[发明专利]一种具有阻垢作用的复合塑料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有阻垢作用的纳米复合塑料及其制备方法，属于高分子材料、环境功能材料和化工领域。

背景技术

水资源贫乏一直是我国面临的一大难题，尤其是近年来随着我国工业生产的迅速发展，工业用水量急剧上升。在电力、冶金、化工、轻工和石油等行业中，需要大量循环冷却水用于换热。水的循环使用使水质逐渐恶化，加剧了设备的结垢，影响热传导，甚至有可能引起爆炸事故，造成巨大的经济损失。

矿物结垢主要是由于钙和镁的碳酸盐，硫酸盐以及磷酸盐沉淀物粘附在处理设备表面上。针对管道设备的结垢问题，常采用的防垢方法主要分为三类：物理防垢法、化学防垢法及工艺防垢法。物理防垢法主要指使用某种仪器、设备对垢的形成进行干扰和抑制；化学防垢法指的是通过向注入水中加入某种防垢剂的方法阻止水结垢，这种方法有便于操作的优点，目前在实际生产中应用最为广泛；工艺防垢法指通过控制某种工艺条件来达到阻垢目的的方法。

目前，工业上常用的阻垢方法是化学防垢法，也就是向水中加入某些防垢剂防止结垢。阻垢剂能使成垢离子如钙、镁、碳酸根和磷酸根等稳定于水中，在大大超过其饱和溶解度的条件下而不析出。该方法较其它方法具有易于操作、处理效果好的优点。许多化学药品和阻垢剂已被广泛报道用于减轻结垢问题【Modified pectin-based polymers as green antiscalants for calcium sulfate scale inhibition.Desalination305(2012)31-37】，但从环保和经济效益上分析，它们的阻垢效率非常低。这些阻垢剂一般是酸性物质，如常用的阻垢剂有磷系阻垢剂如磷酸三钠、六偏磷酸钠，水解聚马来酸酐(HPMA)、羟基乙叉二膦酸(H EDP)、聚天冬氨酸(PASP)等。在向水体中加酸的过程中，如果使用过量就会使水体酸化，对运输管道和设备等造成腐蚀。

天津电力试验研究所协助杨柳青电厂，进行了三聚磷酸钠处理循环水的工业试验，取得了良好的防腐防垢效果，并具有明显经济效益【高秀山.火电厂循环冷却水处理[M].北京：中国电力出版社，2001：8】，因其低价、无毒、具有较好的阻垢、缓蚀等多种功能，磷系水处理剂及其复配阻垢剂在我国循环水处理中得到广泛使用。但是磷的排放存在着引起水体富营养化，产生“赤潮”公害的弊端。跨入新世纪，人类对地球环境的保护意识不断提高，从而逐渐形成了科学技术的“绿色化”概念。聚天冬氨酸(PASP)和聚环氧琥珀酸(PESA)等绿色药剂成为研究热门。

发展海水淡化技术是解决水资源短缺的重要途径，在膜法海水淡化过程中，由于膜的浓缩作用，浓水中的钙、镁等离子浓度大大增加，从而使难溶盐的离子积大于其溶度积，在膜表面形成膜垢，影响整个反渗透装置的正常运行，缩短了膜的使用寿命【Modified pectin-based polymers as green antiscalants for calcium sulfate scale inhibition.Desalination，2012，305(12)：31-37.】。目前我国自主开发研制的反渗透阻垢剂在技术上还不是很成熟，国内所用的反渗透阻垢剂大都是从国外进口，其价格昂贵，很大程度上增加了水处理的成本。

针对目前阻垢剂阻垢效率低、分散在水中的阻垢剂易引起水体富营养化、水处理过程管道易结垢、阻垢时间短等问题，本发明设计了一种具有阻垢作用的纳米复合塑料。通过将高效阻垢剂、增塑剂、增溶剂和塑料母粒一起熔融混炼、造粒、成型，得到的含阻垢剂的纳米复合塑料，其表面的阻垢剂能防止碳酸盐、硫酸盐以及磷酸盐沉淀物在塑料表面的粘附，从而有效防止管道结垢。通过调整阻垢剂的含量和配比控制阻垢率；通过调整增溶剂的用量和配比控制阻垢剂与塑料基体的作用力，进而控制阻垢时效；通过控制挤出反应温度和时间以及增溶剂和阻垢剂的配比控制阻垢率和阻垢时长。本方法制备的具有阻垢作用的纳米复合塑料成本较低，制备方法简单，绿色环保，能有效防止塑料表面的无机盐结垢，可达83％-99％的阻垢率，提高塑料设备的使用效率，在膜法水处理、给水排水工程、海水淡化等领域有很好的应用前景。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是分散在水中的阻垢剂易引起水体富营养化或二次污染、水处理过程管道易结垢、阻垢时间短且阻垢剂易流失等问题。

本发明解决所述分散在水中的阻垢剂易引起水体富营养化或二次污染、水处理过程管道易结垢、阻垢时间短且阻垢剂易流失等问题的技术方案是设计一种具有阻垢作用的纳米复合塑料。