專利名稱：丙烯醇衣康酸磺酸鹽類多元共聚物阻垢劑及其制法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多元阻垢緩蝕劑及制法，具體是一種丙烯醇衣康酸磺酸鹽類多元
共聚物阻垢劑及其制法。
背景技術(shù)：
近幾年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，水資源的匱乏和污染已成為影響我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素之一。目前有300多個大中城市缺水，其中1/3城市嚴(yán)重缺水，尤其是東部沿海城市等發(fā)的城市。在很多地方地下水資源枯竭，客水資源有限，節(jié)約用水，治理污水和開發(fā)新水源具有同等重要的意義。水是工業(yè)熱交換系統(tǒng)常用的冷卻介質(zhì)，工業(yè)循環(huán)冷卻水用量占工業(yè)用水量的70%左右，提高循環(huán)冷卻水使用效率，不僅可大幅節(jié)省水資源，同時減少隨循環(huán)水白白排掉的大量熱能，有利促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。 循環(huán)水中不僅含有堿土金屬陽離子(例如Ca2+、Mg2+、Ba2+)和少量其它陽離子(例如Fe2+、 Fe3+、 Cu2+、 Zn2+等)，同時也有S042—、 C032—、 OH-、 HCO3—、 P043_、 Si032—等成垢陰離子。在循環(huán)水系統(tǒng)中，由于水分的蒸發(fā)，介質(zhì)PH、溫度變化，水流速度變化等影響，一些難溶性無機(jī)鹽水垢如CaC03、 MgC03、 CaS04、 Ca3 (P04) 2、 Mg (OH) 2等會在管道和熱交換器的表面沉積，從而導(dǎo)致熱交換器傳熱效率降低并引起垢下腐蝕。 由于水資源的短缺和工業(yè)用水費(fèi)用的增加，為了節(jié)約冷卻水和減少排污量，現(xiàn)代循環(huán)冷卻水多采用添加水處理藥劑等方法進(jìn)行處理，濃縮倍數(shù)通?？刂圃?. 5 5. 0下運(yùn)行。這時系統(tǒng)的結(jié)垢趨勢增大，同時設(shè)備腐蝕和微生物生長也影響系統(tǒng)的安全運(yùn)行。通過添加化學(xué)藥劑等水質(zhì)處理的辦法可解決或緩解這些問題，最常用的化學(xué)藥劑有阻垢分散劑、緩蝕劑和殺生劑等水處理劑。 阻垢緩蝕劑先后經(jīng)過了無機(jī)阻垢緩蝕劑，天然聚合物、聚羧酸鹽、有機(jī)膦類、多元共聚物等階段。但無機(jī)類添加量大，阻垢效果較差；聚羧酸鹽和有機(jī)膦類官能團(tuán)較單一 ；多元共聚物則加入量少、性能優(yōu)越、耐高溫等優(yōu)點(diǎn)。而隨著環(huán)保要求提高，對藥劑要求要環(huán)保、易降解，對環(huán)境影響低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種能克服上述缺陷、生產(chǎn)工藝簡單、無三廢排出的衣康酸
多元共聚高效阻垢劑及制備方法。
其具體技術(shù)方案為 —種丙烯醇衣康酸磺酸鹽類多元共聚物阻垢劑，其特征在于由衣康酸、磺酸鹽、丙烯醇在引發(fā)劑體系下水相聚合制備而成，以衣康酸重量為基準(zhǔn)，磺酸鹽加入量為io% 50%，丙烯醇加入量為5% 20%，引發(fā)劑含量(以單體質(zhì)量為基準(zhǔn))為5% 30%，次亞磷酸鈉5% 30% 所述的丙烯醇衣康酸磺酸鹽類多元共聚物阻垢劑，磺酸鹽為下列一種或多種混合物丙烯磺酸鹽類、乙烯磺酸鹽、苯乙烯磺酸鹽等，較為適宜的磺酸鹽為丙烯磺酸鹽，加入量
