水处理剂之含磷有机缓蚀阻垢剂

 

20世纪60年代开始，人们开发了含磷的有机缓蚀阻垢剂。70年代初，它们在工业上获得了大规模的推广和使用。与无机聚磷酸盐相比，它们的化学稳定性好，不易水解和降解，缓蚀、阻垢效果也比无机聚磷酸盐好，使用的剂量也比聚磷酸盐为低。当它们和低相对分子质量的聚电解质——聚丙烯酸以及聚磷酸盐等复合使用时，会产生协同效应，从而提高了药剂的缓蚀、附垢效果。

循环冷却水系统中经常使用的含磷有机缓蚀阻垢剂，一般有两大类:一类是有机磷酸酯，碳原子不与磷原子直接相连,可以看作是磷酸分子的一个羟基的氢原子被烷基取代的产物，烷基中的碳原子是通过氧原子和磷原子相连的；另一类是有机膦酸盐，碳原子与磷原子直接接相连,也可以看作是磷酸分子中的一个羟基被烷基取代的产物。

1)有机磷酸酯的性能和合成

大多数有机磷酸酯在水中都有一定的溶解度，特別是磷酸单酯溶解度较大。但有机磷酸酯的溶解度随烷基的增大而降低，如果在烷基和氧原子中间插入多个氧乙烯基，则磷酸酯的溶解度也增加，所以聚氧乙烯基化的磷酸酯或焦磷酸酯，它们的烷基可以比较大，甚至可带有苯环，这样也提高了磷酸酯的缓蚀效果。

有机磷酸酯比聚磷酸盐不易水解，但都能发生水解，特別在温度比较高和碱性较强的介质中更容易发生水解，水解结果产生正磷酸和相应的醇。焦磷酸酯或聚氧乙烯基化焦磷酸酯，不仅能发生水解，同时还有降解过程。水解过程一旦发生，磷酸酯或焦磷酸酯即被破坏，生成的磷酸可以和水中的钙离子结合生成溶解度极小的磷酸钙沉淀，也会在换热器表面转变成羟基磷灰石,造成结垢。但磷酸酯的用量比聚磷酸盐一般要小，水解的程度也远比聚磷酸盐为小，因此这种由于水解造成的问题不是太大。

一般认为，有机磷酸酯对哺乳动物和鱼类的毒性是很低的，它可以在一定时间内被水分解掉,它的水解产物也可以被生物降解。

有机磷酸酯的合成工艺还是比较简单的。用相应的醇和磷酸或五氧化二磷或五氯化磷作用，即可制得。采用不同的配比即可制备磷酸一酯或磷酸二酯。

当多元醇和磷酸或五氧化磷作用后，就可以得到多元醇磷酸酯。

反应过程中也有二酯形成。但无论单酯或二酯都有良好的缓蚀性能,因此生产过程中不必进行分离而可以直接使用。使用的pH值为6.6~9.0,得到的产品为棕色黏稠性液体。n值可视不同情况而有所不同。—般n接近4,缓蚀效果较好。常用的有机磷酸酯总是和其他药剂(如BTA、MBT等)复合使用。

多元醇磷酸酯在附垢方面是很有效的，甚至在循环冷却水系统中已有钙垢沉积的情况下，可以使之逐渐疏松消解，生成易于流动的絮状物而被水带走。