孫哲，曾新平，李義久，倪亞明
(同濟大學化學系，上海 200092)

　　摘　要：以水為溶劑，采用過氧化物一次磷酸鹽為引發體系，用馬來酸本刊酐(MA)，2-丙烯酞胺-2-甲基丙碳酸(AMPS)，丙烯酸(AA)為單體在水相中合成了MA－AMPS－AA－POCA共聚物。試驗表明該共聚物適于pH小于9的水質。在文中所述試驗條件下，當共聚物的用量分別達到35mg/L和50mg/L，緩蝕率和阻垢率均達到95％。
　　關鍵詞：共聚物；合成；緩蝕劑；阻垢劑
　　中圖分類號：TU991.27
　　文獻標識碼：A
　　文章編號：1009－2455(2002)03－0010－03

Study on the Polymerization and Corrosion and Scale Inhibition Behaviours of a Tetra-Copolymer
SUN Zhe,ZENG Xin-ping,LI Yi-jiu, NI Ya-ming
(Chemistry Department of Tongji University, Shanghai 200092, China)

　　Abstract: A copolymer called MA-AMPS-AA-POCA was prepared from MA(maleic anhydride), APMS(2-acrylamido-2-methylpropane sulfonic acid),and AA(Acrylic acid )in Water phase by using peroxide-hypophosphite as initiator. The tests with the copolymer as inhibitor show that the average corrosion and scale inhibition efficiency achieves 95% when copolymer dose in 30mg/L and 50 mg/L respectively at pH＜9 and other conditions mentioned in this paper.
　　Key words:copolymer;polymerization; corrosion inhibitor; scale inhibitor

　　磺酸共聚物因對磷酸鈣垢有良好抑制作用，能有效分散金屬氧化物且能穩定鋅和有機磷酸等優點[1]，得到了迅速發展。而膦酸基團又具有很好的緩蝕性能。本文以馬來酸酐(MA)，2-丙烯酸胺-2-甲基丙碳酸(AMPS)，丙烯酸(AA)等為單體合成了一種新型四元緩蝕阻垢共聚物(MA－AMPS－AA－POCA)，并探討了該共聚物的緩蝕阻垢性能，考察了水質條件變化以及水中常見離子對其性能的影響。

1 實驗部分

1.1 主要原科
　　馬來酸酐(MA)、丙烯酸(AA)、次磷酸二氫鈉(NaH2PO2·2H2O)為化學純；AMPS為工業品；CaCl₂、FeSO₄·7H₂O、NaHCO₃、EDTA等均為分析純。
1.2 MA-AMPS-AA-POCA的合成
　　在裝有冷凝器、溫度計、滴液漏斗和電子恒溫恒速攪拌器的四頸燒瓶中加入一定量的馬來酸酐、引發劑，再加入丙烯酸、AMPS等控溫反應2－4h，然后再保溫2－3h，得到淺黃色透明共聚物。
1.3 靜態阻垢性能測定
1.3.1 靜態阻碳酸鈣垢實驗
　　試驗溫度為80℃，濃縮倍數1.5，試驗水質為：pH為9，Ca²⁺(以CaCO₃計)250mg/L，HCO^3-(以Ca-CO₃計)250mg/L，恒溫10h。
1.3.2 靜態阻磷酸鈣實驗
　　試驗溫度為80℃，試驗水質為：PH為9，Ca²⁺(以CaCO₃計)250mg/L，PO₄^3-5mg/L，不濃縮，恒溫10h。
1.4 旋轉掛片腐蝕實驗
　　試驗溫度為50±1℃，轉速75r/min膿縮倍數1.5倍，水質條件為Cl-100m/L，HCO^3-100mg/L，SO₄^2-100mg/L。試片材質為20＃碳鋼(GB699－65)。

2 共聚物性能的綜合評價

2.1 共聚物用量
　　共聚物用量對緩蝕阻垢效果影響見圖1，圖2。

　　從圖1和圖2可以看出，阻垢率和緩蝕率都是隨著共聚物用量增大而增大，當共聚物用量達到35mg/L后，緩蝕效果就已經非常好，緩蝕率能達到95％，當達到50mg/L后，阻垢性能已經非常好，阻垢率能達到95％。
2.2 pH值對阻垢率的影響
　　工業冷卻水處理中,pH值對水質穩定劑的緩蝕阻垢性能有很大影響。圖3表示在配制水中隨著pH值的提高，阻垢率隨之降低。當pH值小于9.0時阻垢率較好。但當pH值為9.5時阻垢率大幅度降低。說明pH值為9.0時，是一個臨界點，即該共聚物適用于pH值小于9.0的水質體系。

