阻垢剂的相关介绍

阻垢分散剂制备性能及使用

摘要：阻垢分散剂由聚丙烯酸钠、有机磷酸盐、聚磷酸盐以及缓蚀剂复配而成，具有良好的螯合，低限抑制，晶格畸变等作用，同时，可与水中金属离子作用，使水中不溶物不易沉降，并使晶体保持在很小的颗粒范围内，从而达到增溶作用，因此对碳酸钙垢有卓越的阻垢分散作用，并能在金属表示形成一层薄而致密的保护膜，从而使腐蚀速率大大降低。

阻垢剂(scale inhibitor)：是指具有能分散水中的难溶性无机盐、阻止或干扰难溶性无机盐在金属表面的沉淀、结垢功能,并维持金属设备有良好的传热效果的一类常用水处理药剂。冷换设备防腐阻垢剂以环氧树脂和特定氨基树脂为基料，加入适量的各种防锈、防腐等各种助剂配制而成，为单组分。它具有优异的屏蔽、抗渗、防锈性能、良好的阻垢、导热性，优良的耐弱酸、强碱、有机溶剂等性能，它的附着力强，且膜层光亮、柔韧、致密、坚硬。

矿物质的沉淀在工业生产中是时常发生的问题，其中含有溶解物的水被传输或贮存。例如，水中可以含有各种碱土金属盐离子，如钙、钡和锶，还含有阴离子，如碳酸氢根、碳酸根、硫酸根、磷酸根和硅酸根。当这些离子以足够的浓度存在时，它们会形成沉淀。这种沉淀的累积在类似管道等设备内表面，不仅阻碍液体流动，而且还干扰设备表面的热交换，使表面腐蚀，并且有利于细菌的繁殖。在工业生产中流动受阻和热交换的损失是非常不希望发生的。例如，在一口油井中，希望得到最大的流量，而无机物的累积会减缓流速，甚至在狭窄的管道处会阻碍流速。

在使用热交换器的工业运行中，通过热交换器交换的热量的减少会引起生产工艺的瓶颈，导致产量的减少，还会增加燃料成本从而弥补交换器效率的降低。无机物沉淀的累积还会干扰设备的监控运行。阻垢剂被引入系统的目的是防止结垢。在任何实施方案中，阻垢剂均可以足以避免或减少垢沉淀的浓度被使用。阻垢分散剂通过有效控制由无机盐、金属氧化物和胶体引起的膜分离系统结垢和沉积，最大限度延长膜系统的清洗周期。

大多数聚合物单体遇到氧化性物质或水温过高时就会发生分子锻链，降低了阻垢性能，而该产品分子尺寸较小，结构稳定，不宜断链降解，所以具有更好的耐热性。为了防止结垢，需要将阻垢剂、水结马来酸酐、聚丙烯酸分别与有机膦单体复配，进行阻垢试验或浓缩倍率试验，发现它们间性能几乎相同。在对污水浓缩倍率试验时，发现有更高的浓缩倍率，是分子小具有更强的抗有机物性能的缘故。

目前，主要的防垢剂品种有聚丙烯酸和聚马来酸等。聚马来酸具有更高的阻垢性能，近年来其使用不断增加。另一方面，从环保方面考虑，对阻垢剂的要求也是多方面的。例如为防止用水白浊化而要求提高防垢剂的耐胶化性能，为防止用水被着色而要求防垢剂的颜色浅，此外还要求防垢剂的水溶液具有长期贮存稳定性。聚马来酸的制造方法是马来酸酐在水或有机溶液中聚合制得聚马来酸酐再进行水解制得。

作为防垢剂，它的性能因聚合时所用溶剂的不同而异。这与聚合反应时溶剂的分子有关，一般认为，溶剂分子在聚合反应时被组合到聚马来酸酐分子链的末端或其内部。因此，为了制备阻垢性能好的巨马来酸酐，人们提出了采用不同种类的溶剂的制造方法，但作为防垢剂，

任何一种方法都存在需要改进的问题。

溶剂中不能存在含有仲氢的芳香族溶剂非常关键，例如乙苯，异苯丙，甲基异丙苯等。如果存在这类芳香族溶剂，聚合时就会强化向溶剂的链转移反应，使聚合物疏水性过高，最终的羧酸含量降低，阻垢性能下降。

溶剂的用量通常为马来酸酐和丙烯酸总量的50%~300%，最好是70%~300%。如果溶剂的用量不足50％，则马来酸酐一丙烯酸共聚物的分子量过高，水解后用作防垢剂时，阻垢能力下降；溶剂的用量如高于300％，则共聚物的分子量过低，水解后用作防垢剂时耐胶化能力下降。本发明提供的共聚物中，参与共聚的丙烯酸量，如以马来酸酐和丙烯酸总量为 100 重量份，则丙烯酸通常为 1～13 重量份，最好2 ～13 重量份，马来酸酐通常为 87 ～99 重量份，最好是 89 ～98 重量份。如果丙烯酸不足 1重量份，即马来酸酐超过99重量份，则制得的防垢剂色深；如果丙烯酸超过 13重量份，亦即马来酸酐不足87重量份，则制得的防垢剂阻垢性能明显下降。

马来酸酐和丙烯酸的聚合可用常规的方法进行，例如，将丙烯酸，马来酸酐，溶剂及油溶性聚合引发剂按配方量全部加到反应器中，加热聚合；也可以先将马来酸酐，溶剂及油溶性聚合引发剂加到反应器中再滴加丙烯酸，从反应时的安全性考虑，后一种方法更好。

