一种用于水处理阻垢分散剂的聚合物合成及制备方法与流程

1.本发明涉及水处理技术领域，具体涉及一种用于水处理阻垢分散剂的聚合物合成及制备方法。


背景技术：

2.水是地球上一切生命赖以生存的基础，也是人类生活和生产中不可缺少的基本物质之一。据统计，我国年人均用水量为2200m3，仅为世界人均用水量的30％左右，在世界排100多位，被国际组织列为13个贫水国之一。20世纪90年代以来，水资源的日趋缺乏已成为影响经济发展和社会安全的全球性热点问题。多年来，我国水资源质量不断下降，水环境持续恶化，由于污染所导致的缺水和事故不断发生，不仅使工厂停产、农业减产甚至绝收，而且造成了不良的社会影响和较大的经济损失，严重地威胁了社会的可持续发展，威胁了人类的生存。
3.目前，水资源匮乏和污染己成为我国乃至全球面临的危机之一。耗量巨大的工业冷却水，首先面临严峻的挑战。先进的循环冷却水处理技术必须不断改进以适应日益严格的环境保护和节约用水的要求。工业冷却水若要循环使用需在工业循环冷却水中加入化学药剂以防止循环水结垢、腐蚀、菌藻滋生的一整套技术叫化学水处理技术。它是当前国内外公认的工业节水最普遍使用的有效手段。
4.循环冷却水处理技术在国外是三十年代初开始发展的。1963年langelier提出了饱和指数的概念，开始采用聚磷酸盐和天然高分子如木质素磺酸钠、聚葡萄糖、丹宁等控制硬垢的产生，但在高硬、高碱水中效果较差。从现代观念出发的水处理技术，是在70年代引进水处理技术才开始的。betz公司对我国水处理技术起到了启蒙作用，nalco和栗田公司则起到了提高水平的作用。在此基础上，我国自行开发了国产化的水处理技术和水处理剂，应用于石油化工及其它行业。我国自90年代开始根据水处理的特点研发出不同类型的聚合物产品，应用于水处理，也取得了极大的进步，但是在聚合物合成方面较国外的产品仍有较大的差距。
5.为了不断提高节水的效率，国内外一直致力于合成不同聚合物：从最早的聚丙烯酸均聚物，到二聚物，再发展到含丙烯酸、马来酸酐及磺酸盐等化合物的三聚物。随着聚合水平的不断提高，聚合物的阻垢和分散功能得到了极大的提高，目前，工业领域常用的水处理分散阻垢剂基本为如上所述的均聚物、二聚物或者三聚物。
6.现有技术中的均聚物、二聚物或者三聚物虽然基本满足了水处理的阻垢和分散功能。但是，上述聚合物多金属离子的沉积控制能力一般，而且在使用过程中使用量较大，最终使得水处理成本较高。


技术实现要素：

7.本发明要解决的技术问题是：研制开发一种用于水处理阻垢分散剂的聚合物合成及制备方法，本发明制备的聚合物不仅具有常规均聚物、二聚物和三聚物具有的阻垢和分
散性能，而且具备更好的沉积控制，尤其是针对铁离子，二氧化硅离子及各种金属离子，而且使用量较其他聚合物低了30％左右，可以降低水处理总成本，有利于工业应用。
8.为了达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：
9.一种用于水处理阻垢分散剂的聚合物，所述用于水处理阻垢分散剂的聚合物为丙烯酸/丙烯酸羟丙酯/2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸/烯丙醇基聚氧乙烯醚共聚物，其分子式如下：
[0010][0011]
其中e为聚合度，分别为1～35的自然数。
[0012]
a为丙烯酸的摩尔百分数，b为丙烯酸羟丙酯的摩尔百分数，c为2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸的摩尔百分数，d为烯丙醇基聚氧乙烯醚的摩尔百分数，且a b c d＝100％，同时a取值为40～75％，b取值为10～25％，c取值为15～35％，d取值为3～15％。
[0013]
一种水处理阻垢分散剂制备方法，制备步骤如下：
[0014]
s1在反应釜中加入适量蒸馏水及重量百分数为8～14份的分子量调节剂次磷酸钠，逐渐升温至60℃，在升温过程中逐渐加入重量百分数为45～55份丙烯酸及重量百分数为10～20份丙烯酸羟丙酯；
[0015]
s2在系统中逐渐加入10-15份的引发剂过硫酸铵溶液，同时在100-300转/分钟搅拌的情况下，依次添加20-30份的2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和5-9份的烯丙醇基聚氧乙烯醚，同时恒温到85℃；
[0016]