　　圖4表示在配制水中該共聚物與鋅鹽復配后對碳鋼的緩蝕率與pH值的關系。當pH為4－6時，緩蝕率迅速上升,pH值在6－10范圍內時，該共聚物顯示出良好的抑制腐蝕作用，避免了介質pH值在9左右時，鋅鹽易于從溶液中沉積出來，導致腐蝕增強^[2]。

　　圖3和圖4表明該共聚物適用于堿性水處理體系。
2.3 鈣硬和堿度的影響
2.3.1 鈣硬對阻垢率的影響
　　從圖5的4組數據可以得出：共聚物的阻垢率隨著鈣硬的增加而降低。但Ca²⁺濃度即便為400mg/L，當共聚物投加量為50mg/L時，仍有很好的阻垢性能，表明該共聚物能適用于高硬水質。

　　從圖6的4組數據可以得出：共聚物的阻垢率隨著堿度的增加而降低，且下降的趨勢比鈣硬的影響要明顯，說明在試驗范圍內堿度對阻垢性能的影響比鈣硬大。

2.4 水中常見離子對緩蝕性能的影響
2.4.1 鈣離子的影響
　　鈣離子對緩蝕性能的影響見圖7。

　　由實驗結果我們可以看出，當水中沒有鈣離子或者鈣離子濃度偏低時，緩蝕效果較差，只有在鈣離子濃度提高到大于20mg/L時，才能獲得較好的緩蝕效果，表明該藥劑體系與鈣離子之間存在緩蝕協同效應。
2.4.2 鐵離子的影響
　　鐵離子對緩蝕性能的影響見圖8。

　　當循環水中鐵離子的濃度增大時，腐蝕率迅速增大，導致藥劑的緩蝕效果明顯下降。這可能是由于一是二價鐵、三價鐵與藥劑發生配合反應，使藥劑的有效濃度下降；二是介質中有三價鐵離子存在時，它可以作為電化學過程中的去極化劑。
　　因此鐵離子對藥劑的緩蝕性能有很大影響，循環水中的總鐵濃度最好控制在3 mg/t以內方能保證緩蝕劑有效。
2.4.3 氯離子、硫酸根離子的影響
　　氯離子、硫酸根離子對緩蝕性能的影響分別見圖9、圖10。
　　從圖9我們可以看出氯離子的濃度變化較大時藥劑對碳鋼的緩蝕率的變化并不大，掛片表面形成光暈。這說明氯離子對藥劑的緩蝕性能的影響不大，反之也說明了藥劑對氯離子的寬容度大，適應范圍較寬。

　　圖10實驗結果說明硫酸根離子對緩蝕性能影響不大。不過實際應用中我們應當注意硫酸鹽還原菌和氫化酶，防止硫酸根成為去極化劑。

3 結論

　　①以水為溶劑，通過過硫酸銨一次磷酸鹽引發體系來合成MA-AMPS-AA-POCA共聚物是可行的，最終產品有著優良的阻CaCO₃垢、Ca₃(PO₄)₂垢及緩蝕性能。
　　②該共聚物在pH值較寬的范圍內(pH=6－9)有較理想的緩蝕阻垢效果，pH=9是臨界點。
　　③該共聚物對鈣硬和堿度有較好的寬容性。
　　④該共聚物對Ca²⁺、Cl^-、SO₄^2-有較好的寬容度，在一般水質條件下，這些離子對緩蝕性能沒有太大影響。而Fe3+、Fe2+對該共聚物的緩蝕性能有較為顯著的影響。

參考文獻：

　　[1]荊國華，唐受印.MA－AMPS－AMPP共聚物的合成及阻垢效果[J].工業水處理，2000，(7)：13－15.
　　[2]徐仲斌.有關鋅鹽緩蝕劑問題的進一步探討[J].腐蝕與防護，2000，(9)：398－400.

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　　作者簡介：孫哲(1976－)，男，湖南岳陽人，現為同濟大學化學系在讀碩士研究生，電話(021)65983595。