專利名稱：衣康酸多元共聚高效阻垢劑及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高效阻垢劑及制備方法，具體是由衣康酸多元共聚制備高效阻垢劑的制備方法。
背景技術(shù)：
化學(xué)水處理劑主要包括緩蝕劑、阻垢劑、殺生劑、絮凝劑等。迅猛發(fā)展的化工企業(yè)大多需要循環(huán)冷卻水，由于淡水資源的日益短缺，工業(yè)冷卻水的處理藥劑越來(lái)越受到重視。循環(huán)冷卻水要求水質(zhì)穩(wěn)定方能達(dá)到防止設(shè)備腐蝕結(jié)垢和節(jié)約用水的雙重目的。工業(yè)用水系統(tǒng)的結(jié)垢現(xiàn)象嚴(yán)重影響傳熱效率，增加能耗，加速設(shè)備的腐蝕，結(jié)垢是由于水中微量難溶鹽在器壁上結(jié)晶沉淀引起的，主要有碳酸鈣、硅酸鎂、羥基磷灰石、硫酸鈣、氫氧化鎂、鐵氧化物等，抑制結(jié)垢最有效方法是使用阻垢劑。阻垢劑還可用于油田輸水管線、蒸汽機(jī)車鍋爐、中低壓鍋爐、海水淡化、紡織清洗劑等。
工業(yè)循環(huán)水最初以天然聚合物如淀粉、丹寧、木質(zhì)素、腐植酸鈉等為水質(zhì)穩(wěn)定劑，但它有產(chǎn)品不穩(wěn)定、雜質(zhì)含量高、易被微生物降解、阻垢效果差、加入量大等缺點(diǎn)。隨著70年代有機(jī)聚合物如聚丙烯酸，聚馬來(lái)酸等阻垢劑的開發(fā)，阻垢劑得到迅速的發(fā)展。有機(jī)聚合類阻垢劑具有加入量少、性能優(yōu)越、耐高溫等優(yōu)點(diǎn)。

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(jiǎn)單、無(wú)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)方案為一種衣康酸多元共聚高效阻垢劑，其特征在于由衣康酸、磺酸鹽、丙烯酸酯類在引發(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0％～50％，丙烯酸酯類加入量為5％～200％，引發(fā)劑含量(以單體質(zhì)量為基準(zhǔn))為0％～30％。
所述的衣康酸多元共聚高效阻垢劑，磺酸鹽為以下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，加入量為0％～50％(以衣康酸質(zhì)量為基準(zhǔn))。
所述的衣康酸多元共聚高效阻垢劑，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，如以下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(guò)硫酸鈉、過(guò)硫酸銨、過(guò)硫酸鉀、過(guò)磷酸鈉、過(guò)磷酸鉀、過(guò)磷酸銨、過(guò)氧化氫和叔丁基過(guò)氧化物、二?；^(guò)氧化物；還原劑為亞硫酸鹽、亞硫酸氫鹽、亞磷酸鹽、硫代硫酸鹽、亞硫酸、硫醇、亞鐵鹽、胺類(如N，N-二甲基苯胺)等，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0％～30％(以單體質(zhì)量為基準(zhǔn))，配置濃度為0.5～30％，較適宜的氧化劑為過(guò)硫酸鹽，還原劑為亞硫酸鹽、硫代硫酸鹽、亞鐵鹽，其中亞鐵鹽提前加入反應(yīng)器中，其用量為0％～1％(以單體質(zhì)量為基準(zhǔn))。
所述的衣康酸多元共聚高效阻垢劑，丙烯酸酯類為以下一種或多種混合物丙烯酸甲酯、丙烯酸羥丙酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸羥甲酯等，較適宜的酯類為丙烯酸羥丙酯、丙烯酸甲酯，其加入量為(以衣康酸質(zhì)量為基準(zhǔn))5％～200％。
所述衣康酸多元共聚高效阻垢劑的制備方法，其特征在于采用以下步驟將衣康酸與磺酸鹽加入反應(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0％～50％，加入水量為50％～600％，恒定溫度在30～100℃之間，接著以均勻的加料速度加入引發(fā)劑溶液、丙烯酸酯類到反應(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0％～30％，丙烯酸酯類(以衣康酸質(zhì)量為基準(zhǔn))加入量為5％～200％，加完料后再攪拌一段時(shí)間，約0.5～3小時(shí)。本發(fā)明的另一方案為將還原劑提前加入到衣康酸溶液中。
所述的衣康酸多元共聚高效阻垢劑的制備方法，衣康酸可直接采用衣康酸發(fā)酵湯液，衣康酸質(zhì)量濃度為5％～50％。
