技术领域：
本发明涉及一种丙烯酸丙烯酰胺共聚物阻垢分散剂及其制备方法。
背景技术：
在工业循环水和反渗透水处理等工艺过程中，由于钙离子的不断增加 使得碳酸钙、硫酸钙等无机盐在换热设备表面上结垢影响换热效率，在反 渗透膜上附着而堵塞膜孔，从而影响反渗透系统的效率和膜使用寿命。防 止水系统结垢最方便且有效的方法是在水中投加酸和偏磷酸钠作为阻垢 剂，但该化学药品的加入带来设备腐蚀，且偏磷酸钠水解为正磷酸钠与水 中钙离子结合为难溶的磷酸钙垢。近期已公开发表和应用的阻垢分散剂多 为磷系类物质，此类阻垢分散剂在阻垢分散无机垢的同时也为水中细菌和 藻类提供了丰富的营养，使得水处理过程杀菌灭藻难度加大，若杀菌效果 不好，细菌使得换热设备垢下腐蚀加剧，同时反渗透系统中的细菌也会使 得反渗透膜堵塞。另外，国内外现有的阻垢分散剂在高钙情况下其阻垢分 散效果不能令人十分满意，如目前在国内外应用较广的美国大湖公司生产 的Flocon135为含磷、羧基的聚合物反渗透水处理系统阻垢剂，当水中硫酸 钙浓度积较高时，阻垢效果不能令人满意，且阻垢效果受其它离子(如铁、 钡离子)的影响较大，同时成本较高。国内也有用工业循环水阻垢剂替代 反渗透水处理阻垢剂，如燕山石化用以聚丙烯酸为主要原料的阻垢剂，成 本较高，对硫酸钙的阻垢效果一般。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种丙烯酸丙烯酰胺共聚物阻垢分散剂及其制 备方法，由于阻垢分散剂共聚物中同时含有酰胺基、羧基官能团，使阻垢 分散剂不仅具有优良的阻CaSO4垢功能，还有一定分散氧化铁的性能，同 时受水质中Fe2+、Ba2+浓度的影响较小，具有稳定持久的阻垢性能。可广泛 应用于工业循环水和反渗透水处理系统，在硫酸钙盐高过饱和度或高钙离 子浓度下，具有高效阻垢分散性。
本发明提供了一种丙烯酸丙烯酰胺共聚物阻垢分散剂，是一种丙烯酸 丙烯酰胺共聚物与水形成的水溶液，固含量为30～40％，共聚物的分子量 为2000～10000，丙烯酸丙烯酰胺共聚物中同时含有羧基和酰胺基。
本发明还提供了一种丙烯酸丙烯酰胺共聚物阻垢分散剂的制备方法， 以丙烯酸、丙烯酰胺、次亚磷酸钠、过硫酸胺和水为原料，具体的反应步 骤和方法为：在60-110℃下，最好为70-90℃向含有终止剂次亚磷酸钠的 水溶液中滴加丙烯酸和丙烯酰胺的混合液，同时滴加引发剂过硫酸胺水溶 液，滴定完毕，在搅拌条件下反应1-6小时，最好为2-3小时，得到丙烯酸 丙烯酰胺共聚物阻垢分散剂。上述混合液中丙烯酸、丙烯酰胺的质量比为： 丙烯酸/丙烯酰胺＝20:1～0.2:1，最好为5:1～1:1；引发剂与丙烯酸和丙烯 酰胺混合液的质量比为：0.05:1～0.2:1，最好为0.08:1～0.15。
本发明的水处理阻垢分散剂为无磷、高效、环保型、含羧基和酰氨基 官能团低分子量共聚物类。其阻垢分散效果超过目前常用药剂的效果，由 于共聚物中同时含有酰胺基、羧基官能团，使阻垢分散剂不仅具有优良的 阻CaSO4垢功能，还有一定分散氧化铁的性能，同时受水质中Fe2+、Ba2+浓度的影响较小，具有稳定持久的阻垢性能。该阻垢分散剂不仅能应用于 反渗透系统，还可用于工业循环水系统。
附图说明：
图1是本发明实施例1的红外吸收光谱图，从图中可以看出，在 1750cm-1波数处有吸收峰，表明有羧基；在3364、3216cm-1波数处有吸收 峰，表明有酰胺基。说明本发明的丙烯酸丙烯酰胺共聚物阻垢分散剂中同 时含有羧基和酰胺基。
具体实施方式：
下述实施例将有助于说明本发明范围和效果，但不局限于此。
实施例1
在装有搅拌器、回流冷凝器、恒压滴液漏斗和温度计的四颈烧瓶中加 入次亚磷酸钠(分析纯)5.70g和95ml水，开始启动搅拌升温设备，使次亚磷 酸钠充分溶解。温度在70℃以下，滴加含过硫酸铵5.50g的过硫酸铵水溶 液，待温度升至70±2℃后恒温，同时滴加丙烯酸和丙烯酰胺的混合液(其 中丙烯酸56.3g，丙烯酰胺18.7g)，滴加完毕后保温反应2小时，冷却得产 品。产品的聚合率为99.70％，总固含量31.2％，分子量为3500。
实施例2
在装有搅拌器、回流冷凝器、恒压滴液漏斗和温度计的四颈烧瓶中加 入次亚磷酸钠(分析纯)5.7g和95ml水，开始启动搅拌升温设备，使次亚磷 酸钠充分溶解。温度在70℃以下，滴加含过硫酸铵5.5g的过硫酸铵水溶液， 待温度升至70±2℃后恒温，同时滴加丙烯酸和丙烯酰胺的混合液(其中丙 烯酸50g，丙烯酰胺25g)，滴加完毕后保温反应2小时，冷却得产品。产 品的聚合率为99.74％，总固含量32.56％。分子量为4000。
实施例3
