CN111689588B - 一种无磷非氮阻垢分散剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无磷非氮阻垢分散剂及其制备方法，其由衣康酸、马来酸和甲基丙烯磺酸钠进行共聚所得，所述衣康酸、马来酸和甲基丙烯磺酸钠的摩尔比为2:1:1，系通过先将衣康酸和马来酸中加入一定量的去离子水，搅拌，溶解，加入过硫酸铵和异丙醇，反应，再加入甲基丙烯磺酸钠和过硫酸铵，聚合得到，本发明所提供的无磷非氮环保型阻垢分散剂，具有良好的生物降解性，优良的水处理性能，本发明所提供的制备方法，操作简单，无需加入过氧化氢，聚合时间短，合成的聚合物分子量在2000左右，具有良好的阻垢分散性能，大大提升了产品性能。

Description

一种无磷非氮阻垢分散剂及其制备方法

技术领域

本发明属于工业水处理技术领域，具体涉及一种无磷非氮阻垢分散剂及其制备方法。

背景技术

目前，由于含磷的和以石化产品为原料合成的丙烯酸类阻垢剂的长期使用，水体的富营养化和不可生物降解造成的水体和土壤污染问题日益严重，其使用受到极大的限制。

研究表明，磺酸基（-SO₃H）属于强酸基团，具有较强的亲水性，有助于难溶盐的解离，同时具有很强的抗高价金属离子的能力，所以很多研究将磺酸基团引入聚合物分子结构中，提高其阻垢分散性能。目前已有学者通过2-丙烯酰胺基-２-甲基丙磺酸(AMPS)、烯丙基磺酸钠(SAS)或苯乙烯磺酸钠(SSS)等将磺酸基引入聚合物分子中。例如：CN107857374公开了一种聚合物阻垢剂的制备方法，具体由环氧琥珀酸、衣康酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸共聚而成，但是这些聚合物单体虽然不含磷，但是含氮，在聚合物分子中引入磺酸基的同时亦引入了氮元素，长期使用亦会造成水体富营养化；或合成的含磺酸基聚合物降解性能差，长期使用将对土壤和水体环境造成污染。本研究团队在CN109942761公开了一种含磺酸基的环氧琥珀酸聚合物及其制备方法，由单体环氧琥珀酸、衣康酸和甲基丙烯磺酸钠进行共聚得到，虽然得到的聚合物不含磷和氮，但是制备过程复杂，聚合时间长。

有鉴于此，需要发明一种新的无磷非氮型可生物降解的阻垢分散剂，具备良好的水处理性能。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种无磷非氮环保型阻垢分散剂，其具备生物降解性良好的特点，并同时提供其制备方法。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：

本发明一方面提供了一种无磷非氮阻垢分散剂，其由衣康酸、马来酸和甲基丙烯磺酸钠进行共聚所得，所述衣康酸、马来酸和甲基丙烯磺酸钠的摩尔比为2:1:1。

本发明另一方面提供了上述无磷非氮阻垢分散剂的制备方法，具体包括如下步骤：

(1)将衣康酸和马来酸中加入一定量的去离子水，搅拌，溶解，加入过硫酸铵和异丙醇，加热至75~85℃，反应1~2h；

(2)加入甲基丙烯磺酸钠和过硫酸铵，溶解后，加热至90±5℃，反应1.5~2h，降至室温，得到浅黄色衣康酸/马来酸/甲基丙烯磺酸钠聚合物溶液。

作为本发明的一些优选实施方案，所述步骤(1)中过硫酸铵的加入量为衣康酸和马来酸总质量的4~7%。

作为本发明的一些优选实施方案，所述步骤(1)中异丙醇的加入量为衣康酸和马来酸总质量的8~12%。

作为本发明的一些优选实施方案，所述步骤(2)中过硫酸铵的加入量为甲基丙烯磺酸钠的1.8~2.2wt%。

作为本发明的一些优选实施方案，具体包括如下步骤：

(1)将衣康酸和马来酸中加入一定量的去离子水，搅拌，溶解，加入相当于衣康酸和马来酸总质量5%的过硫酸铵和10%的异丙醇，加热至80℃，反应2h；

(2) 加入与马来酸相同摩尔数的甲基丙烯磺酸钠，同时加入甲基丙烯磺酸钠质量分数2%的过硫酸铵，溶解后，加热至90℃，反应2h，降至室温，得到浅黄色衣康酸/马来酸/甲基丙烯磺酸钠聚合物溶液。

