用于控制含水体系中水垢形成和沉积的方法技术

可用于抑制含水体系中生成水垢的部分的形成和沉积的新型水溶性或者水分散性聚合物，其包含特征在于具有通式Ⅰ的重复单元：Ｒ↓［１］│＊－－［－Ｅ－］ｃ－＊＊－［－ＣＨ↓［２］－Ｃ－］ｄ－＊＊－［－Ｆ－］ｅ－＊│Ｇ│Ｏ│Ｒ↓［２］│ＸＺ。其中Ｅ是烯属不饱和化合物聚合后保留的重复单元，优选羧酸、磺酸、膦酸或者其酰胺形式或者其混合物。Ｒ↓［１］是Ｈ或者低级（Ｃ↓［１］－Ｃ↓［４］）烷基。Ｇ是－ＣＨ↓［２］－或－ＣＨＣＨ↓［３］－；Ｒ↓［２］是－（－ＣＨ↓［２］－ＣＨ↓［２］－Ｏ）ｎ－或－（－ＣＨ↓［２］－ＣＨＣＨ↓［３］－Ｏ）ｍ－，其中ｎ和ｍ为大约１－１００，优选ｎ大于１０和ｍ为大约１－２０。Ｘ是阴离子基团，选自ＳＯ↓［３］、ＰＯ↓［３］或者ＣＯＯ；Ｚ是Ｈ或者氢或者任何水溶性阳离子部分，其平衡阴离子基团Ｘ的化合价，包括但是不局限于Ｎａ、Ｋ、Ｃａ或者ＮＨ↓［４］。当Ｆ存在时，其是具有通式Ⅱ结构的重复单元：Ｒ↓［４］│＊－［－ＣＨ↓［２］－Ｃ－］－＊│ＣＨ↓［２］│Ｏ│Ｒ↓［５］│ＸＺ，其中Ｘ和Ｚ与在通式Ⅰ中相同。Ｒ↓［４］是Ｈ或者低级（Ｃ↓［１］－Ｃ↓［４］）烷基。Ｒ↓［５］是羟基取代的烷基或者亚烷基，其具有大约１到６个碳原子。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及新型的聚合物组合物和它们在以下领域中的用途含水体系例如冷却、锅炉和气体洗涤系统中抑制腐蚀和控制结垢化合物的形成和沉积的方法；纸浆和纸制造工艺；金属的预处理；用于混凝土的流变改性剂和水泥添加剂；用于膜的清洗剂；和作为亲水性改性剂组分用于个人护理、化妆品和药物制剂。可用于本专利技术的所述新型聚合物组合物包括水溶性或者水分散性的烯属不饱和单体与硫酸盐、磷酸盐、亚磷酸盐或者羧基封端的聚环氧烷烯丙基醚的共聚物。
技术介绍
多年来，腐蚀和水垢形成以及伴随的影响等问题一直存在于水系统中。例如，水垢倾向于累积在各种水系统如锅炉和冷却系统的内壁上，由此大大地降低了体系的操作效率。在管道、热交换设备等等中的沉积可能起源于几种原因。例如，碳酸钙、硫酸钙和磷酸钙在水系统中的沉淀导致这些产生水垢的化合物沿着或者围绕与体系中循环的流水接触的金属表面累积。这样，特定系统的传热功能被严重地降低。另一方面，腐蚀是金属与其环境的降解性电化学反应。简单地讲，这是精炼金属还原到其自然状态。例如，铁矿石是氧化铁。铁矿石被炼制成钢。当钢腐蚀时，其形成氧化铁，如果不加注意，可能导致金属的毁坏或者破坏，使特定的水系统停车，而必须进行修理。通常，在冷却水系统中，已经证明，尤其是硫酸钙、磷酸钙和碳酸钙的形成对冷却水系统的总效率是有害的。近来，由于使用高水平的正磷酸盐促进与系统水接触的金属表面钝化的冷却处理的普及，已经变得十分重要的是控制磷酸钙结晶，以便较高水平的正磷酸盐可以在系统中维持，从而达到所需要的钝化，而不导致通常由磷酸钙沉积所引起结垢或者损害传热功能。二氧化硅(SiO2)存在于大多数的天然水中。当这些水在冷却塔中循环时，二氧化硅水平提高，并且通常当达到一定水平时，会出现二氧化硅物质的沉淀。有时由于二氧化硅本身的聚合产生硅胶而发生沉淀。出现这种情况要求较高的SiO2浓度，通常大于大约200ppm。