一種共聚物阻垢分散劑及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種共聚物阻垢分散劑及其制備方法，該共聚物阻垢分散劑由單體在有機溶劑中通過無機過氧化物引發(fā)一步聚合而成，所述單體為不飽和膦酸、不飽和脂肪酸，或者不飽和膦酸、不飽和脂肪酸與不飽和羧酸、不飽和磺酸中的至少一種。通過該方法制備的共聚物阻垢分散劑，分子結(jié)構(gòu)中同時包含多個官能基團以及長碳鏈，使其在具有優(yōu)異的阻碳酸鈣垢性能、阻磷酸鈣垢性能、穩(wěn)定鋅鹽性能的同時，又具有一定的表面活性和剝離性能，尤其是在油含量較高的水體中，阻垢效果優(yōu)于常用阻垢分散劑。該共聚物阻垢分散劑制備方法簡單，成本低，用藥量少，阻垢分散效果好，可廣泛用于工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中，具有較高的經(jīng)濟效益和社會效益。
【專利說明】一種共聚物阻垢分散劑及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及循環(huán)水處理領(lǐng)域，具體涉及一種共聚物阻垢分散劑及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著工業(yè)生產(chǎn)的規(guī)模化和人口的急劇增加，水資源嚴重匱乏。循環(huán)冷卻水用量占工業(yè)用水的60-70%，合理節(jié)約循環(huán)冷卻水是縮減工業(yè)用水量的最直接途徑。節(jié)約循環(huán)冷卻水的主要方法是提高循環(huán)冷卻水的循環(huán)利用率，即加大濃縮倍數(shù)，但這又會給循環(huán)水系統(tǒng)帶來嚴重的腐蝕和結(jié)垢問題，對水處理工藝提出了更高的要求。為了保證循環(huán)水系統(tǒng)在高硬度、高氯離子濃度、高有機物濃度等條件下正常運行，水處理藥劑顯得極為關(guān)鍵。
[0003]阻垢分散劑是常見的循環(huán)水處理用水質(zhì)穩(wěn)定劑，尤其是聚羧酸鹽類阻垢分散劑，其可使水中致垢鹽類不在金屬表面上沉積，同時又能阻止水中顆粒物(垢)聚集沉降，并維持其懸浮狀態(tài)，起到阻垢、分散的雙重功效。
[0004]國內(nèi)有關(guān)聚羧酸鹽類阻垢分散劑的專利很多，如CN01123146 “低分子量(甲基)丙烯酸(鹽)系聚合物及其制備方法和用途”，CN94194415.8 “不飽和羧酸共聚物及其制備方法和應(yīng)用”等，但隨著工業(yè)循環(huán)冷卻水處理工藝的不斷開發(fā)，循環(huán)水系統(tǒng)情況的復(fù)雜性和多變性逐漸加深，對水處理藥劑的適應(yīng)性提出了更高的要求。尤其是物料泄漏的頻繁發(fā)生，使油類物質(zhì)進入到循環(huán)水中，循環(huán)水的C0D、濁度、油含量、懸浮物等指標較高，常用的緩蝕阻垢劑難以發(fā)揮正常的效用，只能加大緩蝕阻垢劑的用量，或者頻繁地排污置換，極大地增加了循環(huán)水處理的開銷，也加重了循環(huán)水處理的繁復(fù)性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決上述問題`，本發(fā)明提供一種共聚物阻垢分散劑，它在含油量較高的水體中，具有較好的阻碳酸鈣垢性能，阻磷酸鈣垢性能、穩(wěn)定鋅鹽性能，分散性能，表面活性以及剝離性能，尤其是在存在油類物質(zhì)泄漏的循環(huán)水系統(tǒng)，當循環(huán)水的C0D、濁度、油含量、懸浮物等指標較高，常用的緩蝕阻垢劑難以發(fā)揮正常的效用時，本發(fā)明提供的共聚物阻垢分散劑可在其優(yōu)良表面活性的保障下，更好地發(fā)揮阻垢和分散的作用，阻垢分散效果超過現(xiàn)有常用阻垢分散劑。