在装有搅拌器、回流冷凝器、恒压滴液漏斗和温度计的四颈烧瓶中加 入次亚磷酸钠(分析纯)5.7g和95ml水，开始启动搅拌升温设备，使次亚磷 酸钠充分溶解。温度在85℃以下，滴加含过硫酸铵5.5g的过硫酸铵水溶液， 待温度升至85±2℃后恒温，同时滴加丙烯酸和丙烯酰胺的混合液(其中丙 烯酸50g，丙烯酰胺25g)，滴加完毕后保温反应1小时，冷却得产品。产 品的聚合率为99.73％，总固含量33.15％。分子量为9700。
实施例4
在装有搅拌器、回流冷凝器、恒压滴液漏斗和温度计的四颈烧瓶中加 入次亚磷酸钠(分析纯)5.7g和95ml水，开始启动搅拌升温设备，使次亚磷 酸钠充分溶解。温度在80℃以下，滴加含过硫酸铵5.5g的过硫酸铵水溶液， 待温度升至80±2℃后恒温，同时滴加丙烯酸和丙烯酰胺的混合液(其中丙 烯酸60g，丙烯酰胺15g)，滴加完毕后保温反应4小时，冷却得产品。产 品的聚合率为99.68％，总固含量34.55％。分子量为5600。
对比例1
中国石油化工股份有限公司北京燕山分公司生产的以聚丙烯酸为主的 阻垢分散剂(固含量：25％，分子量：4000-5000)。
对比例2
美国大湖公司生产的Flocon135阻垢剂(固含量：40％，分子量： 4000-6000)。
实施例和对比例的阻垢性能比较见表1。
表1
实施例硫酸钙阻垢率/％190.9286.3371.2483.3对比例181.2对比例263.5
从表1可以看出本发明的阻垢分散剂(特别是实施例1和2的阻垢分 散剂)与对比例1和2相比对硫酸钙的阻垢效果明显提高。
实施例和对比例分散氧化铁性能的比较见表2。
表2
所加药剂浓度/mg.L-1透光率/％实施例1473.3实施例2474.2实施例3481.4实施例4478.1对比例1478.5对比例2495.5空白100
水样的透光率越低，表明阻垢分散剂的分散作用越强。从表2可以看 出与对比例1和2比较，本发明的阻垢分散剂的分散作用明显强于对比例1 和对比例2。
实施例和对比例阻垢分散性能受Fe2+浓度的影响见表3。
表3
从表3可以看出：由于在设备和管道因腐蚀等原因水中有微量的铁存 在时，对阻垢分散剂的性能有影响，但本发明的阻垢分散剂阻垢率受铁离 子的影响远低于对比例1和2。
实施例和对比例阻垢分散性能受Ba2+浓度的影响见表4。
表4
从表4可以看出：本发明的阻垢分散剂受水中Ba2+浓度的影响很小(特 别是实施例1的阻垢分散剂)，而对比例1受水中Ba2+浓度的影响次之，对 比例2受水中Ba2+浓度的影响最大。
本发明对所得的丙烯酸丙烯酰胺共聚物阻垢分散剂的性能评定方法如 下：
阻硫酸钙垢性能测试方法：取蒸馏水，配制成Ca2+浓度为7000mg/L(以 CaCO3计，以下同)，SO42-为7000mg/L(以CaCO3计，以下同)的试验用水(做 Fe2+、Ba2+影响试验时同时加入一定剂量的FeSO4、BaCl2溶液)，加入8 mg/L(以有效浓度计)的药剂，于70±1℃恒温水浴内恒温10h，取样分析水中 剩余Ca2+的浓度，同时做空白样，并计算阻垢率。
阻垢率计算公式为：阻垢率＝(C-C0)/(C1-C0)×100％
C：加入阻垢剂的水样中Ca2+浓度(mg/L)；
C0：空白样的Ca2+的浓度(mg/L)；
C1：不加阻垢剂的水样中Ca2+浓度(mg/L)。
分散氧化铁性能测试方法：配制Ca2+浓度为150mg/L(以CaCO3计) 的钙盐溶液，在其中加入一定浓度的共聚物阻垢分散剂8mg/L和17mg/L FeSO4溶液250ml。用四硼酸钠调节pH值为9，在pH稳定后，强烈搅拌 15min，然后在50℃水浴中静置5h。取上层清液，用722N可见光分光光度 计(420nm，3cm比色器)测透光率T。
透光率越低，氧化铁在水中的分散性越好，说明药剂分散氧化铁的性 能越强。
聚合率、总固含量的测定方法：聚合率、总固含量的测定方法参照中 国石油化工股份有限公司生产发展部《冷却水分析和试验方法》聚合率、 总固含量的测定方法。
聚合率的计算公式为：X1＝[1-(V0-V1)×C×0.03603/m1]×100
总固含量的计算公式为：X2＝(m2-m1)/m×100％
X1：共聚物的聚合率(％)；
X2：共聚物的总固含量(％)；
V0--空白实验消耗硫代硫酸钠标准滴定溶液的体积(mL)；
V1--测定试样时消耗硫代硫酸钠标准滴定溶液的体积(mL)；
C--硫代硫酸钠标准滴定溶液的实际浓度(mol/L)；
m1--试料的质量(g)；
0.03603--与1.00mL硫代硫酸钠[c(Na2S2O3)＝1.00mol/L]标准滴定溶液相当的 以克表示丙烯酸的质量；
m2--干燥后的药剂与称量瓶重(g)；
m1--称量瓶净重(g)；
m—称取药剂的质量(g)。