CN113415908A - 一种改性水解聚马来酸酐水处理剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及水处理助剂的技术领域，具体公开了一种改性水解聚马来酸酐水处理剂及其制备方法。改性水解聚马来酸酐水处理剂包括以下原料制备获得：水解聚马来酸酐40份‑60份和改性剂20份‑30份，所述改性剂包括葡萄糖苷和烷基葡萄糖苷中的一种，其中烷基为甲基或十二烷基；其制备方法为：在反应时间为1‑6小时，反应温度为80‑85℃的条件下，每千克的水解聚马来酸酐与2.5‑3摩尔的改性剂反应获得。本申请的水处理剂可用于换热设备的阻垢、缓蚀，其具有在高温环境阻垢效果好的优点。
Description
技术领域
本申请涉及水处理助剂的技术领域，更具体地说，它涉及一种改性水解聚马来酸酐水处理剂及其制备方法。
背景技术
在化工生产过程中，通常需要换热设备进行换热，以保证化工生产的正常运行，换热设备中通入的循环冷却水与大气接触后，会出现结垢的情况，导致换热设备的换热效率大大降低，因此需要对换热设备中投加水处理剂，保证换热设备的正常运行。
目前，相关的水处理剂的聚合物类型分，包括顺酐系聚合物、丙烯系聚合物等，其中顺酐系聚合物包括水解聚马来酸酐，水解聚马来酸酐是以顺丁烯二酸为单体，在催化剂的作用下，经引发剂引发聚合而制备获得的一种聚合物。
针对上述中的相关技术，发明人认为水解聚马来酸酐作为水处理剂，本身具备良好的阻垢缓蚀效果，但由于水温升高，尤其在水温大于90℃后，水解聚马来酸酐的阻垢效果会出现下降。
发明内容
为了提高高温环境下水解聚马来酸酐的阻垢性能，本申请提供一种改性水解聚马来酸酐水处理剂及其制备方法。
第一方面，本申请提供一种改性水解聚马来酸酐水处理剂，采用如下的技术方案：
一种改性水解聚马来酸酐水处理剂，包括以下原料制备获得：
水解聚马来酸酐40-60份和改性剂20-30份，
所述改性剂包括葡萄糖苷和烷基葡萄糖苷中的一种，其中烷基为甲基或十二烷基。
通过采用上述技术方案，水解聚马来酸酐作为阻垢剂，水解聚马来酸酐分子中的极性基团能够在水中离解出羧酸根离子，羧酸根离子能够鳌合水中的钙、镁离子，阻止钙、镁离子与碳酸根结合，同时水解聚马来酸酐能够吸附在碳酸钙表面，将碳酸钙包裹隔离，抑制碳酸钙长大；但水解聚马来酸酐在温度大于90℃时，其在水中的阻垢效率会降低，原因是水解聚马来酸酐随温度的升高，吸附于碳酸钙表面的吸附能力会变弱，使碳酸钙容易相互粘结在一起形成水垢，导致阻垢效率降低；
通过将水解聚马来酸酐进行改性，水解聚马来酸酐中存在一些酸酐基团被葡萄糖苷打开进行接枝改性，使改性水解聚马来酸酐相较于水解聚马来酸酐带有很多羟基，使改性聚马来酸酐能更好的吸附在碳酸钙表面，抑制碳酸钙晶体成核，即使是高温环境下仍具有较好的阻垢效果，同时水解聚马来酸酐中的羧酸根能够继续解离出来鳌合钙镁离子，起到阻垢的作用。
优选的，所述改性剂为葡萄糖苷。
通过采用上述技术方案，葡萄糖苷接枝到水解聚马来酸酐需要克服空间位阻较小，所以更易与水解聚马来酸酐进行接枝，改性后水解聚马来酸酐具有良好的亲水性，在水中更易分散；同时葡萄糖苷具有良好表面活性和分散作用，接枝到水解聚马来酸酐上有助于水解聚马来酸酐中的羧酸根离子解离，更好的让羧酸根离子去鳌合水中的钙、镁离子，从而提高阻垢的效果。
优选的，所述改性水解聚马来酸酐在反应时间为1-6小时，反应温度为80-85℃的条件下，每千克的水解聚马来酸酐与2.5-3摩尔的改性剂反应获得。