本发明再一方面提供了上述无磷非氮环保型阻垢分散剂在工业水处理中的应用。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：

本发明所提供的无磷非氮环保型阻垢分散剂，具有良好的生物降解性，优良的水处理性能。

本发明所提供的制备方法，操作简单，无需加入过氧化氢，聚合时间短，合成的聚合物分子量在2000左右，具有良好的阻垢分散性能，大大提升了产品性能。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合具体实施例对发明进行清楚、完整的描述。

实施例1

在配有冷凝管、温度计装置的四口烧瓶内，加入摩尔比为2:1的衣康酸IA马来酸MA，加入一定量的去离子水，去离子水的加入量为衣康酸和马来酸总质量的2倍，搅拌，溶解。然后加入相当于衣康酸和马来酸总质量分数5%的催化剂过硫酸铵以及相当于IA和MA总质量分数10%的链转移剂异丙醇，水浴加热至80℃，反应2h。加入与马来酸相同摩尔数的甲基丙烯磺酸钠SMAS，同时加入甲基丙烯磺酸钠SMAS质量分数2%的过硫酸铵和相当于甲基丙烯磺酸钠SMAS质量2倍的去离子水，溶解后，将水浴温度升至90℃后，继续反应2h，然后冷却到室温，即得到浅黄色IA/MA/SMAS聚合物溶液。

实施例2

在配有冷凝管、温度计装置的四口烧瓶内，加入摩尔比为2:1的衣康酸（IA）马来酸（MA），加入一定量的去离子水，去离子水的加入量为衣康酸和马来酸总质量的2倍，搅拌，溶解。然后加入相当于IA和MA总质量分数4%的催化剂过硫酸铵和相当于IA和MA总质量分数12%的链转移剂异丙醇，水浴加热至85℃，反应1.5h。加入与MA相同摩尔数的甲基丙烯磺酸钠（SMAS），同时加入甲基丙烯磺酸钠质量分数2.2%的过硫酸铵和相当于甲基丙烯磺酸钠SMAS质量2倍的去离子水，溶解后，将水浴温度升至90℃后，继续反应2h，然后冷却到室温，即得到浅黄色IA/MA/SMAS聚合物溶液。

实施例3

在配有冷凝管、温度计装置的四口烧瓶内，加入摩尔比为2:1的衣康酸（IA）马来酸（MA），加入一定量的去离子水，去离子水的加入量为衣康酸和马来酸总质量的2倍，搅拌，溶解。然后加入相当于IA和MA总质量分数7%的催化剂过硫酸铵和相当于IA和MA总质量分数8%的链转移剂异丙醇，水浴加热至75℃，反应2h。加入与MA相同摩尔数的甲基丙烯磺酸钠（SMAS），同时加入甲基丙烯磺酸钠质量分数1.8%的过硫酸铵和相当于甲基丙烯磺酸钠SMAS质量2倍的去离子水，溶解后，将水浴温度升至90℃后，继续反应1.5h，然后冷却到室温，即得到浅黄色IA/MA/SMAS聚合物溶液。

对比例1

在配有冷凝管、温度计装置的四口烧瓶内，加入摩尔比为2:1:1的衣康酸（IA）、马来酸（MA）和甲基丙烯磺酸钠（SMAS），加入一定量的去离子水，去离子水的加入量为衣康酸和马来酸总质量的2倍，搅拌，溶解。然后加入相当于IA和MA总质量分数5%的催化剂过硫酸铵和相当于IA和MA总质量分数10%的链转移剂异丙醇，水浴加热至80℃，反应2h。再加入甲基丙烯磺酸钠质量分数2%的过硫酸铵相当于甲基丙烯磺酸钠SMAS质量2倍的去离子水，溶解后，将水浴温度升至90℃后，继续反应2h，然后冷却到室温，得到产物。

