具体实施方式

在以下具体实施方式中，可以参考形成本文一部分的附图、方案和结构。在附图中，类似的符号通常标识类似的组分，除非上下文另外指示。在具体实施方式、附图和权利要求中描述的说明性实施例并不意味着限制。在不脱离这里所呈现的主题的精神或范围的情况下，可以利用其它实施例并且可以作出其它改变。

下文描述各种实施例。应当注意，具体的实施例并不旨在作为详尽的描述或作为对本文所论述的更广泛方面的限制。结合特定实施例描述的一个方面未必限于所述实施例，并且可以用任何其它实施例来实践。

本文公开了用于在水系统中控制结垢的方法和组合物。更具体地，一种或多种特定的二阳离子或多电荷阳离子化合物用于本文中公开的结垢控制组合物或方法中。通过伯胺或多胺与α,β-不饱和羰基化合物之间的氮杂-迈克尔加成反应，或者通过多胺、α,β-不饱和羰基化合物和环氧化物之间的氮杂-迈克尔加成反应和开环反应，这些特定的二阳离子或多电荷阳离子化合物衍生自伯胺或多胺。

本公开的实施例不限于任何特定的组合物和方法，它们可以变化并且是本领域技术人员所理解的。还应当理解，本文中使用的所有术语仅用于描述特定实施例，并且不旨在以任何方式或范围进行限制。例如，除非内容另外清楚地指示，否则如本说明书和所附权利要求中所使用的单数形式“一个”、“一种”和“所述(the)”可以包括复数指代物。此外，所有单位、前缀和符号均可以以其SI接受的形式表示。

在本说明书内叙述的数值范围包括在所定义的范围内的数值。贯穿本公开，可以以范围格式呈现本公开的各个方面。采用范围格式的描述仅仅是为了方便和简洁起见，并且不应该被解释为是对本公开的范围的不灵活限制。因此，范围的描述应当被认为已经具体公开了所有可能的子范围以及所述范围内的个别数值(即1至5包括1、1.5、2、2.75、3、3.80、4和5)。

为了可以更容易地理解本公开，首先定义某些术语。除非另外定义，否则本文中使用的所有技术和科学术语具有与本公开的实施例所涉及的本领域的普通技术人员通常所理解的相同的含义。可以在无需过分实验的情况下在本公开的实施例的实践中使用与本文所述的方法和材料类似的、修改的或等效的许多方法和材料，本文描述了优选的材料和方法。在描述和要求本公开的实施例时，将根据下面所列出的定义使用以下术语。

如本文所用，术语“约”是指例如通过用于在现实世界中制备浓缩物或使用溶液的典型测量和液体处理程序；通过在这些程序中的疏忽性错误；通过用于制备组合物或执行方法的成分的制造、来源或纯度的差异；等可能发生的数量的变化。术语“约”还涵盖由于由特定初始混合物产生的组合物的不同平衡条件而不同的量。不管是否由术语“约”修饰，权利要求项均包括量的等效物。

如本文所用，“经取代的”是指如下定义的有机基团(即，烷基基团)，其中到其中含有的氢原子的一个或多个键被到非氢或非碳原子的键置换。经取代的基团还包括其中到碳或氢原子的一个或多个键被到杂原子的一个或多个键(包括双键或三键)置换的基团。因此，除非另外说明，否则经取代的基团被一个或多个取代基取代。经取代的基团可以被1、2、3、4、5或6个取代基取代。

经取代的环基团包括其中到氢原子的键被到碳原子的键置换的环和环系统。因此，经取代的环烷基、芳基、杂环基和杂芳基基团也可以被本文所定义的经取代或未经取代的烷基、烯基和炔基基团取代。

如本文所用，术语“烷基”或“烷基基团”是指具有一个或多个碳原子的饱和烃，包括直链烷基基团(即，甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、庚基、辛基、壬基、癸基等)、环状烷基基团(或“环烷基基团”或“脂环基团”或“碳环基团”)(即，环丙基、环戊基、环己基、环庚基、环辛基等)、支链烷基基团(即，异丙基、叔丁基、仲丁基、异丁基等)和经烷基取代的烷基基团(即，经烷基取代的环烷基基团和经环烷基取代的烷基基团)。