3為10% 50% (以衣康酸重量為基準(zhǔn))。 所述的丙烯醇衣康酸磺酸鹽類多元共聚物阻垢劑，引發(fā)劑包括可在本發(fā)明反應(yīng)溫度下分解的所有引發(fā)劑，例如下列一種或多種氧化劑的組合，或其與單種或多種還原劑的組合過硫酸鈉、過硫酸銨、過硫酸鉀、過磷酸鈉、過磷酸鉀、過磷酸銨、過氧化氫和叔丁基過氧化物、二?；^氧化物；還原劑為次亞磷酸鈉，可在聚合前加入到衣康酸溶液中或者在聚合中均勻加入反應(yīng)體系中。將氧化劑或及其還原劑分別溶于水制備成水溶液，組成引發(fā)劑體系，其用量為5% 30% (以單體質(zhì)量為基準(zhǔn))，配置濃度為5 30%，較適宜的氧化劑為過硫酸鹽，可與50%磺酸鹽混合配置成溶液。 所述丙烯醇衣康酸磺酸鹽類多元共聚物阻垢劑的制法，其特征在于采用以下步驟將衣康酸與磺酸鹽(50% )加入反應(yīng)釜中加水溶解，以衣康酸質(zhì)量為基準(zhǔn)，其中磺酸鹽加入量為10 % 50 % ，加入水量為150 % 500 % ，異丙醇加入量為40 80 % ，恒定溫度在30 10(TC之間，接著以均勻的加料速度加入引發(fā)劑溶液、丙烯醇到反應(yīng)器中反應(yīng)，其中活性引發(fā)劑含量(以單體質(zhì)量為基準(zhǔn))為5% 30%，丙烯醇(以衣康酸質(zhì)量為基準(zhǔn))加入量為5% 20%，加完料后再保溫15 150分鐘。 所述的丙烯醇衣康酸磺酸鹽類多元共聚物阻垢劑的制法，引發(fā)劑和丙烯醇的加料時間為1 4小時。 所述的丙烯醇衣康酸磺酸鹽類多元共聚物阻垢劑的制法，在加完料后再反應(yīng)15 150分鐘。 所述的丙烯醇衣康酸磺酸鹽類多元共聚物阻垢劑的制法，引發(fā)劑中的還原劑在聚合前加入到衣康酸溶液中或者在聚合中均勻加入反應(yīng)體系中。 本發(fā)明最終產(chǎn)品為固含量為20% 40% (重量含量)溶液，也可濃縮干燥后制備
成片狀或粉末狀固體，或先用堿如氫氧化鈉、氫氧化鉀、氨中和，再制成固體。 本發(fā)明以衣康酸為原料，與丙烯醇、磺酸鹽進(jìn)行水相共聚，更具體地說是以衣康酸
為原料，與丙烯醇、磺酸鹽在引發(fā)劑存在下進(jìn)行水溶液自由基聚合，生產(chǎn)工藝簡單，產(chǎn)品殘
余單體較少，無三廢排出。用此法制得的聚合物對冷卻水系統(tǒng)中碳酸鹽類、硫酸鹽類、磷酸
鹽類、硅酸鹽類等垢層的形成和附著有高效的抑制作用，并對氧化鐵，淤泥等起到良好分散作用。 該聚合物同常用的水處理劑配伍性好，可與有機(jī)磷酸鹽、鋅鹽緩蝕劑等水處理劑復(fù)配使用，也可單獨(dú)使用，可在較高溫度下使用，也可用于油田注水中作為阻垢分散劑。
該聚合物按照《水處理劑阻垢性能的測定碳酸鈣沉積法》GB/T 16632-2008，經(jīng)過靜態(tài)阻垢實(shí)驗，與目前市場上使用的阻垢劑如水解聚馬來酸酐、613、 HEDP、 ATMP、丙烯酸-AMPS多元共聚物等相比，性能優(yōu)越。 本發(fā)明最終產(chǎn)品，也可用于除垢劑、螫合劑、分散劑、洗滌助劑等。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1 在裝有機(jī)械攪拌器、恒壓滴液漏斗和溫度計的四口燒瓶中，加入衣康酸130g，異丙醇72g，蒸餾水400g，加熱到60°C ，使衣康酸全部溶解；將丙烯磺酸鈉18g溶于50g蒸餾水中，在衣康酸溶解后，快速加入；然后升溫到9(TC;將丙烯磺酸鈉18g溶于55g蒸餾水中后，
4加入100g蒸餾水再加入15g過硫酸鈉配制引發(fā)劑；在100g蒸餾水加入27g次亞磷酸鈉和15g丙烯醇配制成還原劑；在衣康酸溶液升溫到7(TC后，先快速加入引發(fā)劑30ml和還原劑10ml ，將引發(fā)劑、還原劑在2小時內(nèi)均勻滴加入燒杯中，維持反應(yīng)溫度在90°C ，單體和引發(fā)劑滴加完畢后，繼續(xù)保溫(保溫20分鐘)反應(yīng)一段時間(以下簡稱"反應(yīng)時間")。停止加熱、攪拌，蒸餾，回收異丙醇，溫度控制在101+2t:，加液堿，等四口燒瓶內(nèi)溫度降到75t:，加液堿鈉化，冷卻出料，得淺黃褐色粘稠液體。