对比例2

在配有冷凝管、温度计装置的四口烧瓶内，加入摩尔比为2:1:1的衣康酸（IA）、马来酸（MA）和甲基丙烯磺酸钠（SMAS），加入一定量的去离子水，去离子水的加入量为衣康酸和马来酸总质量的2倍，搅拌，溶解。然后加入相当于IA、MA和SMAS总质量分数6.5%的催化剂过硫酸铵和相当于IA和MA总质量分数10%的链转移剂异丙醇，水浴加热至90℃，继续反应4h，然后冷却到室温，即得到浅黄色IA/MA/SMAS聚合物溶液。

对比例3

称取一定量衣康酸（IA）、马来酸（MA）和甲基丙烯磺酸钠（SMAS）比例为IA：MA：SMAS=2:1:1，加入四口烧瓶中，并加入一定量的蒸馏水，蒸馏水的加入量为IA、MA和SMAS总质量的2倍，过硫酸铵的加入量为原料总质量的5%，异丙醇的加入量为原料总质量的10%，水浴加热至96℃，用两台注射泵同时滴加浓度为20%的亚硫酸氢钠溶液和浓度为30%的双氧水，亚硫酸氢钠溶液和双氧水的加入量均为原料总质量20%。设定滴加速度，使二者在1.5内同时滴加完毕。在96℃下继续保 温反应4小时，降至室温后，得到产物。

对比例4

在配有冷凝管、温度计装置的四口烧瓶内按摩尔比为2:1:1的IA、MA 、SMAS，10mL去离子水溶解，同时加入相当于原料总质量分数5%催化剂硫酸亚铁铵，微博辐射加热，同时分别滴加浓度为20%的的引发剂过氧化氢和浓度为30% 的亚硫酸氢钠的混合液及分子链转移剂异丙醇，异丙醇的加入量为原料总质量的10%，在3h内滴完。反应完毕后，将部分异丙醇减压蒸馏分出，丙酮洗涤提纯得浅黄色粘稠液体。

效果例1

对于实施例和对比例得到的产物，分别进行了阻垢性能和分散性能评定。其中，对药剂阻碳酸钙垢和阻磷酸钙垢的性能分别按照GB/T16632-2008《水处理剂阻垢性能的测定-碳酸钙沉积法》和GB/T22626-2008 《水处理剂阻垢性能的测定-磷酸钙沉积法》 进行评定；分散性能通过测定药剂对氧化铁的分散性能进行评定（以蒸馏水透光率100%为标准，透光率越小，分散性能越好）；生物降解性能按照 OECD301B 标准方法进行评定，10d 生物降解率大于10%、28d 生物降解率大于60%为易生物降解。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。

Claims (3)

1.一种无磷非氮阻垢分散剂的制备方法，其特征在于，其由衣康酸、马来酸和甲基丙烯磺酸钠进行共聚所得，所述衣康酸、马来酸和甲基丙烯磺酸钠的摩尔比为2:1:1，具体包括如下步骤：

(1)将衣康酸和马来酸中加入一定量的去离子水，搅拌，溶解，加入过硫酸铵和异丙醇，加热至75~85℃，反应1~2h；

(2)加入甲基丙烯磺酸钠和过硫酸铵，溶解后，加热至90±5℃，反应1~2h，降至室温，得到浅黄色衣康酸/马来酸/甲基丙烯磺酸钠聚合物溶液；

所述步骤(1)中过硫酸铵的加入量为衣康酸和马来酸总质量的4~7%；所述步骤(2)中过硫酸铵的加入量为甲基丙烯磺酸钠的1.8~2.2wt%；

所述步骤(1)中异丙醇的加入量为衣康酸和马来酸总质量的8~12%。

2.据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

(1)将衣康酸和马来酸中加入一定量的去离子水，搅拌，溶解，加入相当于衣康酸和马来酸总质量5%的过硫酸铵和10%的异丙醇，加热至80℃，反应2h；

(2) 加入与马来酸相同摩尔数的甲基丙烯磺酸钠，同时加入甲基丙烯磺酸钠质量分数2%的过硫酸铵，溶解后，加热至90℃，反应2h，降至室温，得到浅黄色衣康酸/马来酸/甲基丙烯磺酸钠聚合物溶液。

3.一种如权利要求1或2所制备的无磷非氮阻垢分散剂在工业水处理中的应用。