申请日2012.08.01
公开(公告)日2012.11.21
IPC分类号C08F283/06; C02F5/10
摘要
一种无磷聚醚多功能水处理剂(APEG)是以聚醚单体与含乙烯基不饱和双键的单体进行自由基共聚而得，其中：A是含乙烯基不饱和双键单体聚合后的重复结构单元，G是—CH2—O—或—O—，聚合度x为5~5000，聚合度y为5~5000，重复单元m为5~100。权利要求书
1.一种无磷聚醚多功能水处理剂，其特征在于该水处理剂是以聚醚单体与含 乙烯基不饱和双键的单体进行自由基共聚而得，其结构通式为：
其中：A是含乙烯基不饱和双键单体聚合后的重复结构单元，G是—CH2—O—或 —O—，聚合度x为5~5000，聚合度y为5~5000，重复单元m为5~100。
2.一种如权利要求1所述的无磷聚醚多功能水处理剂的制备方法，其特征 在于该制备方法为：
在N2氛下，以聚醚单体质量为基准，将聚醚单体加入反应釜中，将温度调 至60~95℃后，加入0.1~5倍聚醚单体质量的含乙烯基不饱和双键的单体、0.1~5 倍聚醚单体质量的水，混匀后滴加质量百分浓度为5%～60%的无机引发剂水溶 液，无机引发剂的加入量为0.01~0.5倍聚醚单体质量，0.5～5h滴完，滴完后继 续在60~95℃下反应0.5～10h，冷至室温，制得5~80wt%无磷聚醚多功能水处理 剂。
3.根据权利要求2所述的无磷聚醚多功能水处理剂的制备方法，其特征在 于该制备方法中所述的聚醚单体为烯丙基聚乙二醇单醚或乙烯基聚乙二醇单醚 的一种或两者的组合。
4.根据权利要求2所述的无磷聚醚多功能水处理剂的制备方法，其特征在 于该制备方法中所述的含乙烯基不饱和双键单体为丙烯酸、甲基丙烯酸、马来酸 酐、马来酸、衣康酸、富马酸、丙烯酸羟甲酯、甲基丙烯酸羟甲酯、丙烯酸羟乙 酯、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、丙烯酸羟丁酯、丙 烯酸羟己酯、马来酸单甲酯、马来酸单乙酯、马来酸单异丙酯、马来酸异丁酯、 马来酸单叔丁酯、马来单稀丙酯、富马酸单甲酯、富马酸单乙酯、富马酸单丙酯、 富马酸二羟丙酯或富马酸单丁酯的一种或多种的组合。
5.根据权利要求2所述的一种无磷聚醚多功能水处理剂的制备方法，其特 征在于该制备方法中所述的无机引发剂为过硫酸钠、过硫酸钾、偏重亚磺酸钠、 偏重亚磺酸钾、过磺酸钠、过磺酸钾或过氧化氢中的一种或者多种的组合。
说明书
一种无磷聚醚多功能水处理剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种无磷、无氮且可生物降解的绿色环保型聚醚多功能水处理剂 (APEG)及其制备方法，属于水处理剂制备与应用范畴，适用于循环冷却水系 统，尤其适用于高钙冷却水水质。
背景技术
阻垢缓蚀效果较好的水处理药剂多为磷酸盐类，如羟基亚乙基二膦酸 (HEDP)、多元醇磷酸酯(PAPE)、氨基三亚甲基膦酸(ATMP)、多氨基多醚基 四亚甲基磷酸(PAPEMP)、2-羟基磷酰基乙酸(HPAA)、2–膦酸丁烷–1,2,4–三 羧酸(PBTC)以及乙二胺四亚甲基磷酸(EDTMP)等。但是磷酸盐类水处理剂 由于含磷可充当水中细菌和藻类的营养成分，容易引起水源的富营养化造成水资 源的污染。因此开发无磷的绿色水处理药剂势在必行。
现在无磷水处理药剂多为无磷羧酸类水处理剂，如丙烯酸-丙烯酸酯类共聚 物(T-225)、聚丙烯酸(PAA)、聚环氧琥珀酸(PESA)等，虽然美国专利5062962 和5147555表明PESA对CaCO3和CaSO4有较好的阻垢效果，但是阻磷酸钙的 效果很差，并且分散铁的能力较差，此外此类水处理剂的缓蚀性能一般。美国 Betz公司2003年推出新一代磺酸盐共聚物AA-APES(丙烯酸烯丙氧基聚乙氧 基硫酸盐共聚物)，阻Ca3(PO4)2的效率明显提高，且AA-APES对水硬度、悬浮 物、温度有更高的承受力，是最新一代阻Ca3(PO4)2垢的无磷水处理剂，但APES 中仍然含有引起水源富营养化的氮元素且阻硫酸钙垢效果较差。本发明采用聚醚 单体，制备了一种无磷非氮且可生物降解的绿色环保型聚醚多功能水处理剂。
