[發明專利]衣康酸共聚物阻垢劑及其微波合成方法

無效

• 申請號: 201010198966.2
• 申請日: 2010-06-11
• 公開（公告）號: CN101830571A
• 公開（公告）日: 2010-09-15
• 發明（設計）人: 董社英;鈕麗
• 申請（專利權）人: 西安建筑科技大學
• 主分類號: C02F5/10
• 分類號: C02F5/10;C08F222/02;C08F2/46
• 代理公司: 西安西交通盛知識產權代理有限責任公司 61217
• 代理人: 陳翠蘭

技術領域

本發明屬聚合物高分子及水處理技術領域，具體涉及一種新型衣康酸共聚物阻垢劑及其微波合成方法。

背景技術

迅猛發展的工業大多需要循環冷卻水，工業用水系統的結垢現象嚴重影響傳熱效率，增加能耗，加速設備的腐蝕。由于淡水資源的日益緊缺，工業用水的阻垢處理越來越受到重視。利用加阻垢劑進行阻垢處理是眾多阻垢方法中相對方便和高效的方法。天然聚合物類阻垢劑來源廣，便宜易得，但阻垢效果差，雜質含量高；含磷阻垢劑阻垢效果較好，但易造成水體富營養化，給水環境帶來極大破壞。因此開發使用低磷、無磷的綠色阻垢劑已成為國內外水處理行業的必然趨勢，目前市場上已有聚丙烯酸，聚甲基丙烯酸等無磷阻垢劑，但由于其阻垢官能團單一，處理能力有限，合成復雜，生產成本較高，于是二元，三元共聚物阻垢劑隨之產生，此類共聚物多含有羧基、羥基、磺酸基、氨基等多種阻垢官能團，不同基團搭配組合，既可有效防止弱親水性基團生成難溶的鈣凝膠，又有助于溶解，可有效防垢。衣康酸來源于生物發酵技術，原料易得，且避免了含磷阻垢劑潛在的污染。在衣康酸分子中，不但含有自由基聚合反應需要的碳雙鍵官能團，而且在雙鍵的兩側分別連有一個羧酸基團，后者賦予衣康酸共聚物優良的負電分散性能以及與其它離子絡合的能力。現有技術中王光江等研究了衣康酸(IA)-丙烯酸(AA)二元共聚物水溶液的合成工藝及對CaCO₃的阻垢效果，實驗結果表明IA-AA共聚物對CaCO₃的阻垢效果好，適應溫度范圍寬，在共聚物用量較小的情況下即可取得顯著的阻垢效果，但實驗中丙烯酸價格昂貴，增加了共聚物的生產成本。中國專利公開號CN03112046.6合成了衣康酸，(甲基)丙烯磺酸鹽，(甲基)丙烯酸羥酯類多元共聚物阻垢劑，阻垢效果好，用途廣泛，但工藝過程比較復雜，所需時間較長，能耗較大，阻礙了其工業化生產。與傳統方法相比，微波輻射加熱能提高反應速率上千倍，且操作方便，目前關于衣康酸共聚物阻垢劑的微波合成技術鮮有專利報道，且人們對合成衣康酸、馬來酸酐、磺酸鹽類共聚物更未有文獻報道。

發明內容

本發明的目的旨在簡化工藝過程，提高反應速率，提供了一種在分子鏈上同時含有磺酸基和羧酸基官能團、并對CaCO₃有良好的阻垢性能的水處理劑衣康酸共聚物及其微波制備方案，著重研究了各反應條件對共聚物阻垢性能的影響。該方法工藝簡單，方便，微波引入實驗，大大縮短了反應時間，提高了化學反應速率，產品性質穩定。

為了實現上述目的，本發明采取如下的技術解決方案：一種衣康酸共聚物阻垢劑，該阻垢劑由下述質量份數的原料制備而成：

衣康酸??????60份；

馬來酸酐????9份；

磺酸鹽??????8～14份；

去離子水????100～120份；

引發劑??????5～20份；

鏈轉移劑????6～15份；

催化劑??????1～2份。

所述磺酸鹽選自丙烯磺酸鈉、丙烯磺酸鉀、甲基丙烯磺酸鈉、甲基丙烯磺酸鉀、乙基丙烯磺酸鈉、乙基丙烯磺酸鉀、苯乙烯磺酸鈉、苯乙烯磺酸鉀、苯基丙烯磺酸鈉或苯基丙烯磺酸鉀。

所述磺酸鹽優選丙烯磺酸鈉或丙烯磺酸鉀。

所述引發劑為氧化還原類引發劑：質量比為1∶1過氧化氫(30％)與亞硫酸氫鈉(30％)的混合物。

所述鏈轉移劑為分析純的異丙醇。

所述催化劑為硫酸亞鐵銨。

所述阻垢劑按照下述質量份數優選方案為：衣康酸為60份，馬來酸酐為9份，磺酸鹽為10份，去離子水為100份，引發劑為15份，鏈轉移劑為12份，催化劑為1份。

本發明還給出了該衣康酸三元共聚阻垢劑的合成方法，該方法按以下具體步驟進行合成：

以質量份數分別為60份的衣康酸，9份的馬來酸酐與8～14份的磺酸鹽為原料，用100～120份去離子水溶解，加入5～20份質量比為1∶1過氧化氫(30％)與亞硫酸氫鈉(30％)的混合物，6～15份分析純的異丙醇及1～2份催化劑硫酸亞鐵銨，應用微波合成技術(XH-100A型電腦微波催化/合成萃取儀)，在微波功率為700W～900W的條件下加熱，攪拌，回流，輻射溫度為50～90℃，微波輻射時間為20～60min，得到淺黃色或棕黃色粘性衣康酸共聚物溶液；

將產物溶液加入50～150mL丙酮洗滌3～5次后減壓蒸餾(減壓蒸餾壓力為0.8kPa)分出剩余部分鏈轉移劑，冷卻至室溫出料，即得終產物衣康酸三元共聚阻垢劑。

所述的引發劑過氧化氫與亞硫酸氫鈉的混合物及鏈轉移劑異丙醇的加入方式均為緩慢滴加。