含磺酸基的聚羧酸阻垢分散剂的合成与性能研究

论文摘要

本文设计合成了两种含磺酸基的多羧基聚合物阻垢剂,探讨了合成条件和介质环境条件对聚合物阻垢性能的影响。用红外光谱,核磁,元素分析,热重等分析手段对聚合物的结构进行了表征和测定,采用静态阻垢法对聚合物的阻垢分散性能进行了测定。首先我们合成了含有多羧基的甲基丙烯酰胺基二乙酸（MAIDA）单体,然后以水为溶剂、过硫酸铵为引发剂,甲基丙烯酸（MAA）或马来酸酐（MA）与甲基丙烯磺酸钠（SMA）、甲基丙烯酰胺基二乙酸（MAIDA）为单体,通过溶液聚合方法,合成了聚合物阻垢剂MAA-MAIDA-SMA和MA-MAIDA-SMA。考察了单体配比、引发剂用量、聚合温度和保温时间对聚合物合成及其阻垢性能的影响。试验结果表明,当三种单体投料摩尔比为3：1：1,引发剂用量占单体总质量的8%,反应温度80-90℃,保温时间2h时合成的三元共聚物阻垢性能最好,此时聚合物具有良好的耐热性能,在350℃时开始分解。对垢的阻垢效果表明,两种三元共聚物对碳酸钙、硫酸钡、硫酸锶垢均具有良好的阻垢效果。当MAA-MAIDA-SMA用量为15 mg/L时对碳酸钙的阻垢率为96.4%；当用量为13 mg/L时对硫酸钡的阻垢率100%；80 mg/L时对硫酸锶的阻垢率可达100%。在同等条件下MA-MAIDA-SMA具有更好的阻垢效果,当用量为6 mg/L时对碳酸钙的阻垢率为96.3%；当用量为4 mg/L时对硫酸钡的阻垢率为100%,40 mg/L时对硫酸锶的阻垢率可达99.8%；另外还具有良好的分散氧化铁性能。介质条件如聚合物浓度、溶液pH值、离子浓度、溶液温度都对聚合物的阻垢性能有影响,两种共聚物都有着良好的钙容忍度,在钙离子浓度为1000mg/L时（以碳酸钙计）,聚合物的阻垢性能均可以达到80%以上。通过扫描电镜分别对不加阻垢剂和加入阻垢剂后垢的形貌进行了观察,结果表明不加阻垢剂得到的碳酸钙垢晶型完整,添加阻垢剂后晶体形状被彻底破坏,垢样为疏松、多孔、絮状的无定形聚集体,我们初步探讨了含磺酸基的聚羧酸阻垢剂的作用机理。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 前言
• 1.1 研究背景
• 1.2 水处理剂
• 1.2.1 水处理剂的分类
• 1.3 阻垢剂的研究发展与状况
• 1.3.1 阻垢剂的分类
• 1.3.2 天然聚合物阻垢剂
• 1.3.3 无机聚磷酸盐阻垢剂
• 1.3.4 有机磷酸阻垢剂
• 1.3.5 聚羧酸类阻垢剂
• 1.3.6 环境友好型阻垢剂
• 1.4 阻垢剂的阻垢机理
• 1.4.1 螯合增溶作用
• 1.4.2 晶格畸变作用
• 1.4.3 阈值效应
• 1.4.4 凝聚与分散作用
• 1.4.5 再生-自解脱膜假说
• 1.5 本文的研究内容
• 第二章 共聚物的合成及阻垢分散性能测试
• 2.1 实验仪器与试剂
• 2.1.1 实验仪器
• 2.1.2 实验试剂
• 2.2 共聚物的合成
• 2.3 分析测试
• 2.3.1 红外光谱分析
• 2.3.2 核磁分析
• 2.3.3 元素分析
• 2.3.4 分子量的测定
• 2.3.5 热重法测试
• 2.3.6 阻垢率的测试
• 2.3.7 扫描电镜分析（SEM）
• 2.3.8 分散性能的测定方法
• 第三章 MAA-MAIDA-SMA三元共聚物的合成及阻垢性能研究
• 3.1 甲基丙烯酰亚胺基二乙酸（MAIDA）的合成
• 3.1.1 实验原理
• 3.1.2 实验步骤
• 3.1.3 结果与讨论
• 3.2 MAA-MAIDA-SMA三元共聚物的合成及表征
• 3.2.1 实验原理
• 3.2.2 实验步骤
• 3.2.3 共聚物的表征
• 3.3 聚合条件对聚合物的阻垢性能的影响
• 3.3.1 不同单体配比对聚合物阻垢率的影响
• 3.3.2 不同引发剂量对聚合物阻垢率的影响
• 3.3.3 反应温度对聚合物阻垢率的影响
• 3.4 不同的介质条件对共聚物阻垢性能的影响
• 3.4.1 共聚物对碳酸钙阻垢性能的研究
• 3.4.2 共聚物对硫酸钡,硫酸锶阻垢性能的研究
• 3.5 本章小结
• 第四章 MA-MAIDA-SMA三元共聚物的合成及阻垢性能的表征
• 4.1 MA-MAIDA-SMA三元共聚物的合成
• 4.1.1 实验原理
• 4.1.2 实验步骤
• 4.2 共聚物的表征
• 4.2.1 共聚物的红外表征
• 4.2.2 共聚物的TG分析
• 4.2.3 共聚物的元素分析
• 4.2.4 共聚物核磁分析
• 4.3 共聚物阻垢分散性能的测定
• 4.3.1 共聚物对碳酸钙阻垢性能的研究
• 4.3.2 共聚物对硫酸钡（锶）阻垢性能的研究
• 4.3.3 分散氧化铁性能试验结果
• 4.4 共聚物分子量的测定
• 4.5 阻垢机理的探讨
• 4.6 本章小结
• 第五章 全文总结
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表论文情况
• 学位论文评阅及答辩情况表