CN1435384A - 一种缓蚀阻垢水处理剂 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种缓蚀阻垢水处理剂，其特点是由液态介电疏水物质、油溶性缓蚀剂、水溶性分散剂、复合敏化乳化剂所组成。本发明的水处理剂不含磷等对生态环境有害物质，加入水体中不是以溶解为主，而主要以高度分散的亚稳疏水相的形式存在，它在液固界面或给热界面能被金属离子化诱发失稳或因热失稳，优先发生自富集形成高阻疏水液膜，有效地抑制金属表面的腐蚀电池作用与结垢成核过程，最大限度地发挥药效，可降低药用量，用于工业循环冷却水系统和锅炉水系统水质处理，不必预膜处理。

Description

一种缓蚀阻垢水处理剂
技术领域
本发明属于水处理技术，更具体地说，是一种用于工业循环冷却水和锅炉水系统缓蚀阻垢剂及其处理方法。
背景技术
目前用于工业循环冷却系统或锅炉水系统的水处理剂主要包括缓蚀剂、阻垢分散剂等，其中缓蚀剂种类包括铬酸盐、亚硝酸盐、硅酸盐、钼酸盐、锌盐、磷酸盐、聚磷酸盐、有机膦酸盐、巯基苯并噻唑(MBT)、苯并三唑(BTA)等；阻垢分散剂的种类有聚磷酸盐、有机磷酸、膦羧酸、有机磷酸酯、聚羧酸等。这些水处理剂在水体中均以溶液形式存在，需要先在热交换系统的金属设备表面进行特殊的沉淀膜的预制之后才能在低加药情况下进行正常运行。一旦这些预制的沉淀膜出现局部严重破损时，该部位就将发生难以抑制的局部腐蚀，必须重新预膜处理，然而现场预膜处理特别是重新预膜处理的工序往往是相对烦琐的。同时这些水处理剂还存在着使用量大，含磷污染环境和价格较高等缺陷(周本省，《工业水处理》，化学工业出版社，1997)。
发明内容
本发明的目的是克服已有技术的缺点，提出一种用于工业循环冷却水系统和锅炉水系统的水质处理的界面自富集的缓蚀阻垢水处理剂及其应用方法。
本发明的主要技术方案：由液态介电疏水物质、油溶性缓蚀剂、水溶性分散剂、复合敏化乳化剂组成界面自富集缓蚀阻垢水处理剂。
本发明的缓蚀阻垢水处理剂的组成及其含量(以重量之和为100计)：
液态介电疏水物质20-50％、油溶性缓蚀剂20-40％、水溶性分散剂1-10％、复合敏化乳化剂15-40％，水：余量
所述的液态介电疏水物质包括牌号为100SN、150SN、350SW在内的润滑油基础油。
所述的油溶性缓蚀剂包括烷基磺酸盐、失水山梨糖醇羧酸酯、羊毛脂及其金属皂类、氧化石油脂及其金属皂类、咪唑啉及其衍生物中的一种或两种或两种以上混合物，所述的烷基磺酸盐包括石油磺酸钠、石油磺酸钡、二壬基萘磺酸钡，所述的失水山梨糖醇羧酸酯包括失水山梨糖醇单油酸酯、失水山梨糖醇硬酸酯，所述的羊毛脂及其金属皂类包括镁皂、钡皂，所述的咪唑啉及其衍生物包括2-胺乙基十七烯基咪唑啉，N-油酸肌氨酸、1-(2-氨乙基)-2-十七烯基咪唑啉盐。
所述的水溶性分散剂包括聚丙烯酸、聚丙烯酸钠、聚马来酸、聚天冬氨酸、包括硅酸钠在内的硅酸盐以及包括聚环氧琥珀酸在内的聚环氧羧酸类。
所述的复合敏化乳化剂是由阴离子型表面活性剂和非离子型表面活性剂以1-50∶1重量比组合而成，所述的阴离子型表面活性包括羧酸盐、烷基磺酸盐、羧酸醇胺中的一种、两种或两种以上混合物，其中所述的羧酸盐包括油酸钠，所述的烷基磺酸盐包括石油磺酸钠、石油磺酸钡，所述的羧酸醇胺包括油酸三乙醇胺；所述的非离子型表面活性剂包括失水山梨糖醇脂肪酸聚乙烷醚、聚氧乙烯烷基酚醚、聚氧乙烯烷基醇醚在内的一种或两种或两种以上混合物，其中失水山梨糖醇脂肪酸聚乙烯醚包括失水山梨糖醇硬脂酸聚氧乙烯醚，所述的聚氧乙烯烷基酚醚包括聚氧乙烯十二烷基酚醚、聚氧乙烯壬基酚醚，所述的聚氧乙烯烷基醇醚包括聚氧乙烯月桂烷基醇醚以及商品名为OP-10、吐温-80。