通过采用上述技术方案，改性剂对水解聚马来酸酐的改性接枝量在一定范围内时，能够获得较好的阻垢性能，保证改性水解聚马来酸酐在高温下对碳酸钙更好的吸附，同时能够鳌合水中钙、镁离子，提高水处理剂的高温阻垢性能。
优选的，所述反应时间为3-4小时。
通过采用上述技术方案，在制备过程中反应时间在1-3小时内的改性接枝量较小，使制备出的改性水解聚马来酸酐阻垢性能不佳，在反应时间在4-6小时内时制备的出的改性水解聚马来酸酐的接枝量过多，导致阻垢性能不佳，在3-4小时内制备出的改性水解聚马来酸酐，其葡萄糖苷与水解聚马来酸酐的反应更好，产品的阻垢性能更佳。
优选的，还包括缓蚀剂2-4份。
通过采用上述技术方案，在改性水解聚马来酸酐水处理剂中加入缓蚀剂，使水处理剂不光具有良好的阻垢性能，同时能够减少设备的腐蚀，使改性水解聚马来酸酐水处理剂同时具有阻垢、缓蚀的效果。
优选的，所述缓蚀剂为氨基三亚甲基磷酸。
通过采用上述技术方案，通过采用上述技术方案，水解聚马来酸酐具有一定的缓蚀性能，加入氨基三亚甲基磷酸后，氨基三亚甲基磷酸与改性水解聚马来酸酐的配合性较好，氨基三亚甲基磷酸中的磷酸基团的引入，能够有效提高水处理剂的阻垢缓蚀的效果。
第二方面，本申请提供一种改性水解聚马来酸酐水处理剂的制备方法，采用如下的技术方案：
一种改性水解聚马来酸酐水处理剂的制备方法，包括以下步骤，
S1:将葡萄糖苷、水解聚马来酸酐，在80-85℃的反应温度下进行搅拌，得到改性水解聚马来酸酐。
通过采用上述技术方案，将水解聚马来酸酐与葡萄糖苷进行改性接枝，使制备出的改性水解聚马来酸酐能够在高温下仍然具有良好的阻垢效果。
一种改性水解聚马来酸酐水处理剂的制备方法，包括以下步骤，
S1:将葡萄糖苷、水解聚马来酸酐，在80-85℃的反应温度下进行搅拌，得到改性水解聚马来酸酐；
S2:将改性水解聚马来酸酐和缓蚀剂混合后得到改性水解聚马来酸酐水处理剂。
通过采用上述技术方案，将改性水解聚马来酸酐与缓蚀剂混合后制备出的水处理剂具有良好的阻垢、缓蚀的性能。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、由于本申请采用改性水解聚马来酸酐，改性水解聚马来酸酐相较于水解聚马来酸酐带有很多羟基，羟基能够与碳酸钙表面形成氢键，使改性聚马来酸酐能更好的吸附在碳酸钙表面，抑制碳酸钙晶体成核，即使是高温环境下仍具有较好的阻垢效果；
2、本申请中改性剂优选采用葡萄糖苷，由于葡萄糖苷接枝到水解聚马来酸酐需要克服空间位阻较小，所以更易与水解聚马来酸酐进行接枝，改性后水解聚马来酸酐具有良好的亲水性，在水中更易分散；同时葡萄糖苷是一种非离子表面活性剂，具有良好表面活性和分散作用，有助于水解聚马来酸酐中的羧酸根离子解离，更好的让羧酸根离子去鳌合水中的钙、镁离子，从而提高阻垢的效果；
3、本申请的方法，通过将葡萄糖苷与水解聚马来酸酐在特定温度下进行接枝改性，使改性后的水解聚马来酸酐能够在高温下更好的吸附在碳酸钙表面，抑制碳酸钙的生长团聚成垢，加入氨基三亚甲基磷酸作缓蚀剂，因此获得了阻垢、缓蚀效果好的水处理剂。
具体实施方式
原料来源：
| 名称 | 原料来源 | 牌号/型号 |
| 水解聚马来酸酐 | 河北津宏化工有限公司 | 26099-09-2 |
| 葡萄糖苷 | 武汉华翔科洁生物技术有限公司 | 129499-78-1 |
| 十二烷基葡萄糖苷 | 上海凯赛化工有限公司 | 110615-47-9 |
| 甲基葡萄糖苷 | 武汉远成共创科技有限公司 | 202-571-3 |
