1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

文 献 综 述

一、引言

在循环冷却水中，为了控制结垢、腐蚀、以及微生物粘泥等影响工业设备正常运行而添加的化学药剂称为水处理剂（又叫水质稳定剂或水处理化学品），包括阻垢剂、分散剂、缓蚀剂、混凝剂、助凝剂、杀菌剂、清洗剂和消泡剂等。水处理剂广泛应用于化工、冶金、化纤、制药、发电、石油开采和其它任何需应用循环冷却水的工业部门。这其中，阻垢剂、缓蚀剂和杀菌剂使用量最大。

目前，工业循环冷却水使用中遇到的最普遍的问题就是结垢，在石油化工、火力发电，核电等几乎所有工业中都存在。结垢是油田和工业循环冷却水中水质控制时遇到的最严重的问题之一。对于在油田系统，结构会在油井井筒、地面动力系统和井底水垢的形成，使油层的渗透率降低，减少油井产率的同时也缩短了生产设备的使用寿命，从而影响油田的效益。在循环冷却水系统中，循环水在不断循环过程中被浓缩，致使水中的矿物质持续增加，引起设备管道结垢、腐蚀。污垢不但影响传热效率，还会产生垢下腐蚀，对设备的正常运行，设备的寿命等造成极大的影响。提高用水效率和效益是节约用水的核心，而节约工业用水的主要是尽可能地提高循环冷却水重复利用效率，减少排污。因此，节约用水，高效用水是缓解水资源供需矛盾的根本途径。为了解决这些问题，阻垢剂应运而生。通过向这些水中加入阻垢剂来防止垢的形成。

阻垢剂是水处理剂中的一大类，它是指能够防止污垢在工业循环冷却水系统中的生成或者抑制污垢沉积生长的化学类药剂^[1]。由于防止结垢是工业循环冷却水中必不可少的一种安全措施，因此，阻垢剂被广泛应用于工业循环冷却水系统和油田中。因为阻垢剂的重要性，它在水处理行业中一直作为一个研究重点。同时，它的各种性质，如：稳定性、降解性和环境安全性等都越来越受到重视。

二、阻垢剂的研究现状及进展

2.1 阻垢剂的发展历史

工业用水的原水中主要含有金属阳离子如Ca² 、Mg² 、Ba² 、Sr² 等和少量其它阳离子如Fe² 、Zn² 等，也有SO₄^2-、CO₃^2-、OH^-、HCO₃^-、SiO₃^2-等阴离子。在循环水系统中，由于水分的蒸发，pH和温度的上升等原因，一些难溶性水垢如CaCO₃、MgCO₃、CaSO₄、BaSO₄、SrSO₄等，会在管道和热交换器的表面沉积，从而导致热交换器传热效率降低并引起垢下腐蚀。

国外于20世纪30年代开始究开发水处理阻垢剂，我国在20世纪70年代，才开始研发阻垢剂。阻垢剂的研发经历了从天然聚合物阻垢剂、到含磷聚合物阻垢剂（包括：无机磷、有机磷聚合物阻垢剂）再到绿色阻垢剂等阶段。目前，我国用于工业循环冷却水中阻垢剂的配方以磷系阻垢剂为主，约占 52%~58%，历经了从高磷、低磷到无磷，由单一使用到复配使用的过程。钼系配方占 5%，其他配方占 10%^[2]。由于天然聚合物药剂来源广，无污染，但用量大，费用高，合成工艺不成熟，因此不提倡在工业中使用；含磷类阻垢剂对抑制磷酸钙垢和锌垢效果不是很好，此外，这类阻垢剂本身容易形成有机磷酸垢并且具有较差的可生物降解性能。同时，磷排放会导致水体的富营养化，使得各国政府对磷的使用进行了限制。因此，开发低磷或无磷的绿色阻垢剂已成为国内外阻垢剂方面研究的热点。