本发明的缓蚀阻垢水处理剂的制备方法：将液态介电疏水物质、油溶性缓蚀剂、水溶性分散剂、复合敏化乳化剂按比例混合搅匀即得到颜色透明、均一稳定的粘稠状液体。
本发明的缓蚀阻垢剂的应用方法：在工业循环冷却水系统或锅炉水系统直接加入本发明的产品，添加量为5-500ppm(重量)。
本发明的优点和效果：
本发明的界面自富集缓蚀阻垢水处理剂与现有的用于热交换系统循环水水质处理的缓蚀阻垢剂有着本质的不同。目前用于水处理的缓蚀阻垢剂均由溶于水的药剂复配而成，均为水溶液型，该药剂包括聚磷酸盐、有机膦酸、聚羧酸、磷酸酯、硅酸盐、锌盐、铬酸盐、钼酸盐等。本发明的缓蚀阻垢水处理剂的独特之处在于含有液态介电疏水物质与特制的复合敏化乳化剂，使之以很低剂量加入水体中后，能使携带油溶性缓蚀剂的液态介电疏水物质以高度分散的亚稳定状态存在于水体中，并能在与金属表面接触后优先在该固液界面(或给热界面)发生自富集形成高阻疏水膜，使得缓蚀阻垢剂在固液界面的局部浓度达到很高的数值，比水体内部中的实际深度大出许多倍，使药效得以超发挥，进而最大限度地节约用药，使之能在5-500ppm的低剂量下起到很好的缓蚀阻垢作用。在金属表面形成的高阻疏水液膜的高阻性对于削弱金属表面的腐蚀电池作用特别有利，再加上油溶性缓蚀剂在该液膜内的富集，就能最有效地抑制金属的锈蚀的发生；此外在金属表面形成的高阻疏水液膜的疏水性对阻止亲水性无机盐垢的成核与生长过程十分有用，再加上水溶性分散剂的协同增效作用，则完全可以很好地抑制污垢在金属表面的形成附着，因而不再需要添加磷系阻垢剂，同样可以具有很好的抑制结垢的效果，这样当循环水污水排放时就不会存在对环境的磷污染。由于本发明缓蚀阻垢水处理剂不含磷，对铜合金无侵蚀性，故对铜合金的缓蚀效果特别优越。
本发明缓蚀阻垢水处理剂的关键在于配制含有的复合敏化乳化剂具有以下特色：乳化剂在界面自富集缓蚀阻垢水处理剂中所占的含量比其在普通乳化油中所占的含量高出数倍，使得当界面自富集缓蚀阻垢水处理剂在水体中的浓度很低的情况下乳化的液相介电疏水物质内仍能相对保持稳定，以高度分散状态存在；复合敏化乳化剂中的阴离子型表面活性剂在金属界面容易受水合金属离子的作用，其亲油亲水平衡发生转移，由亲水性向亲油性过渡，诱发乳化分散的液态介电疏水物质失稳，促进药剂在金属界面优先析出富集形成高阻疏水液膜，缓蚀阻垢；同样，复合敏化乳化剂中的非离子型表面活性剂在受热温升高时其亲油亲水平衡发生改变，由亲水性向亲油性过渡，诱发乳化分散的液态介电疏水物质失稳，致使药剂易在金属传热面优先析出富集形成高阻疏水膜，缓蚀阻垢；本发明所述的界面自富集缓蚀阻垢水处理剂与普通乳化油的不同还在于，在实际中由普通乳化油稀释而成、用于起防锈润滑作用的乳化液的工作浓度通常都在0.5％以上，目前尚未有使用乳化液用于工业循环冷却水系统或锅炉水系统金属设备缓蚀阻垢处理成功的实例与文献报道。