发明内容
技术问题：本发明的目的是提供一种无磷聚醚多功能水处理剂(APEG)及 其制备方法，该水处理剂可生物降解，并具有优异的阻垢、分散和缓蚀性能，是 一种环境友好的聚醚类水处理剂。
技术方案：本发明的无磷聚醚多功能水处理剂(APEG)是以聚醚单体与含 乙烯基不饱和双键的单体进行自由基共聚而得，其结构通式为：
其中：A是含乙烯基不饱和双键单体聚合后的重复结构单元，G是—CH2—O—或 —O—，聚合度x为5~5000，聚合度y为5~5000，重复单元m为5~100;
上述的一种无磷聚醚多功能水处理剂的制备方法为：
在N2氛下，以聚醚单体质量为基准，将聚醚单体加入反应釜中，将温度调 至60~95℃后，加入0.1~5倍聚醚单体质量的含乙烯基不饱和双键的单体、0.1~5 倍聚醚单体质量的水，混匀后滴加质量百分浓度为5%～60%的无机引发剂水溶 液，无机引发剂的加入量为0.01~0.5倍聚醚单体质量，0.5～5h滴完，滴完后继 续在60~95℃下反应0.5～10h，冷至室温，制得5~80wt%无磷聚醚多功能水处理 剂。
上述的一种无磷聚醚多功能水处理剂的制备方法中所述的聚醚单体为烯丙 基聚乙二醇单醚和乙烯基聚乙二醇单醚的一种或两者的组合;所述的含乙烯基不 饱和双键单体为丙烯酸、甲基丙烯酸、马来酸酐、马来酸、衣康酸、富马酸、丙 烯酸羟甲酯、甲基丙烯酸羟甲酯、丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟 丙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、丙烯酸羟丁酯、丙烯酸羟己酯、马来酸单甲酯、马来 酸单乙酯、马来酸单异丙酯、马来酸异丁酯、马来酸单叔丁酯、马来单稀丙酯、 富马酸单甲酯、富马酸单乙酯、富马酸单丙酯、富马酸二羟丙酯或富马酸单丁酯 的一种或多种的组合;所述的无机引发剂为过硫酸钠、过硫酸钾、偏重亚磺酸钠、 偏重亚磺酸钾、过磺酸钠、过磺酸钾或过氧化氢中的一种或者多种的组合。
有益效果：本发明的无磷聚醚多功能水处理剂(APEG)具有以下优异性能：
(1)该聚醚水处理剂不含磷、氮等富营养元素，具有良好的生物降解性能， 是一种新型的绿色水处理剂。其制备工艺绿色环境友好，合成过程采用环保、价 廉的水作为反应溶剂，反应过程采用“一锅煮”方式，无需分离，操作简单方便、 生产成本较低。
(2)该聚醚水处理剂结构中含有亲水性强的聚醚基团，以及能与钙离子、 铁离子和锌离子螯合的羧酸根离子，对工业循环冷却水系统中的磷酸钙、碳酸钙、 硫酸钙、氢氧化铁和氢氧化锌等水垢有高效的抑制作用。除此之外还具有良好的 缓蚀性能。
(3)该聚醚水处理剂的配伍性好，可与有机磷酸盐、锌盐缓蚀剂等水处理 剂复配使用，也可单独使用。
本发明的静态阻Ca3(PO4)2垢实验按中国石油化工总公司《冷却水分析和实 验方法》实验402(GB 50050-95)进行;阻垢性能测试实验中的碳酸钙、硫酸 钙阻垢率的计算按照《中华人民共和国石油天然气行业标准—SY/T5673-1993》 进行;分散Fe(Ⅲ)沉积实验按陆建民在《工业水处理》1991年06期上的《冷却 水处理剂分散铁沉积能力的评定》进行，表征分散Fe(Ⅲ)性能用含Fe(III)溶 液的透光率表示，透光率越低表示分散Fe(Ⅲ)的性能越好。缓蚀性能的测试参照 《中华人民共和国国家标准GB/T18175-2000，水处理剂缓蚀性能的测定—旋转 挂片法》，碳钢挂片符合HG/T3523的规定。
