申請日2013.08.23
公開(公告)日2015.03.18
IPC分類號C08F285/00; C02F5/08
摘要
本發(fā)明公開了一種無磷環(huán)保水處理藥劑及其制備方法，由包括以下反應步驟的制備方法制得：天然高分子化合物與馬來酸酐的接枝反應得馬來酸酐接枝天然高分子化合物、馬來酸酐接枝天然高分子化合物與丙烯酸類單體的共聚反應得共聚物、以及對共聚物的改性處理步驟。本發(fā)明所述合成過程綠色無污染，所得產(chǎn)品應用于水處理體系中，可作為緩蝕阻垢劑替代傳統(tǒng)的含磷藥劑，且性能更為優(yōu)異，適于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。
權(quán)利要求書
1.一種無磷環(huán)保水處理藥劑的制備方法，其特征為采用了包括以下合成反應過程：天然高分子化合物與馬來酸酐的接枝反應得馬來酸酐接枝天然高分子化合物、馬來酸酐接枝天然高分子化合物與丙烯酸類單體的共聚反應得共聚物，即水處理藥劑A，其中
天然高分子化合物與馬來酸酐接枝反應過程包括：(1)稱取按重量份數(shù)計400-600份的軟水加入到不銹鋼反應釜中，攪拌;(2)將稱取按重量份數(shù)計100-300份的天然高分子化合物加入到上述反應釜中，升溫使其溶解;(3)將按重量份數(shù)計40-80份的粉狀固體馬來酸酐勻速加入到反應釜內(nèi);(4)投加馬來酸酐粉料的過程中，不斷地滴加氫氧化鈉溶液控制反應釜中的pH值;(5)粉料投加完畢后，升溫至10℃-80℃，繼續(xù)反應1-4小時，用酸調(diào)節(jié)反應釜內(nèi)物料pH值至8以下，得產(chǎn)物馬來酸酐接枝天然高分子化合物;
其中天然高分子化合物為木質(zhì)素及其改性衍生物、纖維素及其改性衍生物、淀粉及其改性衍生物中的一種;
其中上述反應過程(3)中還包括同時向反應釜中加入按重量份數(shù)計2-6份的催化劑硫酸鈦;
馬來酸酐接枝天然高分子化合物與丙烯酸類單體的共聚反應過程包括：(1)將按重量份數(shù)計1-7份的催化劑加入產(chǎn)物馬來酸酐接枝天然高分子化合物所在反應釜中，升溫使催化劑完全溶解;(2)稱取引發(fā)劑溶液、按重量份數(shù)計60-100份的丙烯酸類單體滴加入反應釜;(3)上述物料滴加完畢后，升溫至60℃-100℃，繼續(xù)反應1-4小時，得共聚物，即水處理藥劑A。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于所述天然高分子化合物與馬來酸酐接枝反應過程中，其中木質(zhì)素改性衍生物選自磺化木質(zhì)素、胺化木質(zhì)素、烷基化木質(zhì)素、氧化木質(zhì)素中的一種;纖維素改性衍生物選自醚化纖維素、酯化纖維素中的一種;淀粉改性衍生物選自變性淀粉、葡聚糖中的一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于其中天然高分子化合物與馬來酸酐接枝反應過程中，步驟(4)中滴加氫氧化鈉溶液控制反應釜中的pH值為6-10之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于所述的馬來酸酐接枝天然高分子化合物與丙烯酸類單體聚合過程中，步驟(2)中的丙烯酸類單體包括丙 烯酸、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸羥丙酯、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯中的一種或幾種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于所述的馬來酸酐接枝天然高分子化合物與丙烯酸類單體聚合過程中，步驟(2)中所述的引發(fā)劑溶液為偶氮類、過氧化物類、氧化還原類引發(fā)劑中的一種或幾種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于所述的馬來酸酐接枝天然高分子化合物與丙烯酸類單體聚合過程中，其步驟(1)所用催化劑為無機鐵鹽，其中所述的無機鐵鹽包括硫酸亞鐵銨、硫酸亞鐵、氯化亞鐵、氯化鐵、硫酸鐵中的一種。