2.2 阻垢剂的阻垢机理

在不同的水质条件下，不同的阻垢剂有不同的阻垢机理，一般情况下都是通过分散、吸附、分子间作用力和配位反应等物理反应和化学反应使结垢物质的结晶过程发生改变。因为结晶结构的改变，导致结垢物质的结构处于溶解或悬浮状态，所以结垢物质的溶解度得到了很大的提高。为了达到防止垢生成的目的，就必须恰当的运用以下4种阻垢机理^[3]：凝聚与分散作用、静电斥力作用、晶体畸变作用和螯合增溶作用。

凝聚与分散作用：垢的形成是由成垢粒子之间相互接触和和凝聚，加入阻垢剂后，通过阻垢剂的分散作用可以阻止成垢粒子间的凝聚，从而阻止垢的生长。循环水中的成垢粒子多种多样：既可以是离子，如Ca² 、Mg² ；也可以水中凝聚起来的小颗粒，比如由几百到几千个CaCO₃和CaSO₄分子组成的小颗粒；还可以是其他水不溶物如尘埃、泥沙等。对于含羧酸基团的高分子阻垢剂来说，这类阻垢剂在水溶液中会解离生成-COO^- 阴离子，-COO^- 与CaCO₃等微晶接触时，会发生吸附，并在微晶表面形成带负电的双电层。带电微晶之间由于静电斥力，使晶粒之间均匀分散，从而阻碍晶粒间的碰撞和凝聚，进而将CaCO₃、CaSO₄、MgCO₃等无机盐稳定在水溶液中。

静电斥力作用：在水中聚羧酸类阻垢剂会发生离子化作用，从而使与羧酸根结合的反离子(如H 、Na )脱离出来向水溶液中扩散、迁移，聚羧酸类阻垢剂因而带负电荷。分子链上由于静电斥力，使分子扩张，更容易捕捉到表面带正电性的CaCO₃或CaSO₄等无机盐微晶体，当一个聚羧酸分子上吸附多个微晶体时，可以使微晶体表面带相同的电荷，增加了微晶体之间的静电斥力，进而阻碍微晶体之间的相互碰撞、减少了垢的形成。

晶体畸变作用：结晶动力学观点认为，CaCO₃、CaSO₄等无机盐从循环冷却水中析出形成垢的过程中，首先产生晶核，这时会有少量的微晶粒形成，然后微晶粒在循环冷却水中碰撞，并且按照一定的次序聚集或排列，进而生长成大晶体导致沉积。当阻垢剂如有机磷酸或聚电解质对钙离子具有螯合能力，当它们加到循环冷却水中时，会阻碍或干扰CaCO₃、CaSO₄等无机盐微晶体的正常生长，导致不规则晶体的形成，晶体因而发生畸变。

螯合增溶作用：大部分阻垢剂能与循环冷却水中的阳离子如Ca² 、Mg² 等形成可溶性的螯合物，这样就可以阻止这些阳离子与水中的阴离子(如CO₃^2-、SiO₃^2- 和PO₄^3- 等)的接触，大大下降了结垢的概率，从而提高了循环冷却水中阳离子Ca² 、Mg² 等的最高允许浓度。

上述的四种机理都有一定的局限性并且都带有一定程度的推测，因此，在分析具体的结垢问题时，通常认为阻垢剂在循环水中阻垢时不仅仅是一种机理在作用，而是两种或更多种机理的协同作用。

2.3 阻垢剂的分类、性能特点及用途

2.3.1 阻垢剂的分类

由于各个领域使用的水的水质存在差异，不同地域的水质也存在着差异，不同的盐类物质需要使用不同的阻垢剂才能有效地防止垢的形成。因此，阻垢剂在工业上使用也有不同的要求，按照不同的使用要求，阻垢剂分出了不同的类别，见表-1。

表-1 阻垢剂的分类

分类方法
按照阻垢剂的聚合成份分	天然聚合物阻垢剂	合成聚合物阻垢剂
按照阻垢剂的来源分	天然高分子阻垢剂	合成高分子阻垢剂	复配型高分子阻垢剂
按照阻垢剂中起主要作用的官能团和其发展历程分	天然聚合物阻垢剂	共聚合物阻垢剂	含磷类聚合物阻垢剂	绿色新型聚合物阻垢剂

