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本文分别用含有膦基、磺酸基、羧酸基和醚基的异丙烯膦酸(IPPA)、2-丙烯酰胺-2-甲基丙基磺酸(AMPS)、马来酸酐(MAn)和聚氧化乙烯基单丙烯酸酯(PEA)为功能单体,通过自由基聚合反应合成了分子内含聚醚的特殊阻垢分散剂。
本文首先合成了两种功能单体PEA和IPPA。在PEA合成过程中,主要探讨了丙烯酸和聚乙二醇酯化的反应条件及酯化时间、聚乙二醇分子量对酯化程度的影响。实验结果表明,在以甲苯为溶剂,对甲苯磺酸为催化剂,醇酸物质量的比为1∶1.2和反应时间为6~9h的条件下酯化反应较为完全。同时,随着聚乙二醇分子量的增加的增加,酯化时间随之缩短,酯化程度得到提高,酯化反应更为彻底。在以三氯化磷、丙酮和冰醋酸合成IPPA过程中,通过正交实验确定的IPPA最佳合成条件为:反应温度为30℃,反应时间为4.5h,反应物的物质的量的比(三氯化磷∶丙酮∶冰醋酸)为1∶1.2∶5.5。
本文以水为溶剂,过硫酸铵为引发剂,MAn、AMPS、IPPA和PEA为功能单体,通过改变单体物质的量的配比、引发剂用量、分子量调节剂用量和反应时间等条件,制备了系列含羧基、磺酸基、膦酰基和醚基官能团的四元共聚物。
通过静态阻碳酸钙垢和磷酸钙垢实验筛选出一种性能较好的共聚物,并在改变共聚物用量、水质硬度和碱度、恒温温度等条件下,对该共聚物的综合性能进行了研究。实验结果表明:在Ca2+为250mg/L,HCO3-为250mg/L(均以CaCO3计),温度为80℃,共聚物用量为20mg/L时,碳酸钙阻垢率达到100%;在Ca2+为250mg/L(以CaCO3计),PO43-为5mg/L,pH为9.0,温度为80℃,共聚物用量为10mg/L时,磷酸钙阻垢率达到100%。同时,在Ca2+为150mg/L(以CaCO3计),Fe2+为10mg/L,pH为9.0条件下测定了共聚物对氧化铁的分散性能,当共聚物用量为6mg/L(有效含量)时,透光率达到42.5%。另外,对共聚物的缓蚀性能和与其它药剂的协同性能进行了研究。实验结果表明:该聚合物有较弱的缓蚀性能,与ATMP复配后,在阻垢方面显示出了一定的协同增效作用。
借助扫描电镜对合成的聚合物的阻垢分散机理进行了初步探讨,认为聚合物的阻垢分散性能可能是晶格畸变、分子结构和分散作用三个方面共同作用的结果。