7.如權(quán)利要求1-6任一項所述制備方法，其特征在于還包括水處理藥劑的改性處理步驟，其中改性處理步驟包括：(1)將馬來酸酐接枝天然高分子化合物與丙烯酸類單體的共聚反應所得共聚物經(jīng)減壓蒸餾后得棕褐色粘稠狀產(chǎn)物;(2)控制溫度5-50℃，向上述產(chǎn)物中滴加濃硫酸，間隔時間測定反應物的酸值，并計算磺化度，當產(chǎn)物達到預定的磺化度，結(jié)束磺化反應;(3)再用氫氧化鈉溶液中和過量的濃硫酸，得改性后的水處理藥劑B。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于所述改性處理步驟中，步驟(2)所述預定的磺化度應控制在20～50%內(nèi)。
說明書
一種無磷環(huán)保水處理藥劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及水處理領(lǐng)域，尤其涉及一種無磷環(huán)保水處理藥劑及其合成方法。
背景技術(shù)
目前，循環(huán)冷卻水的處理主要以化學處理為主，需要在循環(huán)冷卻水中添加適 量的化學處理藥品來控制冷卻水給水設(shè)備及輸水管線的腐蝕、結(jié)垢、菌藻、黏泥 等危害。我國現(xiàn)在的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)主要采用有機磷系水處理藥劑，它們具有優(yōu) 異的緩蝕、阻垢性能，用量少、價格便宜，但其大量使用造成的水質(zhì)營養(yǎng)富集， 促使大量菌藻繁生的問題不容忽視，所以環(huán)境友好的無磷型水處理藥劑成為國內(nèi) 外眾多水處理企業(yè)和研究機構(gòu)研究的熱點。
無磷水處理緩蝕劑是循環(huán)冷卻水無磷阻垢緩蝕劑配方的重點和難點。一般而 言，緩蝕阻垢劑配方由阻垢分散組分和緩蝕組分兩部分組成。無磷水處理緩蝕阻 垢劑的品種較少，并且存在自身的缺陷，使其應用受到限制，目前除鉬酸鹽、鋅 鹽、葡萄糖酸鈉等少數(shù)品種還與磷系緩蝕劑復配使用外，其它的基本上已經(jīng)被淘 汰，成功應用的實例很少。
開發(fā)無磷型的“綠色緩蝕阻垢劑”必然成為工業(yè)循環(huán)冷卻水處理藥劑藥劑的 發(fā)展方向。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種性能 優(yōu)異且無磷環(huán)保的水處理藥劑及其新型制備方法。
本發(fā)明的具體內(nèi)容為：一種無磷環(huán)保水處理藥劑，由包括以下反應步驟的制 備方法制得：天然高分子化合物與馬來酸酐的接枝反應得馬來酸酐接枝天然高分 子化合物、馬來酸酐接枝天然高分子化合物與丙烯酸類單體的共聚反應得共聚 物。
進一步地，上述水處理藥劑，其制備方法中還包括所將馬來酸酐接枝天然高 分子化合物與丙烯酸類單體的共聚反應所得共聚物進行改性處理步驟，得水處理 藥劑。
本發(fā)明還提供了一種新型無磷環(huán)保水處理藥劑的制備方法，包括天然高分子 化合物與馬來酸酐的接枝反應得馬來酸酐接枝天然高分子化合物過程、馬來酸酐 接枝天然高分子化合物與丙烯酸類單體的共聚反應得水處理藥劑過程，其中
天然高分子化合物與馬來酸酐的接枝反應步驟：
(1)稱取按重量份數(shù)計400-600份的軟水加入到不銹鋼反應釜中，攪拌;(2) 將稱取按重量份數(shù)計100-300份的天然高分子化合物加入到上述反應釜中，升溫 使其溶解;(3)將按重量份數(shù)計40-80份的粉狀固體馬來酸酐勻速加入到反應釜 內(nèi);(4)投加馬來酸酐粉料的過程中，不斷地滴加氫氧化鈉溶液控制反應釜中的 pH值。(5)粉料投加完畢后，升溫至10℃-80℃，繼續(xù)反應1-4小時，用酸調(diào)節(jié) 反應釜內(nèi)物料PH值至8以下，得產(chǎn)物馬來酸酐接枝天然高分子化合物;
其中上述步驟(3)中還包括同時向反應釜中加入按重量份數(shù)計2-6份的催 化劑硫酸鈦;其中上述天然高分子化合物為木質(zhì)素及其改性衍生物、纖維素及其 改性衍生物、淀粉及其改性衍生物中的一種，其中木質(zhì)素改性衍生物選自磺化木 質(zhì)素、胺化木質(zhì)素、烷基化木質(zhì)素、氧化木質(zhì)素中的一種;纖維素改性衍生物選 自醚化纖維素、酯化纖維素中的一種;淀粉改性衍生物選自變性淀粉、葡聚糖中 的一種。上述天然高分子化合物與馬來酸酐接枝反應過程中，步驟(4)中滴加 氫氧化鈉溶液控制反應釜中的pH值為6-10之間。
馬來酸酐接枝天然高分子化合物與丙烯酸類單體的共聚反應過程包括：(1) 將按重量份數(shù)計1-7份的催化劑加入產(chǎn)物馬來酸酐接枝天然高分子化合物所在 反應釜中，升溫使催化劑完全溶解后;(2)稱取引發(fā)劑溶液、按重量份數(shù)計60-100 份的丙烯酸類單體滴加入反應釜。(3)上述物料滴加完畢后，升溫至60℃-100℃， 繼續(xù)反應1-4小時，得共聚物產(chǎn)物，即水處理藥劑A;其中共聚反應過程中步驟 (1)所用催化劑為無機鐵鹽，其中所述的無機鐵鹽包括硫酸亞鐵銨、硫酸亞鐵、 氯化亞鐵、氯化鐵、硫酸鐵中的一種;步驟(2)中的丙烯酸類單體包括丙烯酸、 丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸羥丙酯、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、甲基 丙烯酸乙酯中的一種或幾種;上述所選用的引發(fā)劑溶液為市售產(chǎn)品，可選自偶氮 類、過氧化物類、氧化還原類引發(fā)劑中的一種或幾種。
此外，上述的水處理藥劑合成方法，還包括對共聚物產(chǎn)物——水處理藥劑A 的改性處理步驟，其中改性處理步驟包括：(1)將馬來酸酐接枝天然高分子化合 物與丙烯酸類單體的共聚反應所得共聚物產(chǎn)物經(jīng)減壓蒸餾后得棕褐色粘稠狀產(chǎn) 物;(2)控制溫度5-50℃，向上述產(chǎn)物中滴加濃硫酸，間隔時間測定反應物的酸 值，并計算磺化度，當產(chǎn)物達到預定的磺化度，結(jié)束磺化反應;(3)再用氫氧化 鈉溶液中和過量的濃硫酸，得改性后的水處理藥劑B;其中所述預定磺化度應控 制在20～50%內(nèi)。
通過本發(fā)明方法所獲得的水處理藥劑，能通過精確控制合成條件保證各步反 應的充分進行，所得水處理藥劑緩釋阻垢性能由于目前市面已有方法制備的普通 水處理藥劑，且整個合成過程綠色無污染，產(chǎn)物為無磷環(huán)保型水處理藥劑，可作 為緩蝕劑應用于水處理體系中，性能優(yōu)異，適于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。
具體實施方式
為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，對本發(fā)明進行進一步 詳細說明。
實施例1
天然高分子化合物與馬來酸酐的接枝反應步驟：
(1)向帶有機械攪拌的1L實驗室反應釜中加入450g的軟水，攪拌(2) 在攪拌狀態(tài)下加入150g、木質(zhì)素，升溫溶解;(3)控制溫度穩(wěn)定在30℃，向反 應釜內(nèi)投加4g硫酸鈦和粉狀馬來酸酐60g，同時滴加氫氧化鈉控制pH在7-9 之間;(4)馬來酸酐加完后，溫度升到35℃，強化反應2小時.用鹽酸調(diào)節(jié)反應 釜內(nèi)的物料pH到8以下，得產(chǎn)物馬來酸酐接枝天然高分子化合物。
馬來酸酐接枝天然高分子化合物與丙烯酸類單體的共聚反應過程：
(5)向上述反應釜加入1.1g硫酸亞鐵，升溫使其完全溶解，并均勻的向反 應釜內(nèi)滴加70g丙烯酸甲酯和80g引發(fā)劑溶液(即20%過硫酸銨水溶液)，控制在 2小時內(nèi)全部加完。
