[发明专利]丙烯酸/聚甲基丙烯酸甲酯/丙烯腈共聚物水阻垢剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高硬度地热水阻垢处理技术领域，具体指一种丙烯 酸/聚甲基丙烯酸甲酯/丙烯腈共聚物水阻垢剂及其制备方法。

背景技术

地热能属于中国《可再生能源法》(2006年)中确定的新能源 类型。现有的常规能源—煤炭、石油和天然气，资源量有限、使用 时会带来环境污染。地热能的应用为节能、减排提供了一个解决现 有能源上述两大困境的有效途径。但是，地热能应用中地热水的结 垢成为了必须面对的一个难题。为此，对地热水的防垢处理成为了 技术中的热点研究方向。

对地热水采用阻垢剂处理仍然是当前所采用的防垢的主要手 段。采用有机高分子阻垢剂具有用量少、可适用水质类型多样的特 点。丙烯酸类共聚物是一类以丙烯酸为主要成分的有机高分子阻垢 剂，在适当的引发剂作用下，与一种或几种单体共聚而形成的聚合 物。这类聚合物对Ca²⁺等具有很强的螯合能力，不仅具有分散和凝 聚作用，还能在结垢晶体的结晶过程中干扰晶格的正常排列，从而 达到阻垢的目的。但是，有机高分子阻垢剂的阻垢机理涉及扩散、 吸脱附、晶体生长以及配位等复杂的物理化学过程，各种有机高分 子阻垢剂的阻垢作用或在扩散、或在吸脱附、或在晶体生长、或在 配位等方面各有较强的一面，阻垢率大小不一。因此，目前传统的 丙烯酸类共聚物只是在较低硬度(总硬度≤700mg/L)的水中才具有 较高的阻垢率。测试表明，几种市售的常用有机阻垢剂的静态阻垢 率如下：

PAA(丙烯酸改性树脂)—75.3％；

HPMA(水解聚马来酸酐)—74.2％；

T225(丙烯酸-丙烯酸羟丙脂，日本栗田公司生产)—77.6％；

PASP(聚天冬氨酸)—73.8％。

在高硬度(总硬度≥700mg/L)的水中，阻垢率仍然较低。而地 热水由于温度较高，因而矿物杂质的溶解度高，一般总硬度≥ 1000mg/L，属于超高硬度水、甚至为特硬水。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种丙烯酸/聚 甲基丙烯酸甲酯/丙烯腈共聚物水阻垢剂及其制备方法，该阻垢剂对 高硬度地热水具有较好的阻垢效果。同时，其制备方法工艺简单， 成本低廉。

为实现上述目的，本发明的丙烯酸/聚甲基丙烯酸甲酯/丙烯腈共 聚物水阻垢剂，其中各组分按照重量百分比计为：

丙烯酸50～70％，聚甲基丙烯酸甲酯20～45％，丙烯腈5～25％。

优选为：各组分按照重量百分比计为：丙烯酸55～65％，聚甲基 丙烯酸甲酯25～35％，丙烯腈10～20％。

本发明的丙烯酸/聚甲基丙烯酸甲酯/丙烯腈共聚物的制备方法， 依次包括以下步骤：

1)按照设计比例取丙烯酸、聚甲基丙烯酸甲酯、丙烯腈，在混 料机中混合均匀；

2)将混合好的材料经双螺杆挤出机八区熔融混合挤出造粒，其 中，双螺杆挤出机各区的温度控制为：

1区为180～225℃，2区为185～230℃，3区为185～230℃，4区 为185～230℃，5区为185～230℃，6区为185～230℃，7区为 185～230℃，8区为185～225℃，机头温度为185～225℃，熔体温度控 制在185～230℃。通过上述八区温度控制，可达到预热段排气完全、 反应断共聚充分的效果。

优选地，步骤1)中，所述混合过程中，混料机的速度为 1200～1500rpm，混合5～10min。

本发明的丙烯酸/聚甲基丙烯酸甲酯/丙烯腈共聚物阻垢剂机理 与阻垢率高的原因在于：

该阻垢剂能与水溶液中部分钙离子发生螯合作用形成稳定的可 溶性螯合物，减少了Ca²⁺与CO₃^2-的结合机会，从而达到阻垢(垢即 CaCO₃沉淀物)作用外，同时还能与碳酸钙晶体界面上的钙离子发 生螯合作用，使得垢晶体在小于其临界核心尺寸下一旦形成后，其 进一步的生长受阻，不能达到超过临界晶核的尺寸，随之因不能生 长而再次消散，也达到了阻垢作用。因此，本发明的丙烯酸/聚甲基 丙烯酸甲酯/丙烯腈共聚物阻垢剂同时具有两个强的作用：既能与水 中的阳离子螯合，又能与垢晶体中的阳离子结合而阻止了垢的进一 步生长，所以阻垢能力提高，能适合更高硬度的水。