CN115159699A - 一种阻垢复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种阻垢复合材料及其制备方法，按质量百分比计，包括：阻垢剂32‑50％；无机载体50‑68％；或按质量百分比计，包括：阻垢剂30‑50％；无机载体50‑68％；粘结剂0.6‑2％；其中，所述阻垢剂由有机膦类阻垢剂或分散剂与碳酸盐或碳酸氢盐和氯化钙反应得到。在氢键的作用下将原本易容于水的阻垢剂强有力的嫁接在载体表面，从而实现遇水微溶，并产生出大量的活性阻垢因子，使各种成垢因子无法结合，从而达到微量高效的阻垢性能。同时，所选原材料简单易取，合成工艺再生污染小，符合绿色环保路径，十分利于工业化,且所得阻垢复合材料适用面广、阻垢性能佳，能被普遍推广使用。

Description

一种阻垢复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及阻垢剂技术领域，尤其涉及一种阻垢复合材料及其制备方法。
背景技术
固体缓释阻垢剂是将液体阻垢剂、粘结剂、骨架材料、填充剂、分散剂等药剂按比例混合后造粒而成，根据不同的成型方法可以得到各种不同形状的缓释固体阻垢材料，但要在应用中取得了一定的缓释效果，固体缓释阻垢剂在水中长期浸泡，要求其耐泡、耐冲刷不崩塌的性能尤为关键；同时，控制阻垢活性成分的缓释性能是控制其使用寿命的关键。尤其是阻垢活性成分的溶解造成的阻垢剂集中突释和有效期过短，是目前需要改善的主要问题。
因此，如何开发出一种缓释效果好投加量少、易实现产业化的固体阻垢剂是业内有待解决的问题。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种阻垢复合材料及其制备方法，旨在解决现有固体阻垢剂缓释效果差导致阻垢剂投加量多的问题。
一种阻垢复合材料，其中，按质量百分比计，包括：阻垢剂32-50％；无机载体50-68％；其中，所述阻垢剂由有机膦类阻垢剂或阻垢分散剂与氯化钙和碳酸盐或碳酸氢盐反应得到。
一种阻垢复合材料，其中，按质量百分比计，包括：阻垢剂30-50％；无机载体50-68％；粘结剂0.6-2％；其中，所述阻垢剂由有机膦类阻垢剂或阻垢分散剂与氯化钙和碳酸盐或碳酸氢盐反应得到。
可选地，所述的阻垢复合材料，其中，所述有机膦类阻垢剂选自氨基三甲叉膦酸、羟基亚乙基二膦酸、2-膦酸基丁烷-1，2，4-三羧酸、2-羟基膦酰基乙酸、二乙烯三胺五甲叉膦酸和乙二胺四甲叉膦酸钠中的一种或多种。
可选地，所述的阻垢复合材料，其中，所述阻垢分散剂为聚羧酸类阻垢剂分散剂；所述所述碳酸盐为碳酸钠或碳酸钾中的其中一种，或碳酸氢钠或碳酸氢钾中的其中一种。
可选地，所述的阻垢复合材料，其中，所述聚羧酸类阻垢剂分散剂选自丙烯酸-丙烯酸酯-磺酸盐三元共聚物、丙烯酸-丙烯酸羟丙酯共聚物、丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物、马来酸-丙烯酸共聚物、水解聚马来酸酐和聚丙烯酸中的一种或多种。
可选地，所述的阻垢复合材料，其中，所述粘结剂选自聚乙烯醇、环氧树脂和聚氨酯中的一种或多种。
可选地，所述的阻垢复合材料，其中，所述无机载体选自陶土、硅藻土、二氧化钛、白云母、碳酸钙、滑石和无规聚丙烯中的一种或多种。
一种上述所述的阻垢复合材料的制备方法，其中，包括如下步骤：
分别将碳酸盐或碳酸氢盐和氧化钙分散在水中，得到混合溶液；
将有机膦类阻垢剂或阻垢分散剂分散在所述混合溶液中，再加入无机载体，得到阻垢复合材料。
一种上述所述的阻垢复合材料的制备方法，其中，包括如下步骤：
分别将碳酸盐或碳酸氢盐和氧化钙分散在水中，得到混合溶液；
将有机膦类阻垢剂或阻垢分散剂分散在所述混合溶液中，再加入无机载体，依次经搅拌、过滤、烘干以及研磨操作后，得到粉体；
将所述粉体与粘结剂混合，得到阻垢复合材料。
有益效果：与现有技术相比，本发明所提供的阻垢复合材料是在氢键的作用下将原本易容于水的阻垢剂强有力的嫁接在载体表面，从而实现遇水微溶，并产生出大量的活性阻垢因子，使各种成垢因子无法结合，从而达到微量高效的阻垢性能。
附图说明
图1为本发明实施例1中所得到的阻垢复合材料的扫描电镜图；
图2为本发明实施例2中所得到的阻垢复合材料的扫描电镜图；
图3为本发明实施例3中所得到的阻垢复合材料的扫描电镜图；
图4为本发明对比例中阻垢材料的扫描电镜图。
具体实施方式
本发明提供一种阻垢复合材料及其制备方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
为了解决现有的固态阻垢剂因缓释效果差(用于阻垢的有效成分遇水集中释放)，导致阻垢剂的投加量较多的问题。本实施例提供了一种阻垢复合材料，按质量百分比计，该阻垢复合材料包括：主要其阻垢作用的阻垢剂32-50％，起负载作用的无机载体50-68％，也即是说，本实施例中是将阻垢剂负载在无机载体上形成的。其中，阻垢剂剂由有机膦类阻垢剂或分散剂与碳酸钠和氯化钙反应得到。阻垢剂的具体制备在后续会做详细的解释，在此不做赘述。
在本实施例中，在氢键的作用下，将原本易溶于水的有机膦类或含有分散剂的阻垢剂嫁接在无机载体的表面，从而使得阻垢剂遇水微溶，起到了缓释作用，同时，溶于水中的阻垢剂能够产生大量的活性阻垢因子，使水中的各种成垢因子无法结合(成垢)，从而达到微量高效的阻垢性能。
在本实施例的一种实现方式中，按质量百分比计，所述阻垢复合材料包括：阻垢剂30-50％；无机载体50-68％；粘结剂0.6-2％；其中，所述阻垢剂由有机膦类阻垢剂或分散剂与碳酸钠和氯化钙反应得到。容易理解的是，在本实施例中，所述阻垢复合材料中增加了粘结剂，通过增加粘结剂，可以将阻垢复合材料加工成需要的形状，以适应不同的应用场景。如可以加工成圆球形、长条型又或者是异形多边形。
在本实施例中，所述有机膦系列阻垢剂包括氨基三甲叉膦酸(ATMP)、羟基亚乙基二膦酸(HEDP)、2-膦酸基丁烷-1，2，4-三羧酸(PBTCA)、2-羟基膦酰基乙酸(HPAA)、二乙烯三胺五甲叉膦酸(DTPMPA)、乙二胺四甲叉膦酸钠(EDTMPS)中的其中一种或多种组合。
所述分散剂为聚羧酸类阻垢剂分散剂，所述聚羧酸类阻垢分散剂包括丙烯酸-丙烯酸酯-磺酸盐三元共聚物(YH-613)、丙烯酸-丙烯酸羟丙酯共聚物(T-225)、丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物(AA/AMPS)、马来酸-丙烯酸共聚物(MA/AA)、水解聚马来酸酐(HPMA)、聚丙烯酸(PAA)中的其中一种或多种组合。所述粘结剂为聚乙烯醇、环氧树脂或聚氨酯中的其中一种或多种混合。所述的无机载体为陶土、硅藻土、二氧化钛、白云母、碳酸钙、滑石、无规聚丙烯中的其中一种或多种混合。
基于相同的发明构思，本发明还提供一种阻垢复合材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：
S10、分别将碳酸钠和氧化钙分散在水中，得到混合溶液；
S20、将有机膦类阻垢剂或分散剂分散在所述混合溶液中，再加入无机载体，得到阻垢复合材料。
具体来说，将一定摩尔质量比的碳酸钠和氧化钙溶于水中，反应得到混合溶液；称取一定质量分数(w/w)的有机膦系列阻垢剂或聚羧酸类阻垢分散剂加入步骤1配制的混合溶液，搅拌一定时间，随后再加入一定质量分数(w/w)的无机载体继续搅拌一段时间，结束后进行洗涤过滤，烘干后研磨成粉，该粉末即为阻垢复合材料。
