本发明专利技术涉及衣康酸与2‑丙烯酰胺基‑2‑甲基丙磺酸的共聚物及其制备方法和应用。该共聚物由衣康酸单羧酸盐单元、衣康酸二羧酸盐单元、2‑丙烯酰胺基‑2‑甲基丙磺酸单元和2‑丙烯酰胺基‑2‑甲基丙磺酸盐单元构成，该共聚物的数均分子量为1000‑5000，重均分子量为1500‑6900。该共聚物为棕黄色或棕红色透明液体，可生物降解，属环境友好型产品。本发明专利技术共聚物更适用于阻止海水冷却系统中凝结器(温度较高)上碳酸钙垢的形成和附着，本发明专利技术共聚物作为阻垢剂在80℃条件下，与聚衣康酸相比，共聚物使用浓度由聚衣康酸中的8mg/L降低为6mg/L，阻垢率比聚衣康酸提高10％以上。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及水处理领域，尤其是涉及衣康酸与2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的共聚物。该衣康酸与2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的共聚物用作海水阻垢剂，适用于高硬度，高碱度海水，更适用于阻止海水冷却系统中凝结器(温度较高)上碳酸钙垢的形成和附着，是一种环境友好型阻垢剂。本专利技术还涉及衣康酸与2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的共聚物的制备方法。
技术介绍
随着人们对环境保护的重视，对水处理剂的环保要求也日渐提高，因此研发无磷、可生物降解的环境友好型药剂成为国内外水处理剂研究的重要方向。海水阻垢剂是海水水处理药剂的一个重要组成部分。我国虽然于90年代后期开始了对环境友好型阻垢剂的研究，但成功研发的阻垢剂种类少且质量很不稳定，难以满足浓缩海水水质的使用要求，易造成水体富营养化的有机磷系阻垢剂和不易降解的有机物阻垢剂仍是海水阻垢剂的主流。在此背景下，研发兼具良好阻垢性与环境友好性的海水阻垢剂，是推动我国海水利用技术赶超世界先进水平的一个重要契机。衣康酸是由淀粉等原料经生物发酵法制备的一种生物质，具有较强的可生物降解能力，是一种不饱和二元羧酸，不依赖于石化产品的分离，在能源危机日益严重的大背景下，衣康酸类产品不断显示出它在同类产品中的优越性。
技术实现思路
专利技术人通过对阻垢机理的研究发现，为达到高效阻垢效果，仅含有-COOH/-OH等弱酸性和弱亲水性基团的聚合物在高硬度水中难以起到很好的阻垢效果，若同时含有亲水性较强的基团(如-SO3H)，既可有效防止弱亲水性基团生成难溶的钙溶胶，又有助于溶解，所以高硬度水用处理药剂应同时具有强酸和弱酸两种官能团。2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸分子中含有磺酸基(-SO3H)、羧基、羟基和酰胺基等基团，具有强阴离子性、强溶解性、导电性、水解稳定性及热稳定性等特性。本专利技术在保证聚衣康酸可生物降解的前提下，进一步提高聚衣康酸的耐温性，阻垢性，提出以衣康酸为主要原料，共聚一定量2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸合成衣康酸与2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的共聚物作为环保型阻垢剂。本专利技术首次提出以衣康酸与2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的共聚物作为海水阻垢剂，原料衣康酸是由淀粉等经生物发酵法制备，不依赖于石油产品分离。衣康酸与2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的共聚物的制备以水为介质，与传统的使用有机溶剂和有机引发剂的合成方法相比，该工艺简单安全，制备过程无废物排出，无二次污染，具有良好的工业应用前景。本专利技术解决的技术问题是：克服聚衣康酸耐温性差、阻垢性能不理想的技术问题，提供一种聚合时间短，制备工艺简单，无三废排出的衣康酸与2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的共聚物及其制法。本专利技术共聚物更适用于阻止海水冷却系统中凝结器(温度较高)上碳酸钙垢的形成和附着，本专利技术共聚物作为阻垢剂在80℃条件下，与聚衣康酸相比，共聚物使用浓度由聚衣康酸中的8mg/L降低为6mg/L，阻垢率比聚衣康酸提高10％以上。为了解决上述技术问题，第一方面，本专利技术提供一种衣康酸与2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的共聚物，其由衣康酸单羧酸盐单元、衣康酸二羧酸盐单元、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸单元和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸盐单元构成。优选的，所述共聚物的数均分子量为1000-5000，重均分子量为1500-6900，优选的，数均分子量为2500-4000，重均分子量为3200-5600。优选的，衣康酸单羧酸盐单元和衣康酸二羧酸盐单元之和，与2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸单元和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸盐单元之和的摩尔分数之比为14.1:1。优选的，衣康酸二羧酸盐单元和衣康酸单羧酸盐单元的摩尔分数之比为1：1；2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸单元和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸盐单元之和的摩尔分数之比为1:3。第二方面，本专利技术提供一种衣康酸与2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的物。该共聚物由结构单元和结构单元构成，R代表M或H，但是在该共聚物中，R不全为M或者不全为H。该共聚物制备过程如下：其中，其中M代表碱金属或碱土金属，M(OH)L为一元碱或二元碱，一元碱优选氢氧化钠、氢氧化钾，二元碱优选氢氧化钙；L表示碱金属的化合价，为1或者2。该共聚物的数均分子量为1000-5000，重均分子量为1500-6900，优选的，该共聚物的数均分子量为2500-4000，重均分子量为3200-5600。优选的，衣康酸单羧酸盐单元和衣康酸二羧酸盐单元之和，与2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸盐单元之和的摩尔分数之比为14.1:1。第三方面，本专利技术提供一种衣康酸与2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的共聚物，其由衣康酸单羧酸盐单元、衣康酸二羧酸盐单元、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸盐单元构成，其通过下述方法制备：(a)将衣康酸和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸分别与可溶性碱反应，制备部分中和的衣康酸单体和部分中和的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸单体；然后将部分中和的衣康酸单体和部分中和的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸单体混合，得到单体混合物；(b)在水相中通过自由基引发剂，使单体混合物聚合，得衣康酸与2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的共聚物。