專利名稱:水垢抑制劑與抑制水垢的方法
本發(fā)明是關(guān)于含有一種有機(jī)合成高聚合物作為其活性組分的水垢抑制劑和關(guān)于抑制水垢的方法。
更準(zhǔn)確地說，本發(fā)明是關(guān)于一種抑制或防止水垢形成的化學(xué)物質(zhì)和方法，此種水垢是由于硬性成分、重金屬離子、陰離子等的濃度增加和堿度增加、溫度升高等條件，而在水系統(tǒng)中發(fā)生的。
由于水垢而發(fā)生問題的典型水系統(tǒng)是，鍋爐水、爐渣冷卻水、用于單管道或循環(huán)管道的工業(yè)冷卻水、用凝聚沉降法處理含有捕集了高爐、轉(zhuǎn)爐或其他裝置的廢氣粉塵的水后所排放出來的水。
一般來說，水垢包括碳酸鈣、磷酸鈣或其他類似鈣型的水垢，和磷酸鋅、碳酸鋅、硫酸鋅、氧氧化鋅或其他類似鋅型的水垢。
下面詳細(xì)敘述形成此類水垢所涉及的問題。
到目前為止，已經(jīng)研制了各種不同的有效化學(xué)藥品并在工業(yè)水系統(tǒng)中用于抑制碳酸鈣水垢。這些化學(xué)藥品包括，例如含磷化合物(多磷酸鹽和膦酸)、聚丙烯酸、丙烯酸和(甲基)丙烯酸甲酯或乙酯的共聚物(見未審查的日本專利公報(bào)昭和53-2393號(hào))、含有(甲基)丙烯酸2-羥烷基酯的共聚物(見已審查的日本專利公報(bào)昭和54-29315號(hào))等。
在這些化學(xué)藥品中，廣泛使用的是含磷化合物，尤其是便宜的多磷酸鹽。還廣泛應(yīng)用于抑制裝置或設(shè)備的腐蝕的化學(xué)藥品是只加入此類含磷化合物的系統(tǒng)或加入此類含磷化合物和一種可釋出鋅離子的化合物結(jié)合的系統(tǒng)。
有含磷化合物存在，當(dāng)然可抑制或防止碳酸鈣水垢在系統(tǒng)中形成，但是該系統(tǒng)又會(huì)遇到另一個(gè)問題，因?yàn)楹谆衔锉旧砗苋菀仔纬闪姿徕}水垢或磷酸鋅水垢。因此，含磷化合物的應(yīng)用必然是受到限制的。此外，近年來為了節(jié)約用水，如果可能的話，一般總是希望循環(huán)使用工業(yè)用水，而不是用單管道，以致溶于水中的物質(zhì)長(zhǎng)期留在水中而且濃度越來越高。如果含磷化合物存在于此種水中，就會(huì)水解并釋放出磷酸根離子，而此種磷酸根離子又不可避免地再與水中的硬性成分或與加入水中的鋅離子，形成磷酸鈣水垢或磷酸鋅水垢。
因此，可能試圖將一種非磷型水垢抑制劑與磷化合物一起使用，但是，此種非磷型水垢抑制劑，即使與上述水垢抑制劑一樣，對(duì)碳酸鈣也具有抑制效應(yīng)，而如果應(yīng)用常規(guī)數(shù)量的話，則對(duì)磷酸鈣水垢或磷酸鋅水垢，實(shí)際上是幾乎沒有或沒有抑制效應(yīng)的。
似乎還可能將磷化合物與丙烯酸-甲基丙烯酸-亞甲基丁二酸共聚物(此種共聚物被認(rèn)為是磷酸鈣沉淀的抑制劑)一起使用(見未審查的日本專利公報(bào)昭和第60-6777號(hào))，它在結(jié)構(gòu)上相當(dāng)類似于本發(fā)明的水垢抑制劑。但是，如果應(yīng)用少量的話，則此種共聚物不是十分有效的，實(shí)際上不能抑制磷酸鹽水垢。
另一方面，用來捕集高爐廢氣中的粉塵的水中含有大量氧化鐵和氫氧化鐵(它們是粉塵的主要成分)和其他的鋅離子、鈣離子、鎂離子等，此種水是不能循環(huán)使用的。因此，廣泛使用一種循環(huán)系統(tǒng)，在此系統(tǒng)中，將捕集粉塵的水在再利用前進(jìn)行凝聚沉降處理，以除去粉塵成份。凝聚沉降處理一般是在捕集粉塵的水中加入堿(例如苛性蘇打)使其具有堿性，同時(shí)還加入一種高聚合物促凝劑(例如聚丙烯酰胺)。在進(jìn)行處理時(shí)，例如，在一沉降槽中，將氧化鐵、氫氧化鐵、鋅離子等進(jìn)行凝聚并使其不易溶解，而以一種沉降物的形式有效地予以除去。