| 氨基三亚甲基磷酸 | 山东西亚化学工业有限公司 | 6419-19-8 |
| 苯并三氮唑 | 南京顺恒信化工有限公司 | 95-14-7 |
| 聚天冬氨酸 | 杭州品高化工有限公司 | 25608-40-6 |
实施例1
一种改性水解聚马来酸酐水处理剂，包括以下原料制备获得：
水解聚马来酸酐，
改性剂，
改性剂为葡萄糖苷和烷基葡萄糖苷中的一种，其中烷基为甲基或十二烷基，本实施例中为葡萄糖苷；
缓蚀剂，其中缓蚀剂为氨基三亚甲基磷酸，
以上改性水解聚马来酸酐水处理剂的制备方法，包括以下步骤，
S1:将25份葡萄糖苷和50份水解聚马来酸酐，在82℃的反应温度下进行搅拌3.5小时，每千克的水解聚马来酸酐与2.7摩尔的葡萄糖苷反应，得到改性水解聚马来酸酐；
S2:将改性水解聚马来酸酐和氨基三亚甲基磷酸按照50:3的比例混合后得到改性水解聚马来酸酐水处理剂。
实施例2-5
一种改性水解聚马来酸酐水处理剂，基于实施例1的基础上，其区别在于原料用量不同。
实施例1-实施例5原料用量如下表所示。
表一.实施例1-实施例5的原料用量
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | |
| 水解聚马来酸酐/kg | 50 | 40 | 45 | 55 | 60 |
| 改性剂葡萄糖苷/kg | 25 | 20 | 23 | 27 | 30 |
| 氨基三亚甲基磷酸/kg | 3 | 2 | 2.5 | 3.5 | 4 |
对比例1
一种改性水解聚马来酸酐水处理剂，基于实施例1的基础上，其区别在于改性剂的用量为0。
对实施例1-5和对比例1的改性水解聚马来酸酐水处理剂进行测试。
测试包括：
1.阻垢性能测试
按照GB/T16632-2019《水处理剂阻垢性能的测定 碳酸钙沉积法》中的方法进行测试。
对未经改性的水解聚马来酸酐进行测试，未经改性的水解聚马来酸酐的水处理剂用量为10mg/L，分别测试出水温为30℃时的阻垢率和水温为100℃时的阻垢率，并计算出阻垢衰减率；
阻垢衰减率=（30℃时的阻垢率-100℃时的阻垢率）/30℃时的阻垢率
改性水解聚马来酸酐水处理剂的阻垢衰减率的测试方式同上。
阻垢衰减率越低，说明水处理剂在高温条件的阻垢效果越好。
2.缓蚀性能测试
按照GB/T 18175-2014《水处理剂缓蚀性能的测定 旋转挂片法》中规定的方法对改性水解聚马来酸酐水处理剂进行测试。
测试结果如下表。
表二.实施例1-5和对比例1的水处理剂测试结果
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | 对比例1 | |
| 阻垢衰减率% | 10.7 | 11.33 | 11.89 | 11.67 | 11.22 | 27.8 |
实施例1-5的阻垢衰减率低于对比例1，说明在高温环境下水解聚马来酸酐具有较好的阻垢性能，故本申请中将水解聚马来酸酐进行改性，水解聚马来酸酐中存在一些酸酐基团被葡萄糖苷打开进行接枝改性，使改性水解聚马来酸酐相较于水解聚马来酸酐带有很多羟基，使改性聚马来酸酐能更好的吸附在碳酸钙表面，抑制碳酸钙晶体成核，即使是高温环境下仍具有较好的阻垢效果，同时水解聚马来酸酐中的羧酸根能够继续解离出来鳌合钙镁离子，起到阻垢的作用。
实施例6
一种改性水解聚马来酸酐水处理剂，基于实施例1的基础上，其区别在于改性剂为甲基葡萄糖苷。
实施例7
一种改性水解聚马来酸酐水处理剂，基于实施例1的基础上，其区别在于改性剂为十二烷基葡萄糖苷。
对实施例6-7的水处理剂进行测试。