本发明首次提出使用界面自富集缓蚀阻垢水处理剂用于工业循环冷却水系统或锅炉水系统金属设备缓蚀阻垢的工艺方法，它与现有的处理方法的不同之处在于，目前现有的处理方法所采用的缓蚀阻垢剂都是溶于水的。现有的用于水处理的缓蚀阻垢剂在水体中均以溶液形式存在，需要先在热交换系统的金属设备表面进行特殊的沉淀膜的预制之后，才能在低加药情况下进入正常运行，一旦这些预制的沉淀膜出现局部严重破损时，该部位就将发生难以抑制的局部腐蚀，必须重新预膜处理，然而现场预膜处理特别是重新预膜处理的工序往往是相对烦琐，而采用本发明的缓蚀阻垢水处理剂时，即使对于过去曾经预膜且已出现局部破损的旧设备，也无需预膜，仍能在出现膜破损之处自动富集形成高阻疏水液膜，有效抑制其局部腐蚀。
具体实施方式
下面通过具体实施例进一步说明本发明的特点。
实例1-实例3
实例1和实例3为本发明的缓蚀阻垢剂的成份和含量，分别见表1中的配方A和配方C。其中实例2中的配方B不含介电疏水物质，而以铬酸盐缓蚀剂和有机膦缓蚀阻垢剂代替。
实例4-实例18
本实例是在蒸馏水中加入本发明的缓蚀阻垢剂，在不同的温度和静态或动态循环浓缩条件下对不同金属试样的实验情况。实验条件及结果见表3。实例中的性能评定试验按照1993年中国石化公司生产部、发展部编写的《冷却水分析和试验方法》进行。
实例19-实例33
本实例是在原水1(性能见表2)中加入本发明的缓蚀剂，在不同温度和静态或动态循环浓缩条件下对不同金属试样的实验情况。实验条件和结果见表4。
实例34-实例48
本实例是原水2(性能见表2)中加入本发明的缓蚀剂，在不同温度和静态或动态循环浓缩条件下对不同金属试样的实验情况。
实验条件和结果见表5。
由实例4-实例48的结果看出，本发明的界面自富集缓蚀阻垢水处理剂，采用免预膜直接以低剂量(10-50ppm)加入不同水体中，无论是常温(室温)、中温(40℃)或高温(90℃)对碳钢和铜合金表面均有很好的缓蚀阻垢效果。当去除本发明阻垢剂中液态介电疏水物质，而改用铬酸盐缓蚀剂和有机膦缓蚀阻垢剂代替时(配方B)，药剂在原水1和原水2中不再具有原来的优良的缓蚀阻垢性能。
表1水处理剂配方代号与组成
  配方代号                    组成       理化性质
配方A SN150润滑油基础30％、石油磺酸钠20％、失水山梨糖醇单油酸酯5％、羊毛脂镁皂2.5％、氧化石油脂钡皂2.5％、聚丙烯酸钠1.5％、硅酸钠0.5％、聚环氧琥珀酸1％、油酸钠10％、三乙醇胺10％，吐温-80 4％、OP-10 3％，水余量。 透明红棕色粘稠液体，ρ＝0.89g/mlpH＝9
配方B 石油磺酸钠30％，1-羟基-乙川-1，1-二膦酸18％，铬酸钠12％，氢氧化钠2.5％，聚丙烯酸钠2.5％，硅酸钠0.5％，油酸10％，三乙醇胺10％，吐温-804％，OP-10 3％，水余量。 透明红棕色粘稠液体，ρ＝0.9g/mlpH＝10
配方C SN350润滑油基础30％、石油磺酸钡20％、2-胺乙基十七烯基咪唑啉5％、羊毛脂镁皂2.5％、氧化石油脂钡2.5％、聚环氧琥珀酸1.5％、聚马来酸1％、硅酸钠0.5％、油酸三乙醇胺15％、吐温80 4％、OP-10 3％，水余量。 透明红棕色粘稠液体，ρ＝0.9g/mlpH＝8.5
表2实验用原水代号及概况
  原水代号                    概况
  原水1     华北某电厂用水，碳酸型，pH为5-6左右
  原水2     华北某电厂用水，含盐量为1300ppm的苦咸水
表3在蒸馏水中的实验情况
实例序号   加药情况 试样 实验运行条件           实验结果