但是，此種處理可導(dǎo)致另外一個(gè)問題，因?yàn)?，雖然可除去粉塵組分和鋅離子，但是由于系統(tǒng)是堿性的，所以很容易形成碳酸鈣水垢，尤其是在管道的表面上。因此，似乎是應(yīng)該最大限度地降低堿度，但是，如果將pH值降到低于7.8，雖然可抑制碳酸鈣水垢，但卻嚴(yán)重地降低了除去鋅離子沉淀的效率，從而導(dǎo)致產(chǎn)生鋅型水垢的問題。
所以，常用的凝聚沉降處理需要進(jìn)行兩個(gè)化學(xué)過程，即加入堿使捕集粉塵的水的pH值至少等于7.8和再在除去粉塵成分的水中加入碳酸鈣水垢抑制劑(見未審查的日本專利公報(bào)昭和第53-2393號(hào)、已審查的日本專利公報(bào)54-29315號(hào)等)。因此，先有技術(shù)的處理方法在步驟上和經(jīng)濟(jì)上是有缺點(diǎn)的。
為了克服此種缺點(diǎn)，對(duì)于中性凝聚沉降處理后應(yīng)用水垢抑制劑的問題，進(jìn)行了調(diào)查研究，而如果應(yīng)用常規(guī)數(shù)量的上述已知碳酸鈣水垢抑制劑，對(duì)于抑制鋅型水垢是無效的而且難以在中性處理方法中使用。
在各種不同的水系統(tǒng)中所遇到的上述問題，可用既能抑制磷酸鈣水垢又能抑制鋅型水垢的化學(xué)藥品來解決。
在這方面，我們以前完成了一項(xiàng)發(fā)明并公開在已審查的日本專利公報(bào)昭和第59-5038號(hào)中，此項(xiàng)發(fā)明提供的抑制磷酸鈣水垢的方法是應(yīng)用一種特定的丙烯酸-甲基丙烯酸共聚物(共聚比約為1∶4至4∶1，分子量約為500至15，000)。
但是，我們發(fā)現(xiàn)此種共聚物對(duì)于抑制磷酸鈣水垢以及鋅型水垢的效力是不足夠的。
盡管如此，令人意想不到地，我們發(fā)現(xiàn)將丙烯酸或甲基丙烯酸的C1-8烷基酯殘基部分地引入丙烯酸-甲基丙烯酸共聚物中，可顯著地改進(jìn)此種共聚物對(duì)抑制磷酸鈣和鋅型水垢的效力。
因此，本發(fā)明提供一種含有共聚物作為其活性組分的水垢抑制劑，此種聚合物含有丙烯酸、甲基丙烯酸和(甲基)丙烯酸的C1-8烷酯，此種共聚物是(1)丙烯酸對(duì)甲基丙烯酸的共聚摩爾比約為1∶4至4∶1，(2)丙烯酸和甲基丙烯酸的總量對(duì)(甲基)丙烯酸的C1-8烷酯的共聚摩爾比約為2∶1至40∶1和(3)平均分子量約為500至15，000。
本發(fā)明還提供一種抑制或防止形成水垢的方法，此種方法是將該共聚物加入要處理的水系統(tǒng)中，以預(yù)防有可能形成的水垢。
本發(fā)明的水垢抑制劑和方法可用于鍋爐水、爐渣冷卻水、工業(yè)冷卻水、用凝聚沉降法處理捕集高爐、轉(zhuǎn)爐或其他裝置廢氣中的粉塵的水后所排放出來的水和多種其他的水系統(tǒng)，以產(chǎn)生一種突出的抑制效應(yīng)尤其是在上述水系統(tǒng)中抑制磷酸鈣水垢和各種鋅型水垢的效應(yīng)。
圖1至4是顯示本發(fā)明的水垢抑制劑和對(duì)照實(shí)施例的水垢抑制劑對(duì)磷酸鈣水垢抑制效應(yīng)的曲線圖;
圖5和6是說明根據(jù)本發(fā)明分別用于實(shí)施例1和2的系統(tǒng)的示意圖;
圖7至10是顯示本發(fā)明的水垢抑制劑對(duì)鋅型水垢抑制效應(yīng)的曲線圖;
圖11是說明用于實(shí)施例3的設(shè)備的示意圖;和圖12是顯示本發(fā)明和對(duì)照實(shí)施例的水垢抑制劑對(duì)鋅型水垢抑制效應(yīng)的曲線圖。