然而，当存在某些阳离子时，二氧化硅物质可能在低得多的浓度下沉淀。促进二氧化硅沉淀的阳离子包括，但是不局限于，Al3+、Mg2+、Zn2+和Fe3+。铝在水中的溶解性很差，因此在冷却水条件下易于沉淀。当铝进入冷却系统(例如通过携带)时，其可能引起严重的沉淀问题。一种这样的问题是可以作为缓蚀剂存在的磷酸盐物质发生沉淀。这样的沉淀可能由于沉积和腐蚀作用两者而产生问题。尽管水蒸汽生成系统稍微不同于冷却系统，它们同样存在与沉积生成有关的问题。正如在Betz Handbook of Industrial Water Conditioning，第9版，1991，Betz Laboratories Inc.，Trevose，Pa，第96-104页中详细描述的，在锅炉受热面上形成水垢和污泥沉积是蒸汽发生过程中遇到的严重问题。尽管目前的工业蒸气生产系统使用复杂的锅炉给水厂外处理技术，例如在进入锅炉系统之前进行凝聚、过滤、硬水软化，但是这些操作的有效性并不突出。在所有情况下，厂外处理本身不能提供充分的处理，因为泥浆、污泥和产生硬度的离子能够避开所述处理并且最后被引入所述水蒸汽生成系统。除由泥浆、污泥或者粉砂所引起的问题之外，工业上还必须克服锅炉水垢。尽管厂外处理被特别地用来从给水中除去钙和镁，但是由于剩余硬度，即钙和镁盐产生的水垢形成是始终存在的。因此，内部处理，即进入系统的水的处理，对于防止、降低和/或延迟产生水垢的化合物的形成和其产生的沉积是必要的。除镁和钙的碳酸盐在水垢方面产生问题之外，天然存在的或者为了其他目的加入的高浓度的磷酸盐、硫酸盐和硅酸盐离子也会产生问题，因为钙和镁以及任何存在的铁或者铜会反应并沉积为锅炉水垢。显而易见，水垢在水蒸汽生成系统的结构元件上沉积会导致较差的循环和较低的传热能力，导致效能的总体损失。相关技术Tsubakimoto等的美国专利4,471,100公开了由马来酸和聚亚烷基二醇单烯丙基醚重复单元组成的共聚物，其可用作水泥和油漆的分散剂和作为针对碳酸钙的结垢抑制剂。Chen等的美国专利5,180,498；5,292,379和5,391,238公开了丙烯酸和聚乙二醇烯丙基醚的共聚物，其用于锅炉水处理和金属预处理应用。美国专利5,362,324描述了(甲基)丙烯酸和聚乙二醇-单甲基醚-(甲基)丙烯酸酯和聚丙二醇二(甲基)丙烯酸酯的三元共聚物，其用于高效增塑剂应用。美国专利5,661,206和EP448717公开了相似的技术，但是使用基于二环氧基的化合物作为交联剂。日本专利93660、226757和212152公开了与甲基烯丙基磺酸钠和甲氧基聚乙二醇-单甲基丙烯酸酯的丙烯酸三元共聚物，其用于高效增塑剂应用。Freese等的美国专利5,575,920公开了丙烯酸、烯丙氧基-2-羟基丙基磺酸酯(AHPS)和聚乙二醇烯丙基醚的三元共聚物，其作为磷酸钙抑制剂用于冷却水处理。Steckler的美国专利3,875,202公开了可聚合的硫酸化单烯属不饱和醇的铵和碱金属盐，所述不饱和醇具有3到12个碳原子，以及这类醇的烯氧基化加成物。可聚合单体可用作可共聚合的表面活性剂用于自稳定胶乳，和作为共聚单体用于与其他单体的共聚合，制备共聚物或者三元聚合物薄膜和纤维，特别是作为碱性染料的受体和引入抗静电性能。在该专利中公开了单体，例如氯乙烯、丙烯酸乙酯、丙烯酸2-乙基己基酯、醋酸乙烯酯和N-甲基丙烯酰胺，可与硫酸化单烯属不饱和醇的铵盐共聚合。所公开的共聚物不是水溶性的。Ichinohe等的美国专利5,705,665涉及有机硅化合物，其具有作为组分之一的乙氧基化烯丙醇，在分子中具有磺酸盐基团的碱金属盐。得到的化合物可用作用于无机材料的表面处理剂和改性剂。所公开的共聚物不是水溶性的或者水分散性的。专利技术详述本专利技术涉及新型的水溶性或者水分散性聚合物，其包含侧基官能团，和它们用于各种含水体系中控制矿物沉积物的形成和沉积和抑制腐蚀的用途。可用于本专利技术的新型的聚合物是具有通式I结构的共聚物或者三元共聚物。通式I 其中E是烯属不饱和化合物聚合后保留的重复单元，优选羧酸、磺酸、膦酸或者其酰胺形式或者其混合物。R1是H或者低级(C1-C4)烷基。G是-CH2-或者-CHCH3-；R2是-(-CH2-CH2-O)-n或-(-CH2-CHCH3-O-)-m，其中n和m为大约1到100，优选n大于10和m为大约1到20。X是阴离子基团，选自SO3、PO3或者COO；Z是H或者氢或者任何水溶性阳离子部分，其平衡阴离子基团X的化合价，包括但是不局限于Na、K、Ca或者NH4。当F存在时，其是具有通式II结构的重复单元。通式II 在通式II中，X和Z与通式I中的相同。R4是H或者低级(C1-C4)烷基。R5是羟基取代的烷基或者亚烷基，其具有大约1到6个碳原子。关于通式I的E，其可以包括在羧酸、磺酸、膦酸或者其酰胺形式或者其混合物聚合后得到的重复单元。示例性的化合物包括，但是不局限于，在以下单体聚合后保留的重复单元丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、N-甲基丙烯酰胺、N，N-二甲基丙烯酰胺、N-异丙基丙烯酰胺、马来酸或者酸酐、富马酸、衣康酸、苯乙烯磺酸、乙烯基磺酸、异丙烯基膦酸、乙烯基膦酸、亚乙烯基二膦酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸等及其混合物。这些酸的水溶性盐形式也本文档来自技高网...

【技术保护点】
包含以下通式的水溶性或者水分散性聚合物的组合物：　　　　＊＊＊　　　　其中，Ｅ是烯属不饱和化合物聚合后保留的重复单元；Ｒ↓［１］是Ｈ或者低级（Ｃ↓［１］－Ｃ↓［４］）烷基；Ｇ是－ＣＨ↓［２］－或者－ＣＨＣＨ↓［３］－；Ｒ↓［２］是－（－ＣＨ↓［２］－ＣＨ↓［２］－Ｏ－）－ｎ或者－（ＣＨ↓［２］－ＣＨＣＨ↓［３］－Ｏ－）－ｍ；　　　　其中ｎ和ｍ为大约１－１００；Ｘ是ＳＯ↓［３］、ＰＯ↓［３］或者ＣＯＯ；Ｚ是Ｈ、氢或者水溶性阳离子部分；Ｆ是以下通式的重复单元：　　　　＊＊＊　　　　其中Ｒ↓［４］是Ｈ或者低级（Ｃ↓［１］－Ｃ↓［４］）烷基，Ｒ↓［５］是羟基取代的烷基或者亚烷基，其具有１到６个碳原子；ｃ和ｄ是正整数；和ｅ是非负的整数。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：F陈，NA科尔森，KE比恩特罗，JA凯歇林，SM凯斯勒，RC梅，
申请(专利权)人：GE贝茨公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]