[发明专利]一种四元无磷聚合型缓蚀阻垢剂PIAAM及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于化工领域，具体的说涉及一种用于工业循环冷却水系统的四元无磷聚合型缓蚀阻垢剂PIAAM及其制备方法。

背景技术

聚合物缓蚀阻垢剂是20世纪80年代发展起来的一类新型无公害工业水处理药剂。在聚合物缓蚀阻垢剂中，羧基、膦酰基是阻碳酸钙垢的活性基团；羧基、聚氧乙烯基是阻磷酸钙垢的活性基团；酯基、羟基、磺酸基、酰胺基是防止聚合物胶聚的活性基团；膦酰基羧酸与金属离子进行螯合，吸附于金属表面而具有缓蚀作用，膦酰基羧酸不易水解，并具有阻垢性能；磺酸基团对污垢具有高效抑制能力，对金属离子有稳定作用。强酸根有利于阻垢剂的溶解，弱酸根能有效抑制结垢晶体的生长，当一种阻垢剂同时含有弱酸根和强酸根时，将具有更好的阻垢性能，因此含有膦酰基、羧基、磺酸基等活性基团的多元聚合物是近年来聚合型阻垢分散剂的研究热点。目前，中国专利授权公告的CN 98113264“一种复合水处理剂”、CN 03137603“多元复合水处理剂”、CN 88101807“镁铁复合型废水处理剂及其生产方法”、 CN 02145917“一种复合阻垢缓蚀剂及其在含氨氮污水回用于循环冷却水中的应用”、CN 01133709“复合阻垢缓蚀剂”以及CN 01113457“一种以聚天冬氨酸为主剂的复合水处理剂”等专利均采用复配制备工艺。由于工业冷却循环水水质的复杂和多变，需运用多元聚合技术将含不同基团的单体键合到聚合物分子中，赋予水处理药剂新的、优异的性能。长期以来，我国聚合型水处理剂研发主要以二元或三元聚合为主，如CN 01123146“低分子量（甲基）丙烯酸（盐）系聚合物及其制备方法和用途”等，在产品配方以及使用性能上还不完善，而且大部分工业循环冷却水处理剂含磷元素，这些磷化合物随着废水最终会排放至水体，尽管磷无毒，但作为营养源，它会使水体富营养化，造成湖水水华。因而许多国家已开始限制磷的排放，无磷环保型水处理药剂已成为国内外研发的关注点。在工业水处理领域，聚羧酸类水处理剂多以马来酸酐为原材料单体，但是马来酸酐不易生物降解，长期累积会引起环境污染。衣康酸是无毒生物发酵制品，具有优良的负电分散性能，能有效阻止污垢的凝聚和沉积，衣康酸与其他活性单体的聚合物易生物降解，生产工艺简单、成本低廉并且产品性能佳，是应用前景广阔的“绿色”环保的缓蚀阻垢剂。本发明在调研国内外聚合型水处理剂生产技术，在CN 101289256 B“一种四元聚合型缓蚀阻蚀剂及其制备方法”专利发明的基础上，选用分别含-COOH、-OH、-SO₃H基团和-C=C-COOCH₃结构单元的原材料单体：衣康酸、丙烯酸、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和甲基丙烯酸甲酯，经重复正交试验，采用水溶液法多元聚合技术成功地制备一种使用性能优异的、环境友好的四元无磷聚合型缓蚀阻垢剂IA/AA/AMPS/MMA（缩写为PIAAM）。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在的不足，本发明的目的是提供一种四元无磷聚合型缓蚀阻垢剂PIAAM，使其含-COOH、-SO₃H、-OH基团和-C=C-COOCH₃结构单元、绿色环保、性能优异，满足工业冷却循环水水质的复杂性和多变性使用需求。本发明的另一目的是提供一种上述四元无磷聚合型缓蚀阻垢剂PIAAM的制备方法。

技术方案：为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

一种四元无磷聚合型缓蚀阻垢剂PIAAM，由衣康酸（IA）、丙烯酸（AA）、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸（AMPS）和甲基丙烯酸甲酯（MMA）、过硫酸钠、异丙醇和水组成。各组分的质量比优选为：衣康酸5~10、丙烯酸10~30、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸2~10、甲基丙烯酸甲酯2~10、过硫酸钠2~6、异丙醇4~8、水100~150；最佳质量比为：衣康酸8、丙烯酸15~25、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸3~7、甲基丙烯酸甲酯2~6、过硫酸钠2~4、异丙醇4~6、水100~120。

上述化学品均为工业纯。

一种四元无磷聚合型缓蚀阻垢剂PIAAM的制备方法，依次包括以下步骤：

（1）将丙烯酸和甲基丙烯酸甲酯混合溶解，得到溶液（Ⅰ）；

（2）另将2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、过硫酸钠和占总水量20~40%水混合，得到溶液（Ⅱ）；