本發(fā)明所用的丙烯酸-甲基丙烯酸-(甲基)丙烯酸烷酯共聚物是用單體共聚摩爾比和分子量來表示的。丙烯酸對(duì)甲基丙烯酸的共聚摩爾比約為1∶4至4∶1是適用的。否則，該共聚物可顯示較低的水垢抑制率而且是不適用的，根據(jù)下面所舉的對(duì)照實(shí)施例即可明顯地看出。一般來說，較好的共聚摩爾比是2∶1至1∶2，而更好的摩爾比約為1∶1。
丙烯酸和甲基丙烯酸(酸組分)的總量對(duì)(甲基)丙烯酸C1-8烷酯(酯組分)的共聚摩爾比約為2∶1至40∶1是適用的，較好的共聚摩爾比約為2∶1至20∶1。如果酸組分的比例小于約2∶1則共聚物難以制備、具有發(fā)泡性而且是不適用的。另一方面，如果酯組分的比例小于40∶1，則不可能使已知的丙烯酸-甲基丙烯共聚物的水垢抑制能力具有大的改進(jìn)，因此是不適用的。(甲基)丙烯酸C1-8烷酯既可以是甲基丙烯酸烷酯也可以是丙烯酸烷酯或這些酯的混合物。鑒于此類共聚物很容易制備，所以較好的C1-8烷酯是C1-4烷酯，例如甲酯、乙酯、丙酯或丁酯。
根據(jù)粘度方法的測(cè)定，本發(fā)明的丙烯酸-甲基丙烯酸-(甲基)丙烯酸酯共聚物的適用分子量約為500至15，000。
較好的分子量是3，000至7，000。如果分子量較高，例如50，000，則即使共聚比是1∶2，共聚物仍然具有低水垢抑制率。其他分子量小于500的共聚物也是不適用的，因?yàn)樗_(dá)到的水垢抑制率是不高的。
將丙烯酸、甲基丙烯酸和(甲基)丙烯酸酯的單體放在含水溶劑或有機(jī)溶劑(例如低級(jí)醇、二氧雜環(huán)己烷或芳族溶劑)的水中，再加入聚合引發(fā)劑(例如銨或堿金屬的過硫酸鹽、過氧化氫、過氧化苯甲酰或類似的無機(jī)或有機(jī)過氧化物、偶氮二異丁腈或氧化還原催化劑)一起加熱，即可制備其共聚物。
鑒于反應(yīng)很容易進(jìn)行控制，所以雖然應(yīng)用慣用引發(fā)劑的共聚物可用各種不同的聚合方法來制備，但是仍然希望在一種溶劑中用單體來進(jìn)行聚合。
雖然可選擇各種不同的適用于本發(fā)明的溶劑，但是由于水和低級(jí)醇容易操作，所以從單體在溶劑中的溶解度來考慮，還是希望用水和低級(jí)醇來做為溶劑。
根據(jù)所用的溶劑來選擇適用的聚合引發(fā)劑。例如，銨或堿金屬的過硫酸鹽、過氧化氫等適用于水介質(zhì)。過氧化苯甲酰、過氧化月桂酰、氫過氧化枯烯、偶氮二異丁腈等適用于低級(jí)醇和其他同類介質(zhì)?？蛇x擇一種適當(dāng)?shù)拇龠M(jìn)劑，例如胺化合物與引發(fā)劑一起使用。
聚合溫度通常是在0至120℃范圍內(nèi)，但具體的聚合溫度可根據(jù)所用的溶劑和聚合引發(fā)劑來適當(dāng)?shù)卮_定。
適用于本發(fā)明的丙烯酸單元和甲基丙烯酸單元的共聚物，包括游離酸和其部分或全部轉(zhuǎn)化為鈉、鉀、鋰、銨等鹽。例如，此種共聚物當(dāng)其分子量約為5，000時(shí)是一種粉末狀的(游離酸型)，而此種共聚物是適用的，但是通常較適用的是將此種共聚物溶于堿性氫氧化物(例如苛性蘇打)、堿性碳酸鹽(例如碳酸鈉)或氨的水溶液中，然后才予以使用。一種適當(dāng)?shù)挠袡C(jī)胺也是適用的。因此，雖然粉末的本發(fā)明的化合物是適用的，但是在本發(fā)明中使用的是將其轉(zhuǎn)化為鹽的水溶液或用鹽化合物。
本發(fā)明的共聚物所用的量，取決于所處理的水的性質(zhì)，例如形成水垢的物質(zhì)的種類和含量、pH值、流速等。
