喻獻(xiàn)國(guó)¹，李國(guó)希²，楊軍¹，伍協(xié)²
（1.中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所，上海200050；2.湖南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙410082）

　　摘要：以水為溶劑、過(guò)硫酸鹽為引發(fā)劑，以丙烯酸（AA）和烯丙基磺酸鈉（SAS）為單體，合成了丙烯酸一烯丙基磺酸鈉（AA－SAS）共聚物阻垢劑。探討了單體配比、引發(fā)劑用量、反應(yīng)體系溫度和分子量調(diào)節(jié)劑對(duì)聚合物阻垢性能的影響。結(jié)果表明，共聚物對(duì)磷酸鈣阻垢作用具有閾值效應(yīng)，當(dāng)用量大于12mg/L時(shí)，阻垢率約為99％。
　　關(guān)鍵詞：冷卻水處理；阻垢劑；丙烯酸；烯兩基磺酸鈉；共聚物
　　中圖分類(lèi)號(hào)：X703.5
　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
　　文章編號(hào)：1009－2455（2003）01－0066－02

Synthesis and Scale Inhibiting Performance of CopolymerAA－SAS
YU Xian-guo¹，LI Guo－xi²，YANG Jun¹，Wu Xie²
（1.Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology，Chinese Academy of Science，Shanghai 200050，China；College of Chemistry and Chemical Engineering ，Hunan University，Changsha 410082，China）

　　Abstract：A copolymer Inhibitor of acrylic acid-sodium allylsulfonate（AA－SAS）was synthesized with water as the solvent，persulfate as the Initiator and acrylic acid（AA）and sodium allylsulfonate （SAS）as themonomers.the effects of proportioning of monomers，quantny of Initiator.temperature of reaction system andconditioning agent ogmolecular weight on the anti－scaling performance of the copolymer were evaluated.The resuits show that the said copolymer has a threshold effect on inhibiting the scaling of Ca₃（PO₄）₂ and its scale inhibition efficiency is about 97％when the dosage of it is higher than 12 mg／L.
　　Key Words：cooling water treatment；scaling inhibitor；acrylic acid；sodium allylsulfonate；copolymer

　　堿性冷卻水處理技術(shù)的發(fā)展，要求聚合物不但能阻碳酸鈣垢，而且能抑制磷酸鈣和鋅鹽，穩(wěn)定氧化鐵等。含磷酸基聚合物是一類(lèi)綜合性能良好的阻垢劑^[1-3]。常用作磺酸基的單體是 AMPS（2-丙烯酸胺基-2-甲基丙碳酸），但其制備工藝復(fù)雜，價(jià)格比較昂貴，是烯丙基磺酸鈉（SAS）單體的2倍多。本論文以烯丙基磺酸鈉（SAS）與丙烯酸（AA）共聚，討論二元共聚物的合成條件，初步研究了AA－SAS的阻垢效果。

1.AA－SAS二元共聚物的合成

　　在裝有冷凝器、溫度計(jì)、滴液漏斗的三口燒瓶中，加入180 g丙烯酸、72 g烯丙基磺酸鈉、定量去離子水以及適量分子量調(diào)節(jié)劑。將 13 g過(guò)硫酸鹽配制成一定濃度的溶液加入到滴液漏斗中。攪拌，升溫，通入氮?dú)狻Ｔ跍囟?5℃時(shí)滴加引發(fā)劑，并控制溫度在 90±0.5℃。反應(yīng)式為：

　　反應(yīng)5.0h后，得到無(wú)色或淡黃色粘稠液體。將產(chǎn)物傾倒至乙醇中沉析，過(guò)濾，洗滌，濾出物在60℃溫度中真空干燥。

2 阻垢性能的測(cè)定

　　配制一定pH值和固含量的模擬硬水，加入阻垢劑，在 80℃下保溫 10 h。然后冷卻，過(guò)濾，測(cè)定濾液中相應(yīng)組分的含量，計(jì)算阻垢率。
　　磷酸鈣阻垢率的測(cè)定采用分光光度法。磷酸鈣阻垢實(shí)驗(yàn)水質(zhì)條件為：ρ（Ca²⁺）＝150mg／L，ρ（PO₄^3-）=5 mg／L，pH＝9.0。碳酸鈣阻垢率的測(cè)定采用EDTA絡(luò)合滴定法。碳酸鈣的阻垢實(shí)驗(yàn)水質(zhì)條件為：ρ（Ca²⁺）＝200 mg／L，ρ（HCO₃^-）=305mg／L，pH＝9.0。

3 結(jié)果與討論

3.1 單體配比對(duì)阻垢性能的影響
　　在引發(fā)劑用量占單體總質(zhì)量為 6％時(shí)，于 90℃反應(yīng)5h，各不同單體配比的聚合物對(duì)磷酸鈣的阻垢率如表1。