2.3.2 阻垢剂的性能特点及用途

本课题主要研究的是关于聚合物类的绿色环保型阻垢剂，因此，重点介绍天然聚合物阻垢剂、合成聚合物阻垢剂和新型绿色聚合物阻垢剂3类^[4]，分别如下：

（1）天然聚合物阻垢剂

大多数天然聚合物中含有酚羟基，对成垢晶体如Ca² 、Mg² 等无机盐的生长具有不同程度的抑制作用，而且由于其来源广，价钱低廉、又具有可生物降解性，因而直接作为阻垢剂在20世纪60年代被工业上使用，比如：木质素、腐植酸钠、纤维素、淀粉、单宁等。但是由于在应用中天然聚合物阻垢剂的投放量大(高达50~200 mg/L)，而且性质不稳定（成分变化大、高温高压下易分解）、杂质含量也比较高，因而逐渐被性能优越的合成阻垢剂所取代。目前，不经改性的天然聚合物现已极少作为阻垢剂使用。

（2）合成聚合物阻垢剂

此类阻垢剂是通过人工合成得到的，因其使用条件的不同，又可以分为以下5类：含磷聚合物阻垢剂、磺酸类聚合物阻垢剂、羧酸类聚合物阻垢剂、多元阻垢剂和环境友好型阻垢剂等。

a、含磷聚合物阻垢剂

无机单体次磷酸与其它有机单体共聚反应生成的聚合物称之为有机含磷聚合物。有机含磷聚合物分子在同一个分子中同时含有=PO(OH) 和-COOH ，因而具有较好的阻垢性能和缓蚀性能。它还对大多的金属离子，如：Ca² 、Mg² 等具有优异的螯合能力。同时，对这些金属的无机盐类，如：CaSO₄、Ca₃(PO₄)₂等也有较好的去活化作用，使其难结垢。由于其具有上述特点，因此，有机含磷聚合物在过去几十年大量应用于水处理技术中。但是随着环保要求的提高，对排放水中磷的排放进行了限制，因此含磷聚合物阻垢剂必将被其他阻垢剂所替代。

b、磺酸类聚合物阻垢剂

由磺酸单体聚合而成的阻垢剂称为磺酸类聚合物阻垢剂。常用的磺酸单体主要有苯乙烯磺酸、苯乙烯磺酸钠、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(简称AMPS) 和2-羟基-3-烯丙氧基磺酸(HAPS)。其中，AMPS由于价格适中，性能稳定、对阳离子有很好的分散作用，因此在应用中是使用最多的一种磺酸单体，常以共聚单体与其他类聚合物阻垢剂进行共聚反应而得到共聚磺酸阻垢剂。磺酸类聚合物阻垢剂有很多优点：能有效抑制磷酸钙垢、分散颗粒物、稳定循环水中常见的金属离子（特别是其他阻垢剂难以分散的铁垢和高价金属离子）；可以防止一些常用的均聚物阻垢剂与水中钙离子反应生成难溶性聚合物#8212;#8212;钙凝胶；对溶液中盐不敏感，盐浓度高不影响磺酸类阻垢剂的分散作用；耐高温性能好，高温下不易分解。因此，磺酸类聚合物阻垢剂一直是国内外的研发热点。

c、羧酸类聚合物阻垢剂

以丙烯酸、马来酸或马来酸酐为均聚或共聚单体通过聚合反应生成的一类水溶性聚合物阻垢剂称为羧酸类聚合物阻垢剂，常见的羧酸类聚合物阻垢剂有聚丙烯酸、马来酸共聚物、聚甲基丙烯酸以及水解聚马来酸酐等。该类阻垢剂分子链上起稳定分散作用的主要是功能基团-COO^-，-COO^- 对Ca² 、Ba² 、Cu² 、Mg² 、Fe³ 等具有较强的螫合作用、分散和凝聚作用，以及对无机垢结晶过程有晶体畸变作用，所以阻垢性能优异。

d、多元阻垢剂

随着阻垢剂的发展应用，对阻垢剂的要求越来越高，单一的阻垢剂已经无法满足工业使用的要求，对阻垢剂进行改进是必要的。从而使研究者们想到，使用各种单一阻垢剂进行一定的聚合，得到更好效果的多元阻垢剂。