例如，將共聚物加入含有磷化合物的鍋爐水或工業(yè)冷卻水中以抑制磷酸鈣或磷酸鋅水垢時(shí)，其濃度約為2至20ppm可獲得令人滿意的結(jié)果。雖然，在苛刻的條件下，此種共聚物的使用量可高達(dá)約200ppm的高濃度，但是，此種情況即使有的話也是很少見的，可用一般的方法將共聚物一次加入或連續(xù)加入。但是，如果所處理的水的pH大于9，則最好是在用本發(fā)明的聚合物之前先降低pH值。
含有含磷化合物的水系統(tǒng)是，例如其中加有多磷酸鹽或聚磷酸作為碳酸鈣抑制劑或腐蝕抑制劑的工業(yè)用水。因此，從另一個(gè)角度來看，本發(fā)明還提供一種處理水系統(tǒng)的方法，即在水系統(tǒng)中加入共聚物與所加入的含磷化物配合，來抑制水垢或腐蝕。
另一方面，在將本發(fā)明的共聚物用凝聚沉降法處理其中捕集了高爐廢氣粉塵的水來抑制鋅型水垢時(shí)，在所處理的循環(huán)水系統(tǒng)中，加入0.3至5ppm的共聚物是合適的。加入0.3至5ppm的共聚物后，就有可能使捕集粉塵的水在中性條件下進(jìn)行凝聚沉降處理，不過此種處理方法到目前為止是難以實(shí)施的，因?yàn)橛泻茱@著的鋅型水垢形成，此外還有可能減少進(jìn)行凝聚沉降處理時(shí)通常所需堿的常規(guī)數(shù)量或排除使用堿。因此，從另一個(gè)角度來看，本發(fā)明提供一種處理其中捕集了高爐廢氣粉塵的水的方法，即在中性條件下將循環(huán)水進(jìn)行凝聚沉降處理和在所處理的水中加入共聚物。
本發(fā)明的化學(xué)藥品和方法對(duì)抑制碳酸鈣水垢也是有效的。通常加入約0.5至10ppm的聚合物即可獲得令人滿意的效果。
實(shí)驗(yàn)例1配制表1所示性質(zhì)的富集試驗(yàn)水(濃度相當(dāng)于大阪城市用水的三倍)，然后將pH值調(diào)至7.6并用下列方法試驗(yàn)水垢抑制劑對(duì)磷酸鈣水垢的抑制效應(yīng)。
在試驗(yàn)水中加入20ppm的六偏磷酸鈉(按PO3-4計(jì)算)、20ppm的磷酸氫二鈉(按PO3-4計(jì)算)和一規(guī)定數(shù)量的水垢抑制劑。然后將試驗(yàn)水在60℃保持2小時(shí)，并同時(shí)用200轉(zhuǎn)/分轉(zhuǎn)速的攪拌器進(jìn)行攪拌。隨后用6號(hào)濾紙過濾試驗(yàn)溶液，測(cè)定濾液的鈣離子和磷酸總濃度。根據(jù)上述測(cè)定數(shù)據(jù)和在試驗(yàn)前測(cè)定的相應(yīng)濃度，即可計(jì)算出每升溶液的水垢沉積量(毫克/升)。根據(jù)下式計(jì)算出水垢抑制率。
水垢抑制率(%)＝ (S1-S2)/(S1) ×100式中S1是未加抑制劑時(shí)的水垢沉積量(毫克/升)，S2是加抑制后的水垢沉積量(毫克/升)。
圖1至4說明所獲得的抑制效應(yīng)。
表1 富集的試驗(yàn)水質(zhì)量pH 7.3電導(dǎo)率(微西/厘米) 580耗酸量(pH＝4.8)(毫克CaCO3/升) 70總硬度(毫克CaCO3/升) 150鈣硬度(毫克CaCO3/升) 120氯離子(毫克Cl-/升) 70硫酸根離子(毫克SO2-4/升) 50離子型二氧化硅(毫克SiO2/升) 20
圖1和圖2的說明圖1和圖2表示丙烯酸對(duì)甲基丙烯酸的摩爾比與水垢抑制率的關(guān)系，用丙烯酸-甲基丙烯酸-(甲基)丙烯酸烷酯共聚物做水垢抑制劑，改變與(甲基)丙烯酸烷酯組合的丙烯酸和甲基丙烯酸的摩爾比。