所述的衣康酸多元共聚高效阻垢劑的制備方法，引發(fā)劑和丙烯酸酯類的加料時(shí)間為0.5～5小時(shí)。
所述的衣康酸多元共聚高效阻垢劑的制備方法，在加完料后再反應(yīng)0.5～3小時(shí)。
所述的衣康酸多元共聚高效阻垢劑的制備方法，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5％～80％(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，與丙烯酸酯類、磺酸鹽進(jìn)行水相共聚，更具體地說(shuō)是以衣康酸為原料，與丙烯酸酯類、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(jiǎn)單，產(chǎn)品殘余單體較少，無(wú)三廢排出。用此法制得的聚合物對(duì)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(duì)氧化鐵，淤泥等起到良好分散作用，在高堿，高硬水中效果依然良好。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。該聚合物參考中國(guó)石化總公司冷卻水分析和實(shí)驗(yàn)方法，經(jīng)過(guò)靜態(tài)阻垢實(shí)驗(yàn)，與目前市場(chǎng)上使用的阻垢劑如水解聚馬來(lái)酸酐、T-225、丙烯酸-丙烯酸酯多元共聚物、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、螯合劑、分散劑、洗滌助劑等。
具體實(shí)施例方式
實(shí)例1將衣康酸130g、丙烯磺酸鈉36g、硫酸亞鐵0.2g加入到燒瓶中，用200mL蒸餾水溶解，加熱到90℃，通入氮?dú)獗Ｗo(hù)；分別將8g過(guò)硫酸鈉和10g亞硫酸鈉溶于60mL水中，保持溫度90℃下與65g丙烯酸羥丙酯同時(shí)加入到燒瓶中，3小時(shí)內(nèi)加完，再攪拌1小時(shí)；冷卻得到495mL深紅色聚合物溶液。
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/mL(25℃)，固含量為42.3％；極限粘度為0.0035(以1M NaCl為溶劑)。
所得聚合物阻垢率的測(cè)試(按中石化冷卻水分析和實(shí)驗(yàn)方法靜態(tài)阻垢碳酸鈣垢法)含Ca2+250mg/L，HCO3250mg/L(以碳酸鈣計(jì))硬水配制取NaHCO30.42g和CaCl20.2775g溶于200mL蒸餾水中，用水稀釋至1000mL。在80℃下，恒溫10小時(shí)，濃縮倍數(shù)為2，藥品使用濃度為10mg/L。用EDTA測(cè)試濾液中鈣含量，測(cè)試結(jié)果如下阻垢劑種類 初始pH值 終點(diǎn)pH值 阻垢率本聚合物 7.75 8.83 62.2％水解聚馬來(lái)酸酐 7.65 8.84 40.5％T-2257.54 8.93 42.1％丙烯酸-AMPS多元共聚物7.58 8.87 49.8％ATMP 7.52 8.94 52.6％注實(shí)驗(yàn)中所用水解聚馬來(lái)酸酐、T-225、丙烯酸-AMPS多元共聚物、ATMP均為工業(yè)品，其中T-225、丙烯酸-AMPS多元共聚物、ATMP有國(guó)家電力系統(tǒng)水處理劑入網(wǎng)許可證。
實(shí)例2將衣康酸104g、丙烯磺酸鈉12g、硫酸亞鐵0.4g加入到燒瓶中，用200mL蒸餾水溶解，加熱到80℃，通入氮?dú)獗Ｗo(hù)。分別將11g過(guò)硫酸鈉和15g亞硫酸鈉溶于60mL水中，保持溫度80℃下與93.6g丙烯酸羥丙酯同時(shí)加入到燒瓶中，2小時(shí)內(nèi)加完，再攪拌1小時(shí)。冷卻得到475mL深紅色聚合物溶液。
所得聚合物溶液轉(zhuǎn)化率為98.7％(以衣康酸為基準(zhǔn))，未聚合的殘余衣康酸單體為1.3％。所得聚合物密度為1.19g/mL(25℃)，固含量為37.6％，極限粘度為0.0046(以1M NaCl為溶劑)。
所得聚合物測(cè)試阻垢率為60.1％。
實(shí)例3將衣康酸130g、硫酸亞鐵0.4g加入到燒瓶中，用200mL蒸餾水溶解，加熱到70℃，通入氮?dú)獗Ｗo(hù)。分別將12g過(guò)硫酸鈉和10g亞硫酸鈉溶于60mL水中，保持溫度70℃下與93.6g丙烯酸甲酯同時(shí)加入到燒瓶中，4小時(shí)內(nèi)加完，再攪拌0.5小時(shí)。冷卻得到437mL深紅色聚合物溶液。
所得聚合物溶液轉(zhuǎn)化率為99.3％(以衣康酸為基準(zhǔn))，未聚合的殘余衣康酸單體為0.7％。所得聚合物密度為1.22g/mL(25℃)，固含量為39.7％，極限粘度為0.0071(以1M NaCl為溶劑)。