除非另外说明，否则术语“烷基”包括“未经取代的烷基”和“经取代的烷基”两者。如本文所用，术语“经取代的烷基”是指具有置换烃主链的一个或多个碳上的一个或多个氢的取代基的烷基基团。此类取代基可以包括例如烯基、炔基、卤基、羟基、烷基羰氧基、芳基羰氧基、烷氧基羰氧基、芳氧基、芳氧基羰氧基、羧酸酯基、烷基羰基、芳基羰基、烷氧基羰基、氨基羰基、烷基氨基羰基、二烷基氨基羰基、烷基硫基羰基、烷氧基、磷酸酯基、膦酸基、亚膦酸基、氰基、氨基(包括烷基氨基、二烷基氨基、芳基氨基、二芳基氨基及烷基芳基氨基)、酰胺基(包括烷基羰基氨基、芳基羰基氨基、氨甲酰基和脲基)、亚氨基、巯基、烷基硫基、芳基硫基、硫代羧酸酯基、硫酸酯基、烷基亚磺酰基、磺酸酯基、氨磺酰基、磺酰胺基、硝基、三氟甲基、氰基、叠氮基、杂环基、烷基芳基或芳香族(包括杂芳香族)基团。

在一些实施例中，经取代的烷基可以包括杂环基团。如本文所用，术语“杂环基团”包括与其中环上碳原子中的一个或多个为非碳元素，例如氮、硫或氧的碳环基团类似的闭环结构。杂环基团可以是饱和或不饱和的。示范性杂环基团包括但不限于氮丙啶、环氧乙烷(环氧化物、环氧乙烷)、环硫乙烷(环硫化物)、双环氧乙烷、氮杂环丁烷、氧杂环丁烷、硫杂环丁烷、二氧杂环丁烷、二硫杂环丁烷、二硫环丁烯、氮杂环戊烷、吡咯啶、吡咯啉、氧杂环戊烷、二氢呋喃以及呋喃。

烯基基团或烯烃是具有两个至约30个碳原子的直链、支化或环状烷基基团，并且进一步包括至少一个双键。在一些实施例中，烯基基团具有2个到约30个碳原子，或者通常具有2个到10个碳原子。烯基基团可以是经取代的或未经取代的。对于烯基基团中的双键，所述双键的构型可以是反式或顺式构型。烯基基团可以与烷基基团类似地取代。

炔基基团是具有两个至约30个碳原子的直链、支化或环状烷基基团，并且进一步包括至少一个三键。在一些实施例中，炔基基团具有2个到约30个碳原子，或者通常具有2个到10个碳原子。炔基基团可以是经取代的或未经取代的。炔基基团可以与烷基基团或烯基基团类似地取代。

如本文所用，术语“亚烷基”、“环亚烷基”、“炔基化物”和“亚烯基”，单独或作为另一取代基的一部分，分别指衍生自烷基、环烷基或烯基基团的二价基团，例如-CH₂CH₂CH₂-。对于亚烷基、亚环烷基、亚炔基和亚烯基基团，不暗示连接基团的取向。

如本文所用，术语“酯”是指-R³⁰COOR³¹基团。R³⁰不存在、如本文所定义的经取代或未经取代的亚烷基、亚环烷基、亚烯基、亚炔基、亚芳基、亚芳烷基、亚杂环基亚烷基或亚杂环基。R³¹是如本文所定义的经取代或未经取代的烷基、环烷基、烯基、炔基、芳基、芳烷基、杂环基烷基或杂环基。

如本文所用，术语“胺”(或“氨基”)是指–R³²NR³³R³⁴基团。R³²不存在、如本文所定义的经取代或未经取代的亚烷基、亚环烷基、亚烯基、亚炔基、亚芳基、亚芳烷基、亚杂环基亚烷基或亚杂环基。R³³和R³⁴独立地为氢，或如本文所定义的经取代或未经取代的烷基、环烷基、烯基、炔基、芳基、芳烷基、杂环基烷基或杂环基。

如本文所用，术语“胺”也是指独立化合物。当胺为化合物时，其可以由R³²'NR³³'R³⁴'基团的式来表示，其中R³²'、R³³'和R³⁴独立地为氢，或如本文所定义的经取代或未经取代的烷基、环烷基、烯基、炔基、芳基、芳烷基、杂环基烷基或杂环基。

如本文所用，术语“醇”是指–R³⁵OH基团。R³⁵不存在、如本文所定义的经取代或未经取代的亚烷基、亚环烷基、亚烯基、亚炔基、亚芳基、亚芳烷基、亚杂环基亚烷基或亚杂环基。

如本文所用，术语“羧酸”是指-R³⁶COOH基团。R³⁶不存在、如本文所定义的经取代或未经取代的亚烷基、亚环烷基、亚烯基、亚炔基、亚芳基、亚芳烷基、亚杂环基亚烷基或亚杂环基。