(6)物料滴加結(jié)束后，溫度控制在90℃繼續(xù)反應2小時，得共聚物產(chǎn)物， 即水處理藥劑A。
對共聚物產(chǎn)物即水處理藥劑A的改性處理步驟：
(7)將步驟(6)中的產(chǎn)物減壓蒸餾至無水分蒸出;(8)向反應釜內(nèi)滴加濃 硫酸，控制溫度在20℃，1.5小時后濃硫酸加入量為20g，產(chǎn)物磺化度達30%， 結(jié)束磺化反應;(9)向反應釜內(nèi)滴加氫氧化鈉中和過量的濃硫酸，調(diào)PH到2以 上，出料，得改性后的水處理藥劑B。
實施例2
天然高分子化合物與馬來酸酐的接枝反應步驟：
(1)向帶有機械攪拌的1L實驗室反應釜中加入500g的軟水，攪拌(2) 在攪拌狀態(tài)下加入200g改性淀粉，升溫溶解;(3)控制溫度穩(wěn)定在30℃，向反 應釜內(nèi)投加4g硫酸鈦和粉狀馬來酸酐100g，同時滴加氫氧化鈉控制pH在7-9 之間;(4)馬來酸酐加完后，溫度升到40℃，強化反應2小時，用硫酸調(diào)節(jié)反 應釜內(nèi)的物料pH到8以下，得產(chǎn)物馬來酸酐接枝天然高分子化合物。
馬來酸酐接枝天然高分子化合物與丙烯酸類單體的共聚反應過程：
(5)向上述反應釜加入1.1g硫酸亞鐵，升溫使其完全溶解，并均勻的向反 應釜內(nèi)滴加80g丙烯酸和100g引發(fā)劑溶液(即10%的V-50水溶液)，控制在2小 時內(nèi)全部加完，。
(6)物料滴加結(jié)束后，溫度控制在90℃繼續(xù)反應2小時，得共聚物產(chǎn)物， 即水處理藥劑A。
對共聚物產(chǎn)物即水處理藥劑A的改性處理步驟：
(7)將步驟(6)中的產(chǎn)物減壓蒸餾至無水分蒸出;(8)向反應釜內(nèi)滴加濃 硫酸，控制溫度在20℃，1.5小時后濃硫酸加入量為20g，產(chǎn)物磺化度達25%， 結(jié)束磺化反應;(9)向反應釜內(nèi)滴加氫氧化鈉中和過量的濃硫酸，調(diào)PH到2以 上，出料，得改性后的水處理藥劑B。
實施例3
天然高分子化合物與馬來酸酐的接枝反應步驟：
(1)向帶有機械攪拌的1L四口燒瓶中加入450g的軟水，攪拌(2)在攪 拌狀態(tài)下加入180g低聚糖，升溫溶解;(3)控制溫度穩(wěn)定在30℃，向反應釜內(nèi) 投加4g硫酸鈦和粉狀馬來酸酐75g，同時滴加氫氧化鈉控制pH在7-9之間;(4) 馬來酸酐加完后，溫度升到40℃，強化反應2小時，用鹽酸調(diào)節(jié)反應釜內(nèi)的物 料pH到8以下，得產(chǎn)物馬來酸酐接枝天然高分子化合物。
馬來酸酐接枝天然高分子化合物與丙烯酸類單體的共聚反應過程：
(5)向上述反應釜加入1.1g硫酸亞鐵，升溫使其完全溶解，并均勻的向反 應釜內(nèi)滴加55g甲基丙烯酸、20g丙烯酸甲酯和80g引發(fā)劑溶液(10%叔丁基過 氧化氫水溶液)，控制在2小時內(nèi)全部加完。
(6)物料滴加結(jié)束后，溫度控制在90℃繼續(xù)反應2小時，得共聚物產(chǎn)物， 即水處理藥劑A。
對共聚物產(chǎn)物即水處理藥劑A的改性處理步驟：
(7)將步驟(6)中的產(chǎn)物減壓蒸餾至無水分蒸出;(8)向反應釜內(nèi)滴加濃 硫酸，控制溫度在20℃，1.5小時后濃硫酸加入量為20g，產(chǎn)物磺化度達45%， 結(jié)束磺化反應;(9)向反應釜內(nèi)滴加氫氧化鈉中和過量的濃硫酸，調(diào)PH到2以 上，出料，得改性后的水處理藥劑B。
以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技 術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些 改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。