进一步地，作为一种优化方案，可以在得到粉末后，将粉末与粘结剂按一定的质量分数(w/w)配比进行均匀混合，捏合成不同形状后烘干即得到阻垢复合材料。
下面通过具体的制备实施例，对本发明所提供的阻垢复合材料及其制备方法做进一步的解释说明。
实施例1：
采用有机膦系列阻垢剂制备复合阻垢材料
称取250g的碳酸钠和260g氧化钙溶于2500ml水中，1000-1500r/min的搅拌速度搅拌1-2h反应得到混合溶液；称取500g氨基三甲叉膦酸加入上述混合液，继续搅拌2-4h，随后再加入500g陶土继续搅拌6-8h，结束后进行洗涤过滤；在60-80℃鼓风干燥箱中烘12-24h，随后研磨成粉。称取500g研磨所得的混粉与100g PVA粘结剂溶液(粘结剂含量在15％)进行均匀混合，捏合成不同形状后烘干即得到阻垢复合材料。所得到的阻垢复合材料的扫描电镜图，如图1所示。
实施例2：
采用聚羧酸类阻垢分散剂制备复合阻垢材料
称取250g的碳酸钠和260g氧化钙溶于2500ml水中，1000-1500r/min的搅拌速度搅拌1-2h反应得到混合溶液；称取1000g丙烯酸-丙烯酸酯-磺酸盐三元共聚物加入上述混合液，继续搅拌2-4h，随后再加入500g硅藻土继续搅拌6-8h，结束后进行洗涤过滤；在60-80℃鼓风干燥箱中烘12-24h，随后研磨成粉。称取500g研磨所得的混粉与100g PVA粘结剂溶液(粘结剂含量在10％)进行均匀混合，捏合成不同形状后烘干即得到阻垢复合材料。所得到的阻垢复合材料的扫描电镜图，如图2所示。
实施例3：
采用有机膦系列阻垢剂与聚羧酸类阻垢分散剂混合制备复合阻垢材料
称取250g的碳酸钠和260g氧化钙溶于2500ml水中，1000-1500r/min的搅拌速度搅拌1-2h反应得到混合溶液；称取250g2-羟基膦酰基乙酸和500g丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物加入上述混合液，继续搅拌2-4h，随后再加入500g无机载体继续搅拌6-8h，结束后进行洗涤过滤；在60-80℃鼓风干燥箱中烘12-24h，随后研磨成粉。称取500g研磨所得的混粉与100g PVA粘结剂溶液(粘结剂含量在15％)进行均匀混合，捏合成不同形状后烘干即得到阻垢复合材料。所得到的阻垢复合材料的扫描电镜图，如图3所示。
实施例4：
采用有机膦系列阻垢剂制备复合阻垢材料
称取250g的碳酸钠和260g氧化钙溶于2500ml水中，1000-1500r/min的搅拌速度搅拌1-2h反应得到混合溶液；称取500g氨基三甲叉膦酸加入上述混合液，继续搅拌2-4h，随后再加入500g陶土继续搅拌8h，结束后进行洗涤过滤；在80℃鼓风干燥箱中烘12h，随后研磨成粉，即得到阻垢复合材料。
实施例5：
采用有机膦系列阻垢剂制备复合阻垢材料
称取250g的碳酸钠和260g氧化钙溶于2500ml水中，1000-1500r/min的搅拌速度搅拌1-2h反应得到混合溶液；称取500g羟基亚乙基二膦酸加入上述混合液，继续搅拌2-4h，随后再加入500g陶土继续搅拌6-8h，结束后进行洗涤过滤；在60-80℃鼓风干燥箱中烘12-24h，随后研磨成粉。称取500g研磨所得的混粉与100g PVA粘结剂溶液(粘结剂含量在10％)进行均匀混合，捏合成不同形状后烘干即得到阻垢复合材料。
实施例6：
采用有机膦系列阻垢剂制备复合阻垢材料
