阻垢。木质素磺酸钠具有分散作用，其具有磺酸根离子，丰富阻垢官能团种类，同时弥补聚环氧琥珀酸的溶限效应，提高阻垢剂的整体的阻垢缓蚀能力。阻垢剂中不含磷对环境无污染。

Description

一种无磷绿色缓蚀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，尤其涉及一种无磷绿色缓蚀阻垢剂及其制备方法。
背景技术
工业生产中常用到循环冷却水系统，在使用过程中由于水分的蒸发和pH的变化、温度升高等因素的影响，水中含有的碱土金属阳离子如Ca2+、Mg2+、Ba2+等会和水中的SO4 2-、CO3 2-、HCO3 -、OH-、PO4 3-、SiO3 2-等阴离子生成难溶性无机盐，在管道和热交换器表面沉积成垢，形成俗称的水垢，容易导致水管和热交换器传热效率降低及腐蚀。解决上述循环冷却水系统中成垢问题的方法是采用添加阻垢剂，阻垢剂具有能阻止或干扰难溶性无机盐在容器表面沉淀、结构的功能。
目前，有机磷酸阻垢剂特别是有机多元磷酸及其盐具有化学性能稳定、耐高温、耐较高pH以及明显的“溶限效应”和“协同效应”等特点，因此被广泛应用。但是含磷水处理剂不易降解或者降解释放出无机磷，使循环冷却水系统排出的水中含磷，会造成严重的环境污染，使水体富营养化、水质恶化。
发明内容
本发明的目的一是提供一种无磷绿色缓蚀阻垢剂，不含磷对环境无污染。
本发明的上述目的是通过以下技术方案得以实现的：一种无磷绿色缓蚀阻垢剂，按照重量份数计包括如下组分：
聚环氧琥珀酸 30-40份
葡萄糖酸钠 10-20份
水溶性聚马来酸酐 10-15份
木质素磺酸盐 15-20份
聚丙烯酸钠 10-15份
水 20-25份。
通过采用上述技术方案，聚环氧琥珀酸具有阻垢和缓蚀双重作用，和水溶性聚马来酸酐以及聚丙烯酸钠复配形成阻垢剂，对水中的金属离子有阻垢作用。葡萄糖酸钠作为水质稳定剂也可以阻垢。木质素磺酸钠具有分散作用，其具有磺酸根离子，丰富阻垢官能团种类，同时弥补聚环氧琥珀酸的溶限效应，提高阻垢剂的整体的阻垢缓蚀能力。阻垢剂中不含磷对环境无污染。
本发明进一步设置为：所述木质素磺酸盐的分子量为1000-2000。
通过采用上述技术方案，使木质素磺酸盐具有较好的溶解性和分散作用。
本发明进一步设置为：所述木质素磺酸盐和聚环氧琥珀酸的重量比为1:1.5-1:2。
通过采用上述技术方案，使复配具有较强的增效作用，使复配后的阻垢剂具有较强的阻垢作用。
本发明进一步设置为：所述聚丙烯酸钠的分子量为1000-2000。
通过采用上述技术方案，使聚丙烯酸钠在水中具有较好的溶解性和分散性，避免分子量过大和金属离子络合出现絮凝沉淀，影响阻垢剂的阻垢的效果。
本发明进一步设置为：所述水溶性聚马来酸酐的分子量为400-800。
通过采用上述技术方案，水溶性聚马来酸酐为液体，方便加工配制成阻聚剂，且具有较好的阻垢和缓蚀性能。
本发明进一步设置为：还包括水溶性锌盐3-5份。
通过采用上述技术方案，水溶性锌盐和水溶性聚马来酸酐复配，具有增效的作用，增加水溶性聚马来酸酐的缓蚀作用。
本发明进一步设置为：所述水溶性锌盐为氯化锌。
通过采用上述技术方案，氯化锌便宜易得，成本低，适合工业生产以及生产阻垢剂。
本发明的目的二是提供一种制备上述无磷绿色缓蚀阻垢剂的方法。
本发明的目的二是通过以下技术方案实现的：一种制备上述无磷绿色缓蚀阻垢剂的方法，包括如下步骤：
(1)、将木质素磺酸盐和水溶性锌盐加入到水中，400-600r/min搅拌至木质素磺酸盐和水溶性锌盐完全溶解；
(2)、将聚丙烯酸钠和葡萄糖酸钠依次加入到步骤(1)制备的溶液中，继续搅拌至聚丙烯酸钠和葡萄糖酸钠完全溶解；
(3)、将聚环氧琥珀酸和水溶性聚马来酸酐加入步骤(2)制备的溶液中，混合均匀。
通过采用上述技术方案，木质素磺酸钠具有分散作用，利于后续加入的组分的快速溶解和分散。制备方法简单，适合工业化生产。