目前，最常用的多元阻垢剂为三元。比如：唐宏科等人以丙烯酰胺、马来酐、丙烯酸羟乙酯为原料合成了一种三元共聚物阻垢剂 ^[5]。研究结果表明，该三元共聚物的分子量对阻垢性能有信箱最为显著，分子量为2400时阻垢效果最好。常青等人以马来酸酐、丙烯酸甲酯、和丙烯酰胺为单体，用过硫酸铵作为引发剂，合成了三元共聚物阻垢剂^[5]。结果表明，该三元共聚物是一种高效多功能阻垢剂，耐高温性能优越，在特别宽的温度范围内都有很好的阻垢性能。

然而，虽然这些阻垢剂毒性比较小，且具有很高活性，但是它们不具备生物可降解的性能。

e、新型绿色聚合物阻垢剂

随着世界工业的迅速发展，工业用水量不断提高，水生态平衡受到了严重的破坏，本来世界上的水资源就十分有限，人均水量就更少，这已是不争的事实。工业用水主要包括冷却用水、冲洗用水、原料用水和动力用水等。然而，工业用水量中循环冷却水的量占了60%#8212;80%^[6]。因此，循环水的污染问题也日益受到人们关注。

现有通用的阻垢剂以含磷类聚合物使用较广泛，但是磷的大量排放导致周围水域水体富营养化，水体植物疯狂生长，还造成”赤潮”。因而磷系水处理配方的使用受到了一定的争议。为解决这一问题，国外投入了大量的人力、物力和财力来研究开发无磷、非氮结构的水处理配方。1995年首次出现了一系列新的名词^[7,8]，即”绿色化学”、”绿色阻垢剂”、”环境友好化学”、”绿色技术”等。

P.T.Anastas和J.C.Waner提出了绿色化学这一新概念^[9]，即指用化学的技术和原理，减少或消除对环境和人类健康有害的各类原料、产物、副产物、溶剂和试剂等的产生和应用^[10]。P.T.Anastas等同时给出了绿色化学必须符合的12条原则，其核心就是在水处理方面的使用结果必须限制有较大毒性的水处理剂的使用，必须研制和生产符合要求的毒性小甚至是无毒性的环境友好型水处理剂。这些核心也是围绕绿色化学的定义而制定的。随着绿色化学的定义和原则的给出，工业用水行业掀起了一场”绿色革命”，并且研究出了一类几乎不污染环境、同时又具有良好阻垢性能的水溶性高分子聚合物阻垢剂，这类阻垢剂被称为绿色阻垢剂^[11]。目前国际上公认的绿色环保型阻垢剂有聚环氧琥珀酸（PESA）和聚天冬氨酸（PASP）。

三、绿色阻垢剂的研究现状及进展

3.1 聚天冬氨酸的研究现状及进展

聚天冬氨酸（PASP）具有阻垢、缓蚀、分散、螯合、保湿等多种功能，市场前景很好，经济效益和社会效益非常可观。20世纪90年代初自美国Donlar公司开发成功以来^[12]，PASP的合成及应用已经成为各发达国家竞相研究的热点。国外文献广泛报道了PASP作为阻垢剂，用于循环冷却水系统、锅炉及油气田水处理。近年来，国内对聚天冬氨酸的研究报道主要集中在阻垢方面，而其它领域很少涉及。

PASP是一种带有羧基侧链的聚氨基酸，具有螯合和分散作用，也是一种新型的可生物降解的环境友好型高分子材料。PASP是天冬氨酸单体的氨基和羧基缩水而成的聚合物，它有α和β两种构型^[13]（如下图），天然的聚氨基酸中聚天冬氨酸片段都是以α型形式存在的，而合成的聚天冬氨酸中大部分是α和β两种构型的混合物。

聚天冬氨酸的两种结构

由于PASP分子中含有大量的-COOH、-CONH^- 等极性基团，具有很好的亲水性和水溶性；另外，侧链上的-COOH在水溶液中很容易电离，形成羧基负离子(-COO^-)，它能与多种离子发生络合反应，使PASP在水溶液中具有很好的化学活性。

霍宇凝等^[14]的研究表明PASP投加量为 0.2 mg/L时，对碳酸钙阻垢率为 88%，阻垢率达到 100% 时的药剂投加量也仅为 2.0 mg/L。韶晖等人研究了PASP及与其他传统阻垢剂复配后的阻硫酸钙垢性能^[13]，实验表明，PASP的投加量很小时（ 4 mg/L），阻垢率就达到 90%，阻垢性能优于常用的传统阻垢剂聚丙烯酸和聚马来酸，且PASP的耐温性能优于传统阻垢剂。安钢等人^[14]研究了PASP的阻垢机理，结果表明，由于PASP的分子结构中同时具有羧基键和酰胺键，所以同时具有阴离子型和中性型阻垢剂的特点，可通过络合增溶、晶格畸变、及凝聚分散等3种阻垢机理对循环水中的垢进行阻垢作用。聚天冬氨酸既能生物降解，又具有螯合和分散等功能，此外，聚天冬氨酸还具有很好的分散性能，韶晖等^[15]的研究表明聚天冬氨酸分散氧化铁的能力均好于聚马来酸和聚丙烯酸。

但由于PASP中还含有N原子，排入水中对水体富营养化有一定促进作用，使其应用受到限制。

聚天冬氨酸通常情况下由天冬氨酸直接聚合制备的，合成式如下：

由天冬氨酸直接合成聚天冬氨酸

3.2 聚环氧琥珀酸的研究现状及进展

聚环氧琥珀酸（PESA）又叫1-氧杂环丙烷-2，3-二羧酸聚合物，最先作为一种清洗剂，在1973年由美国专利（USP 3，776，850）首先报道。最早由美国Prector amp; Gamble Company公司和Betz公司^[16]分别于20世纪80年代末和90年代初将其作为阻垢剂。随后，日本及其它国家也相继开始对聚环氧琥珀酸钠及其衍生物进行了研究，目前正日益成为国际上研究的热点。PESA具有无磷非氮的结构，并具有良好生物降解性，因而是一种绿色阻垢剂。PESA抗碱性能突出，因而在高钙、高硬度的循环冷却水中，PESA的阻垢性能要高于常用的有机膦酸类。具有最佳阻垢效果的PESA产品的分子量范围一般为400~800。PESA的分子结构式为：

聚环氧琥珀酸的结构式

上面结构式中的M可以为H或Na。

研究以表明，n值一般为2~50左右，M为H 或者是水溶性阳离子如Na 、NH₄ 或K 等。目前，国内外常见的PESA的合成方法有很多种，大多采用以环氧琥珀酸为原料的一步合成法或采用以马来酸酐等为原料的多步合成法。这里主要介绍一下两步法合成PESA的步骤^[17]：

方法：在一四颈烧瓶中加入顺丁烯二酸酐和水，调节pH值使其水解生成马来酸盐,然后以钨酸钠为催化剂，滴加双氧水(30%)将马来酸盐氧化成环氧琥珀酸盐。

第一步，环氧琥珀酸钠的合成

第二步，聚环氧琥珀酸钠的合成

由于PESA结构中含有羧基和醚基两种基团，对Ca² 、Fe² 、Mg² 等具有很强的螯合作用，使得PESA比一些常见的阻垢剂具有更好的阻垢性能。PESA比传统羧酸类阻垢剂更易生物降解，其原因是主链中插入了氧原子。

总结出PESA有如下优缺点。PESA的优点是： PESA是一种无氮、非磷有机化合物，兼具阻垢缓蚀双重功效，易于生物降解，其生产工艺是清洁生产，因此是一种环境友好的绿色阻垢剂。PESA阻垢性能优越，阻CaCO₃垢的效果优于部分聚磷酸类、磺酸盐类、和聚羧酸类阻垢剂，并适用于高碱、高金属含量水系，可用于循环冷却水处理、污水处理、锅炉水处理、海水淡化等。PESA作为缓蚀剂单独使用时，其性能与其他有机磷酸缓蚀剂相比较差，但由于其不含磷，可以与其他药剂复配，形成低磷或无磷的有机缓蚀剂。研究发现，PESA和无机磷酸盐、有机磷酸盐、苯并三唑等有很好的协同作用，复配后的缓蚀效果明显增强。