称取250g的碳酸钠和260g氧化钙溶于2500ml水中，1000-1500r/min的搅拌速度搅拌1-2h反应得到混合溶液；称取500g2-膦酸基丁烷-1，2，4-三羧酸加入上述混合液，继续搅拌2-4h，随后再加入500g陶土继续搅拌6-8h，结束后进行洗涤过滤；在60-80℃鼓风干燥箱中烘12-24h，随后研磨成粉。称取500g研磨所得的混粉与100g PVA粘结剂溶液(粘结剂含量在15％)进行均匀混合，捏合成不同形状后烘干即得到阻垢复合材料。
实施例7：
采用有机膦系列阻垢剂制备复合阻垢材料
称取250g的碳酸钠和260g氧化钙溶于2500ml水中，1000-1500r/min的搅拌速度搅拌1-2h反应得到混合溶液；称取500g2-羟基膦酰基乙酸加入上述混合液，继续搅拌2-4h，随后再加入500g陶土继续搅拌6-8h，结束后进行洗涤过滤；在60-80℃鼓风干燥箱中烘12-24h，随后研磨成粉。称取500g研磨所得的混粉与100g PVA粘结剂溶液(粘结剂含量在10％)进行均匀混合，捏合成不同形状后烘干即得到阻垢复合材料。
实施例8：
采用聚羧酸类阻垢分散剂制备复合阻垢材料
称取250g的碳酸钠和260g氧化钙溶于2500ml水中，1000-1500r/min的搅拌速度搅拌1-2h反应得到混合溶液；称取1000g丙烯酸-丙烯酸羟丙酯共聚物加入上述混合液，继续搅拌2-4h，随后再加入500g硅藻土继续搅拌6-8h，结束后进行洗涤过滤；在60-80℃鼓风干燥箱中烘12-24h，随后研磨成粉。称取500g研磨所得的混粉与100g PVA粘结剂溶液(粘结剂含量在10％)进行均匀混合，捏合成不同形状后烘干即得到阻垢复合材料。
实施例9：
采用聚羧酸类阻垢分散剂制备复合阻垢材料
称取250g的碳酸钠和260g氧化钙溶于2500ml水中，1000-1500r/min的搅拌速度搅拌1-2h反应得到混合溶液；称取1000g丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物加入上述混合液，继续搅拌2-4h，随后再加入500g硅藻土继续搅拌6-8h，结束后进行洗涤过滤；在60-80℃鼓风干燥箱中烘12-24h，随后研磨成粉。称取500g研磨所得的混粉与100g PVA粘结剂溶液(粘结剂含量在10％)进行均匀混合，捏合成不同形状后烘干即得到阻垢复合材料。
实施例10：
采用聚羧酸类阻垢分散剂制备复合阻垢材料
称取250g的碳酸钠和260g氧化钙溶于2500ml水中，1000-1500r/min的搅拌速度搅拌1-2h反应得到混合溶液；称取1000g水解聚马来酸酐和聚丙烯酸加入上述混合液，继续搅拌2-4h，随后再加入500g硅藻土继续搅拌6-8h，结束后进行洗涤过滤；在60-80℃鼓风干燥箱中烘12-24h，随后研磨成粉。称取500g研磨所得的混粉与100g PVA粘结剂溶液(粘结剂含量在10％)进行均匀混合，捏合成不同形状后烘干即得到阻垢复合材料。
对照例1：本对照例提供了一种是市售阻垢剂FOF阻垢剂，其选自杭州尚善新材料有限公司生产的FOF阻垢剂。
试验例1：
分别使用等质量实施例1-3制备所得的阻垢复合材料及对照例1中的FOF阻垢剂进行阻垢率测试，通过阻垢性能的测定来评估材料的对碳酸钙的阻垢效果，依据GBT16632-2008水处理剂阻垢性能的测定-碳酸钙沉积法。其测试结果见附录表1。
表1各组材料阻垢率情况
测试对象 阻垢率
实施例1 98.2％
实施例2 90.1％
实施例3 98.9％
对照例1 89.7％
由表1所示的结果可以看出，采用本发明所提供的阻垢复合材料制备方法得到的阻垢复合材料，其阻垢率都在90％以上，实施例3中的达到了98.9％。远高于对照例的89.7％的阻垢率。显而易见的，由于本发明中的阻垢复合材料具有很高的阻垢率，因此在同等条件下，在阻垢剂的投加量上就要比现有的要少，相应的就会降低使用成本。