具体实施方式
实例1：在N2保护的反应釜中加入100g烯丙基聚乙二醇单醚，将温度调至 70℃后，加入20g丙烯酸、150g水，混匀后滴加5g过硫酸钠(溶于100g水)， 2h滴加完毕后，升温至80℃继续反应3h，降至室温后，制得无磷聚醚多功能水 处理剂(APEG)。
所得的APEG在投加量为8mg/L时，对Ca3(PO4)2阻垢率可达99.2%，对 CaCO3阻垢率为90.3%，对CaSO4阻垢率为95.5%，表征分散铁性能的含Fe(III) 溶液的透光率为16.1%，对碳钢的缓蚀率可达93.4%。
实例2：在N2保护的反应釜中加入100g乙烯基聚乙二醇单醚，将温度调至 75℃后，加入60g衣康酸、250g水，混匀后滴加过硫酸钾(3g)、过硫酸钠(3g) 与偏重亚磺酸钾(3g)混合物(溶于100g水)，3h滴加完毕后，升温至90℃继 续反应3h，降至室温后，制得无磷聚醚多功能水处理剂(APEG)。
所得APEG在投加量为8mg/L时，对Ca3(PO4)2阻垢率可达98.2%，对CaCO3阻垢率为89.5%，对CaSO4阻垢率为92.3%。，表征分散铁性能的含Fe(III)溶 液的透光率为17.5%，对碳钢的缓蚀率可达91.7%。
实例3：在N2保护的反应釜中加入110g烯丙基聚乙二醇单醚，将温度调至 80℃后，加入100g甲基丙烯酸羟乙酯、360g水，混匀后滴加50g过硫酸钠(溶 于60g水)，4h滴加完毕后，升温至95℃继续反应2h，降至室温后，制得无磷 聚醚多功能水处理剂(APEG)。
所得APEG在投加量为8mg/L时，对Ca3(PO4)2阻垢率可达98.2%，对CaCO3阻垢率为90.5%，对CaSO4阻垢率为93.7%，表征分散铁性能的含Fe(III)溶 液的透光率为18.2%，对碳钢的缓蚀率可达89.9%。
实例4：在N2保护的反应釜中加入180g乙烯基聚乙二醇单醚，将温度调至 85℃后，加入180g丙烯酸羟丙酯、280g水，混匀后滴加过硫酸钠(5g)与过磺 酸钾(5g)混合物(溶于100g水)，2.5h滴加完毕后继续在85℃下反应2.5h， 降至室温后，制得无磷聚醚多功能水处理剂(APEG)。
所得APEG在投加量为8mg/L时，对Ca3(PO4)2阻垢率可达97.7%，对CaCO3阻垢率为87.8%，对CaSO4阻垢率为92.2%，表征分散铁性能的含Fe(III)溶 液的透光率为19.1%，对碳钢的缓蚀率可达90.3%。
实例5：在N2保护的反应釜中加入150g烯丙基聚乙二醇单醚，将温度调至 70℃后，加入100g富马酸、80g水，混匀后滴加16g过硫酸钠(溶于80g水)， 5h滴加完毕后，升温至90℃继续反应5h，降至室温后，制得无磷聚醚多功能水 处理剂(APEG)。
所得APEG在投加量为8mg/L时，对Ca3(PO4)2阻垢率可达98.6%，对CaCO3阻垢率为91.9%，对CaSO4阻垢率为93.1%，表征分散铁性能的含Fe(III)溶 液的透光率为15.3%。对碳钢的缓蚀率可达94.8%。
实例6：在N2保护的反应釜中加入100g乙烯基聚乙二醇单醚，将温度调至 75℃后，加入200g马来酸、400g水，混匀后滴加20g过硫酸钠(溶于50g水)， 0.5h滴加完毕后，升温至80℃继续反应9h，降至室温后，制得无磷聚醚多功能 水处理剂(APEG)。
所得APEG在投加量为8mg/L时，对Ca3(PO4)2阻垢率可达99.5%，对CaCO3阻垢率为91.6%，对CaSO4阻垢率为98.6%，表征分散铁性能的含Fe(III)溶 液的透光率为17.5%。对碳钢的缓蚀率可达91.7%。