s3恒温2-4小时后，冷却到常温，得到棕红色溶液，该溶液即为丙烯酸/丙烯酸羟丙酯/2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸/烯丙醇基聚氧乙烯醚共聚物。
[0017]
作为本方案的进一步改进，该聚合物的数据数均分子量为3000-9000。
[0018]
作为本方案的进一步改进，所述的烯丙醇基聚氧乙烯醚的数均分子量为400-1000。
[0019]
作为本方案的进一步改进，用于水处理阻垢分散剂的聚合物的添加量为基于系统排污量的30-100ppm。
[0020]
与现有技术相比，本发明具备下述有益效果：
[0021]
本发明的用于水处理阻垢分散剂的聚合物将以丙烯酸、丙烯酸羟丙酯、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸及烯基聚氧乙烯醚为单体按照一定的摩尔比聚合，引入了羧酸基、磺酸基及氧乙烯重复单元，使其中含有大量能有效鳖合钙镁离子的羧酸根离子及磺酸根离子，同时大量的氧乙基让其具有很好的防止沉积物质存在的功能，是新一种新型的水处理剂，具有稳定、分散和增容作用，提高了现有含有羧酸和磺酸聚合物的分散功能，同时可以根据不同的水质情况，复配不同的缓蚀剂，提高水质控制的能力。
[0022]
本发明所合成的共聚物为含有丙烯酸、丙烯酸酯、磺酸盐及烯丙基聚氧乙烯醚的
四聚物，从分子结构上看，该聚合物同时具备弱酸、强酸、非离子基团，相对于三聚物或者二聚物都有更多的功能性基团，通过实验证明，该聚合物不仅具有常规均聚物、二聚物和三聚物具有的阻垢和分散性能，而且具备更好的沉积控制能力，尤其是针对铁离子，二氧化硅离子及各种金属离子，而且使用量较其他聚合物低了30％左右，可以降低水处理总成本，有利于工业应用。该聚合物含有丙烯酸(aa)、丙烯酸羟丙酯(hpa)、磺酸盐(amps)及烯丙基聚氧乙烯醚(apeg)。
具体实施方式
[0023]
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合实施例对本发明作进一步说明：
[0024]
实施例1
[0025]
s1在反应釜中加入适量蒸馏水及8％的分子量调节剂次磷酸钠，逐渐升温至60℃。在升温过程中逐渐加入45％丙烯酸及20％丙烯酸羟丙酯。
[0026]
s2在系统中逐渐加入10％的引发剂过硫酸铵溶液，同时在100-300转/分钟搅拌的情况下，依次添加30％的2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和5％的烯丙醇基聚氧乙烯醚。同时恒温到85℃。
[0027]
s3恒温2-4小时后，冷却到常温，得到棕红色溶液，该溶液即为丙烯酸/丙烯酸羟丙酯/2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸/烯丙醇基聚氧乙烯醚共聚物。
[0028]
实施例2
[0029]
s1在反应釜中加入适量蒸馏水及10％的分子量调节剂次磷酸钠，逐渐升温至60℃。在升温过程中逐渐加入45％丙烯酸及30％丙烯酸羟丙酯。
[0030]
s2在系统中逐渐加入15％的引发剂过硫酸铵溶液，同时在100-300转/分钟搅拌的情况下，依次添加20％的2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和5％的烯丙醇基聚氧乙烯醚。同时恒温到85℃。
[0031]
s3恒温2-4小时后，冷却到常温，得到棕红色溶液，该溶液即为丙烯酸/丙烯酸羟丙酯/2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸/烯丙醇基聚氧乙烯醚共聚物。
[0032]
实施例3
[0033]
s1在反应釜中加入适量蒸馏水及8％的分子量调节剂次磷酸钠，逐渐升温至60℃。在升温过程中逐渐加入50％丙烯酸及11％丙烯酸羟丙酯。
[0034]
s2在系统中逐渐加入10％的引发剂过硫酸铵溶液，同时在100-300转/分钟搅拌的情况下，依次添加30％的2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和9％的烯丙醇基聚氧乙烯醚。同时恒温到85℃。
[0035]
s3恒温2-4小时后，冷却到常温，得到棕红色溶液，该溶液即为丙烯酸/丙烯酸羟丙酯/2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸/烯丙醇基聚氧乙烯醚共聚物。