參看圖1，更準(zhǔn)確地說，MAO是表示當(dāng)用丙烯酸-甲基丙烯酸共聚物作為水垢抑制劑時(shí)丙烯酸對(duì)甲基丙烯酸的摩爾比與水垢抑制率的關(guān)系(對(duì)照實(shí)例)。MA15是表示用丙烯酸-甲基丙烯酸-丙烯酸甲酯共聚物作為水垢抑制劑，而改變此共聚物中的酸的比率，使丙烯酸和甲基丙烯酸之和對(duì)丙烯酸甲酯(MA)的摩爾比為100;15(6.7/1)時(shí)，丙烯酸對(duì)甲基丙烯酸的摩爾比與水垢抑制率的關(guān)系(本發(fā)明的實(shí)例)。MA5是表示用丙烯酸-甲基丙烯酸-丙烯酸甲酯共聚物，而改變此共聚物中的酸的比率，使丙烯酸和甲基丙烯酸之和對(duì)丙烯酸甲酯的摩爾比為100∶5(20/1)時(shí)，丙烯酸對(duì)甲基丙烯酸的摩爾比與水垢抑制率的關(guān)系，(本發(fā)明的實(shí)例)。MA1是表示用丙烯酸-甲基丙烯酸-丙烯酸甲酯共聚物而在此共聚物中丙烯酸對(duì)甲基丙烯酸的摩爾比是1∶1，而丙烯酸和甲基丙烯酸之和對(duì)丙烯酸甲酯的摩爾比則是100∶1時(shí)所獲得的水垢抑制率。(對(duì)照實(shí)例)參看圖2，BAO是表示與上述MAO相同的關(guān)系。BA5是表示用丙烯酸-甲基丙烯酸-丙烯酸丁酯共聚物作為水垢抑制劑，改變此共聚物中的酸的比率，使丙烯酸和甲基丙烯酸之和對(duì)丙烯酸丁酯的摩爾比是100∶5(20/1)時(shí)，丙烯酸對(duì)甲基丙烯酸的摩爾比與水垢抑制率的關(guān)系。BA2.5是表示用上述相同的共聚物作為水垢抑制劑而在此共聚物中的丙烯酸和甲基丙烯酸之和對(duì)丙烯酸丁酯的摩爾比是100∶2.5(40∶1)時(shí)所獲得的類似關(guān)系(上述二例均為本發(fā)明的實(shí)例)。BA0.5是表示用丙烯酸-甲基的烯酸-丙烯酸丁酯共聚物，而在此共聚物中丙烯酸對(duì)甲基丙烯酸的摩爾比是1∶1，而丙烯酸和甲基丙烯酸之和對(duì)丙烯酸丁酯的摩爾比是100∶0.5時(shí)所獲得水垢抑制率。(對(duì)照實(shí)例)。
上述共聚物的分子量是3，000，用量是3ppm。
圖3和圖4的說明圖3表示丙烯酸-甲基丙烯酸-丙烯酸甲酯共聚物的分子量與水垢抑制率的關(guān)系(在此共聚物中丙烯酸對(duì)甲基丙烯酸的共聚摩爾比是1∶1，而丙烯酸和甲基丙烯酸之和對(duì)丙烯酸甲酯的摩爾比是20∶3)。
同樣地，圖4表示丙烯酸-甲基丙烯酸-丙烯酸丁酯共聚物的分子量與水垢抑制率的關(guān)系(在此共聚物中丙烯酸對(duì)甲基丙烯酸的共聚摩爾比是1∶1，而丙烯酸和甲基丙烯酸之和對(duì)丙烯酸丁酯的摩爾比是20∶1)。
上述共聚物的用量是3ppm。
實(shí)驗(yàn)例2重覆上述實(shí)例相同的實(shí)驗(yàn)步驟，但是用各種不同的酯。表2-1，表2-2列出實(shí)驗(yàn)結(jié)果和對(duì)照實(shí)例的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
實(shí)施例1應(yīng)用圖5所示的設(shè)備試驗(yàn)丙烯酸-甲基丙烯酸-丙烯酸甲酯共聚物(共聚比為1∶1∶0.3，分子量為3，000)的水垢抑制效率應(yīng)。圖5中的符號(hào)代表下列含義。
Tc試驗(yàn)槽 Ti入口溫度傳感器SP試件 To出口溫度傳感器Hb加熱器 RT接受罐P循環(huán)泵 Hi試驗(yàn)溶液加熱器Fm流量計(jì)本試驗(yàn)按下列方法進(jìn)行。
在20升濃試驗(yàn)水(濃度相當(dāng)于大阪城市用水的三倍)中加入六偏磷酸鈉至濃度為13ppm(按PO3-4計(jì)算)和加入氯化鋅至濃度為2ppm(按Zn2+計(jì)算)，配成試驗(yàn)溶液。用熱載體(熱通量30×104千卡/米2小時(shí))將試件加熱(液體接觸部分為20×20毫米，銅制(DCuP))，將試驗(yàn)溶液作為冷卻水以0.5米/秒的流速通過試驗(yàn)槽(在試驗(yàn)槽入口處，將試驗(yàn)溶液溫度調(diào)至50℃)。將試驗(yàn)連續(xù)進(jìn)行5天，然后稱量試件的重量。根據(jù)試驗(yàn)前后試件的重量差，即可測(cè)出水垢沉積速率(m.c.m.(毫克/厘米2·月))。