如本文所用，术语“醚”是指–R³⁷OR³⁸基团。R³⁷不存在、如本文所定义的经取代或未经取代的亚烷基、亚环烷基、亚烯基、亚炔基、亚芳基、亚芳烷基、亚杂环基亚烷基或亚杂环基。R³⁸为如本文所定义的经取代或未经取代的烷基、环烷基、烯基、炔基、芳基、芳烷基、杂环基烷基或杂环基。

如本文所用，术语“溶剂”是指任何无机或有机溶剂。溶剂在所公开的方法或组合物中可用作反应溶剂或载体溶剂。合适的溶剂包括但不限于：含氧溶剂，例如低级链烷醇、低级烷基醚、二醇、芳基二醇醚和低级烷基二醇醚。其它溶剂的实例包括但不限于：甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇和丁醇、异丁醇、乙二醇、二乙二醇、三乙二醇、丙二醇、二丙二醇、二醇醚、混合的乙烯-丙烯二醇醚、乙二醇苯醚和丙二醇苯醚。水也是溶剂。本文所使用的溶剂可以由单一溶剂或许多不同溶剂的混合物构成。

如本文所用，二醇醚包括但不限于二乙二醇正丁醚、二乙二醇正丙醚、二乙二醇乙醚、二乙二醇甲醚、二乙二醇叔丁醚、二丙二醇正丁醚、二丙二醇甲醚、二丙二醇乙醚、二丙二醇丙醚、二丙二醇叔丁醚、乙二醇丁醚、乙二醇丙醚、乙二醇乙醚、乙二醇甲醚、乙二醇甲醚乙酸酯、丙二醇正丁醚、丙二醇乙醚、丙二醇甲醚、丙二醇正丙醚、三丙二醇甲醚和三丙二醇正丁醚、乙二醇苯醚、丙二醇苯醚等或其混合物。

酸类

通常，本公开中使用的酸包括有机酸和无机酸。有机酸包括但不限于羟基乙酸(乙醇酸)、甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、己酸、葡萄糖酸、衣康酸、三氯乙酸、尿素盐酸盐和苯甲酸。有机酸还包括二羧酸，例如草酸、丙二酸、琥珀酸、戊二酸、马来酸、富马酸、己二酸和对苯二甲酸。也可以使用这些有机酸的组合。无机酸包括但不限于矿物酸，例如磷酸、硫酸、氨基磺酸、甲基硫酸、盐酸、氢溴酸、氢氟酸和硝酸。无机酸可以单独使用，或与其它无机酸组合使用，或者与一种或多种有机酸组合使用。可以使用酸生成剂来形成合适的酸，包括例如诸如氟化钾、氟化钠、氟化锂、氟化铵、氟化氢铵、氟化硅钠等的生成剂。

本文中公开的方法或组合物中特别合适的酸的实例包括无机酸和有机酸。示范性无机酸包括磷酸、膦酸、硫酸、氨基磺酸、甲基硫酸、盐酸、氢溴酸、氢氟酸和硝酸。示范性有机酸包括羟基乙酸(乙醇酸)、柠檬酸、乳酸、甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、己酸、葡糖酸、衣康酸、三氯乙酸、尿素盐酸盐和苯甲酸。也可以使用有机二羧酸，例如草酸、马来酸、富马酸、己二酸和对苯二甲酸。

过羧酸和过氧羧酸组合物

本文中公开的制品、产品或组合物中可以包括过氧羧酸(即过酸)或过氧羧酸组合物。如本文所用，术语“过酸”也可以被称为“过羧酸”、“过氧羧酸”或“过氧酸”。磺基过氧羧酸、磺化过酸和磺化过氧羧酸也包括在本文所用的术语“过氧羧酸”和“过酸”中。如本领域技术人员所知，过酸是指羧酸中羟基基团的氢被羟基基团置换的酸。氧化过酸在本文中也可以称为过氧羧酸。

过酸包括式R--(COOOH)_n的任何化合物，其中R可以是氢、烷基、烯基、炔基、酰基、脂环基团、芳基、杂芳基或杂环基团，并且n是1、2或3，并且通过在母体酸前加过氧前缀来命名。优选地，R包括氢、烷基或烯基。术语“烷基”、“烯基”、“炔基”、“酰基”、“脂环基团”、“芳基”、“杂芳基”和“杂环基团”如本文所定义。

如本文所用，过氧羧酸组合物是指包含一种或多种过酸、所述一种或多种过酸相应的酸和过氧化氢或其它氧化剂的任何组合物。过氧羧酸组合物还可以包括稳定剂、荧光活性示踪剂或化合物或其它成分，如本领域技术人员所知。

