[發明專利]二氧化硅垢的協同控制

有效

• 申請號: 201380017579.6
• 申請日: 2013-03-28
• 公開（公告）號: CN104203841B
• 公開（公告）日: 2017-04-12
• 發明（設計）人: S·梅塔;B·L·圖里尼
• 申請（專利權）人: 陶氏環球技術有限責任公司;羅門哈斯公司
• 主分類號: C02F5/10
• 分類號: C02F5/10;B01D65/08;C08F220/18
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所11256
• 代理人: 吳亦華

技術領域

本發明涉及控制具有中性pH的水性體系中無定形二氧化硅垢(silica?scale)沉積的方法。本方法包括添加有效量的至少一種羧酸或其鹽聚合物和至少一種螯合劑的協同組合。

背景技術

在包含水性體系的水處理設備例如鍋爐、冷卻和凈化系統的內表面上二氧化硅垢的沉積和累積是成問題的，因為它降低了通過這種設備的傳熱和流體流動。因此，防止二氧化硅垢的形成和沉積，以及當這種垢沉積和累積時的去除，是涉及水處理的行業極為關注的。

水性體系中二氧化硅垢的形成是通過所述水性體系的各種特性例如pH、溫度、金屬離子濃度等實現的。這些特性本身可以根據具體的工作環境(例如，冷卻塔，鍋爐，反滲透，地熱等等)，在體系與體系之間廣泛變化。這樣的特性，尤其pH和溫度，還決定了產生和沉積的兩種主要的二氧化硅垢形式(膠態/無定形或硅酸鹽)。所有二氧化硅垢類型都始于在溶液中形成膠態二氧化硅粒子，其然后可以聚合和作為膠態或無定形二氧化硅垢沉積，或者可以與存在的任何金屬離子(例如鎂或鈣)結合，形成硅酸鹽垢沉積。

更具體而言，二氧化硅垢的聚合速率通常是pH依賴性的，最高速率在大約8.0至8.5。II族金屬，特別是鈣、鎂和鐵，幾乎總是與二氧化硅一起存在，并且這些金屬離子還影響二氧化硅垢發展速率。此外，在pH高于約9.5的水性體系中，硅酸鹽類型的垢，例如高度不可溶的硅酸鎂，是形成的主要二氧化硅垢類型，無定形二氧化硅垢SiO₂極少。因此，硅酸鹽垢傾向于在較高的溫度和堿性pH下形成。在大約7.5的pH下，無定形二氧化硅垢，SiO₂，是形成和沉積的主要二氧化硅垢類型，在pH降到低于7.0時，形成的硅酸鹽垢極少。因此，在較低的溫度和pH下，即使在金屬例如鈣、鎂和鐵的存在下，也不可能形成硅酸鹽垢，留下無定形二氧化硅垢作為主要的問題。在任一種情況下，二氧化硅垢一旦形成要除去它是很困難和昂貴的。

通常通過一種或多種技術包括抑制、分散、增溶和粒度降低來實現抑制二氧化硅垢的形成和沉積，所述技術減少或防止了二氧化硅垢的形成和沉積。對于傾向于在中性或輕度堿性的pH條件下發生的無定形二氧化硅垢的控制研究少于對硅酸鹽垢的抑制和除去的研究。

已知幾種聚丙烯酸酯化合物成功地表現為水性體系中的抑制劑，抑制各種類型的垢的形成和沉積。聚丙烯酸酯是源自于一種或多種丙烯酸酯單體例如丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯腈及其衍生物的聚合的一類聚合物。每種丙烯酸類單體包含高度反應性的乙烯基(-C＝C-)。由于所述乙烯基的碳雙鍵的這種高反應性，丙烯酸酯單體容易聚合，產生可用于各種塑料、膠粘劑和化學粘合劑應用等的許多種類的聚丙烯酸酯聚合物。

例如，美國專利No.4,536,292描述了從不飽和羧酸、不飽和磺酸和不飽和季氨化合物制備的一類丙烯酸酯聚合物，它們是抑制水性體系中多種類型的垢的適當分散劑。美國專利No.4,510,059公開了減少水性體系中二氧化硅沉積形成的方法，所述方法通過添加有效量的聚兩性電解質，即含有源自于至少一種羧酸或其鹽單體和至少一種含陽離子單體的聚合單元的聚合物。美國專利No.5,658,465描述了在水體系中通過添加具有N,N-二取代酰胺官能團的聚合物來抑制二氧化硅和硅酸鹽垢的方法。

另外，國際專利申請公布No.WO?2010005889描述了烷氧基化胺或聚(烷氧基化)胺對于抑制水性體系中的二氧化硅和硅酸鹽垢是有效的。這些聚(烷氧基化)胺抑制劑具有基于環氧丙烷(PO)、環氧乙烷(EO)或其混合的主鏈，并且還可以包含源自于例如丙烯酸或馬來酸的羧酸側基。

國際專利申請公布No.WO?2011028662還提供了抑制二氧化硅和硅酸鹽垢沉積的方法，所述方法通過向水性體系添加聚合物，所述聚合物包含源自于烷氧基化乙烯基醚和至少一種具有羰基、磺酸酯或磷酸酯基的單體的單元。

含有磺酸基(-SO₂OH)的羧酸共聚物，例如可從美國密歇根州Midland的The?Dow?Chemical?Company以商品名ACUMER5000商購的那些，是公知的水性體系中硅酸鎂的抑制劑以及膠態二氧化硅和硅酸鎂垢的分散劑。所述行業中還已知，沒有磺酸基(-SO₂OH)的羧酸酯均聚物和共聚物，例如同樣可從The?Dow?Chemical?Company以商品名ACUMER1000和ACUMER4300商購的那些，在避免二氧化硅垢沉積上通常有效性較低。