油溶性引发剂的用量根据溶剂的用量不同而异，一般为马来酸酐和丙烯酸总重量的 5 —50％，最好为10 ～35％。如果不足5％，聚合转化率低，如超过 50％，转化率几乎可以达到 100％，呈饱和状态，从成本考虑不大合适。油溶性引发剂可在聚合开始前全量加到反应系统中，但从安全考虑，最好是在聚合开始后缓慢滴加。

聚合温度可以比马来酸酐均聚时低 5～lO℃，通常为120 ～150℃，最好为125 ～140℃。如果低于120℃则转化率低，如果高于15O℃则马来酸酐可能分解，制得的聚合物有颜色变深的倾向。聚合反应时间与反应温度有关，但最好为2 ～6小时，如果不足2小时则转化率低，如超过6小时则会生成的聚合物缓慢分解，使阻垢性能下降。

马来酸酐和丙烯酸聚合时的转化率随时间的增加而增加，最后基本达到100％。本发明的水解工序最好使用转化率为100％的马来酸酐一丙烯酸共聚物，但如果在共聚物中残留有未反应的单体，也可以直接进行水解。马来酸酐一丙烯酸共聚物的分子量可根据聚合反应条件调节，重均分子量最好为600 ～4000。在将共聚物水解用作防垢剂时，如共聚物的重均分子量低600，虽然阻垢性能提高，但耐胶化性能明显下降。另一方面，如果重均分子量超过4 000，虽然耐胶化能力高，但阻垢性能下降，因此防垢剂的用量大。

共聚物的水解，可在聚合反应后将溶剂和共聚物分离后加水水解，也可以不进行分离直接加水，在混合状态下进行水解，从生产效率考虑，这种方法比较合适。按照这种方法，首先在聚物溶液中加水、混合，使之水解。水解后静置、使之分离为溶剂层和水溶液层。水溶液层中含有马来酸酐一丙烯酸共聚物的水解产物，将水溶液回收，可用作防垢剂。在回收的水溶液中虽然仍含有少量溶剂，但可以通过蒸汽蒸馏、膜分离等工艺将其去除。

水解工艺的用水量以共聚物中的马来酸酐计，最好在75％以上，1O0 ～200％最好。如果用水量低于75％，则可回收的水溶液粘度高，作业性差。如超过200％，则水量多，疏水成分向水溶液层的迁移量大，浓缩后得到的防垢剂的贮存稳定性差，而且生产效率也低，放最好不用过多的水量。在去除溶剂后的马来酸酐一丙烯酸共聚物中仍会含有一些引发剂分解物、引发剂反应生成物、溶剂单元与分子链形成的低聚物等疏水性物质。

聚反应后在聚合反应溶液中再加疏水性溶剂，然后加水进行水解，疏水性物质就变得易向溶剂层迁移。这样制得的水处理剂的阻垢性能和贮存稳定性等都会得到改善。相对于马来酸酐一丙烯酸共聚物100重量份可加300 —600重量份疏水性溶剂。所加之疏水性溶剂的种类最好与聚合时用的溶剂相同。此外，也可以使用异构链烷烃等疏水性溶剂。

防垢阻垢剂在潮湿空气中表面吸潮，但不变质，在常温水中缓慢溶解，水溶液呈碱性，

其溶解速率、溶解度随温度上升而增大。药剂分子可以防止与水接触的金属表面的锈蚀和结垢，并可使已经生成的锈垢和结垢逐渐脱落，保持冷却面的清洁，在加药水通过的设备、管道内部材质不论是黑色金属还是有色金属均能形成保护膜，有色金属效果尤为显著，在5—200℃水温范围，压力在3.5Mpa内均可形成保护膜并可防止藻类的生成和污泥的附着，从而可以防止结垢，提高了设备的热效率，防止设备腐蚀，达到节约能源降低成本、延长设备使用寿命的目的。

药剂溶于水后，便形成了一种胶态负离子，这种胶态负离子可以吸咐水中的悬浮物及钙、镁离子、形成胶态粒子而不易沉积于管壁，易被排出系统之外，由于胶态负离子对碳酸盐、硫酸盐等水垢的生成和沉积起抑制和分散作用，长期使用可以防止结垢。由于循环水中的悬浮物及钙、镁离子、易沉积于管壁，不易被排出系统之外，水中的悬浮物及钙、镁离子、硫酸盐、硅酸盐等水垢有腐蚀作用。为此，该药剂达到了以上的防垢阻垢作用，并形成保护性薄膜，从而达到了防腐作用。

工业上所用的阻垢剂，主要有有机磷酸类阻垢缓蚀剂，基丙烯酸的均聚物和共聚物阻垢剂，虽然他们曾经使冷却水处理技术取得了突破性的进展，在解决人类面临的水资源枯竭问题上骑着重大作用，但它们在环境中长期积累，使水体富营养化，或者高度非生物降解，因而均属于环境不可接受的污染物。随着人们的环保意识增强，可生物降解的新型阻垢剂的合成逐渐收到世界各大公司的关注，环境友好型阻垢剂的研究和开发代表着未来水处理的发展方向。

小结：水是生命之源，是人类生存和发展不可替代的资源，随着工农业的高速发展，节约用水显得尤为重要。工业循环冷却水占生产用水的80%左右，在冷却水中投加阻垢剂是节能的必由之路，而环保型阻垢剂的研究和开发代表着未来水处理剂发展的方向。