综上所述，本发明的有益技术效果为：
1、通过复配木质素磺酸钠、水溶性马来酸酐等，增加阻垢剂的阻垢和缓蚀能力，弥补聚环氧琥珀酸对硫酸钙的沉积的溶限效应，且阻垢剂无磷对环境无污染；
2、在阻聚剂中复配水溶性锌盐对水溶性聚马来酸酐进行缓蚀增效，增加阻垢剂的阻垢功能；
3、阻垢剂中的各组分易溶解于水中，便于制备出无磷绿色缓蚀阻垢剂，且制备的成品使用简单方便。
具体实施方式
实施例1
一种无磷绿色缓蚀阻垢剂，制备方法包括如下步骤：
(1)、将17份分子量为1000-2000的木质素磺酸钠和4份氯化锌加入到20份水中，600r/min的搅拌速度下搅拌至木质素磺酸钠和氯化锌完全溶解；
(2)、将12份分子量为1000-2000的聚丙烯酸钠和18份葡萄糖酸钠依次加入到步骤(1)制备的溶液中，继续搅拌至聚丙烯酸钠和葡萄糖酸钠完全溶解；
(3)、将34份分子量为400-800的聚环氧琥珀酸和15份分子量为400-800的水溶性聚马来酸酐加入步骤(2)制备的溶液中，混合均匀。
实施例2
实施例2与实施例1的区别在于：
加入的木质素磺酸钠的重量份数为15份。
实施例3
实施例3与实施例1的区别在于：
加入的木质素磺酸钠的重量份数为19份。
实施例4
实施例4与实施例1的区别在于：
加入的木质素磺酸钠的重量份数为20份。
实施例5
实施例5与实施例1的区别在于：
加入的木质素磺酸钠的分子量为2000-4000。
实施例6
实施例6与实施例1的区别在于：
加入的木质素磺酸钠的分子量为4000-6000。
实施例7
实施例7与实施例1的区别在于：
加入的木质素磺酸钠的分子量为6000-8000。
对比例1
对比例1与实施例1的区别在于：
加入的木质素磺酸钠的重量份数为13份。
对比例2
对比例2与实施例1的区别在于：
加入的木质素磺酸钠的重量份数为23份。
对比例3
对比例3与实施例1的区别在于：
加入的木质素磺酸钠的重量份数为0份。
实施例8
实施例8与实施例1的区别在于：
加入的聚环氧琥珀酸钠的重量份数为36份，木质素磺酸钠和聚环氧琥珀酸钠的重量份数比约为1:2.1。
实施例9
实施例9与实施例1的区别在于：
加入的聚环氧琥珀酸钠的重量份数为32份，木质素磺酸钠和聚环氧琥珀酸钠的重量份数比约为1:1.9。
实施例10
实施例10与实施例1的区别在于：
加入的聚环氧琥珀酸钠的重量份数为32份，木质素磺酸钠和聚环氧琥珀酸钠的重量份数比约为1:1.7。
实施例11
实施例11与实施例1的区别在于：
加入的聚环氧琥珀酸钠的重量份数为30份，木质素磺酸钠和聚环氧琥珀酸钠的重量份数比约为1:1.5。
对比例4
对比例4与实施例1的区别在于：
加入的聚环氧琥珀酸钠的重量份数为28份，木质素磺酸钠和聚环氧琥珀酸钠的重量份数比约为1:1.4。
实施例12
实施例12与实施例1的区别在于：
加入的聚丙烯酸钠的重量份数为10份。
实施例13
实施例13与实施例1的区别在于：
加入的聚丙烯酸钠的重量份数为14份。
实施例14
实施例14与实施例1的区别在于：
加入的聚丙烯酸钠的重量份数为15份。
实施例15
实施例15与实施例1的区别在于：
加入的聚丙烯酸钠的分子量为2000-4000。
实施例16
实施例16与实施例1的区别在于：
加入的聚丙烯酸钠的分子量为4000-6000。
实施例17
实施例17与实施例1的区别在于：
加入的聚丙烯酸钠的分子量为6000-8000。
对比例5
对比例5与实施例1的区别在于：
加入的聚丙烯酸钠的重量份数为8份。
对比例6
对比例6与实施例1的区别在于：
加入的聚丙烯酸钠的重量份数为17份。
对比例7
对比例7与实施例1的区别在于：
加入的聚丙烯酸钠的重量份数为0份。
实施例18
实施例18与实施例1的区别在于：
加入的葡萄糖酸钠的重量份数为10份。
实施例19
实施例19与实施例1的区别在于：
加入的葡萄糖酸钠的重量份数为13份。
实施例20