[0006]一種共聚物阻垢分散劑的制備方法，包括以下步驟:
[0007]I)試劑配制:
[0008]將不飽和膦酸和無機還原劑溶于有機溶液，形成試劑I ;將無機氧化劑溶于有機溶液，形成試劑II ;將不飽和脂肪酸溶于有機溶劑，或者將不飽和脂肪酸與下列成份中的至少一種混合溶于有機溶劑:不飽和羧酸、不飽和磺酸，形成試劑III ；
[0009]2)聚合反應(yīng)
[0010]向溫度為45飛5°C的試劑I中加入試劑II和試劑III
[0011]加熱至溶劑沸騰，所述試劑1、試劑II和試劑III在溶劑的沸點溫度發(fā)生聚合反應(yīng)，反應(yīng)時間為廣5h ；[0012]3)將產(chǎn)物冷卻，得所述共聚物阻垢分散劑。
[0013]當所述試劑III為不飽和脂肪酸溶于有機溶劑時，所述聚合反應(yīng)中，反應(yīng)物的加入量為:
[0014]不飽和膦酸85~95wt%，不飽和脂肪酸5~15wt%，
[0015]無機還原劑加入量為不飽和膦酸和不飽和脂肪酸總質(zhì)量的8~14%，
[0016]無機氧化劑加入量為不飽和膦酸和不飽和脂肪酸總質(zhì)量的8~14% ；
[0017]當所述試劑III為不飽和脂肪酸與不飽和羧酸溶于有機溶劑時，所述聚合反應(yīng)中，反應(yīng)物的加入量為:
[0018]不飽和膦酸6(T80wt%，不飽和脂肪酸5~15wt%，不飽和羧酸15~25wt% ；
[0019]無機還原劑加入量為不飽和膦酸、不飽和脂肪酸和不飽和羧酸總質(zhì)量的8~14% ；
[0020]無機氧化劑加入量為不飽和膦酸、不飽和脂肪酸和不飽和羧酸總質(zhì)量的8~14% ；
[0021]當所述試劑III為不飽和脂肪酸與不飽和磺酸溶于有機溶劑時，所述聚合反應(yīng)中，反應(yīng)物的加入量為:
[0022]不飽和膦酸6(T80wt%，不飽和脂肪酸5~15wt%，不飽和磺酸15~25wt% ；
[0023]無機還原劑加入量為不飽和膦酸、不飽和脂肪酸和不飽和磺酸總質(zhì)量的8~14% ；
[0024]無機氧化劑加入量為不飽和膦酸、不飽和脂肪酸和不飽和磺酸總質(zhì)量的8~14% ；
[0025]當所述試劑III為不飽和脂肪酸、不飽和磺酸和不飽和羧酸溶于有機溶劑時，所述聚合反應(yīng)中，反應(yīng)物的加入量為:
[0026]不飽和膦酸35~65wt%，不飽和脂肪酸5~15wt%，不飽和磺酸15~25wt%，不飽和羧酸15"25wt% ；
[0027]無機還原劑加入量為不飽和膦酸、不飽和脂肪酸、不飽和磺酸和不飽和羧酸總質(zhì)量的8~14% ；
[0028]無機氧化劑加入量為不飽和膦酸、不飽和脂肪酸、不飽和磺酸不飽和羧酸總質(zhì)量的8~14%。
[0029]所述不飽和膦酸的碳原子數(shù)在:T8之間的；所述不飽和脂肪酸的碳原子數(shù)在16~24之間；所述不飽和磺酸的碳原子數(shù)在31之間；所述不飽和羧酸的碳原子數(shù)在31之間。
