[发明专利]一种阻垢分散剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及加入水中的防垢剂或除垢剂技术领域。

背景技术

虽然循环冷却水处理技术是为解决环境问题而发展起来的技术，对节水、节能降耗、解决全球性的水资源枯竭问题发挥了十分重要的作用，但同时循环水处理药剂的使用过程中也给环境造成了一定的影响。阻垢剂的发展经历了从无机盐、聚合电解质、天然高分子物质到合成的有机阻垢剂阶段。20世纪60年代出现了有机膦酸化合物(如HEDP、ATMP、EDTMP等)，它们具有化学性能稳定、耐较高温度和较高pH值、有明显的溶限效应和协同效应等特点；对Ca²⁺、Mg²⁺、Zn²⁺、Fe²⁺等许多金属离子有优良的螯合能力，因而对无机盐垢、特别是CaCO₃垢抑制能力强，且有一定缓蚀性能，得到了广泛应用。但由于它们分子量较小，功能基团较少，不能有效抑制磷酸钙垢、锌垢以及分散氧化铁，尤其在高钙和含铁离子水质中，本身易形成有机膦酸钙和铁，影响使用效果。另外，磷含量相当高(PO₄^3-30％左右)，已受到环保法规的限制。

随着水处理要求的不断提高，人们开发了一代又一代新产品，从20世纪70年代使用丙烯酸或马来酸单体制备均聚物，到引入丙烯酸酯类、丙稀酰胺、有机磺酸(盐)等单体，大量性能优良的二元、三元、四元甚至更多元水溶性共聚物不断涌现，随共聚单体不同而表现出对CaCO₃垢、Ca(PO₄)₂垢、CaSO₄垢等不同的抑制作用，同时对氧化铁、粘泥也有很好的抑制和分散能力，且无排放污染，但缓蚀性能差。

有机化合物的结构与性能密切相关，结构决定性能，结构变化必然导致性能不同。根据功能要求设计目标分子，使不同功能基团共存于同一个分子中，是制备多功能高效阻垢分散剂的一个重要途径。若将功能基团引入到含有多种官能团(如羧基、酯基、酰胺基、磺酸基等)的聚合物中，则可得到具有特定结构、特定性能的新型有机化合物，利用分子中各种极性基团对金属离子的强螯合作用及聚合物的高分散性，不仅能保证其高效分散性能，还可大大提高阻垢能力，达到双重功效，可一剂多用，有利于减少污染。

聚天冬氨酸是一种带有羧酸侧链的聚氨基酸，既能生物降解，又具有螯合和分散等功能，由于聚天冬氨酸分子构造方面的特征，聚天冬氨酸容易与金属离子吸附或结合，具有防止水垢的作用，在水处理上可用于防止BaSO₄和CaSO₄垢的形成，并且还能与金属离子发生螯合作用，用于工业污水的净化。但其螯合和分散能力不如目前广泛应用的丙烯酸和马来酸类聚合物，使其应用受到了很大限制。为改善聚天冬氨酸的阻垢和分散性能，对聚天冬氨酸的改性研究国内外有过报道(Use ofBiodegradable Polymers in Preventing ScaleBuildup[P].US：5776875，1998-07-07.Biodegradable Modified Polyaspartic Polymers for Corrosion andScale Control[P].US，6022401.2000-02-08.)。考虑到起阻垢分散作用的主要基团有羧酸基、膦酸基和磺酸基等，因此，从20世纪90年代开始在聚天冬氨酸的侧链上引入功能性基团来提高阻垢分散性能成为水处理药剂研究和开发的热点。(聚天冬氨酸衍生物的合成及性能研究[J].石油化工，2003，32(9)：792-795.)在聚天冬氨酸分子中分别引入了羟基和磺酸基基团，(含膦酰基聚天冬氨酸的阻垢性能研究[J].工业水处理，2004，24(9)：22-24.)引入了膦酸基基团，(改性聚天冬氨酸的合成及阻垢性能研究[J].工业水处理，2008，28(8)：38-40.)引入了膦酰基基团，而在聚天冬氨酸的分子结构中同时引入羧酸基和磺酸基尚未见报道。

目前，合成N-(2-磺酸基乙基)天冬酰胺/天冬氨酸共聚物的制备方法如下：PSI悬浮于水中，加入一定量的AES和NaOH的混合溶液，室温下用磁力搅拌器搅拌反应24h，加入适量NaOH溶液，使剩余PSI水解彻底，制得目标产物N-(2-磺酸基乙基)天冬酰胺/天冬氨酸共聚物。而在工业上实用的含羧酸基磺酸基聚天冬氨酸共聚物的制备方法也未见报导。

发明内容