实施例20与实施例1的区别在于：
加入的葡萄糖酸钠的重量份数为16份。
实施例21
实施例21与实施例1的区别在于：
加入的葡萄糖酸钠的重量份数为20份。
对比例8
对比例8与实施例1的区别在于：
加入的葡萄糖酸钠的重量份数为8份。
对比例9
对比例9与实施例1的区别在于：
加入的葡萄糖酸钠的重量份数为22份。
对比例10
对比例10与实施例1的区别在于：
加入的葡萄糖酸钠的重量份数为0份。
实施例22
实施例22与实施例1的区别在于：
加入的聚环氧琥珀酸的重量份数为30份。
实施例23
实施例23与实施例1的区别在于：
加入的聚环氧琥珀酸的重量份数为35份，分子量1000-2000。
实施例24
实施例24与实施例1的区别在于：
加入的聚环氧琥珀酸的重量份数为38份，分子量2000-4000。
实施例25
实施例25与实施例1的区别在于：
加入的聚环氧琥珀酸的重量份数为40份，分子量4000-6000。
对比例11
对比例11与实施例1的区别在于：
加入的聚环氧琥珀酸的重量份数为28份，分子量6000-8000。
对比例12
对比例12与实施例1的区别在于：
加入的聚环氧琥珀酸的重量份数为42份。
实施例26
实施例26与实施例1的区别在于：
加入的水溶性聚马来酸酐的重量份数为10份。
实施例27
实施例27与实施例1的区别在于：
加入的水溶性聚马来酸酐的重量份数为12份。
实施例28
实施例28与实施例1的区别在于：
加入的水溶性聚马来酸酐的重量份数为14份。
实施例29
实施例29与实施例1的区别在于：
加入的水溶性聚马来酸酐的分子量为800-1000。
实施例30
实施例30与实施例1的区别在于：
加入的水溶性聚马来酸酐的分子量为1000-1500。
对比例13
对比例13与实施例1的区别在于：
加入的水溶性聚马来酸酐的重量份数为8份。
对比例14
对比例14与实施例1的区别在于：
加入的水溶性聚马来酸酐的重量份数为17份。
对比例15
对比例15与实施例1的区别在于：
加入的水溶性聚马来酸酐的重量份数为0份。
实施例31
实施例31与实施例1的区别在于：
加入的水溶性锌盐为硫酸锌。
实施例32
实施例32与实施例1的区别在于：
加入的氯化锌的重量份数为2份。
实施例33
实施例33与实施例1的区别在于：
加入的氯化锌的重量份数为3份。
实施例34
实施例34与实施例1的区别在于：
加入的氯化锌的重量份数为5份。
实施例35
实施例35与实施例1的区别在于：
加入的氯化锌的重量份数为6份。
实施例36
实施例36与实施例1的区别在于：
加入的氯化锌的重量份数为0份。
对比例16
对比例16与实施例1的区别在于：
加入水溶性聚马来酸酐的重量份数为0份，加入的氯化锌的重量份数为0份。
实施例37
实施例37与实施例1的区别在于：
加入的水的重量份数为22份。
实施例38
实施例38与实施例1的区别在于：
加入的水的重量份数为24份，搅拌速度为500r/min。
实施例39
实施例39与实施例1的区别在于：
加入的水的重量份数为25份，搅拌速度为400r/min。
对比例17
对比例17与实施例1的区别在于：
加入的水的重量份数为18份，搅拌速度为300r/min。
对比例18
对比例18与实施例1的区别在于：
加入的水的重量份数为27份，搅拌速度为800r/min。
对比例19
对比例19和实施例1的区别在于：
仅包括34份聚环氧琥珀酸和10份水。
对比例20
对比例20和实施例1的区别在于：
仅包括40份聚环氧琥珀酸和10份水。
对比例21
对比例21和实施例1的区别在于：
仅包括45份聚环氧琥珀酸和10份水。
对比例22
对比例22和实施例1的区别在于：
仅包括50份聚环氧琥珀酸和10份水。
对比例23
对比例23和实施例1的区别在于：
仅包括55份聚环氧琥珀酸和10份水。
对比例24
对比例24和实施例1的区别在于：
仅包括60份聚环氧琥珀酸和10份水。
