以丙烯酸（AA）和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸（AMPS）为单体，亚磷酸为链转移剂，过硫酸铵为引发剂，合成了膦酰基羧酸（POCA）。以对CaCO₃、Ca₃（PO₄）₂和Zn（OH）₂的阻垢性能作为评判产品质量的指标，通过多次试验确定了该反应的最佳工艺条件：m（AA）∶m（AMPS）=3∶1，n（H₃PO₃）∶n（AA+AMPS）=1∶5，n（Na₂S₂O₈）∶n（AA+AMPS）=1∶10，催化剂用量5 mg／L，反应温度110℃，单体滴加时间2.5h，保温反应时间1.5h。对目标产物膦酰基羧酸阻CaCO₃、CaSO₄、Ca₃（PO₄）₂、Zn（OH）₂垢沉积和分散氧化铁、硅酸钙等的性能进行了评定，并考察了膦酰基羧酸的钙容忍度、耐热（压）、抗水解、抗凝胶和抗氧化能力，发现膦酰基羧酸具有广泛、高效的阻垢能力和优良的综合特性。通过利用失重法、电化学方法、扫描电镜、X光电子能谱（EDS）、X-射线能谱（XPS）和量子化学方法研究膦酰基羧酸的缓蚀性能及其机理，发现POCA是一种阴极型缓蚀剂，与HEDP、Zn²⁺具有优良的协同增效作用；POCA分子中的膦酰基基团的P原子和O原子对HOMO轨道电荷密度贡献较大，且其轨道电子布居数均大于1，因此比较容易通过膦基与金属形成吸附位而对碳钢具有良好的缓蚀作用；对铜合金具有一定的腐蚀作用，但腐蚀作用比HEDP等有机膦药剂要小得多，同时与BTA具有优良的相容性，添加1mg／L的BTA则可以有效地防止铜合金的腐蚀。通过透射电镜、扫描电镜和XRD研究了POCA对CaCO₃和CaSO₄垢的型貌和2θ的影响，发现POCA对CaCO₃和CaSO₄的阻垢机理主要是晶格畸变和分散作用，POCA聚合物吸附在垢生长面的某些活性生长点，使其生长受到抑制或使晶体变得多孔而疏松，较小颗粒容易随水流动而不会沉积在换热器处成为硬垢，且对CaSO₄的抑制作用比CaCO₃强。采用量子化学方法计算了POCA的相关参数，利用构型匹配理论解释了聚合物对CaCO₃和CaSO₄阻垢性能的差异。利用分子动力学方法对POCA的微观阻垢机理进行了动态模拟，揭示了聚合物分子的构效关系，为新型多功能水处理药剂的分子设计提供理论指导。通过现场实际运用，发现应用以POCA为主要成分的复合缓蚀阻垢剂，在药剂投加量为30mg／L的条件下就可以将（总硬+总碱）=35～50mmol／L的成垢物质稳定在循环水系统中，并与BTA具有优良的相容性，抑制了铜材的腐蚀。