將沉積在試件上的水垢溶于鹽酸〔15%(重/重)〕然后進(jìn)行分析。結(jié)果列于表3和表4。
表3 水垢沉積速率共聚物組分摩爾比 水垢沉積速率 抑制率試驗(yàn) 丙烯 甲基丙 丙烯酸 分子量 用量 (毫克/厘米·月)(%)號(hào) 酸 烯酸 乙酯 (ppm)1 91.02 1 1 0.3 3，000 2.4 8.6 90.53 1 1 0.3 3，000 3 5.4 94.1表4 水垢分析結(jié)果(毫米)試驗(yàn)號(hào) 1 2 3總沉積量 303.3 28.7 18.0Fe2O3痕量痕量痕量CaO 114.3 6.9 4.0MgO 8.5 0.29 0.18ZnO 30.3 2.3 1.2P2O5118.3 7.0 4.0CuO 15.5 3.6 2.7實(shí)施例2應(yīng)用圖6所示的設(shè)備，在下述條件下，按下述方法試驗(yàn)丙烯酸-甲基丙烯酸-甲基丙烯酸甲酯共聚物(共聚比為1∶1∶0.3，分子量為3，000)的水垢抑制效應(yīng)。按實(shí)例1的相同步驟測(cè)定水垢沉積速率(m.c.m.)。表5列出所用試驗(yàn)水的質(zhì)量，表6列出所測(cè)定的水垢沉積速率。圖6中所示代號(hào)1至10分別表示下列部件。
1.冷卻水槽 2.試驗(yàn)水槽3.溫度傳感器 4.溫度控制器5.電磁閥 6.電磁泵7.流量計(jì) 8.試驗(yàn)部分9.加熱器 10.熱水槽試驗(yàn)條件試驗(yàn)水其中加有28ppm的六偏磷酸鈉(按PO3-4計(jì)算為26ppm)和8ppm的氯化鋅(按Zn2+計(jì)算為3.8ppm)的富集水(濃度相當(dāng)于大阪城市用水的5倍，見表5)。
循環(huán)水量15升/分容納水量10升試驗(yàn)水溫度40℃試驗(yàn)水流速0.5米/秒熱水溫度70℃熱水流量0.8升/分傳熱速率30，000卡/小時(shí)·米2停留時(shí)間48小時(shí)試驗(yàn)期3天試驗(yàn)管材料SUS 304試驗(yàn)方法1.將試驗(yàn)水裝入試驗(yàn)水槽中并用泵進(jìn)的循環(huán)。
2.將純水裝入熱水槽中并用泵進(jìn)行循環(huán)，開始進(jìn)行試驗(yàn)。
(試驗(yàn)部分是一種雙壁結(jié)構(gòu)，即一只內(nèi)層試管和一只外層套管。試驗(yàn)水流過外層套管，而熱水則流過內(nèi)層試管并通過試驗(yàn)管壁傳熱。為了消除水垢在試驗(yàn)管內(nèi)壁沉積，故熱水用純水。水垢只會(huì)從試驗(yàn)管外部的試驗(yàn)水中沉積在試驗(yàn)管外壁上)。
3.試驗(yàn)水只通過試驗(yàn)管壁的傳熱來進(jìn)行加熱。用溫度控制器、加熱器和電磁閥來調(diào)節(jié)熱水和試驗(yàn)水的溫度。用流量計(jì)和一個(gè)圖中未畫出的閥門來調(diào)節(jié)流量。
因此，本發(fā)明的方法大大地抑制或防止了磷酸鈣水垢的形成。
