AA－SAS共聚物的合成及其阻垢性能

摘要：以水为溶剂、过硫酸盐为引发剂，以丙烯酸(aa)和烯丙基磺酸钠(sas)为单体，合成了丙烯酸一烯丙基磺酸钠(aa-sas)共聚物阻垢剂。探讨了单体配比、引发剂用量、反应体系温度和分子量调节剂对聚合物阻垢性能的影响。结果表明，共聚物对磷酸钙阻垢作用具有阈值效应，当用量大于12mg/l时，阻垢率约为99%。

碱性冷却水处理技术的发展，要求聚合物不但能阻碳酸钙垢，而且能抑制磷酸钙和锌盐，稳定氧化铁等。含磷酸基聚合物是一类综合性能良好的阻垢剂[1-3]。常用作磺酸基的单体是amps(2-丙烯酸胺基-2-甲基丙碳酸)，但其制备工艺复杂，价格比较昂贵，是烯丙基磺酸钠(sas)单体的2倍多。本以烯丙基磺酸钠(sas)与丙烯酸(aa)共聚，讨论二元共聚物的合成条件，初步研究了aa-sas的阻垢效果。

1.aa-sas二元共聚物的合成

在装有冷凝器、温度计、滴液漏斗的三口烧瓶中，加入180g丙烯酸、72g烯丙基磺酸钠、定量去离子水以及适量分子量调节剂。将13g过硫酸盐配制成一定浓度的溶液加入到滴液漏斗中。搅拌，升温，通入氮气。在温度85℃时滴加引发剂，并控制温度在90±0.5℃。反应式为：

反应5.0h后，得到无色或淡黄色粘稠液体。将产物倾倒至乙醇中沉析，过滤，洗涤，滤出物在60℃温度中真空干燥。

2阻垢性能的测定

配制一定ph值和固含量的模拟硬水，加入阻垢剂，在80℃下保温10h。然后冷却，过滤，测定滤液中相应组分的含量，计算阻垢率。

磷酸钙阻垢率的测定采用分光光度法。磷酸钙阻垢实验水质条件为：ρ(ca2+)=150mg/l，ρ(po43-)=5mg/l，ph=9.0。碳酸钙阻垢率的测定采用edta络合滴定法。碳酸钙的阻垢实验水质条件为：ρ(ca2+)=200mg/l，ρ(hco3-)=305mg/l，ph=9.0。

3结果与讨论

3.1单体配比对阻垢性能的影响

在引发剂用量占单体总质量为6%时，于90℃反应5h，各不同单体配比的聚合物对磷酸钙的阻垢率如表1。

单体配比n(aa)：n(sas)=3：l-4：1时，对磷酸钙的阻垢效果好，单体配比太大或太小，当聚合物用量较小时，阻垢率均有下降的趋势。aa-sas对磷酸钙的阻垢，具有明显的阈值效应。投加量小于16mg/l时aa-sas对磷酸钙的阻垢率很低，当投加量达到阈值效应浓度时，aa-sas的阻垢率快速上升。在高剂量下，各配比的aa-sas对磷酸钙的阻垢率趋向相近。

3.2引发剂用量对阻垢性能的影响

单体配比n(aa：n(sas)=3.5：1，改变引发剂用量(以占单体总质量的百分数计)，当共聚物用量为20mg/l时，aa-sas对磷酸钙和碳酸钙的阻垢效果如表2。

引发剂用量占单体总质量分数为6%-8%时，聚合物对磷酸钙和碳酸钙的阻垢效果很好。引发剂用量太少聚合不完全，用量太多，聚合速度快，聚合物的分子量太低，也不利于阻垢。

3.3反应温度对阻垢性能的影响

在单体配比3.5：1，引发剂用量6%的条件下，改变反应体系温度，当投加量为20mg/l时，聚合物aa-sas垢物的阻垢效果见表3。

随着温度的增加，aa-sas的阻垢率也增大。但是反应温度太高，在引发剂分解速率加快的同时，生成的聚合物的分解速度也会增加。所以，反应温度范围在85-90℃为宜。

3.4分子量调节剂对阻垢性能的影响

在反应体系中加入适量的分子量调节剂，aa-sas对磷酸钙垢的阻垢效果随投加量的变化如图1。从图1知，随着投加量的增加，aa-sas对磷酸钙的阻垢率增大。由于调节剂加人，降低了聚合物的分子量，在低剂量时，得到了aa-sas的阻垢率高于没有加入调节剂的共聚物，同时降低了aa-sas的阈值效应浓度。无分子量调节剂时聚合物的阈值效应质量浓度为16mg/l，此时对磷酸钙的阻垢率约为81.4%，而有分子量调节剂时聚合物的阈值效应质量浓度为12mg/l，此时的阻垢率约为97.6%，表明适当降低分子量可以提高聚合物的阻垢性能。

4小结

以水为溶剂，过硫酸盐为引发剂合成了aa-sas共聚物。合成aa-sas较合适的工艺条件是：n(aa)：n(sas)=3：1-4：1，引发剂用量占单体总质量分数为6%-8%，反应温度90℃，反应时间5h，适量分子量调节剂。aa-sas对磷酸钙的阻垢率具有阈值效应，剂量大于12mg/l时，对水系统的磷酸钙垢有很好的抑制作用。