对实施例1-39和对比例1-24制备的阻垢剂进行性能测试。具体性能见表1-10。
其中，根据GB/T16632-2008采用静态阻垢法测定阻垢剂的阻垢率，实验水温80℃；根据GB/T18175-2000旋转挂片法进行缓蚀性能测试，对不锈钢进行实验，实验水温为80℃，转速75转/分，运行72h。
表1 实施1-7以及对比例1-3制备的阻垢剂的实验结果
由表1可知，木质素磺酸钠的分子量越小，其阻垢缓蚀效果越好，分子量为1000-2000的木质素磺酸钠对聚环氧琥珀酸的协同效果较好。
表2 实施例1、8-11以及对比例4制备的阻垢剂的实验结果
结合表1和表2可知，木质素磺酸钠的协同作用和增效作用在木质素磺酸钠和聚环氧琥珀酸的重量比为1:1.5-1:2的范围内的效果较好。
表3 实施例1、12-17以及对比例5-7制备的阻垢剂的实验结果
用量(ppm) 阻垢率(％) 腐蚀速率(mm/a) 现象
实施例1 50 99.7 0.0019 光亮，有彩虹膜
实施例12 50 98.3 0.0030 光亮，有彩虹膜
实施例13 50 99.5 0.0023 光亮，有彩虹膜
实施例14 50 99.2 0.0025 光亮，有彩虹膜
实施例15 50 98.5 0.0028 光亮，有彩虹膜
实施例16 50 97.4 0.0036 光亮，有彩虹膜
实施例17 50 96.9 0.0038 光亮，有彩虹膜
对比例5 50 97.9 0.0034 光亮，有彩虹膜
对比例6 50 98.9 0.0022 光亮，有彩虹膜
对比例7 50 93.4 0.0042 光亮，有彩虹膜
由表3可知，聚丙烯酸钠的加入有增效作用。由于聚合物的结构的影响，聚丙烯酸钠的分子量相对较小时增效作用较好。
表4 实施例1、18-21以及对比例8-10制备的阻垢剂的实验结果
用量(ppm) 阻垢率(％) 腐蚀速率(mm/a) 现象
实施例1 50 99.7 0.0019 光亮，有彩虹膜
实施例18 50 97.9 0.0033 光亮，有彩虹膜
实施例19 50 98.1 0.0027 光亮，有彩虹膜
实施例20 50 98.8 0.0025 光亮，有彩虹膜
实施例21 50 99.0 0.0027 光亮，有彩虹膜
对比例8 50 96.9 0.0032 光亮，有彩虹膜
对比例9 50 97.5 0.0035 光亮，有彩虹膜
对比例10 50 94.0 0.0039 光亮，有彩虹膜
由表4可知，葡萄糖酸钠作为稳定剂，其包含有阻垢的阴离子基团，可以对阻垢剂有协同增效作用。
表5 实施例1、22-25以及对比例11-12制备的阻垢剂的实验结果
用量(ppm) 阻垢率(％) 腐蚀速率(mm/a) 现象
实施例1 50 99.7 0.0019 光亮，有彩虹膜
实施例22 50 99.3 0.0021 光亮，有彩虹膜
实施例23 50 99.0 0.0023 光亮，有彩虹膜
实施例24 50 98.7 0.0028 光亮，有彩虹膜
实施例25 50 98.1 0.0032 光亮，有彩虹膜
对比例11 50 95.9 0.0039 光亮，有彩虹膜
对比例12 50 98.9 0.0030 光亮，有彩虹膜
由表5可知，聚环氧琥珀酸具有阻垢和缓蚀效果，且和聚环氧琥珀酸的分子量有关，分子量相对较小的聚环氧琥珀酸的阻垢和缓蚀效果较好。
表6 实施例1、26-30以及对比例13-15制备的阻垢剂的实验结果
由表6可知，水溶性聚马来酸酐可以增加阻垢剂的阻垢和缓蚀效果，且分子量较小时增效和协同作用较好。
表7 实施例1、31-36以及对比例16制备的阻垢剂的实验结果
用量(ppm) 阻垢率(％) 腐蚀速率(mm/a) 现象
实施例1 50 99.7 0.0019 光亮，有彩虹膜
实施例31 50 90.3 0.0048 光亮，有彩虹膜
实施例32 50 97.1 0.0034 光亮，有彩虹膜