表5 富集的試驗(yàn)水質(zhì)量pH 8.3電導(dǎo)率 (微西/厘米) 870耗酸量 (pH4.8)(毫克CaCO3/升) 125總硬度 (毫克CaCO3/升) 250鈣硬度 (毫克CaCO3/升) 200氯離子 (毫克Cl-/升) 125硫酸根離子 (SO2-4/升) 75離子型二氧化硅 (毫克SiO2/升) 35表6 水垢沉積速率共聚物組分摩爾比試驗(yàn) 丙烯 甲基丙 丙烯酸 分子量 用量 水垢沉積速率號(hào)酸 烯酸乙酯 (ppm) (毫克/厘米2·月)1 未用抑制劑 - 7.92 1 1 0.3 3，000 2.4 0.9實(shí)驗(yàn)例3在表7中所列的富集的試驗(yàn)水中加入8ppm的硫酸鋅(按Zn2+計(jì)算)和一規(guī)定量的水垢抑制劑。然后將此溶液在50℃保持24小時(shí)，并同時(shí)用100轉(zhuǎn)/分的攪拌器進(jìn)行攪拌。隨后用6號(hào)濾紙?jiān)囼?yàn)溶液，測(cè)定濾液的鋅離子濃度。根據(jù)上述測(cè)定數(shù)據(jù)和試驗(yàn)前測(cè)定的相應(yīng)濃度，即可計(jì)算出每升溶液的水垢沉積量(毫克/升)。用與實(shí)驗(yàn)例1中評(píng)價(jià)水垢抑制效應(yīng)的同樣方法，計(jì)算出水垢抑制率。圖7至10和表8顯示并列出所得實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
表7 富集的試驗(yàn)水質(zhì)量pH 7.3電導(dǎo)率 (微西/厘米) 580耗酸量 (pH4.8)(毫克CaCO3/升) 70總硬度 (毫克CaCO3/升) 150鈣硬度 (毫克CaCO3/升) 120氯離子 (毫克Cl-/升) 70硫酸根離子 (毫克SO2-4/升) 50離子型二氧化硅 (毫克SiO2/升) 20圖7和圖8的說明圖7是顯示用丙烯酸-甲基丙烯酸共聚物作為水垢抑制劑(平均分子量約為3，000，濃度6ppm)時(shí)，丙烯酸對(duì)甲基丙烯酸的共聚比(摩爾%)與水垢抑制率的關(guān)系的曲線圖。
圖8是顯示用丙烯酸-甲基丙烯酸共聚物作為水垢抑制劑，其共聚比為1∶1(濃度為6ppm)時(shí)，分子量與水垢抑制率的關(guān)系的曲線圖。
圖9和圖10的說明圖9顯示用丙烯酸-甲基丙烯酸-丙烯酸丁酯共聚物作為水垢抑制劑，改變此共聚物中的共聚比，也改變丙烯酸和甲基丙烯酸之和對(duì)丙烯酸丁酯的摩爾比時(shí)，丙烯酸對(duì)甲基丙烯酸的共聚比(摩爾比)與水垢抑制率的關(guān)系。
參看圖9，更具體地說，BAO是表示用丙烯酸-甲基丙烯酸共聚物作為水垢抑制劑時(shí)，丙烯酸對(duì)甲基丙烯酸的共聚比(單位摩爾%)與水垢抑制率的關(guān)系。BA0.5是表示用丙烯酸-甲基丙烯酸-丙烯酸丁酯共聚物作為水垢抑制劑，改變此共聚物中的共聚比，而丙烯酸和甲基丙烯酸之和對(duì)丙烯酸丁酯的摩爾比是200∶1時(shí)，丙烯酸對(duì)甲基丙烯酸的共聚比(單位摩爾%)與水垢抑制率的關(guān)系。BA2.5是表示用丙烯酸-甲基丙烯酸-丙烯酸丁酯共聚物作為水垢抑制劑，改變此聚合物中的共聚比，丙烯酸和甲基丙烯酸之和對(duì)丙烯酸丁酯的摩爾比是100∶2.5(40∶1)時(shí)，丙烯酸對(duì)甲基丙烯酸(單位摩爾%)與水垢抑制率的關(guān)系BA5是表示用類似的共聚物作為水垢抑制劑所獲得的類似關(guān)系，在此共聚物中丙烯酸和甲基丙烯酸之和對(duì)丙烯酸丁酯的摩爾比是100∶5(20∶1)。
共聚物的分子量是3，000，用量是3ppm。
實(shí)例3應(yīng)用鋼鐵廠捕集高爐廢氣粉塵的水系統(tǒng)中的沉降槽出口處的捕集粉塵的水，改變其pH值，測(cè)定水垢抑制劑的抑制效應(yīng)。
試驗(yàn)方法應(yīng)用圖11中所示的裝置，在沉降槽入口處加入不同量的氫氧化鈉，改變捕集粉塵的水的pH值。
