[发明专利]一种树枝状聚合物乙二胺核聚酰胺胺八亚甲基膦酸的制备及其应用

说明书

技术领域

本发明属于工业水处理技术领域，具体涉及一种树枝状聚合物乙二胺核聚酰胺-胺八亚甲基膦酸的制备及其应用，作为阻垢分散剂适用于循环冷却水、油田注水及反渗透等工业水处理，尤其适应于高钙的水质条件下的工业水处理。 

背景技术

工业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、保证工业生产装置安全稳定运行、解决全球性的水资源枯竭问题发挥了十分重要的作用。在工业水处理领域中，原水通常含有大量的Ca²⁺、CO₃^2-，SO₄^2-和PO₄^3-等离子。在一定条件（如蒸发，浓缩等）下，极易形成CaCO₃、CaSO₄、Ca₃(PO₄)₂等无机盐垢，沉积于水处理管道和设备表面，给生产正常运行造成极大的危害。 

为了抑制工业水处理中的无机垢的形成，通常加入阻垢剂。阻垢剂是能够防止无机垢形成或抑制其沉积生长的化学药剂。目前市售的阻垢剂主要集中在有机膦类、羧酸盐类聚合物两大类。 

表1：市售的有机膦酸名称、分子量、磷含量 

有机膦类阻垢剂除了羟基乙基二膦酸（HEDP）和2-膦酸基-1,3,4-三羧酸（PBTCA）外，主要为胺基亚甲基膦酸类阻垢剂，如表1所示。这些胺基亚甲基磷酸类有机膦阻垢剂除了PAPEMP为低聚物外，其余都是小分子有机膦化合物（分子量<600）。这些小分子有机膦类阻垢剂由于价格低，在较低的钙离子浓度下阻碳酸钙性能好，缓蚀性能优异，在工业水处理中受到广泛使用，占有较大的市场份额。但几乎所有这些小分子有机膦阻垢剂，对钙离子的容忍力都非常差，在高钙水质条件下或有机膦阻垢剂浓度较高的条件下，有机膦本身极易与钙离子形成有机膦酸钙沉积，影响其阻垢效果，其对碳酸钙的阻垢率会急剧下降。并且几乎所有的小分子有机膦阻垢剂对磷酸钙垢的抑制性能也非常差。

为了抑制磷酸钙垢，通常使用聚合物阻垢剂。相对于小分子有机膦来说，聚合物阻垢剂在高硬度的苛刻条件下对碳酸钙都有良好的分散性，比小分子有机膦适应于高硬度条件。例如同属于胺基亚甲基膦酸盐类的几种有机膦类，从小分子的ATMP、EDTMP、DTPMP、HTDMP发展至低聚物的PAPEMP，含磷量逐渐减少，分子量逐渐增大，但对钙的容忍力却逐渐增强。相对于小分子胺基亚甲基膦酸盐类阻垢剂，分子量较大的低聚物PAPEMP有较高的钙容忍力，适应于高硬度水质的苛刻条件。但PAPEMP在较低的钙离子浓度下的阻垢性能远不如小分子有机膦类药剂，达到同样阻垢效果需要较高的阻垢剂浓度。并且目前生产PAPEMP所用的原料端胺基聚醚D230（H₂N(CH₃)CH₂(O CH₂ CH₂)_nNH₂；其中n为2~3），价格较为位昂贵，增加了水处理药剂的使用成本。 

我国是一个水资源十分紧缺的国家，同时又是一个水资源浪费严重、利用率及低的国家，更加剧了水资源的短缺，一些地区的水资源短缺，已经开始制约当地社会经济的进一步发展，节约用水已被提到了议事日程。因此进一步提高工业循环冷却水的浓缩倍数，已成为节水、提高用水效率、保护水资源的有效措施。但随着循环冷却水浓缩倍数的提高、钙离子浓度的提高，水质条件更加苛刻，同时更加严格的环境保护的要求，对循环冷却水缓蚀阻垢处理配方提出了更高的要求。因此寻求一种低成本的、钙容忍力强的低磷含量的聚合物型有机膦阻垢剂非常有必要。 

近年来树枝状聚合物聚酰胺-胺（PAMAM）作为一类新型的聚合物越来越引起人们的注意，在水处理技术方面的应用也愈加显现出来，尤其是对于胶体二氧化硅垢方面的效能得到了普遍的证实。 

鉴于聚酰胺-胺的整代产品具有大量的胺基末端，本发明将乙二胺核0代聚酰胺-胺的端胺基进行亚甲基膦酸化改性，获得了低聚物型的亚甲基膦酸盐阻垢剂——乙二胺核聚酰胺-胺八亚甲基膦酸。实验证明，该新型树枝状聚合物具有很高的钙容忍力及优异的阻碳酸钙、硫酸钙、磷酸钙的性能。 

目前国内外均未见对乙二胺核聚酰胺-胺的端胺基进行亚甲基膦酸化改性的聚合物——聚酰胺胺八亚甲基膦酸的报道，其结构属于国内外首创。 

发明内容