第四方面，本专利技术提供一种衣康酸与2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸共聚物的制备方法，所制备的共聚物由衣康酸单羧酸盐单元、衣康酸二羧酸盐单元、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸盐单元构成，采用以下步骤：(a)将衣康酸和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸分别与可溶性碱反应，制备部分中和的衣康酸单体和部分中和的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸单体，然后将部分中和的衣康酸和部分中和的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸单体混合，得到单体混合物；以衣康酸和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的质量之和为基准，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的加入量为10wt％～50wt％；(b)在水相中通过自由基引发剂，使单体混合物聚合，而得衣康酸与2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的共聚物。优选的，部分中和的单体混合物在加入引发剂的过程中，作为单独的一种溶液，与引发剂同时滴加到反应器中。优选的，反应过程保持反应温度在70℃～110℃之间。优选的，在步骤(a)中，以衣康酸和磺酸中羧基的物质的量为基准，羧基的中和度为40％～75％，优选75％；可溶性碱是一元碱，优选氢氧化钠、氢氧化钾；或二元碱，优选氢氧化钙。优选的，以单体的质量为基准，引发剂加入量为5wt％～7.5wt％；引发剂选用以下任一种物质：过硫酸钾，过硫酸钠和过硫酸铵，优选过硫酸铵。优选的，单体溶液和引发剂的加料时间为1.0～3.0小时，优选1.0小时。优选的，反应过程温度控制在80-90℃，优选80℃。优选的，单体和引发剂滴加完毕后，继续聚合0.5～5小时，优选1.0小时。第五方面，本专利技术提供上述任一种衣康酸与2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的共聚物在阻垢剂中的应用。优选的，所述阻垢剂是海水阻垢剂。优选的，在阻垢剂应用温度60℃-80℃条件下，所述共聚物的应用浓度是小于等于6mg/L。第六方面，本专利技术提供一种水处理剂，包括上述任一种衣康酸与2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的共聚物作为阻垢剂。本专利技术以衣康酸、2-丙烯酰胺基-2-甲本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种衣康酸与2‑丙烯酰胺基‑2‑甲基丙磺酸的共聚物，其特征在于，其由衣康酸单羧酸盐单元、衣康酸二羧酸盐单元、2‑丙烯酰胺基‑2‑甲基丙磺酸单元和2‑丙烯酰胺基‑2‑甲基丙磺酸盐单元构成。
【技术特征摘要】
1.一种衣康酸与2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的共聚物，其特征在于，其由衣康酸单羧酸盐单元、衣康酸二羧酸盐单元、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸单元和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸盐单元构成。2.根据权利要求1所述的衣康酸与2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的共聚物，其特征在于，所述共聚物的数均分子量为1000-5000，重均分子量为1500-6900，优选的，数均分子量为2500-4000，重均分子量为3200-5600。3.根据权利要求1或2所述的衣康酸与2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的共聚物，其特征在于，衣康酸单羧酸盐单元和衣康酸二羧酸盐单元之和，与2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸单元和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸盐单元之和的摩尔分数之比为1.6-14.1：1。4.根据权利要求3所述的衣康酸与2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的共聚物，其特征在于，衣康酸二羧酸盐单元和衣康酸单羧酸盐单元的摩尔分数之比为0-1：1；2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸单元和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸盐单元的摩尔分数之比为2-6：9。5.一种衣康酸与2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的共聚物，其特征在于，其由衣康酸单羧酸盐单元、衣康酸二羧酸盐单元、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸盐单元构成，其制备方法包括如下步骤：(a)将衣康酸和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸分别与可溶性碱反应，制备部分中和的衣康酸单体和部分中和的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸单体；然后将部分中和的衣康酸单体和部分中和的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸单体混合，得到单体混合物；(b)在水相中通过自由基引发剂，使单体混合物聚合，得衣康酸与2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的共聚物。6.一种衣康酸与2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸共聚物的制备方法，所制备的共聚物由衣康酸单羧酸盐单元、衣康酸二羧酸盐单元、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸盐单元构成，其特征在于，其制备方法包括以下步骤：(a)将衣康酸和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸分别与可溶性碱反应，制备部分中和的衣康酸单体和部分中和的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸单体，然后将部分中和的衣康酸和部分中和的2-丙烯酰胺基-...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴东霞，成国辰，樊利华，徐旭，焦春联，吴芸芳，尹建华，
申请(专利权)人：国家海洋局天津海水淡化与综合利用研究所，
类型：发明
国别省市：天津;12
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