实例4  20钢 室温浸泡30天 试样表面几小时内生锈，腐蚀速度大于0.06mm/a
实例5  50ppm配方A  20钢 室温浸泡30天 表面光亮，无锈蚀迹象，腐蚀速度小于0.01mm/a
实例6  50ppm配方B  20钢 室温浸泡30天 试样表面几小时内生锈，腐蚀速度大于0.06mm/a
实例7  200ppm配方B  20钢 室温浸泡30天 试样表面几小时内生锈，腐蚀速度大于0.02mm/a
实例8  50ppm配方C  20钢 室温浸泡30天 表面光亮，无锈蚀迹象，腐蚀速度小于0.01mm/a
实例9  20钢 40℃，动态循环15天，浓缩倍数3-4 试样表面几小时内生锈，腐蚀速度大于0.06mm/a
实例10  10ppm配方A  20钢 40℃，动态循环15天，浓缩倍数3-4 表面光亮，无锈蚀迹象，腐蚀速度小于0.01mm/a
实例11  10ppm配方B  20钢 40℃，动态循环15天，浓缩倍数3-4 试样表面几小时内生锈，腐蚀速度大于0.06mm/a
实例12  100ppm配方B  20钢 40℃，动态循环15天，浓缩倍数3-4 试样表面几小时内生锈，腐蚀速度大于0.02mm/a
实例13  10ppm配方C  20钢 40℃，动态循环15天，浓缩倍数3-4 表面光亮，无锈蚀迹象，腐蚀速度小于0.01mm/a
实例14  10ppm配方B  20钢 90℃，动态循环15天，浓缩倍数3-4 试样表面几小时内生锈，腐蚀速度大于0.06mm/a
实例15  10ppm配方A  20钢 90℃，动态循环15天，浓缩倍数3-4 表面光亮，无锈蚀迹象，腐蚀速度小于0.01mm/a
实例16  10ppm配方B  20钢 90℃，动态循环15天，浓缩倍数3-4 试样表面几小时内生锈，腐蚀速度大于0.06mm/a
实例17  100ppm配方B  20钢 90℃，动态循环15天，浓缩倍数3-4 试样表面几小时内生锈，腐蚀速度大于0.02mm/a
实例18  10ppm配方C  20钢 90℃，动态循环15天，浓缩倍数3-4 表面光亮，无锈蚀迹象，腐蚀速度小于0.01mm/a
表4在原水1中实验情况
实例19  20钢 40℃，动态循环15天，浓缩倍数3-4，pH≈9 试样表面几小时内生锈，腐蚀速度大于0.15mm/a，试样表面有可观察到的结垢现象
实例20  HSn70-1A黄铜 40℃，动态循环15天，浓缩倍数3-4，pH≈9 试样表面几小时内生锈，腐蚀速度大于0.01mm/a，试样表面有可观察到的结垢现象
实例21  B30白铜 40℃，动态循环15天，浓缩倍数3-4，pH≈9 试样表面几小时内生锈，腐蚀速度大于0.15mm/a，试样表面有可观察到的结垢现象
实例22  10ppm配方A  20钢 40℃，动态循环15天，浓缩倍数3-4，pH≈9 表面光亮，无结垢，腐蚀速度小于0.02mm/a
实例23  10ppm配方A  HSn70-1A黄铜 40℃，动态循环15天，浓缩倍数3-4，pH≈9 表面光亮，无结垢，腐蚀速度小于0.001mm/a
实例24  10ppm配方A  B30白铜 40℃，动态循环15天，浓缩倍数3-4，pH≈9 表面光亮，无结垢，腐蚀速度小于0.001mm/a
实例25  10ppm配方B  20钢 40℃，动态循环15天，浓缩倍数3-4，pH≈9 试样表面几小时内生锈，腐蚀速度大于0.15mm/a，试样表面有可观察到的结垢现象