測(cè)定在圖11中13處所顯示的在試驗(yàn)管(用SUS-304材料制造，規(guī)格3/8B×150毫米)上沉積的水垢量，計(jì)算出水垢沉積速率(m.c.m.毫克/厘米2·月)。圖12顯示pH值與水垢沉積速率的關(guān)系。表9列出在無水垢抑制劑存在的情況下，在pH＝8和pH＝7.5時(shí)形成的水垢分析結(jié)果。表10列出在pH＝8和pH＝7.5時(shí)沉降槽出口處的水的質(zhì)量。在圖11中，在11處是閥門而12處是水垢抑制劑加料器。
表9 水垢分析結(jié)果(%)pH7.5 pH8.0灼燒損失 21 40Fe2O36.3 5.0CaO 0.3 48MgO ＜0.1 0.5ZnO 60 1.3
表10 水質(zhì)分析結(jié)果pH7.5 pH8.0pH 7.5 8.0電導(dǎo)率(微西/厘米) 7000 8000耗酸量(pH4.8)(毫克CaCO3/升) 280 400總硬度(毫克CaCO3/升) 1000 780鈣硬度(毫克CaCO3/升) 790 650總鐵量(毫克Fe/升) 2.8 3.9總鋅量(毫克Zn2+/升) 73.2 1.0鋅離子(毫克Zn2+/升) 60.6 0.2氯離子(毫克Cl-/升) 2200 2100硫酸根離子(毫克SO2-4/升) 220 260上述分析結(jié)果顯示，本發(fā)明的方法顯著地抑制或防止鋅型水垢的形成。
權(quán)利要求
1.一種含有共聚物作為其活性組分的水垢抑制劑，此種共聚物含有丙烯酸、甲基丙烯酸和一種(甲基)丙烯酸C1-8烷酯，此種共聚物的(a)丙烯酸對(duì)甲基丙烯酸的共聚摩爾比約為1∶4至4∶1，(b)丙烯酸和甲基丙烯酸的總量對(duì)(甲基)丙烯酸C1-8烷酯的共聚摩爾比約為2∶1至40∶1，和(c)平均分子量約為500至15，000。
2.權(quán)利要求
1定義的水垢抑制劑，其中丙烯酸對(duì)甲基丙烯酸的共聚摩爾比是1∶2至2∶1。
3.權(quán)利要求
2定義的水垢抑制劑，其中丙烯酸對(duì)甲基丙烯酸的共聚摩爾比約為1∶1。
4.權(quán)利要求
1定義的水垢抑制劑，其中(甲基)丙烯酸烷酯是丙烯酸或甲基丙烯酸的C1-4烷酯。
5.權(quán)利要求
1定義的水垢抑制劑，其中共聚物的平均分子量約為3，000至7，000。
6.一種抑制水垢的方法，其中包括將共聚物加入被處理的含水系統(tǒng)中，以抑制或防止水垢的形成，此共聚物含有丙烯酸、甲基丙烯酸和一種(甲基)丙烯酸C1-8烷酯，此種共聚物的(a)丙烯酸對(duì)甲基丙烯酸的共聚摩爾比約為1∶4至4∶1。(b)丙烯酸和甲基丙烯酸的總量對(duì)(甲基)丙烯酸C1-8烷酯的共聚摩爾比約為2∶1至40∶1，和(c)平均分子量約為500至15，000。
7.權(quán)利要求
6定義的方法，其中被處理的含水系統(tǒng)是在其中加入含磷化合物的工業(yè)冷卻水系統(tǒng)。
8.權(quán)利要求
7定義的方法，其中將約為2至200ppm的共聚物加入水中。
9.權(quán)利要求
6定義的方法，其中被處理的含水系統(tǒng)是用凝聚沉降法處理其中捕集了高爐廢氣粉塵的水后排放出來的水。
10.權(quán)利要求
9定義的方法，其中將約為0.3至5ppm的共聚物加入水中。
專利摘要
一種含有共聚物作為其活性組分的水垢抑制劑，此種共聚物含有丙烯酸、甲基丙烯酸和一種(甲基)丙烯酸C
文檔編號(hào)C02F5/10GK87101665SQ87101665
公開日1987年9月9日 申請(qǐng)日期1987年2月28日
發(fā)明者淺野忠彥, 大熊正恒, 中西敬昌, 片山榮 申請(qǐng)人:株式會(huì)社片山化學(xué)工業(yè)研究所導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan