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磺酸盐类共聚物阻垢分散剂的研究进展赵彦生,武丽丽,魏文珑(太原理工大学化学工程与技术学院)摘要:简述了磺酸盐类共聚物作为阻垢分散剂发生、发展的过程,对国外磺酸盐类共聚物产品作了介绍,对国内磺酸盐类共聚物产品的阻碳酸钙垢、阻磷酸钙垢、阻硫酸钙垢、阻硫酸钡垢的阻垢性能,以及稳定锌、分散氧化铁的分散性能作了较为详细的介绍。关键词:磺酸盐;共聚物;阻垢分散剂中图分类号:TQ0851412文献标识码:A目前,水资源匮乏和污染已成为我国乃至全球面临的危机之一。节水,首先要抓住比较集中使用的工业用水。在工业用水中,冷却水所占的比例最大,约占60%～70%,因此节约冷却水就成为工业节水最紧迫的任务。冷却水处理也就成为一种方兴未艾的技术。循环冷却水处理技术在国外是20世纪30年代初开始发展的。在30年代和40年代,采用聚磷酸盐和天然高分子控制硬垢的产生,但在高硬高碱水中效果较差。20世纪60年代后期至70年代中期,开始出现聚磷酸盐、聚羧酸盐作阻垢剂、缓蚀剂。20世纪70年代中后期至90年代,人们开发了大量的聚合物类阻垢缓蚀剂,引入具有不同官能团的单体,使产品更加多样性,性能更加完善,以适应各种不同水质的要求,其中就有含磺酸官能团的单体。磺酸盐共聚物是国外20世纪80年代开发的一种有效的水处理剂。人们在对阻垢机理的研究中发现,仅含有—COOH,—OH等弱酸性和弱亲水性基团的聚合物在高硬度水中较难起到很好的作用。如果共聚物中还有亲水性基团,例如磺酸基,它可以有效地防止由于弱亲水性共聚物与水中离子反应,生成难溶性物质——钙凝胶。另外,从酸性强弱的角度来分析,磺酸基的酸性较羧酸基强。有人认为1,最好的水处理剂应具有强酸和弱酸两种官能团,其中强酸官能团保持着轻微的离子特性(有助于溶解),而弱酸基团则对活性部位有更强的约束能力(抑制结晶生长)。按照以上构思,人们合成出了含有—COOH等弱酸基团与含有—SO3H强酸基团的共聚物,证明此类共聚物不仅对CaCO3,CaSO4,Ca3(PO4)2有很好的阻垢性能,而且对锌垢、氧化铁及锰沉积也能起到很好的抑制和分散作用。这样,磺酸盐类共聚物因其优异的性能得到了很大的发展。国外磺酸盐阻垢剂的发展状况美国的BetzLaboratoriesInc.,Calgon1Corporation,HalcoChemicalCo.,ChemedCorporation等几大水处理公司先后开发了一系列含有磺酸盐的共聚物。目前,国外已开发的磺酸盐类共聚物产品见表1.美国Chemical公司4用丙烯酸和苯乙烯磺酸所合成的共聚物用作工业冷却水系统阻垢剂。在单体质量比为3∶1时所得到的共聚物Mw=4000.此共聚物对抑制碳酸钙垢、硫酸钙垢、磷酸钙垢以及硅垢具有很好的效果,并可与其它药剂配合使用。其用量一般在20mg/L左右。美国Chemed公司3以马来酸或马来酸酐与苯乙烯磺酸通过共聚合反应所制备的共聚物用于锅炉水阻垢剂具有较好的效果,所合成共聚物的相对分子质量在2000～4000,除此之外其与水溶性有机磷酸进行复配用来改善锅炉的结垢具有很好的协同效应。美国BETZ公司12采用磺化苯乙烯与马来酸酐共聚合得到的磺化苯乙烯/马来酸酐共聚物用于Ξ基金项目:山西省自然科学基金资助项目(991020)作者简介:赵彦生,男,1962年12月生,博士生,副教授,研究方向:高分子材料,太原,030024收稿日期:2001202223太原理工大学学报第33卷126时,对CaCO3阻垢率可达80%,共聚物对Ca2+表现出较高的容忍度,与有机膦系阻垢剂有较好的协同效应。秦增全等15以水为溶剂,过氧化物为引发剂,水质阻垢剂。在共聚物中磺化苯乙烯与马来酸酐摩尔比为3∶1,所得共聚物的Mw=4000.通过研究表明,此种共聚物对碳酸钙、硫酸钙、磷酸钙、磷酸镁和氧化铁等多种垢物具有良好的抑制效果,适用于多种水系统,而且投加量一般只需要在2.5～25mg/L,即能起到很好的阻垢分散效果。表1含磺酸(盐)共聚物阻垢剂pH为4.5,氮气保护下,以马来酸酐与烯丙基磺酸为单体,合成了马来酸酐/烯丙基磺酸共聚物,此共聚物对以下4种垢有优异的阻垢性能,见表2.表2马来酸酐/烯丙基磺酸共聚物的阻垢性能/%磺酸,马来酸/苯乙烯磺酸,丙烯酸2100×103AMPS,丙烯酸/AMPS/乙烯醇,6130×10BaSO4:BaCa3(PO4)2:Ca2.50×10212磺酸盐类三元共聚物16尹宝森等以水为溶剂,过硫酸铵为引发剂,烯丙基磺酸钠、丙烯酸、丙烯酰胺为单体,合成了烯丙基磺酸钠/丙烯酸/丙烯酰胺共聚物。其阻垢性能优良,见表3.表3烯丙基磺酸钠/丙烯酸/丙烯酰胺共聚物的阻垢性/(mg·L/mg·L国内磺酸盐阻垢分散剂的发展状况在我国,磺酸盐类单体研究开发迟缓。到了20世纪80年代末90年代初,我国科研