[0030]所述不飽和膦酸為烯丙基膦酸二甲酯、烯丙基膦酸二乙酯、2-甲基烯丙基膦酸二甲酯和2-甲基烯丙基膦酸二乙酯中的至少一種；所述不飽和脂肪酸為油酸、亞油酸、亞麻酸和花生四烯酸中的至少一種；所述不飽和磺酸為烯丙基磺酸、苯乙烯磺酸和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸中的至少一種；所述不飽和羧酸為丙烯酸、馬來酸、衣康酸中的至少一種。
[0031]所述試劑II和試劑III加入總時間控制為l~3h。
[0032]所述有機溶劑為沸點在7(T90°C之間的醇或酮。
[0033]所述醇為乙醇或異丙醇；所述酮為丁酮。
[0034]所述試劑1、試劑II和試劑III中的有機溶劑選同一種。
[0035]所述無機還原劑為焦亞硫酸鹽或亞硫酸鹽，優(yōu)選為焦亞硫酸鈉或焦亞硫酸鉀、亞硫酸鈉或亞硫酸鉀。
[0036]所述無機氧化劑為過硫酸鹽，優(yōu)選為過硫酸銨、過硫酸鈉或過硫酸鉀。[0037]該共聚物阻垢分散劑的分子量范圍為4000-12000，分子結(jié)構(gòu)中如下的官能基團:-cooh、-po3、-so3h、雙鍵、長碳鏈。
[0038]一種共聚物阻垢分散劑在油含量較高的水體中的應(yīng)用，該阻垢分散劑的使用劑量按有效濃度計算為6~30mg/L，阻碳酸鈣垢、阻磷酸鈣垢、穩(wěn)定鋅鹽和穩(wěn)鐵性能高于現(xiàn)用市售常用阻垢分散劑。
[0039]不飽和膦酸分子中均具有不飽和鍵和膦酸基團，多用于聚合物接枝或共聚改性。不飽和脂肪酸是指碳鏈未完全被氫原子所飽和，即含有一個或多個雙鍵或叁鍵的脂肪酸。不飽和脂肪酸根據(jù)雙鍵個數(shù)的不同，分為單不飽和脂肪酸和多不飽和脂肪酸，其中單不飽和脂肪酸有具有一個雙鍵和一個羧基的油酸，多不飽和脂肪酸有具有兩個雙鍵和一個羧基的亞油酸、具有三個雙鍵和一個羧基亞麻酸、具有四個雙鍵和一個羧基的花生四烯酸等。不飽和羧酸易與具有雙鍵及羧基官能團的單體發(fā)生聯(lián)合反應(yīng)、加成反應(yīng)、官能團反應(yīng)以及酯交換反應(yīng)，用于制備多環(huán)和雜環(huán)化合物，也可和不同數(shù)目的其他單體聚合，進行各種加成反應(yīng)，酯化反應(yīng)和聚合反應(yīng)，是化學合成工業(yè)的重要原料。烯丙基磺酸、苯乙烯磺酸和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸分子中均具有不飽和鍵和磺酸基團，使其具有良好的絡(luò)合性、吸附性、生物活性、表面活性、水解穩(wěn)定性及熱穩(wěn)定性，適宜作為共聚單體。異丙醇別名二甲基甲醇、2-丙醇，是正丙醇的同分異構(gòu)體。無色透明液體，有似乙醇和丙酮混合物的氣味。溶于水、醇、醚、苯、氯仿等多數(shù)有機溶劑，是重要的化工產(chǎn)品和原料。異丙醇在101.3kPa的沸點為 82.4℃。
[0040]不飽和膦酸、不飽和脂肪酸、不飽和羧酸和不飽和磺酸分子中均含有不飽和鍵，這使得共聚反應(yīng)易于發(fā)生。又因為聚合后的產(chǎn)物分子結(jié)構(gòu)中同時包含多個官能基團以及長碳鏈，使其聚合后產(chǎn)物的性能多元。磷酸基團對碳酸鈣有明顯的阻垢分散效果，能提高水體的鈣容忍度。強極性的磺酸基，能提高鈣容忍度，對水中的磷酸鈣、鋅垢等有顯著的阻垢作用，可提高共聚物的分散性。具有親油效果的長碳鏈，可使聚合物在具有優(yōu)異的阻碳酸鈣垢性能的同時，又兼具一定的表面活性以及剝離性能，特別是在油含量較高的水體中，阻垢分散效果優(yōu)于常用阻垢分散劑。該共聚物阻垢分散劑制備方法簡單，成本低，用藥量少，阻垢分散效果好，可廣泛用于工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中，具有較高的經(jīng)濟效益和社會效益。