PESA的缺点：实验说明PESA对硫酸钙垢的沉积具有溶限效应，其阻垢率随着加药量的增加而增加，到达一定浓度时，阻垢能力不再明显增加。单独使用时，对阻磷酸钙垢、分散锌盐、分散铁盐等效果较差。

我国在90年代末开始对PESA的合成及性能进行研究，研究发现，PESA对CaCO₃、BaSO₄、CaF₂垢的阻垢性能优越，对SrSO₄、CaSO₄、Ca₃(PO₄)₂的阻垢性能略低，同时PESA还具有一定的缓蚀性能。熊蓉春等人的研究表明^[18]，单独使用PESA，对碳钢即有良好的缓蚀阻垢作用。魏刚等对PESA可生物降解性进行了研究^[18]，结果表明，PESA具有良好的可生物降解性。PESA在降解前有一短时间的驯化期，然后快速进行生物降解。

3.3 本课题组对PESA的改性研究

由于PESA做阻垢剂，在阻垢性能上存在阻磷酸钙、分散锌盐、分散铁盐等效果较差的缺陷，我们课题组对PESA进行了改性研究，合成了聚环氧琥珀酸接枝聚丙烯酸（PESA-g-PAA）、聚环氧琥珀酸接枝聚丙烯酸/2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（PESA-g-PAA/AMPS），聚环氧琥珀酸接枝聚丙烯酸/烯丙氧基羟丙基磺酸钠（PESA-g-PAA/AHPS），以期改善PESA的阻垢性能。下面对接枝物的性能作简要介绍。

3.3.1 聚丙烯酸

聚丙烯酸（PAA）是一种低相对分子质量的聚羧酸型阻垢分散剂，主要的功能基团是-COOH，PAA对Ca² 、Fe³ 、Mg² 、Cu² 等离子具有较强的螯合作用，阻垢性能较好。研究发现^[19]PAA所具有的功能主要取决于其分子量的大小，通常超高分子量（大约10⁷）主要用作吸水剂，高分子量（10⁶~10⁷）主要用在絮凝方面，中等分子量（10⁴~10⁶）具有很好的增稠作用，低分子量（500~5000）具有良好的分散性能。PAA、PAAS可与聚磷酸盐，有机磷酸等多种缓蚀剂复配使用，一般用于低浓缩倍数及运行条件不苛刻的敞开式循环冷却水系统中。

PAA无毒，易溶于水，可在碱性和中等浓缩倍数条件下运行而不结垢。PAA能将碳酸钙、硫酸钙等盐类的微晶或泥沙分散于水中不沉淀，从而达到阻垢目的；PAA是一种常用的分散剂，除用于循环冷却水系统作阻垢分散剂使用外，还广泛应用于造纸和纺织、印染、陶瓷、涂料等行业。

PAA的结构式

尽管聚丙烯酸类阻垢剂的毒性较小，但是可生物降解性差，但是若重新对其进行分子设计（降低分子量等），或作为接枝成分接枝到PESA上，就可能获得既具优良阻垢作用又容易生物降解的产品。

3.3.2 2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸

2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（2-aerylamido-2-methyl propane sulfonic acid，简称AMPS），为白色结晶固体，是一种丙烯酰胺系阴离子单体，熔点185℃。其结构式为：

AMPS的结构式

从AMPS的结构式看，它具有强阴离子性、水溶性的磺酸基（分子式为HSO₃），使其具有导电性、染色亲和性；酰胺基团使其具有很好的水解稳定性、抗酸、碱及热稳定性；活泼的碳碳双键又有利于使其与各种烯类单体生成共聚物。这种单体既可以直接以磺酸的形式参与聚合，也可以转化为磺酸盐后参与聚合。磺酸基团的优点是^[20]：金属离子对磺酸基团的阻垢性能影响很小，对各类金属离子特别是高价金属离子（如：Fe³ ）和无机盐特别是对磷酸钙有优异的阻垢抑制作用；能够有效的分散垢形成过程中产生的微晶粒；对盐不敏感，有良好的抗盐能力；耐高温性能良好。