[0036]
实施例4
[0037]
s1在反应釜中加入适量蒸馏水及8％的分子量调节剂次磷酸钠，逐渐升温至60℃。在升温过程中逐渐加入50％丙烯酸及18％丙烯酸羟丙酯。
[0038]
s2在系统中逐渐加入12％的引发剂过硫酸铵溶液，同时在100-300转/分钟搅拌的情况下，依次添加25％的2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和7％的烯丙醇基聚氧乙烯醚。同时恒
温到85℃。
[0039]
s3恒温2-4小时后，冷却到常温，得到棕红色溶液，该溶液即为丙烯酸/丙烯酸羟丙酯/2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸/烯丙醇基聚氧乙烯醚共聚物。
[0040]
实施例5
[0041]
s1在反应釜中加入适量蒸馏水及8％的分子量调节剂次磷酸钠，逐渐升温至60℃。在升温过程中逐渐加入55％丙烯酸及15％丙烯酸羟丙酯。
[0042]
s2在系统中逐渐加入12％的引发剂过硫酸铵溶液，同时在100-300转/分钟搅拌的情况下，依次添加25％的2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和5—9％的烯丙醇基聚氧乙烯醚。同时恒温到85℃。
[0043]
s3恒温2-4小时后，冷却到常温，得到棕红色溶液，该溶液即为丙烯酸/丙烯酸羟丙酯/2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸/烯丙醇基聚氧乙烯醚共聚物。
[0044]
实施例6
[0045]
s1在反应釜中加入适量蒸馏水及8％的分子量调节剂次磷酸钠，逐渐升温至60℃。在升温过程中逐渐加入55％丙烯酸及20％丙烯酸羟丙酯。
[0046]
s2在系统中逐渐加入12％的引发剂过硫酸铵溶液，同时在100-300转/分钟搅拌的情况下，依次添加20％的2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和5％的烯丙醇基聚氧乙烯醚。同时恒温到85℃。
[0047]
s3恒温2-4小时后，冷却到常温，得到棕红色溶液，该溶液即为丙烯酸/丙烯酸羟丙酯/2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸/烯丙醇基聚氧乙烯醚共聚物。
[0048]
实施例7
[0049]
s1在反应釜中加入适量蒸馏水及8％的分子量调节剂次磷酸钠，逐渐升温至60℃。在升温过程中逐渐加入55％丙烯酸及10％丙烯酸羟丙酯。
[0050]
s2在系统中逐渐加入12％的引发剂过硫酸铵溶液，同时在100-300转/分钟搅拌的情况下，依次添加30％的2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和5％的烯丙醇基聚氧乙烯醚。同时恒温到85℃。
[0051]
s3恒温2-4小时后，冷却到常温，得到棕红色溶液，该溶液即为丙烯酸/丙烯酸羟丙酯/2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸/烯丙醇基聚氧乙烯醚共聚物。
[0052]
实施例8
[0053]
s1在反应釜中加入适量蒸馏水及8％的分子量调节剂次磷酸钠，逐渐升温至60℃。在升温过程中逐渐加入48％丙烯酸及18％丙烯酸羟丙酯。
[0054]
s2在系统中逐渐加入10-15％的引发剂过硫酸铵溶液，同时在100-300转/分钟搅拌的情况下，依次添加25％的2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和9％的烯丙醇基聚氧乙烯醚。同时恒温到85℃。
[0055]
s3恒温2-4小时后，冷却到常温，得到棕红色溶液，该溶液即为丙烯酸/丙烯酸羟丙酯/2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸/烯丙醇基聚氧乙烯醚共聚物。
[0056]
实施例9
[0057]
s1在反应釜中加入适量蒸馏水及8％的分子量调节剂次磷酸钠，逐渐升温至60℃。在升温过程中逐渐加入48％丙烯酸及15％丙烯酸羟丙酯。
[0058]
s2在系统中逐渐加入12％的引发剂过硫酸铵溶液，同时在100-300转/分钟搅拌的
