[发明专利]一种含有膦基和磺酸基的衣康酸聚合物及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种含有膦基和磺酸基的衣康酸聚合物及其制备方法，属于化工产品技术领域。

背景技术

在工业生产中，循环冷却水几乎伴随着生产的全过程，起着十分重要的作用。良好的循环冷却水系统是企业生产装置稳定运行的必要条件。提高水处理技术水平，延长设备使用寿命和装置运行周期，实现节水降耗是提高企业整体经济效益的重要途径。早在20世纪60年代人们就开始采用添加化学药剂的方法减轻炼油厂、化工厂、化肥厂等工业循环冷却水的结垢问题。 由于共聚物的阻垢性能优于均聚物，近年来共聚物阻垢剂越来越受到了使用者的亲睐。

衣康酸（IA）,又称亚甲基丁二酸,国内外大多采用发酵法进行生产,生物降解性强。在循环冷却水处理领域，衣康酸和其他活性单体的共聚物在20世纪90 年代开始有专利报道（Walinsky S W.(Meth)acrylic acid/itaconic acid copolymers, their preparation and use as antiscalants[P]. US 5032646. 1991 - 07 ）。近几年，我国学者对衣康酸均聚物及共聚物进行了广泛研究。张彦河等合成了衣康酸均聚物，其具有优良生物降解性能。采用蒸发浓缩试验测定阻垢性能，浓缩倍数为1.5,Ca²⁺为 250mg/L(以 CaCO₃计), HCO₃^-为 250mg/L(以 CaCO₃计)，结果表明：衣康酸均聚物具有优良的阻垢性能。于跃芹等以衣康酸（IA）和丙烯酸(AA)为单体，采用水溶液自由基聚合反应，合成了IA/AA聚合物,并确定了最佳合成条件。陆家骝等研究了聚合物阻垢剂IA/SSS的合成及阻垢性能，并对其改性合成了IA/SSS/MA，比较了两者性能上的差异，后者的阻垢性能优于前者。赵长林等以衣康酸(IA)、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸 (AMPS)、丙烯酸羟丙酯(HPA)为单体，通过溶液聚合方法，合成水溶性聚合物IA-AMPS-HPA，并确定了最佳合成条件。随着石油价格的上涨, 同类产品如丙烯酸、马来酸等价格大幅提高, 而衣康酸因以淀粉为原料,可以生物降解，价格相对稳定,因此开发衣康酸类共聚物阻垢剂十分必要。

目前阻垢剂正朝着环保、高效和多功能性的方向发展。在羧酸型聚合物的基础上引入磺酸基团，可以有效地防止聚合物与水中离子反应而产生难溶性聚合物钙凝胶，而且能有效提高分散氧化铁性能。含磷羧酸共聚物是一种分子结构中同时含有膦基和羧酸基团的高分子聚合物,膦基的存在可使该类聚合物具有良好的缓蚀性能。原有衣康酸聚合物都不含膦基，缓蚀性能较差，作为水处理剂使用时需要与其他缓蚀剂进行复配，实际过程中操作复杂。不含磺酸基的衣康酸聚合物分散性能较差。所以开发一种以衣康酸为主要单体，同时引入磺酸基与膦基的多功能阻垢缓蚀剂具有重要意义。该聚合物在高硬度、高碱度水质中具有良好的阻垢性能，且分散氧化铁性能较好，对A3碳钢有很好的缓蚀性能，可单独作为水处理剂使用，无需复配。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种以衣康酸为主要单体，集羧酸基、磺酸基、膦基于一体的共聚物，且该共聚物具有良好的阻垢、缓蚀、分散性能。

本发明采取的技术方案如下：

一、一种含有膦基和磺酸基的衣康酸聚合物，其特别之处是它以衣康酸为主要单体，引入磺酸基团与膦基，通过水溶液聚合，氧化还原引发体系，合成出一种同时具备阻垢、缓蚀、分散性能的多功能阻垢缓蚀剂。

    其中衣康酸：丙烯磺酸钠：次亚磷酸钠的质量比为45-55:10-20:5-20。

氧化还原引发体系包括硫酸亚铁铵、质量分数30%双氧水，次亚磷酸钠，它们与衣康酸的质量比为衣康酸：硫酸亚铁铵：30%双氧水：次亚磷酸钠=45-55:1-2:22-44：5-20。

二、所述一种含有膦基和磺酸基的衣康酸聚合物的制备方法，其具体方法步骤如下：

按质量比45-55:10-20:1-2:1-3:30-50:22-44:5-20取衣康酸、丙烯磺酸钠、硫酸亚铁铵、异丙醇、水、30%双氧水和次亚磷酸钠，先将衣康酸、丙烯磺酸钠、硫酸亚铁铵、异丙醇、水依次加入装有回流冷凝器、滴液漏斗、温度计、搅拌装置的四口烧瓶，升温至85-95℃，然后同时滴加双氧水和次亚磷酸钠，1.5-3小时滴加完毕，升温至102-105℃，回流反应1.5-2.5h；反应完毕后，冷却到室温出料，反应产物即为含有膦基和磺酸基的衣康酸聚合物。