实施例33 50 98.5 0.0028 光亮，有彩虹膜
实施例34 50 98.4 0.0028 光亮，有彩虹膜
实施例35 50 96.3 0.0037 光亮，有彩虹膜
实施例36 50 90.1 0.0048 光亮，有彩虹膜
对比例16 50 88.2 0.0049 光亮，有彩虹膜
由表7可知，水溶性锌盐尤其是氯化锌的加入可以提高聚马来酸酐以及整个阻垢剂的缓蚀作用，加入过多由于和钙离子等接触的几率变大，存在出现反作用的可能性的几率变大。
表8 实施例1、37-39以及对比例17、18制备的阻垢剂的实验结果
用量(ppm) 阻垢率(％) 腐蚀速率(mm/a) 现象
实施例1 50 99.7 0.0019 光亮，有彩虹膜
实施例31 50 90.3 0.0048 光亮，有彩虹膜
实施例32 50 97.1 0.0034 光亮，有彩虹膜
实施例33 50 98.5 0.0028 光亮，有彩虹膜
实施例34 50 98.4 0.0028 光亮，有彩虹膜
实施例35 50 96.3 0.0037 光亮，有彩虹膜
实施例36 50 90.1 0.0048 光亮，有彩虹膜
对比例16 50 88.2 0.0049 光亮，有彩虹膜
由表8可知，在制备阻垢剂的过程中加入的水的比例会影响阻垢剂中的有效成分的含量。
表9 实施例1以及对比例3、7、10、15、16、19-24制备的阻垢剂的实验结果
结合表1-9可知，木质素磺酸钠、聚丙烯酸钠、葡萄糖酸钠、水溶性马来酸酐的加入增加阻垢官能团的种类，对聚环氧琥珀酸的阻垢缓蚀有协同和增效作用，且可以弥补聚环氧琥珀酸的溶限效应。
表10 实施例1制备的阻垢剂不同用量的实验结果
用量(ppm) 阻垢率(％) 腐蚀速率(mm/a) 现象
20 89.5 0.0039 有锈蚀
40 97.7 0.0028 光亮，有彩虹膜
50 99.7 0.0019 光亮，有彩虹膜
80 99.8 0.0019 光亮，有彩虹膜
100 99.8 0.0018 光亮，有彩虹膜
由表10可知，由实施例1制备的阻垢剂的有效使用量为50ppm时即具有有效的阻垢效果。
本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种无磷绿色缓蚀阻垢剂，其特征在于，按照重量份数计包括如下组分：
聚环氧琥珀酸 30-40份
葡萄糖酸钠 10-20份
水溶性聚马来酸酐 10-15份
木质素磺酸盐 15-20份
聚丙烯酸钠 10-15份
水 20-25份。
2.根据权利要求1所述的一种无磷绿色缓蚀阻垢剂，其特征在于，所述木质素磺酸盐的分子量为1000-2000。
3.根据权利要求1或2所述的一种无磷绿色缓蚀阻垢剂，其特征在于，所述木质素磺酸盐和聚环氧琥珀酸的重量比为1:1.5-1:2。
4.根据权利要求1所述的一种无磷绿色缓蚀阻垢剂，其特征在于，所述聚丙烯酸钠的分子量为1000-2000。
5.根据权利要求1所述的一种无磷绿色缓蚀阻垢剂，其特征在于，所述水溶性聚马来酸酐的分子量为400-800。
6.根据权利要求1所述的一种无磷绿色缓蚀阻垢剂，其特征在于，还包括水溶性锌盐3-5份。
7.根据权利要求6所述的一种无磷绿色缓蚀阻垢剂，其特征在于，所述水溶性锌盐为氯化锌。
8.一种制备如权利要求6所述的无磷绿色缓蚀阻垢剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）、将木质素磺酸盐和水溶性锌盐加入到水中，以400-600r/min搅拌至木质素磺酸盐和水溶性锌盐完全溶解；
（2）、将聚丙烯酸钠和葡萄糖酸钠依次加入到步骤（1）制备的溶液中，继续搅拌至聚丙烯酸钠和葡萄糖酸钠完全溶解；
（3）、将聚环氧琥珀酸和水溶性聚马来酸酐加入步骤（2）制备的溶液中，混合均匀。
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