情况下，依次添加30％的2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和7％的烯丙醇基聚氧乙烯醚。同时恒温到85℃。
[0059]
s3恒温2-4小时后，冷却到常温，得到棕红色溶液，该溶液即为丙烯酸/丙烯酸羟丙酯/2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸/烯丙醇基聚氧乙烯醚共聚物。
[0060]
实施例10
[0061]
s1在反应釜中加入适量蒸馏水及8％的分子量调节剂次磷酸钠，逐渐升温至60℃。在升温过程中逐渐加入52％丙烯酸及15％丙烯酸羟丙酯。
[0062]
s2在系统中逐渐加入12％的引发剂过硫酸铵溶液，同时在100-300转/分钟搅拌的情况下，依次添加27％的2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和6％的烯丙醇基聚氧乙烯醚。同时恒温到85℃。
[0063]
s3恒温2-4小时后，冷却到常温，得到棕红色溶液，该溶液即为丙烯酸/丙烯酸羟丙酯/2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸/烯丙醇基聚氧乙烯醚共聚物。
[0064]
实施例11
[0065]
s1在反应釜中加入适量蒸馏水及8％的分子量调节剂次磷酸钠，逐渐升温至60℃。在升温过程中逐渐加入52％丙烯酸及20％丙烯酸羟丙酯。
[0066]
s2在系统中逐渐加入12％的引发剂过硫酸铵溶液，同时在100-300转/分钟搅拌的情况下，依次添加20％的2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和8％的烯丙醇基聚氧乙烯醚。同时恒温到85℃。
[0067]
s3恒温2-4小时后，冷却到常温，得到棕红色溶液，该溶液即为丙烯酸/丙烯酸羟丙酯/2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸/烯丙醇基聚氧乙烯醚共聚物。
[0068]
实施例12
[0069]
s1在反应釜中加入适量蒸馏水及10％的分子量调节剂次磷酸钠，逐渐升温至60℃。在升温过程中逐渐加入50％丙烯酸及15％丙烯酸羟丙酯。
[0070]
s2在系统中逐渐加入15％的引发剂过硫酸铵溶液，同时在100-300转/分钟搅拌的情况下，依次添加30％的2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和5％的烯丙醇基聚氧乙烯醚。同时恒温到85℃。
[0071]
s3恒温2-4小时后，冷却到常温，得到棕红色溶液，该溶液即为丙烯酸/丙烯酸羟丙酯/2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸/烯丙醇基聚氧乙烯醚共聚物。
[0072]
按照上述制备方法得到不同的丙烯酸/丙烯酸羟丙酯/2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸/烯丙醇基聚氧乙烯醚共聚物溶液，液，分别按照实施例顺序编号。同时取得某知名公司无磷水处理样品t(该公司采用的是三聚物作为阻垢分散剂)作为对比例。按照如下要求配置水溶液：钙硬度：500mg/l；碱度：400mg/l。循环水温度控制在35℃，把不同编号的化学品按照35ppm添加入系统，运转1个小时后，停止运行，和空白样对比，测量阻垢率。
[0073]
实施例阻垢率％实施例192.6实施例291.8
实施例396.4实施例498.6实施例597.3实施例695.6实施例796.7实施例894.2实施例992.4实施例1091.3实施例1192.8实施例1291.3对比例87.6
[0074]
通过实验室验证可以发现，通过不同的实施例，该共聚物具有优异的阻垢分散性能，对比例中采用的是三聚物作为阻垢分散剂，可以看出本发明共聚物在相同添加量下，具有更好的阻垢分散功能。
[0075]
该聚合物不仅具有常规均聚物、二聚物和三聚物具有的阻垢和分散性能，可以降低水处理总成本，有利于工业应用。该聚合物含有丙烯酸(aa)，丙烯酸羟丙酯(hpa)，磺酸盐(amps)及烯丙基聚氧乙烯醚(apeg)，命名该聚合物为4apolymer。
[0076]
以上所述仅为本发明的优选实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明所作的等效变换，均在本发明的专利保护范围内。