化學(xué)反應(yīng)式如下
C〇〇H H CH3
H-P-H + H2C《 + H2C^ + H2C^
(^Na CH2C〇〇H CH2S〇3Na CH2〇H
,m\ …,—■CH2S〇3Nayo\ CH2〇H/p 所得聚合物溶液轉(zhuǎn)化率為97. 5% (以衣康酸為基準(zhǔn))，未聚合的殘余衣康酸單體為2. 5% ; 所得聚合物密度為1. 20g/cm3， (25°C )，固含量為32. 5%。 所得聚合物阻垢率的測試(《水處理劑阻垢性能的測定碳酸鈣沉積法》GB/T16632-2008):含Ca2+600mg/L， HC03-600mg/L，(以碳酸f丐計)，在80。C下，恒溫10小時，藥品使用濃度為5mg/L (以干基計)，維持水樣pH " 9。用EDTA測試濾液中鈣含量，測試結(jié)果如下 阻垢劑種類 阻碳酸鈣垢率
本聚合物 68.97%
水解聚馬來酸酐 40.5%
HEDP 52.29%
613 61.71%
ATMP 52.6% 注實(shí)驗中所用水解聚馬來酸酐、613、丙烯酸-AMPS多元共聚物、ATMP、 HEDP均為工業(yè)品。 實(shí)施例2 在裝有機(jī)械攪拌器、恒壓滴液漏斗和溫度計的四口燒瓶中，加入衣康酸150g，異丙醇72g，蒸餾水400g，加熱到60°C ，使衣康酸全部溶解；將丙烯磺酸鈉8g溶于50g蒸餾水中，在衣康酸溶解后，快速加入；然后升溫到9(TC;將丙烯磺酸鈉8g溶于55g蒸餾水中后，加入100g蒸餾水再加入8g過硫酸鈉配制引發(fā)劑；在100g蒸餾水加入8g次亞磷酸鈉和8g丙烯醇配制成還原劑；在衣康酸溶液升溫到7(TC后，先快速加入引發(fā)劑30ml和還原劑10ml，將引發(fā)劑、還原劑在2小時內(nèi)均勻滴加入燒杯中，維持反應(yīng)溫度在9(TC，單體和引發(fā)劑滴加完畢后，繼續(xù)保溫(保溫20分鐘)反應(yīng)一段時間(以下簡稱"反應(yīng)時間")。停止加熱、攪拌，蒸餾，回收異丙醇，溫度控制在10l士2t:，加液堿，等四口燒瓶內(nèi)溫度降到75t:，加液堿鈉化，冷卻出料，得淺黃褐色粘稠液體。 所得聚合物溶液轉(zhuǎn)化率為96. 5% (以衣康酸為基準(zhǔn))，未聚合的殘余衣康酸單體為3.5%。所得聚合物密度為1. 19g/cm3(25°C )，固含量為29.8%。
所得聚合物測試阻垢率為51.8%。
實(shí)施例3 在裝有機(jī)械攪拌器、恒壓滴液漏斗和溫度計的四口燒瓶中，加入衣康酸120g，異丙醇72g，蒸餾水400g，加熱到60°C ，使衣康酸全部溶解；將丙烯磺酸鈉30g溶于80g蒸餾水中，在衣康酸溶解后，快速加入；然后升溫到9(TC;將丙烯磺酸鈉30g溶于100g蒸餾水中后，加入lOOg蒸餾水再加入18g過硫酸鈉配制引發(fā)劑；在lOOg蒸餾水加入36g次亞磷酸鈉和24g丙烯醇配制成還原劑；在衣康酸溶液升溫到7(TC后，先快速加入引發(fā)劑30ml和還原劑10ml ，將引發(fā)劑、還原劑在2小時內(nèi)均勻滴加入燒杯中，維持反應(yīng)溫度在90°C ，單體和引發(fā)劑滴加完 畢后，繼續(xù)保溫(保溫20分鐘)反應(yīng)一段時間(以下簡稱"反應(yīng)時間")。停止加熱、攪拌，蒸餾，回收異丙醇，溫度控制在101士2t:，加液堿，等四口燒瓶內(nèi)溫度降到75t:，加液堿鈉化，冷卻出料，得淺黃褐色粘稠液體。 所得聚合物溶液轉(zhuǎn)化率為98. 9% (以衣康酸為基準(zhǔn))，未聚合的殘余衣康酸單體為1. 1%。所得聚合物密度為1.22g/cm3(25°C )，固含量為38.6%。
所得聚合物測試阻垢率為45. 8 % 。
權(quán)利要求