实例26  10ppm配方B  HSn70-1A黄铜 40℃，动态循环15天，浓缩倍数3-4，pH≈9 试样表面几小时内生锈，腐蚀速度大于0.01mm/a，试样表面有可观察到的结垢现象
实例27  100ppm配方B  B30白铜 40℃，动态循环15天，浓缩倍数3-4，pH≈9 试样表面几小时内生锈，腐蚀速度大于0.01mm/a，试样表面有可观察到的结垢现象
实例28  100ppm配方B  20钢 40℃，动态循环15天，浓缩倍数3-4，pH≈9 试样表面几小时内生锈，腐蚀速度大于0.15mm/a，试样表面有可观察到的结垢现象
实例29  100ppm配方B  HSn70-1A黄铜 40℃，动态循环15天，浓缩倍数3-4，pH≈9 试样表面几小时内生锈，腐蚀速度大于0.01mm/a，试样表面有可观察到的结垢现象
实例30  100ppm配方B  B30白铜 40℃，动态循环15天，浓缩倍数3-4，pH≈9 试样表面几小时内生锈，腐蚀速度大于0.01mm/a，试样表面有可观察到的结垢现象
实例31  10ppm配方C  20钢 40℃，动态循环15天，浓缩倍数3-4，pH≈9 表面光亮，无结垢，腐蚀速度小于0.02mm/a
实例32  10ppm配方C  HSn70-1A黄铜 40℃，动态循环15天，浓缩倍数3-4，pH≈9 表面光亮，无结垢，腐蚀速度小于0.001mm/a
实例33  10ppm配方C  B30白铜 40℃，动态循环15天，浓缩倍数3-4，pH≈9 表面光亮，无结垢，腐蚀速度小于0.001mm/a
表5在原水2中的实验情况
实例序号   加药情况  试样      实验运行条件     实验结果
实例34  20钢 40℃，动态循环15天，浓缩倍数3-4，盐含量约3000ppm 试样表面锈蚀严重腐蚀速度大于0.15mm/a，
实例35  HSn70-1A黄铜 40℃，动态循环15天 ，浓缩倍数3-4，盐含量约3000ppm 试样表面有不均匀锈斑腐蚀速度大于0.01mm/a试样表面有可观察到的结垢现象
实例36  B30白铜 40℃，动态循环15天，浓缩倍数3-4，盐含量约3000ppm 试样表面有不均匀锈斑腐蚀速度大于0.01mm/a试样表面有可观察到的结垢现象
实例37  10ppm配方A  20钢 40℃，动态循环15天，浓缩倍数3-4，盐含量约3000ppm 表面光亮、无结垢腐蚀速度小于0.02mm/a
实例38  10ppm配方A  HSn70-1A黄铜 40℃，动态循环15天，浓缩倍数3-4，盐含量约3000ppm 表面光亮、无结垢腐蚀速度小于0.001mm/a
实例39  10ppm配方A  B30白铜 40℃，动态循环15天，浓缩倍数3-4，盐含量约3000ppm 表面光亮、无结垢腐蚀速度小于0.001mm/a
实例40  10ppm配方B  20钢 40℃，动态循环15天，浓缩倍数3-4，盐含量约3000ppm 试样表面锈蚀严重腐蚀速度大于0.15mm/a
实例41  10ppm配方B  HSn70-1A黄铜 40℃，动态循环15天，浓缩倍数3-4，盐含量约3000ppm 试样表面有不均匀锈斑腐蚀速度大于0.01mm/a，试样表面有可观察到的结垢现象