测试结果如下表。
表三.实施例6-7的水处理剂的测试结果
| 实施例6 | 实施例7 | |
| 阻垢衰减率/% | 12.6 | 14 |
结合实施例1和实施例6-7并结合表二、三可以看出，实施例1的阻垢衰减率率优于实施例6-7，故本申请中葡萄糖苷接枝到水解聚马来酸酐需要克服空间位阻较小，所以更易与水解聚马来酸酐进行接枝，改性后水解聚马来酸酐具有良好的亲水性，在水中更易分散；同时葡萄糖苷具有良好表面活性和分散作用，接枝到水解聚马来酸酐上有助于水解聚马来酸酐中的羧酸根离子解离，更好的让羧酸根离子去鳌合水中的钙、镁离子，从而提高阻垢的效果。
实施例8
一种改性水解聚马来酸酐水处理剂，基于实施例1的基础上，其区别在于加入的水解聚马来酸酐和改性剂的比例不同。
对实施例8的改性水解聚马来酸酐水处理剂进行测试，分别测试每千克水解聚马来酸酐和不同摩尔量的改性剂反应制成的改性水解聚马来酸酐的阻垢衰减率。
测试如下表。
表四.实施例8的测试结果
| 实施例8/1.5-2mol的改性剂 | 实施例8/2-2.5mol的改性剂 | 实施例8/2.5-3mol的改性剂 | 实施例8/3-3.5mol的改性剂 | |
| 阻垢衰减率/% | 14.4 | 13.8 | 13.1 | 14.1 |
结合实施例1和实施例8并结合表二、四可以看出，每千克水解聚马来酸酐和2.5-3mol的改性剂反应制成的改性水解聚马来酸酐的阻垢衰减率更优，故本申请中每千克水解聚马来酸酐和2.5-3mol的改性剂反应制成的改性水解聚马来酸酐的接枝量更好，使改性剂对水解聚马来酸酐的改性接枝后，能够获得较好的阻垢性能，保证改性水解聚马来酸酐在高温下对碳酸钙更好的吸附，同时能够鳌合水中钙、镁离子，提高水处理剂的高温阻垢性能。
实施例9
一种改性水解聚马来酸酐水处理剂，基于实施例1的基础上，其区别在于水解聚马来酸酐与改性剂的反应温度不同。
对实施例9的改性水解聚马来酸酐水处理剂进行测试，分别测试不同反应温度的改性水解聚马来酸酐水处理剂的阻垢衰减率。
测试如下表。
表五.实施例9的测试结果
| 实施例9/反应温度为75-80℃ | 实施例9/反应温度为80-85℃ | 实施例9/反应温度为85-90℃ | |
| 阻垢衰减率/% | 14.1 | 12.8 | 14.2 |
结合实施例1和实施例9并结合表二、四可以看出，反应温度为80-85℃时制成的改性水解聚马来酸酐的阻垢衰减率更优，故本申请中反应温度为80-85℃时制成的改性水解聚马来酸酐接枝效果更好，从而能够获得较好的阻垢性能，保证改性水解聚马来酸酐在高温下对碳酸钙更好的吸附，同时能够鳌合水中钙、镁离子，提高水处理剂的高温阻垢性能。
实施例10
一种改性水解聚马来酸酐水处理剂，基于实施例1的基础上，其区别在于改性水解聚马来酸酐的反应时间不同。
对实施例10的改性水解聚马来酸酐水处理剂进行测试，分别测试不同反应时间的改性水解聚马来酸酐水处理剂的阻垢效果。
测试如下表。
表六.实施例10的测试结果
| 实施例10/反应1-2h | 实施例10/反应2-3h | 实施例10/反应3-4h | 实施例10/反应4-5h | 实施例10/反应5-6h | |
| 阻垢衰减率/% | 77.2 | 78.4 | 80.2 | 78.3 | 77.3 |
结合实施例1和实施例10并结合表二、六可以看出，在制备过程中反应时间在1-3小时内的改性接枝量较小，使制备出的改性水解聚马来酸酐阻垢性能不佳，在反应时间在4-6小时内时制备的出的改性水解聚马来酸酐的接枝量过多，导致阻垢性能不佳，在3-4小时内制备出的改性水解聚马来酸酐，其葡萄糖苷与水解聚马来酸酐的反应更好，产品的阻垢性能更佳。
