AA/BA/AMPS三元无磷聚合型缓蚀阻垢剂及其制备方法

摘要

本发明公开了一种AA/BA/AMPS三元无磷聚合型缓蚀阻垢剂，该三元聚合型缓蚀阻垢剂由丙烯酸、丙烯酸丁酯、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、过硫酸钠、异丙醇和水组成。本发明还公开了AA/BA/AMPS三元无磷聚合型缓蚀阻垢剂的制备方法。本发明对碳酸钙垢、硫酸钙垢、磷酸钙垢和锌垢阻垢性能优异，对氧化铁具有很好的分散性，还具有缓蚀、无磷、耐高温、分子稳定等特征，整个生产过程无“三废”排放。本发明产品处理循环冷却水工艺简单，用药量少、成本低、效果好，具有良好的经济效益和社会效益。

说明书

技术领域

本发明属于化工领域，涉及一种用于工业冷却水系统的AA/BA/AMPS三元无磷聚合型缓蚀阻垢剂及其制备方法。 

背景技术

聚合物作为缓蚀剂的应用已经有很长的历史，聚合物缓蚀剂容易在底物表面形成单层或多层致密的保护膜，因此相对于低分子缓蚀剂而言具有高效、持久、环保等优点，已成为当前缓蚀剂领域的研究热点之一。其中聚丙烯酸类均聚物、共聚物缓蚀阻垢剂水溶性好，无毒，制备方法简单，对于开发一些绿色环保型高分子缓蚀阻垢剂有重要意义，但如果共聚物中含有亲水性基团，例如磺酸基，它可以有效地阻止由于弱亲水性共聚物与水中离子反应，生成难溶性物质——钙凝胶，这对共聚物的阻垢缓蚀性能有更大的改善。 

另外，有研究表明，优质水处理剂应该具有强酸和弱酸两种官能团，其中强酸官能团保持着轻微的离子特性（有助于溶解），而弱酸基团则对活性部位有更强的约束能力（抑制结晶生长），这不仅对CaCO₃、CaSO₄、Ca₃(PO₄)₂有很好的阻垢性能，而且对锌垢、氧化铁也能起到很好的抑制和分散作用。 

发明内容

本发明的目的是为了满足工业冷却循环水水质的复杂性和多变性，合成一种含-COOH、-SO₃H、-OH、-COOR和-CONH₂基团、性能优异的AA/BA/AMPS三元无磷聚合型缓蚀阻垢剂。 

本发明的另一目的是提供AA/BA/AMPS三元无磷聚合型缓蚀阻垢剂的制备方法。 

本发明的目的可以通过以下措施达到： 

一种AA/BA/AMPS三元无磷聚合型缓蚀阻垢剂，其以丙烯酸、丙烯酸丁酯和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸为单体，以水为溶剂，以过硫酸铵为引发 剂，以异丙醇为分子量调节剂，经反应制备而成，其中各组分的重量份用量为：丙烯酸5～30份，丙烯酸丁酯1～10份，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸1～15份，过硫酸钠1～5份，异丙醇1～10份，水50～200份。 

在一种技术方案中，该阻垢剂的各组分的重量份用量为：丙烯酸15份，丙烯酸丁酯1～5份，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸3～10份，过硫酸钠1～5份，异丙醇1～8份，水60～120份。 

在一种技术方案中，该阻垢剂的各组分的重量份用量为：丙烯酸15份，丙烯酸丁酯1份，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸5份，过硫酸钠2份，异丙醇2份，水60～120份。 

在一种技术方案中，该阻垢剂的各组分的重量份用量为：丙烯酸15份，丙烯酸丁酯1份，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸3份，过硫酸钠1份，异丙醇1份，水60～120份。 

在一种技术方案中，该阻垢剂的各组分的重量份用量为：丙烯酸15份，丙烯酸丁酯5份，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸10份，过硫酸钠5份，异丙醇8份，水60～120份。 

本发明阻垢剂的制备过程为：将丙烯酸和丙烯酸丁酯溶解于水中配制溶液I，将过硫酸钠溶解于水中配制溶液Ⅱ，将2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸溶解于水中，升温至80℃～90℃，在搅拌下加入异丙醇后，再同时缓慢加入溶液Ⅰ和溶液Ⅱ，完毕后恒温反应即得。 

本发明的AA/BA/AMPS三元无磷聚合型缓蚀阻垢剂的制备方法具体包括如下步骤： 

（1）将丙烯酸和丙烯酸丁酯溶解于占水总量20～30%的水中配制溶液Ⅰ，将过硫酸钠溶解于占水总量20～30%的水中配制溶液Ⅱ； 

（2）将2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸溶解于剩余的水中，升温至80℃～90℃，在搅拌下加入异丙醇后，再同时缓慢加入溶液Ⅰ和溶液Ⅱ，完毕后恒温反应1～5h，冷却，得到淡黄透明液体。 