实例42  10ppm配方B  B30白铜 40℃，动态循环15天，浓缩倍数3-4，盐含量约3000ppm 试样表面有不均匀锈斑腐蚀速度大于0.01mm/a，试样表面有可观察到的结垢现象
实例43  100ppm配方B  20钢 40℃，动态循环15天，浓缩倍数3-4，盐含量约3000ppm 试样表面锈蚀严重腐蚀速度大于0.15mm/a
实例44  100ppm配方B  HSn70-1A黄铜 40℃，动态循环15天，浓缩倍数3-4，盐含量约3000ppm 试样表面有不均匀锈斑腐蚀速度大于0.01mm/a，试样表面有可观察到的结垢现象
实例45  10ppm配方C  B30白铜 40℃，动态循环15天，浓缩倍数3-4，盐含量约3000ppm 试样表面有不均匀锈斑腐蚀速度大于0.01mm/a，试样表面有可观察到的结垢现象
实例46  10ppm配方C  20钢 40℃，动态循环15天，浓缩倍数3-4，盐含量约3000ppm 表面光亮、无结垢腐蚀速度小于0.02mm/a
实例47  10ppm配方C  HSn70-1A黄铜 40℃，动态循环15天，浓缩倍数3-4，盐含量约3000ppm 表面光亮、无结垢腐蚀速度小于0.001mm/a
实例48  10ppm配方C  B30白铜 40℃，动态循环15天，浓缩倍数3-4，盐含量约3000ppm 表面光亮、无结垢腐蚀速度小于0.001mm/a

Claims (3)

1.一种缓蚀阻垢水处理剂，其特征在于组成成份及其含量(以重量之和为100计)：
液态介电疏水物质20-50％、油溶性缓蚀剂20-40％、水溶性分散剂1-10％、复合敏化乳化剂15-40％，水：余量
2.按照权利要求1所述的缓蚀阻垢水处理剂，其特征在于所述的液态介电疏水物质包括牌号为100SN、150SN、350SW在内的润滑油基础油。
所述的油溶性缓蚀剂包括烷基磺酸盐、失水山梨糖醇羧酸酯、羊毛脂及其金属皂类、氧化石油脂及其金属皂类、咪唑啉及其衍生物中的一种或两种或两种以上混合物，所述的烷基磺酸盐包括石油磺酸钠、石油磺酸钡、二壬基萘磺酸钡，所述的失水山梨糖醇羧酸酯包括失水山梨糖醇单油酸酯、失水山梨糖醇硬酸酯，所述的羊毛脂及其金属皂类包括镁皂、钡皂，所述的咪唑啉及其衍生物包括2-胺乙基十七烯基咪唑啉，N-油酸肌氨酸、1-(2-氨乙基)-2-十七烯基咪唑啉盐。
所述的水溶性分散剂包括聚丙烯酸、聚丙烯酸钠、聚马来酸、聚天冬氨酸、包括硅酸钠在内的硅酸盐以及包括聚环氧琥珀酸在内的聚环氧羧酸类。
所述的复合敏化乳化剂是由阴离子型表面活性剂和非离子型表面活性剂以1-50∶1重量比组合而成，所述的阴离子型表面活性包括羧酸盐、烷基磺酸盐、羧酸醇胺中的一种、两种或两种以上混合物，其中所述的羧酸盐包括油酸钠，所述的烷基磺酸盐包括石油磺酸钠、石油磺酸钡，所述的羧酸醇胺包括油酸三乙醇胺；所述的非离子型表面活性剂包括失水山梨糖醇脂肪酸聚乙烷醚、聚氧乙烯烷基酚醚、聚氧乙烯烷基醇醚在内的一种或两种或两种以上混合物，其中失水山梨糖醇脂肪酸聚乙烯醚包括失水山梨糖醇硬脂酸聚氧乙烯醚，所述的聚氧乙烯烷基酚醚包括聚氧乙烯十二烷基酚醚、聚氧乙烯壬基酚醚，所述的聚氧乙烯烷基醇醚包括聚氧乙烯月桂烷基醇醚以及OP-10、吐温-80。
3.权利要求1所述的缓蚀阻垢水处理剂应用于工业循环冷却水系统或锅炉水系统，其加入量为5-500ppm(重量)。
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