1 .聚合物型阻垢剂的发展[ 1]

聚合物阻垢剂以其优异的阻垢和热稳定性能、低公害或无公害、用量少、良好的溶限效应和协同效应等优点, 为高浓缩倍数的碱性水处理技术在工业上的实施提供了条件,而且对磷系, 钼系水处理技术的发展起着直接作用。聚合物阻垢剂经历了天然高分子化合物、均聚物、二元和多元共聚物、环境友好聚合物的发展历程。人们最初使用天然聚合物阻垢剂是20 世纪60 年代末到70 年代初, 自此, 聚丙烯酸和聚马来酸的应用使冷却水处理技术取得了快速发展, 并带动了一系列含有多种基团的二元、三元甚至四元共聚物的开发, 70 年代后期出现的含磷聚合物兼具阻垢和缓蚀性能, 80 年代国外研究出性能优异的含磺酸基团聚合物, 90 年代国内也相继开发出一些含磺酸基团的聚合物阻垢剂。

近年来, 随着人们对共聚物结构及阻垢机理的研究, 发现共聚物与阻垢剂结构性能关系极为密切,含羧酸基的聚合物具有阻垢性能, 特别在分子链结构中同时含有羟基、磺酸基、酰胺基或膦酸基的聚羧酸(盐)具有更优异的阻垢特性, 甚至还具有一定的缓蚀能力。共聚物中的羧酸官能团是阻CaCO3 、CaSO4 垢的主要官能团, 而羟基、酰胺基等对阻Ca3PO4)2 有益, 特别是磺酸基对Ca3(PO4)2 垢有良好的抑制能力, 能有效的分散金属氧化物、稳定锌和有机膦。但有机膦酸与羧酸共聚物由于钙的容忍度不高, 不能适应高钙、高碱、高pH 值的碱性水处理;另外, 有机膦酸含膦量高, 为细菌的繁殖提供营养源而使水中的细菌超标, 因此低磷含量聚合物和无磷聚合物的开发成为水处理药剂发展的趋势。

2 .AMPS 的特点及其聚合物的基本合成方法

AMPS 的化学名为2 -丙烯酰胺基-2 -甲基丙磺酸, 它的分子式为C7H13 NO4S , 相对分子质量为207 .3 。常温下是一种极易吸湿、具有酸味的白色结晶或粉末, 熔点185 ℃。由于其分子结构中具有不饱和双键乙烯基, 并具有强阴离子性和亲水性官能团磺酸基, -SO3H 基团的存在使AMPS 具有良好的水溶性;由于-SO3H 电荷密度大, 水化性强, 在负离子-SO-3 中两个π键和三个强电负性氧原子共享一个负电荷, 使-SO-3 稳定, 对外界阳离子的进攻不敏感, 故AMPS 有很好的抗盐性;羰基氧的高电荷使AMPS 具有良好的吸附性和络合性[ 2 ～ 5] 。

由于AMPS 是丙烯酰胺类衍生物, 所以聚丙烯酰胺类物质的合成方法适用于AMPS 的聚合, 其反应历程遵循自由基聚合的原理[ 6 , 7] 。常用的合成路线是将AMPS 与其它单体混合均匀后, 加入交联剂、引发剂、分子量调节剂等, 在通N2 除氧的情况下进行聚合, 控制聚合时间和温度, 便可得到不同分子量的多元聚合物。根据聚合的方法又可分为本体聚合、悬浮聚合、溶液聚合和乳液聚合。这些实施方法各有其不同的工艺特点, 为适应产品不同用途的需要可选择不同的聚合实施方法。

3. AMPS 多元聚合物的特点

AMPS是丙烯酰胺的磺酸衍生物,由丙烯腈-异丁烯在发烟硫酸双重作用下一步合成,初产物经精制可获得聚合级的AMPS成品。它是一种水溶性阳离子单体, MW 为207. 2,其化学结构为:。

该化合物是一种白色结晶体, 熔点185℃ ,酸值270. 7,属强酸型酸性化合物, 其水溶液pH值同浓度有关。AMPS极易溶于水及DMF溶剂中,在其他有机溶剂中也有一定溶解度,详见表1。