有报道研究认为，阻垢剂中同时具有强酸和弱酸两种官能团能达到最佳阻垢效果^[21]，其中弱酸基团如羧酸基团对易结垢物质的活性部位有较强的约束作用，能够抑制垢的晶体生长，而强酸官能团如磺酸根能使阻垢剂具有离子特性，有助于易结垢物质溶解。

3.3.3 烯丙氧基羟丙基磺酸钠

烯丙氧基羟丙基磺酸钠（AHPS或COPS）的分子式：C₆H₁₁O₅NaS ，分子量：218.20，结构式为：

烯丙氧基羟丙基磺酸钠（AHPS）是一种可聚合的表面活性剂和共聚稳定剂。聚合物领域：用于丙烯酸、醋酸乙烯、苯乙烯及其它共聚单体的乳液聚合，在低用量和与传统表面活性剂配合使用时，可显著改善胶乳的溶解性能，提高耐水性和耐擦洗性，提升机械稳定性，改善聚合物抗静电性能，降低聚合时的泡沫，降低传统乳化剂的用量，减少结块倾向，并降低在湿润表面的粘性损失。宜作为釜底液加入。较适合于酸性体系的聚合，如在制造地板抛光剂，脱污剂及纺织产品等方面。非聚合物领域：可以作为一种合成缓蚀阻垢型水处理剂、絮凝剂的单体应用于水处理行业。也可作为树脂改性剂、化纤产品品质改进剂使用。

只改变单体COPS的浓度,其他条件不变，实验结果如图所示^[22]。表明单体COPS的浓度对阻钙效果影响不大，对阻锌、阻磷效果有影响。

单体COPS浓度对共聚物阻垢率的影响

从上述介绍可知，将PESA用PAA、AMPS、AHPS进行改性，合成出的PESA-g-PAA、PESA-g-PAA/AMPS、PESA-g-PAA/AMPS有可能提高PESA的综合阻垢性能，前期的研究工作表明，合成产物对阻CaCO₃、CaSO₄、Ca(PO₄)₂分散锌盐等性能都有不同程度提高。

四、本文研究内容和目的

PESA具有无氮、非磷的结构，兼具阻垢缓蚀双重功效，生物降解性能好并适用于高碱、高金属含量水系，同时又对Ca₃(PO₄)₂、BaSO₄等垢质坚硬难除垢有更好足够效果。本课题主要是研究PESA和系列改性PESA的阻SrSO₄垢性能；研究不同合成条件下的改性产物及阻垢剂投加量等因素对阻硫酸锶垢性能的影响。

硫酸锶（SrSO₄）是锶对应的硫酸盐，外观为白色晶体状粉末，在自然界中以矿物天青石的形式存在。其极微溶于水，比例为8800：1，即8800体积的水能溶解1体积的硫酸锶，相比而言，更易溶于盐酸和硝酸，微溶于碱性氯化物中，如氯化钠。

最近几十年来，随着国内油田的大力开发，原油中含水量持续上升， 油田中的水除了含有钙，而且很多油田污水中还含有大量的 Ba² 和 Sr² ，生成了硫酸钡、硫酸锶垢。然而硫酸钡、硫酸锶溶解度小，垢质坚硬难以除去。这就导致地面集输系统和管道严重结垢，影响设备的正常运行^[23]。现有的各种阻垢剂很难除去SrSO₄垢，要么虽然能除去SrSO₄垢，但是阻垢剂本身不是环境友好物（含磷或低毒或难降解）、对环境有一定危害。有研究显示绿色阻垢剂对除去SrSO₄垢有很好的作用。通过本课题的研究，能拓展PESA的应用，而且可能对油田SrSO₄垢的防治提供一种新的环境友好的阻垢方法。

参考文献：

[1] 贾丰春，李自托，董泉玉.工业循环冷却水阻垢剂研究现状与发展[J].工业水处理，2006，26(4)：12#8212;14.