实例7：在N2保护的反应釜中加入120g烯丙基聚乙二醇单醚，将温度调至 80℃后，加入70g甲基丙烯酸、80g丙烯酸羟乙酯、500g水，混匀后滴加33g偏 重亚磺酸钠(溶于50g水)，1.5h滴加完毕后，升温至85℃继续反应10h，降至 室温后，制得无磷聚醚多功能水处理剂(APEG)。
所得APEG在投加量为8mg/L时，对Ca3(PO4)2阻垢率可达97.3%，对CaCO3阻垢率为87.6%，对CaSO4阻垢率为90.7%，表征分散铁性能的含Fe(III)溶 液的透光率为16.7%。对碳钢的缓蚀率可达88.9%。
实例8：在N2保护的反应釜中加入120g烯丙基聚乙二醇单醚，将温度调至 60℃后，加入50g丙烯酸、50g衣康酸、60g甲基丙烯酸羟乙酯、480g水，混匀 后滴加10g过磺酸钾(溶于100g水)，0.5h滴加完毕后，升温至80℃继续反应 4h，降至室温后，制得无磷聚醚多功能水处理剂(APEG)。
所得APEG在投加量为8mg/L时，对Ca3(PO4)2阻垢率可达98.1%，对CaCO3阻垢率为89.5%，对CaSO4阻垢率为91.5%，表征分散铁性能的含Fe(III)溶 液的透光率为15.4%。对碳钢的缓蚀率可达90.2%。
实例9：在N2保护的反应釜中加入50g烯丙基聚乙二醇单醚和50g乙烯基 聚乙二醇单醚，将温度调至65℃后，加入50g丙烯酸羟甲酯、350g水，混匀后 滴加18g过硫酸钠(溶于100g水)，4h滴加完毕后，升温至80℃继续反应8h， 降至室温后，制得无磷聚醚多功能水处理剂(APEG)。
所得的APEG在投加量为8mg/L时，对Ca3(PO4)2阻垢率可达98.3%，对 CaCO3阻垢率为91.9%，对CaSO4阻垢率为93.3%，表征分散铁性能的含Fe(III) 溶液的透光率为17.9%，对碳钢的缓蚀率可达91.6%。
实例10：在N2保护的反应釜中加入100g烯丙基聚乙二醇单醚，将温度调 至75℃后，加入60g衣康酸、80g丙烯酸羟甲酯、40g水，混匀后滴加过硫酸钾 (3g)、过硫酸钠(3g)与偏重亚磺酸钾(5g)混合物(溶于160g水)，1.5h滴 加完毕后，升温至90℃继续反应9h，降至室温后，制得无磷聚醚多功能水处理 剂(APEG)。
所得APEG在投加量为8mg/L时，对Ca3(PO4)2阻垢率可达99.7%，对CaCO3阻垢率为92.1%，对CaSO4阻垢率为94.7%。，表征分散铁性能的含Fe(III)溶 液的透光率为15.5%，对碳钢的缓蚀率可达93.9%。
实例11：在N2保护的反应釜中加入160g乙烯基聚乙二醇单醚，将温度调 至85℃后，加入80g甲基丙烯酸羟乙酯、80g富马酸单甲酯、320g水，混匀后 混匀后滴加质量分数为17%过氧化氢水溶液100g，5h滴加完毕后，升温至95℃ 继续反应2.5h，降至室温后，制得无磷聚醚多功能水处理剂(APEG)。
所得APEG在投加量为8mg/L时，对Ca3(PO4)2阻垢率可达98.5%，对CaCO3 阻垢率为89.5%，对CaSO4阻垢率为91.8%，表征分散铁性能的含Fe(III)溶 液的透光率为16.3%，对碳钢的缓蚀率可达90.5%。
实例12：在N2保护的反应釜中加入240g烯丙基聚乙二醇单醚，将温度调 至90℃后，加入100g丙烯酸羟丙酯、100g富马酸二羟丙酯、400g水，混匀后 滴加过硫酸钠(5g)与过磺酸钾(5g)混合物(溶于60g水)，3h滴加完毕后继 续在90℃下反应3h，降至室温后，制得无磷聚醚多功能水处理剂(APEG)。
所得APEG在投加量为8mg/L时，对Ca3(PO4)2阻垢率可达97.8%，对CaCO3阻垢率为91.6%，对CaSO4阻垢率为93.7%，表征分散铁性能的含Fe(III)溶 液的透光率为16.2%，对碳钢的缓蚀率可达92.5%。
