一种新型无磷四元聚合物阻垢剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种新型无磷四元聚合物阻垢剂，其特征是：该阻垢剂由四种单体聚合而成，单体的摩尔比为衣康酸：丙烯酸甲酯：丙烯酰胺：2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸＝1:(0.4-0.6):(0.3-0.7):(0.1-0.4),在水溶液中聚合而成，所用引发剂为过硫酸铵。本发明专利技术还公开了该阻垢剂的制备方法。本发明专利技术制备的阻垢剂对碳酸钙垢和磷酸钙垢有优良的阻垢性能，具有优异的氧化铁分散性能，同时还具备无磷、耐高温的性能。本发明专利技术产品能够广泛的应用到工业水处理领域，用量少，制造工艺简单无污染，具有良好的经济效益和环境效益。

【技术实现步骤摘要】

该专利技术涉及一种新型无磷四元聚合物阻垢剂及其制备方法，该阻垢剂主要应用于工业循环冷却水的处理中，是一种无磷、高效的绿色阻垢剂。
技术介绍
改革开放以来，随着我国人口数量的迅速增加和人均生产总值的不断升高，水资源的供求问题正在不断地被激化。其中，工业用水首先面临着挑战，我国大多数工业部门一直采用循环冷却水系统。但在循环冷却水系统中，由于循环水被不断的加热和冷却，使得水系统中金属离子浓度增大，进而达到过饱和状态，或者因为升高温度，一些金属盐类形成沉淀，沉积在管路中，从而形成水垢。水垢不仅会增大水的流动阻力，减缓流动速度，增加循环泵的运行费用，而且还会影响换热器的换热效率。污垢长时间存在于管路中，会对管路造成垢下腐蚀，进而发生更严重事故，妨碍企业的正常运营。因此，寻求水垢的处理方法受到了研究者的注意。其中得到最广泛应用的就是聚合物阻垢剂。阻垢剂的发展对提高工业循环水的利用率起到了十分关键的作用。自20世纪60年起，阻垢剂开始被研发，那时使用的阻垢分散剂主要是木质素磺酸钠等，它们有一定的阻垢作用，能部分解决水垢沉积和锌盐稳定问题，但远远满足不了生产对阻垢性能的要求。为此逐步开发了聚合物阻垢剂，使用最广的为含磷的聚合物阻垢剂。如中国专利公开了申请号为CN00113316“一种含磷的磺酸盐共聚物及其制备方法和用途”、申请号为CN95111773“一种含磷的三元共聚物水质阻垢剂”、申请号为CN03122759含醚膦酸磺酸多元共聚物及多功能水处理剂的制备方法”。但磷会造成水体富营养化，破坏环境，20世纪80年代随着环境对工业排污的限制和人们环保意识的增强，阻垢剂也在向无毒无害的无磷的环境友好型阻垢剂发展。开始研究较多的主要有聚天冬氨酸，聚环氧琥珀酸，如中国专利公开了申请号为CN02111415“环保型阻垢剂聚天冬氨酸制备方法”、申请号为CN00310101837:“一种含聚环氧琥珀酸缓蚀阻垢处理方法”。但其造价都太高，企业应用的很少。目前研究的聚羧酸盐阻垢剂不仅成本低，而且不会造成磷的污染，还具有良好的阻垢性能从而被企业广泛应用。聚羧酸阻垢剂是一种含有羧基、脂基、磺酸基、酰胺基等多种官能团的聚合物。本专利技术在调研国内外聚羧酸阻垢剂的研究和发展情况后，不断总结经验，研发了一种水溶性的新型无磷四元共聚物阻垢剂。
技术实现思路
本专利技术目的在于一种无磷环保，且对碳酸钙垢、磷酸钙垢垢均具有优异阻垢性能的新型四元聚合物阻垢剂及其制备方法。本专利技术的目的可以通过以下措施达到：一种新型无磷四元聚合物阻垢剂，其特征在于，所述的新型无磷聚合物阻垢剂是由A、B、C、D四种单体在水溶液中通过自由基聚合的方法共聚而成的低聚物，其中：A：衣康酸B：丙烯酸甲酯C：丙烯酰胺D：2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸A、B、C、D四种单体的摩尔配比为A：B：C：D＝1:(0.4-0.6):(0.3-0.7):(0.1-0.4)上述新型无磷四元聚合物阻垢剂制备方法，步骤是：(1)以质量计，将2-6g的丙烯酰胺用适量的去离子水溶解配成质量百分比为10-20％的水溶液，与3mL-6mL的丙烯酸甲酯混合，命名为溶液a；将过硫酸铵2g-5g，用适量的去离子水溶解配成质量百分比10-15％的水溶液命名为溶液b。(2)将9g的衣康酸、2-6g的丙烯酰胺、3-8g的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸用适量的去离子水溶解，配成质量百分比为30-50％的水溶液，加入到四口烧瓶中，升温至45-75℃，在搅拌下加入异丙醇，然后将溶液a和溶液b分别放入滴液漏斗以匀速滴加(滴加时间为30-45min)，滴加完毕后升温至75-95℃。保温1-6小时，冷却后用30％的氢氧化钠溶液调节pH至7-8，即得新型无磷四元聚合物阻垢剂。