[0041]現(xiàn)有技術(shù)中有關(guān)聚羧酸鹽類阻垢分散劑制備的方法和產(chǎn)品很多，但大都是在水溶液中進行聚合反應(yīng)，參與聚合的單體也多為碳原子數(shù)在:Tio之間的小分子不飽和羧酸。本發(fā)明運用有機物沸點回流聚合技術(shù)將難溶于水的不飽和脂肪酸與水溶性較好的短碳鏈不飽和有機酸聚合在一起，使產(chǎn)物同時兼具多個官能基團和長碳鏈，在具有較好的阻碳酸鈣垢性能、阻磷酸鈣垢性能、穩(wěn)定鋅鹽性能、分散性能的同時，又兼具一定的表面活性以及剝離性能，尤其是在油含量較高的水體中，阻垢效果優(yōu)于常用阻垢分散劑。該共聚物阻垢分散劑制備方法簡單，成本低，用藥量少，阻垢分散效果好，可廣泛用于工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中，具有較高的經(jīng)濟效益和社會效益。
【具體實施方式】
[0042]下面的實施例將有助于說明本發(fā)明，但不局限其范圍。
[0043]試驗原水水質(zhì)見表1。
[0044]表1試驗水質(zhì)[0045]
【權(quán)利要求】
1.一種共聚物阻垢分散劑的制備方法，包括以下步驟: 1)試劑配制: 將不飽和膦酸和無機還原劑溶于有機溶劑，形成試劑I ;將無機氧化劑溶于有機溶劑，形成試劑II ;將不飽和脂肪酸溶于有機溶劑，或者將不飽和脂肪酸與下列成份中的至少一種混合溶于有機溶劑:不飽和羧酸、不飽和磺酸，形成試劑III; 2)聚合反應(yīng) 向溫度為45飛5°C的試劑I中加入試劑II和試劑III ； 加熱至溶劑沸騰，所述試劑1、試劑II和試劑III在所述有機溶劑的沸點溫度發(fā)生聚合反應(yīng)，反應(yīng)時間為l~5h ； 3)將產(chǎn)物冷卻，得所述共聚物阻垢分散劑。
2.如權(quán)利要求1所述的共聚物阻垢分散劑的制備方法，其特征在于，當所述試劑III為不飽和脂肪酸溶于有機溶劑時，所述聚合反應(yīng)中，反應(yīng)物的加入量為: 不飽和膦酸85~95wt%，不飽和脂肪酸5~15wt%， 無機還原劑的加入量為不飽和膦酸和不飽和脂肪酸總質(zhì)量的8~14%， 無機氧化劑的加入量為不飽和膦酸和不飽和脂肪酸總質(zhì)量的8~14%。
3.如權(quán)利要求1所述的共聚物阻垢分散劑的制備方法，其特征在于，當所述試劑III為不飽和脂肪酸與不飽和羧 酸溶于有機溶劑時，所述聚合反應(yīng)中，反應(yīng)物的加入量為: 不飽和膦酸6(T80wt%，不飽和脂肪酸5~15wt%，不飽和羧酸15~25wt%， 無機還原劑加入量為不飽和膦酸、不飽和脂肪酸和不飽和羧酸總質(zhì)量的8~14%， 無機氧化劑加入量為不飽和膦酸、不飽和脂肪酸和不飽和羧酸總質(zhì)量的8~14%。
4.如權(quán)利要求1所述的共聚物阻垢分散劑的制備方法，其特征在于，當所述試劑III為不飽和脂肪酸與不飽和磺酸溶于有機溶劑時，所述聚合反應(yīng)中，反應(yīng)物的加入量為: 不飽和膦酸6(T80wt%，不飽和脂肪酸5~15wt%，不飽和磺酸15~25wt%， 無機還原劑加入量為不飽和膦酸、不飽和脂肪酸和不飽和磺酸總質(zhì)量的8~14%， 無機氧化劑加入量為不飽和膦酸、不飽和脂肪酸和不飽和磺酸總質(zhì)量的8~14%。