本发明的化学品可均为工业纯。 

本发明制备的AA/BA/AMPS三元无磷聚合型缓蚀阻垢剂可用于化工、电力、冶金和油田等领域循环冷却水系统中，抑制冷却水结垢及水对金属管道设备的腐蚀。 

本发明在各组分相互协同配合下，采用水法聚合技术成功地开发出适合我国企业实际运行的，引入-COOH、-SO₃H、-OH、-COOR和-CONH₂基团，性能优异的AA/BA/AMPS三元无磷聚合型缓蚀阻垢剂。 

本发明具有以下优点：（1）采用水法三元聚合技术制备本发明产品，技术创新性强；（2）处理循环冷却水工艺简单，用药量少、成本低、缓蚀阻垢能力强；（3）本发明对碳酸钙垢、硫酸钙垢、磷酸钙垢和锌垢阻垢性能优异，对氧化铁具有很好的分散性，还具有缓蚀、耐高温、分子结构稳定、含磷量低（<1.00%）等特征，整个生产过程无“三废”释放，属清洁生产工艺，具有很好的经济效益和社会效益。 

具体实施方式

下面根据实施例1～3具体说明本发明。 

实施例1 

取20kg水置于反应釜内，缓缓加入5kg2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸，搅拌，加热升温至85±5℃，在搅拌条件下加入2kg分子量调节剂异丙醇；再另配制15kg丙烯酸和1kg丙烯酸丁酯的混合水溶液Ⅰ40kg；以及溶解2kg过硫酸钠的水溶液Ⅱ35kg； 

注意：在连续搅拌条件下，将反应釜温控调至85±5℃，同时滴加溶液Ⅰ和Ⅱ，控制溶液Ⅰ和Ⅱ滴速在1h内全部滴加完毕，恒温3h，冷却，得到本发明产品。 

实施例2 

取20kg水置于反应釜内，缓缓加入3kg2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸，搅拌，加热升温至85±5℃，在搅拌条件下加入1kg分子量调节剂异丙醇；再另配制15kg丙烯酸和1kg丙烯酸丁酯的混合水溶液Ⅰ约35kg；以及溶解1kg过硫酸钠的水溶液Ⅱ20kg；依上述实施例1的方法和步骤进行操作。 

实施例3 

取40kg水置于反应釜内，缓缓加入10kg2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸，搅拌，加热升温至85±5℃，在搅拌条件下加入8kg分子量调节剂异丙醇；再另配制15kg丙烯酸和5kg丙烯酸丁酯的混合水溶液Ⅰ约60kg；以及溶解5kg过硫酸钠的水溶液Ⅱ约45kg；依上述实施例1的方法和步骤进行操作。 

具体对比方式 

下面根据对比例1-3具体说明本发明共聚物中各聚合单体的协同效应。 

对比例1 

除不加丙烯酸外，其他操作步骤同上述实施例1。 

对比例2 

除不加丙烯酸丁酯外，其他操作步骤同上述实施例1。 

对比例3 

除不加2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸外，其他操作步骤同上述实施例1。 

具体性能表征 

下面根据产品质量测试、协同试验和现场应用试验具体表征本发明产品的性能。 

实验1：产品质量测试 

将实施例1所得到的AA/BA/AMPS三元无磷聚合型缓蚀阻垢剂进行多项性能指标测试，结果见表1。 

表1本发明产品质量指标实测数据 

本发明产品由于丙烯酸、丙烯酸丁酯、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸单体共聚作用，具有良好的分散作用和优异的阻垢缓蚀性能。 

实验2：协同试验 

对比例1-3协同试验的结果证明，本发明产品中丙烯酸、丙烯酸丁酯、 2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸单体充分发挥药剂的聚合协同效应，能很好地抑制冷却水循环管路的结垢和腐蚀。试验数据列于表2。 

表2丙烯酸、丙烯酸丁酯和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸单体的协同试验 

实验3：现场应用试验 

从2011年3月20号开始在某钢铁厂冷却水系统中现场应用本发明产品（实施例1），根据小试实测数据，确定现场投加药剂的质量浓度为10mg L^-1，按钢铁厂冷却水系统原先的操作条件及控制指标运行。经过半年现场运行，循环水清澈度比处理前明显提高，除浊度率（NTU）>88%，钢管管路腐蚀率降为0.0025mm a^-1，而没有使用本发明药剂的钢管管路的腐蚀率为0.3755mm a^-1。实验证明，本发明产品改善了循环水运行状况，换热设备运行良好，保证了生产装置的连续运行。运行期间循环冷却水的水质指标列于表3。 

表3某钢铁厂循环冷却水水质指标 

现场应用证明：本发明产品集优良阻垢、缓蚀和分散铁离子的性能于一体，同时还具有耐高温、高硬度或高碱度等特点。在投加药剂的质量浓度为10mg L^-1时，本发明产品丙烯酸、丙烯酸丁酯和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸三元共聚物能高效抑制循环冷却水管路的结垢和腐蚀。