一種丙烯醇衣康酸磺酸鹽類多元共聚物阻垢劑，其特征在于，由丙烯醇、衣康酸、磺酸鹽在引發(fā)劑體系下水相聚合制備而成，以衣康酸質(zhì)量為基準(zhǔn)，磺酸鹽加入量為10％～50％，丙烯醇加入量為5％～20％，引發(fā)劑為5％～30％，次亞磷酸鈉5％～30％。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的丙烯醇衣康酸磺酸鹽類多元共聚物阻垢劑，其特征在于，磺 酸鹽為以下一種或多種混合物丙烯磺酸鹽類、苯乙烯磺酸鹽類、乙烯磺酸鹽類。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的丙烯醇衣康酸磺酸鹽類多元共聚物阻垢劑，其特征在于，引發(fā)劑選自以下其中一種或多種與還原劑的組合過硫酸鈉、過硫酸銨、過硫酸鉀、過磷酸鈉、 過磷酸鉀、過磷酸銨、過氧化氫、叔丁基過氧化物、二?；^氧化物；還原劑為次亞磷酸鈉。
4. 一種制備如權(quán)利要求1 3所述丙烯醇衣康酸磺酸鹽類多元共聚物阻垢劑的制法， 其特征在于采用以下步驟(a) 將衣康酸與磺酸鹽混合制成異丙醇水溶液，以衣康酸質(zhì)量為基準(zhǔn)，磺酸鹽加入量為 10 % 50%，異丙醇加入量為40 80% ;(b) 以均勻的加料速度加入引發(fā)劑溶液、丙烯醇，其中丙烯醇(以衣康酸質(zhì)量為基 準(zhǔn))加入量為5% 20%，引發(fā)劑含量以單體質(zhì)量為基準(zhǔn)為5% 30%，次亞磷酸鈉5% 30% ;(c) 整個反應(yīng)過程保持溫度在60 102 °C ;(d) 回收異丙醇，溫度控制在101±2°C ;(e) 加液堿鈉化，等溫度降到75t:，加液堿鈉化，冷卻出料。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的丙烯醇衣康酸磺酸鹽類多元共聚物阻垢劑的制法，其特征在 于(a)步驟所述衣康酸與磺酸鹽混合制成水溶液是由衣康酸與磺酸鹽加水溶解，加入水 量為衣康酸質(zhì)量的150% 500%。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的丙烯醇衣康酸磺酸鹽類多元共聚物阻垢劑的制法，其特征在 于引發(fā)劑和丙烯醇的加料時間為1 4小時。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的丙烯醇衣康酸磺酸鹽類多元共聚物阻垢劑的制法，其特征在 于(c)權(quán)步驟在加完料后再反應(yīng)15 150分鐘。
8. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的丙烯醇衣康酸磺酸鹽類多元共聚物阻垢劑的制法，其特征在 于引發(fā)劑中的還原劑在聚合前加入到衣康酸溶液中或者在聚合中均勻加入反應(yīng)體系中。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種多元阻垢緩蝕劑及制法，具體是一種丙烯醇衣康酸磺酸鹽類多元共聚物阻垢劑的制法及其制法，其特征在于，由丙烯醇、衣康酸、磺酸鹽在引發(fā)劑體系下水相聚合制備而成，以衣康酸質(zhì)量為基準(zhǔn)，磺酸鹽加入量為10％～50％，丙烯醇加入量為5％～20％，引發(fā)劑為5％～30％，次亞磷酸鈉5％～30％。本發(fā)明以衣康酸為原料，與丙烯醇、磺酸鹽進(jìn)行水相共聚，生產(chǎn)工藝簡單，產(chǎn)品殘余單體較少，無三廢排出。用此法制得的聚合物對冷卻水系統(tǒng)中碳酸鹽類、硫酸鹽類、磷酸鹽類、硅酸鹽類等垢層的形成和附著有高效的抑制作用，并對氧化鐵，淤泥等起到良好分散作用。
文檔編號C08F222/02GK101786733SQ20101014195
公開日2010年7月28日 申請日期2010年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月8日
發(fā)明者劉建文, 劉秀華, 張文輝, 齊金蓮 申請人:山東省特種設(shè)備檢驗研究院淄博分院