5.如權(quán)利要求1所述的共聚物阻垢分散劑的制備方法，其特征在于，當所述試劑III為不飽和脂肪酸、不飽和磺酸和不飽和羧酸溶于有機溶劑時，所述聚合反應(yīng)中，反應(yīng)物的加入量為: 不飽和膦酸35~65wt%，不飽和脂肪酸5~15wt%，不飽和磺酸15~25wt%，不飽和羧酸15~25wt%， 無機還原劑加入量為不飽和膦酸、不飽和脂肪酸、不飽和磺酸和不飽和羧酸總質(zhì)量的8~14%， 無機氧化劑加入量為不飽和膦酸、不飽和脂肪酸、不飽和磺酸和不飽和羧酸總質(zhì)量的8~14%。
6.如權(quán)利要求廣5中任一項所述的共聚物阻垢分散劑的制備方法，其特征在于，所述不飽和膦酸的碳原子數(shù)在31之間的；所述不飽和脂肪酸的碳原子數(shù)在16~24之間；所述不飽和磺酸的碳原子數(shù)在31之間；所述不飽和羧酸的碳原子數(shù)在31之間。
7.如權(quán)利要求6所述的共聚物阻垢分散劑的制備方法，其特征在于，所述不飽和膦酸為烯丙基膦酸二甲酯、烯丙基膦酸二乙酯、2-甲基烯丙基膦酸二甲酯和2-甲基烯丙基膦酸二乙酯中的至少一種；所述不飽和脂肪酸為油酸、亞油酸、亞麻酸和花生四烯酸中的至少一種；所述不飽和磺酸為烯丙基磺酸、苯乙烯磺酸和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸中的至少一種；所述不飽和羧酸為丙烯酸、馬來酸、衣康酸中的至少一種。
8.如權(quán)利要求1所述的共聚物阻垢分散劑的制備方法，其特征在于，所述試劑II和試劑III的加入總時間控制為1~ 3h。
9.如權(quán)利要求1所述的共聚物阻垢分散劑的制備方法，其特征在于，所述有機溶劑為沸點在70~90°C之間的醇或酮。
10.如權(quán)利要求9所述的共聚物阻垢分散劑的制備方法，其特征在于，所述醇為乙醇或異丙醇，所述酮為丁酮。
11.如權(quán)利要求1所述的共聚物阻垢分散劑的制備方法，其特征在于，所述試劑1、試劑II和試劑III中的有機溶劑選同一種。
12.如權(quán)利要求1所述的共聚物阻垢分散劑的制備方法，其特征在于，所述無機還原劑為焦亞硫酸鹽或亞硫酸鹽，優(yōu)選為焦亞硫酸鈉或焦亞硫酸鉀、亞硫酸鈉或亞硫酸鉀。
13.如權(quán)利要求1所述的共聚物阻垢分散劑的制備方法，其特征在于，所述無機氧化劑為過硫酸鹽，優(yōu)選為過硫酸銨、過硫酸鈉或過硫酸鉀。
14.如權(quán)利要求1~13中的任一項所述的共聚物阻垢分散劑的制備方法制得的共聚物阻垢分散劑，其特征在于， 該共聚物阻垢分散劑的分子量范圍為4000-12000，分子結(jié)構(gòu)中有如下的官能基團:-cooh、-po3、-so3h、雙鍵、長碳鏈。
【文檔編號】C02F5/14GK103803729SQ201210459249
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2012年11月15日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月15日
【發(fā)明者】王亭, 酈和生, 李春麗 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司北京化工研究院