[2] 崔运启，张二琴，张普玉.水处理用阻垢剂的绿色化研究进展[J].天中学刊，2009,24（2）：21.

[3] 王香爱. 我国阻垢剂的研究进展[J]. 应用化工，2009,38(1)：131#8212;132.

[4] 周晓东，王卫，王凤英.工业缓蚀阻垢剂的应用研究进展[J].腐蚀与防护，2004，25（4）：155#8212;166.

[5] 刘彩霞，刘跃进，周益辉，廖勇勇. 国内阻垢剂研究进展[J]. 河北化工，2009，3(3)：16.

[6] 王旭珍，蒙延峰，郭振良，唐清华.冷却水缓蚀阻垢剂的绿色化研究进展[J]. 环境污染治理技术与设备，2003，4.

[7] 崔运启，张二琴，张普玉. 水处理用阻垢剂的绿色化研究进展[J]. 天中学刊，2009，2.

[8] 刘志誉等.现代阻垢剂研究[J].化工时刊，2003，17(6):39#8212;41

[9] A nastas P T，Warner J C．Green Chemistry：Theory and Practice[M]．New York：Oxford University Press，1998．

[10] 熊蓉春，董雪玲，魏刚.绿色化学与21世纪水处理发展战略[J].环境工程，2000，18(2)：22#8212;24.

[11] 张景来，冯英华，李丹，李金秋，董立锋.阻垢剂的研究进展[J]．安徽工程科技学院学报，2008,23（1）：75#8212;77.

[12] 董平，李晓琳，齐泮仑. 聚天冬氨酸的合成及应用进展[J].中国石油和化工，2007，（4）：92.

[13] 方莉，谭天伟.聚天冬氨酸的合成及应用.化工进展.2001，3：24#8212;28.

[14] 霍宇凝，刘珊，陆柱.新型水处理剂聚天冬氨酸的研究[J].华东理工大学学报，2000，26(3) : 298#8212;300.

[15] 韶晖，冷一欣.以马来酸为原料合成的聚天冬氨酸的阻垢性能[J].江苏石油化工学院学报，2001，13(1) : 18#8212;20.

[16] 卢俊英.聚环氧琥珀酸的合成与性能测试[J].内蒙古石油化工，2009，21：20.

[17] 王风云，吕志芳，董伟，等.聚环氧琥珀酸钠的合成及阻性能[J].应用化学，2001，18(9)：746#8212;748.

[18] 高辉庆，贺涛.绿色缓蚀阻垢剂的研究进展[J].精细与专用化学品，2006，14（9）：14#8212;15.

[19] 何静，等.低分子量聚丙烯酸钠的合成及分散性能研究[J].北京林业大学学报，2002，24(5).

[20] 梅平，吴卫霞，李良红. 含膦磺酸基共聚物 PAMPS 的合成及阻垢性能研究[J].油气田环境保护，2005，15(3):25#8212;28.

[21] 吴卫霞，梅平，李良红.含麟磺酸基共聚物阻垢分散剂的合成[J].精细石油化工进展，2005,6（5）：28#8212;29.

[22] 曹云萍，严莲荷，王瑛,等.含磺酸基共聚物水处理剂的合成工艺及性能[J].南京理工大学学报，2005，29(6)：713#8212;715.

[23] Dyer S J，Graham G M. The effect of temperature an pressureon oilfield scale formation［J］. Journal of Petroleum Science and Engineering，2002，35( 1-2) : 95#8212;108.

2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

1）本课题主要研究内容：本论文主要研究各类改性聚环氧琥珀酸包括pesa、pesa-g-paa、pesa-g-paa/ahps、pesa-g-paa/amps的阻硫酸锶垢性能；研究不同合成条件下的改性产物及阻垢剂投加量对阻硫酸锶垢性能的影响。

2）研究手段

a．用单因素法研究不同阻垢剂的合成条件（反应温度、引发剂用量、接枝物投加量、反应时间等）投加量等条件对阻硫酸锶垢率的影响；