所得聚合物測(cè)試阻垢率為53.5％。
權(quán)利要求
1.一種衣康酸多元共聚高效阻垢劑，其特征在于由衣康酸、磺酸鹽、丙烯酸酯類在引發(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0％～50％，丙烯酸酯類加入量為5％～200％，引發(fā)劑含量(以單體質(zhì)量為基準(zhǔn))為0％～30％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的衣康酸多元共聚高效阻垢劑，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所述的衣康酸多元共聚高效阻垢劑，其特征在于引發(fā)劑選自以下其中一種或多種的組合，或其與單種或多種還原劑的組合過(guò)硫酸鈉、過(guò)硫酸銨、過(guò)硫酸鉀、過(guò)磷酸鈉、過(guò)磷酸鉀、過(guò)磷酸銨、過(guò)氧化氫、叔丁基過(guò)氧化物、二?；^(guò)氧化物；還原劑為亞硫酸鹽、亞硫酸氫鹽、亞磷酸鹽、硫代硫酸鹽、亞硫酸、硫醇、亞鐵鹽、胺類。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的衣康酸多元共聚高效阻垢劑，其特征在于丙烯酸酯類選自以下一種或多種的混合物丙烯酸甲酯、丙烯酸羥丙酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸羥甲酯。
5.一種制備如權(quán)利要求1～4所述衣康酸多元共聚高效阻垢劑的制備方法，其特征在于采用以下步驟(a)將衣康酸與磺酸鹽混合制成水溶液，以衣康酸質(zhì)量為基準(zhǔn)，磺酸鹽加入量為0％～50％；(b)以均勻的加料速度加入引發(fā)劑溶液、丙烯酸酯類，其中引發(fā)劑含量(以單體質(zhì)量為基準(zhǔn))為0％～30％，丙烯酸酯類(以衣康酸質(zhì)量為基準(zhǔn))加入量為5％～200％；(c)整個(gè)反應(yīng)過(guò)程保持溫度在30～100℃。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的衣康酸多元共聚高效阻垢劑的制備方法，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50％～600％，或者直接采用衣康酸水溶液或衣康酸發(fā)酵湯液，衣康酸質(zhì)量濃度為5％～50％。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的衣康酸多元共聚高效阻垢劑的制備方法，其特征在于引發(fā)劑和丙烯酸酯類的加料時(shí)間為0.5～5小時(shí)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的衣康酸多元共聚高效阻垢劑的制備方法，其特征在于(c)步驟在加完料后再反應(yīng)0.5～3小時(shí)。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的衣康酸多元共聚高效阻垢劑的制備方法，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)明提供一種衣康酸多元共聚高效阻垢劑及制備方法，其特征在于由衣康酸、磺酸鹽、丙烯酸酯類在引發(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0％～50％，丙烯酸酯類加入量為5％～200％，引發(fā)劑含量(以單體質(zhì)量為基準(zhǔn))為0％～30％，其制備方法為先將衣康酸與磺酸鹽混合制成水溶液，再以均勻的加料速度加入引發(fā)劑溶液、丙烯酸酯類，整個(gè)反應(yīng)過(guò)程保持溫度在30～100℃。本發(fā)明以衣康酸為原料，在引發(fā)劑存在下與丙烯酸酯類、磺酸鹽等進(jìn)行共聚，制備多元共聚物溶液，可用于阻垢劑、除垢劑、螯合劑、分散劑、洗滌助劑等，且生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，無(wú)三廢排出。
文檔編號(hào)C02F5/10GK1511793SQ0215162
公開日2004年7月14日 申請(qǐng)日期2002年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月29日
發(fā)明者趙立新, 董風(fēng)波, 馬長(zhǎng)友 申請(qǐng)人:淄博礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司