实施例11
一种改性水解聚马来酸酐水处理剂，基于实施例1的基础上，其区别在于缓蚀剂为苯并三氮唑。
实施例12
一种改性水解聚马来酸酐水处理剂，基于实施例1的基础上，其区别在于缓蚀剂为聚天冬氨酸。
实施例13
一种改性水解聚马来酸酐水处理剂，基于实施例1的基础上，其区别在于氨基三亚甲基磷酸的用量为0。
对实施例11-13和实施例1的水处理剂进行缓蚀效果测试。
缓蚀测试中加入的水处理剂的用量为10mg/L，在水温为100℃的条件下，测试加入缓蚀剂96小时后的缓蚀率。
测试结果如下表。
表七.实施例11-13和实施例1的测试结果。
| 实施例1 | 实施例11 | 实施例12 | 实施例13 | |
| 缓蚀率/% | 78.3 | 75.3 | 76.1 | 64 |
| 阻垢衰减率/% | 10.7 | 18.6 | 18.2 | 18.9 |
结合实施例1和实施例11-12并结合表七可以看出，实施例1的缓蚀衰减性能优于实施例11-12，故本申请中在改性水解聚马来酸酐水处理剂中加入缓蚀剂，使水处理剂不光具有良好的阻垢性能，同时能够减少设备的腐蚀，使水解聚马来酸酐同时具有阻垢、缓蚀的效果。
结合实施例1和实施例13并结合表七可以看出，实施例1的缓蚀性能优于实施例13，故本申请中水解聚马来酸酐具有一定的缓蚀性能，加入氨基三亚甲基磷酸后，氨基三亚甲基磷酸与改性水解聚马来酸酐的配合性较好，氨基三亚甲基磷酸中的磷酸基团的引入，能够有效提高水处理剂的阻垢缓蚀的效果。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (8)
1.一种改性水解聚马来酸酐水处理剂，其特征在于，包括以下原料制备获得：
水解聚马来酸酐40-60份和改性剂20-30份，
所述改性剂包括葡萄糖苷和烷基葡萄糖苷中的一种，其中烷基为甲基或十二烷基。
2.根据权利要求1所述的一种改性水解聚马来酸酐水处理剂，其特征在于：所述改性剂为葡萄糖苷。
3.根据权利要求1所述的一种改性水解聚马来酸酐水处理剂，其特征在于：所述改性水解聚马来酸酐在反应时间为1-6小时，反应温度为80-85℃的条件下，每千克的水解聚马来酸酐与2.5-3摩尔的改性剂反应获得。
4.根据权利要求3所述的一种改性水解聚马来酸酐水处理剂，其特征在于：所述反应时间为3-4小时。
5.根据权利要求1所述的一种改性水解聚马来酸酐水处理剂，其特征在于：还包括缓蚀剂2-4份。
6.根据权利要求1所述的一种改性水解聚马来酸酐水处理剂，其特征在于：所述缓蚀剂为氨基三亚甲基磷酸。
7.一种权利要求1-4任意一项所述的改性水解聚马来酸酐水处理剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤，
S1:将葡萄糖苷、水解聚马来酸酐，在80-85℃的反应温度下进行搅拌，得到改性水解聚马来酸酐。
8.一种权利要求5-6任意一项所述的改性水解聚马来酸酐水处理剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤，
S1:将葡萄糖苷、水解聚马来酸酐，在80-85℃的反应温度下进行搅拌，得到改性水解聚马来酸酐；
S2:将改性水解聚马来酸酐和缓蚀剂混合后得到改性水解聚马来酸酐水处理剂。
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