表1 單體配比對(duì)AA-SAS阻磷酸鈣垢率影響 n（AA）：n（SAA） AA-SAS在不同投量（mg·L-1）下的阻磷酸鈣垢率/% 8 12 16 20 24 30 1：1 6.8 10.2 15.3 20.3 23.7 98.0 2：1 9.2 30.8 37.4 92.0 95.3 98.0 3：1 21.5 32.5 81.4 91.3 98.0 98.6 3.5：1 21.0 31.4 90.7 93.0 98.0 98.4 4：1 14.8 32.8 89.0 94.6 98.5 98.6 5：1 10.1 29.4 40.2 88.7 96.0 98.5

　　由表1知，單體配比n（AA）：n（SAS）＝3：l-4：1時(shí)，對(duì)磷酸鈣的阻垢效果好，單體配比太大或太小，當(dāng)聚合物用量較小時(shí)，阻垢率均有下降的趨勢(shì)。AA－SAS對(duì)磷酸鈣的阻垢，具有明顯的閾值效應(yīng)。投加量小于 16 mg／L時(shí) AA－SAS對(duì)磷酸鈣的阻垢率很低，當(dāng)投加量達(dá)到閾值效應(yīng)濃度時(shí)，AA－SAS的阻垢率快速上升。在高劑量下，各配比的AA－SAS對(duì)磷酸鈣的阻垢率趨向相近。

3.2 引發(fā)劑用量對(duì)阻垢性能的影響
　　單體配比 n（AA：n（SAS）=3.5：1，改變引發(fā)劑用量（以占單體總質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)計(jì)），當(dāng)共聚物用量為 20 mg／L時(shí)，AA－SAS對(duì)磷酸鈣和碳酸鈣的阻垢效果如表2。

表2 引發(fā)劑用量對(duì)AA-SAS阻垢效果的影響 垢物類(lèi)型 不同比例引發(fā)劑用量（%）下AA-SAS阻垢率/% 2 3 6 8 10 15 磷酸鈣垢 81.5 87.8 93.0 94.7 89.0 82.6 碳酸鈣垢 51.0 74.3 85.0 83.8 70.4 61.0

　　從表2知，引發(fā)劑用量占單體總質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6％－8％時(shí)，聚合物對(duì)磷酸鈣和碳酸鈣的阻垢效果很好。引發(fā)劑用量太少聚合不完全，用量太多，聚合速度快，聚合物的分子量太低，也不利于阻垢。

3.3 反應(yīng)溫度對(duì)阻垢性能的影響
　　在單體配比3.5：1，引發(fā)劑用量6％的條件下，改變反應(yīng)體系溫度，當(dāng)投加量為20 mg／L時(shí)，聚合物 A A－SAS垢物的阻垢效果見(jiàn)表 3。

表3 反應(yīng)溫度對(duì)AA-SAS阻垢效果的影響 垢物類(lèi)型 不同反應(yīng)溫度（℃）下AA-SAS阻垢率/% 70 80 85 90 磷酸鈣垢 76.8 84.5 87.3 98.3 碳酸鈣垢 62.5 71.6 74.4 85.0

　　隨著溫度的增加，AA－SAS的阻垢率也增大。但是反應(yīng)溫度太高，在引發(fā)劑分解速率加快的同時(shí)，生成的聚合物的分解速度也會(huì)增加。所以，反應(yīng)溫度范圍在85－90℃為宜。

3.4 分子量調(diào)節(jié)劑對(duì)阻垢性能的影響
　　在反應(yīng)體系中加入適量的分子量調(diào)節(jié)劑，AA－SAS對(duì)磷酸鈣垢的阻垢效果隨投加量的變化如圖1。從圖1知，隨著投加量的增加，AA－SAS對(duì)磷酸鈣的阻垢率增大。由于調(diào)節(jié)劑加人，降低了聚合物的分子量，在低劑量時(shí)，得到了AA－SAS的阻垢率高于沒(méi)有加入調(diào)節(jié)劑的共聚物，同時(shí)降低了AA－SAS的閾值效應(yīng)濃度。無(wú)分子量調(diào)節(jié)劑時(shí)聚合物的閾值效應(yīng)質(zhì)量濃度為16 mg／L，此時(shí)對(duì)磷酸鈣的阻垢率約為81.4%，而有分子量調(diào)節(jié)劑時(shí)聚合物的閾值效應(yīng)質(zhì)量濃度為 12 mg／L，此時(shí)的阻垢率約為97.6％，表明適當(dāng)降低分子量可以提高聚合物的阻垢性能。

4 小結(jié)

　　以水為溶劑，過(guò)硫酸鹽為引發(fā)劑合成了AA－SAS共聚物。合成AA－SAS較合適的工藝條件是：n（AA）：n（SAS）=3：1－4：1，引發(fā)劑用量占單體總質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6％－8％，反應(yīng)溫度90℃，反應(yīng)時(shí)間 5 h，適量分子量調(diào)節(jié)劑。AA－SAS對(duì)磷酸鈣的阻垢率具有閾值效應(yīng)，劑量大于 12 mg／L時(shí)，對(duì)水系統(tǒng)的磷酸鈣垢有很好的抑制作用。

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　　作者簡(jiǎn)介：喻獻(xiàn)國(guó)（1976－），男，湖北大冶人，碩士，主要研究方向?yàn)樗苄愿叻肿印?