综上所述，本发明提供一种阻垢复合材料及其制备方法，按质量百分比计，包括：阻垢剂32-50％；无机载体50-68％；或按质量百分比计，包括：阻垢剂30-50％；无机载体50-68％；粘结剂0.6-2％；其中，所述阻垢剂由有机膦类阻垢剂或分散剂与碳酸钠和氯化钙反应得到。在氢键的作用下将原本易容于水的阻垢剂强有力的嫁接在载体表面，从而实现遇水微溶，并产生出大量的活性阻垢因子，使各种成垢因子无法结合，从而达到微量高效的阻垢性能。同时，所选原材料简单易取，合成工艺再生污染小，符合绿色环保路径，十分利于工业化。且所得阻垢复合材料适用面广、阻垢性能佳，能被普遍推广使用。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种阻垢复合材料，其特征在于，按质量百分比计，包括：阻垢剂32-50％；无机载体50-68％；其中，所述阻垢剂由有机膦类阻垢剂或阻垢分散剂与氯化钙和碳酸盐或碳酸氢盐反应得到。
2.一种阻垢复合材料，其特征在于，按质量百分比计，包括：阻垢剂30-50％；无机载体50-68％；粘结剂0.6-2％；其中，所述阻垢剂由有机膦类阻垢剂或阻垢分散剂与氯化钙和碳酸盐或碳酸氢盐反应得到。
3.根据权利要求1或2所述的阻垢复合材料，其特征在于，所述有机膦类阻垢剂选自氨基三甲叉膦酸、羟基亚乙基二膦酸、2-膦酸基丁烷-1，2，4-三羧酸、2-羟基膦酰基乙酸、二乙烯三胺五甲叉膦酸和乙二胺四甲叉膦酸钠中的一种或多种。
4.根据权利要求1或2所述的阻垢复合材料，其特征在于，所述阻垢分散剂为聚羧酸类阻垢剂分散剂；所述所述碳酸盐为碳酸钠或碳酸钾中的其中一种，或碳酸氢钠或碳酸氢钾中的其中一种。
5.根据权利要求4所述的阻垢复合材料，其特征在于，所述聚羧酸类阻垢剂分散剂选自丙烯酸-丙烯酸酯-磺酸盐三元共聚物、丙烯酸-丙烯酸羟丙酯共聚物、丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物、马来酸-丙烯酸共聚物、水解聚马来酸酐和聚丙烯酸中的一种或多种。
6.根据权利要求1或2所述的阻垢复合材料，其特征在于，所述粘结剂选自聚乙烯醇、环氧树脂和聚氨酯中的一种或多种。
7.根据权利要求1或2所述的阻垢复合材料，其特征在于，所述无机载体选自陶土、硅藻土、二氧化钛、白云母、碳酸钙、滑石和无规聚丙烯中的一种或多种。
8.一种权利要求1所述的阻垢复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
分别将碳酸盐或碳酸氢盐和氧化钙分散在水中，得到混合溶液；
将有机膦类阻垢剂或阻垢分散剂分散在所述混合溶液中，再加入无机载体，得到阻垢复合材料。
9.一种权利要求2所述的阻垢复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
分别将碳酸盐或碳酸氢盐和氧化钙分散在水中，得到混合溶液；
将有机膦类阻垢剂或阻垢分散剂分散在所述混合溶液中，再加入无机载体，依次经搅拌、过滤、烘干以及研磨操作后，得到粉体；
将所述粉体与粘结剂混合，得到阻垢复合材料。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
户乔伟等: ""长效缓释阻垢颗粒的制备及其性能"", 《石油化工》, vol. 49, no. 5, pages 491 *

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