根据权利4所述的新型无磷四元共聚物阻垢剂的制备方法，其特征在于聚合温度为75-95℃。本专利技术的有益效果是：研究表明，聚合物中的多种官能团可以起到好的阻垢效果。其中羧酸官能团水解后带负电荷，具有强大的吸附性能,对碳酸钙垢的阻垢性能起着主要作用，而磺酸基官能团极易溶于水中，其酸性高于羧酸官能团的酸性，所以它对晶体的吸附性能较低，从而导致磺酸基官能团对CaCO3的阻垢效果没有羧基官能团优异。但是磺酸官能团具有良好的抗温、抗盐能力，适用于高等矿化度的水系统中，并且能够提高Fe2O3的分散性能。酯基、酰胺基也具有吸附性能，吸附在无机盐微晶的表面，也可以发挥妨碍微晶的生长，破坏微晶内部结构的作用。本专利技术所用的聚合单体衣康酸是一种不饱和的二元羧酸，多利用淀粉发酵法制取，工艺简单，成产成本比同类化工产品低而且无毒易降解。2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的分子中不仅含有酰胺基团而且含有强亲水性的磺酸基团，酰胺基团可以防止共聚物凝胶聚合，而磺酸基团中强大的电荷密度会使得单体具有很好的吸附性和络合性，同时磺酸基团也会加强聚合物分子链的刚性，提高聚合物的热稳定性。从而该新型无磷共聚物阻垢剂具有良好的阻碳酸钙垢、磷酸钙后和分散氧化铁的能力，同时具备热稳定性高，无磷的特点。该聚合物合成工艺简单,生产成本低,可用作工业循环冷却水的处理,是一种高效的绿色阻垢剂。具体实施方式实施例1将2.7g的丙烯酰胺溶于30ml水中，与2.5ml的丙烯酸甲酯混合后配成溶液a；过硫酸铵2.0g溶于20ml水中配成溶液b。将6g的衣康酸、5.1g的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸溶于120ml水中然后加入到装有温度计、冷凝管和恒压滴定漏斗的四口烧瓶中，升高温度至50℃并搅拌，加入一定量的异丙醇(5％wt)，然后通过恒压漏斗向其中匀速滴定溶液a和溶液b，滴加时间为30min,滴加完毕后升高温度至85℃，通氮恒温反应3小时，冷却，用30％的氢氧化钠溶液调节pH至7-8，记得到淡黄色透明液体，即为新型无磷四元聚合物阻垢剂。实施例2将1.8g的丙烯酰胺溶于20ml水中，与2.5ml的丙烯酸甲酯混合后配成溶液a；过硫酸铵1.5g溶于20ml水中配成溶液b。将8.2g的衣康酸、2.6g的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸溶于100ml水中然后加入到装有温度计、冷凝管和恒压滴定漏斗的四口烧瓶中，升高温度至60℃并搅拌，加入一定量的异丙醇(5％wt)，然后通过恒压漏斗向其中匀速滴定溶液a和溶液b，滴加时间为40min,滴加完毕后升高温度至75℃，通氮恒温反应3.5小时，冷却，用30％的氢氧化钠溶液调节pH至7-8，记得到淡黄色本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种新型无磷四元聚合物阻垢剂，其特征在于，所述的新型无磷四元聚合物阻垢剂是由A、B、C、D四种单体在水溶液中通过自由基聚合反应共聚而成的低聚物，其中：A：衣康酸B：丙烯酸甲酯C：丙烯酰胺D：2‑丙烯酰胺基‑2‑甲基丙磺酸A、B、C、D四种单体的摩尔比为A：B：C：D＝1：(0.4‑0.6)：(0.3‑0.7)：(0.1‑0.4)。

【技术特征摘要】
1.一种新型无磷四元聚合物阻垢剂，其特征在于，所述的新型无磷四元聚合物阻垢剂是由A、B、C、D四种单体在水溶液中通过自由基聚合反应共聚而成的低聚物，其中：
A：衣康酸
B：丙烯酸甲酯
C：丙烯酰胺
D：2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸
A、B、C、D四种单体的摩尔比为A：B：C：D＝1：(0.4-0.6)：(0.3-0.7)：(0.1-0.4)。
2.根据权利1要求所述的新型无磷四元聚合物阻垢剂，其特征在于将羧基、酯基、酰胺基、磺酸基这四种官能团聚共聚，从而具备了高效的阻垢性能。
3.根据权利1要求所述的新型四元聚合物阻垢剂，其特征在于，四种单体发生自由基聚合反应时所采用的引发剂为水溶性的过硫酸铵。
4.根据权利1要求所述的新型无磷四元聚合物阻垢剂制备方法，步骤是：
(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：张文华，李萍，李飞，商丽艳，韩志超，赵杉林，
申请(专利权)人：辽宁石油化工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21