如本文所用，当术语“混合”或“混合物”涉及“过羧酸组合物”、“过羧酸”、“过氧羧酸组合物”或“过氧羧酸”时，其是指包括一种以上过羧酸或过氧羧酸的组合物或混合物。也可以使用诸如过氧乙酸和过氧辛酸等的过酸。也可以使用这些酸的任何组合。

然而，在一些实施例中，本文中公开的制品、产品或组合物不含过氧羧酸或过氧羧酸组合物。

伯胺和多胺

伯胺具有通式R¹¹NH₂，其中R¹¹为R¹或R¹-Z-(CH₂)_m-；R¹为未经取代或经取代的直链或支链C₁-C₃₀烷基、环状烷基、烯基或炔基基团；Z为NH或O；并且m为1至4的整数。

多胺可以具有但不限于通式NH₂-[R¹⁰']_n-NH₂、(RNH)_n-RNH₂、H₂N-(RNH)_n-RNH₂或H₂N-(RN(R'))_n-RNH₂，其中R¹⁰'是直链或支链的、未经取代或经取代的C₂-C₁₀亚烷基基团，或其组合；R为–CH₂-、-CH₂CH₂-、-CH₂CH₂CH₂-、-CH(CH₃)CH₂-、直链或支链的、未经取代或经取代的C₄-C₁₀亚烷基基团，或其组合；R'是–CH₂-、-CH₂CH₂-、-CH₂CH₂CH₂-、-CH(CH₃)CH₂-、直链或支链的、未经取代或经取代的C₄-C₁₀烷基基团、RNH₂、RNHRNH₂或RN(RNH₂)₂；并且n可以为2至1,000,000。多胺中的单体，例如R或R'基团可以相同或不同。在本公开中，多胺是指n为1至9时的小分子多胺和n为10至1,000,000时的聚合多胺。

小分子多胺包括但不限于乙二胺、二亚乙基三胺、三亚乙基四胺、四亚乙基五胺、五亚乙基六胺、六亚乙基七胺和三(2-氨基乙基)胺。

其它可能的多胺包括Huntsman的单胺、二胺和三胺。这些高度通用的产物含有附接到聚醚主链末端的伯氨基基团，所述聚醚主链通常基于环氧丙烷(PO)、环氧乙烷(EO)或这两种氧化物的混合物。胺包括基于核心聚醚主链结构由单胺、二胺和三胺组成的聚醚胺家族。胺还包括高转化率和聚四亚甲基二醇(PTMEG)基聚醚胺。这些胺具有约130至约4,000的平均分子量(M_w)。

本公开中使用的多胺可以是多胺衍生物或改性多胺，其中多胺中的NH质子中的一个或多个但不是全部被未经取代或经取代的基团取代。例如，含有连接至氮原子的一个或多个烷基基团的烷基多胺可以用于生产本文中公开的多电荷阳离子多胺。在这些PEI衍生物中，只有一些伯NH₂或仲NH质子被其它非质子基团置换，并且剩余的NH₂或NH质子仍可以通过氮杂-迈克尔加成反应与迈克尔受体例如含有亲水(离子)基团的活化烯烃反应，并且通过开环反应与环氧化物反应。

一类聚合多胺包括聚乙烯亚胺(PEI)及其衍生物。聚乙烯亚胺(PEI)或聚氮丙啶是具有CH₂CH₂NH的重复单元的聚合物，并且具有通式NH₂(CH₂CH₂NH)_n-CH₂CH₂NH₂，其中n可以为2至10⁵。PEI中的重复单体具有43.07的分子量(M_w)和1:2的氮碳比。

PEI衍生物包括乙氧基化/丙基化PEI、聚季铵型PEI、聚甘油季铵型PEI，以及其它PEI衍生物、盐，或其混合物。聚乙烯亚胺，包括改性聚乙烯亚胺的摩尔质量可以在约800g/mol至约2,000,000g/mol之间变化。例如，HP20为烷氧基化的PEI产物。在这些PEI衍生物中，只有一些伯NH₂或仲NH质子被官能团置换，并且剩余的NH₂或NH质子仍可以与迈克尔受体反应，例如，含有亲水(离子)基团的活化烯烃或α,β-不饱和化合物。

PEI及其衍生物可以是线性的、支化的或树枝状的。与含有伯、仲和叔氨基基团的支化PEI相反，线性聚乙烯亚胺含有所有仲胺。完全支化的树枝状形式也存在并且含有伯和叔氨基基团。未改性的线性、支化和树枝状PEI的图如下所示。

线性PEI

示范性支化PEI

完全支化PEI

PEI衍生物通常通过用不同的基团取代氮原子上的质子来获得。一种这样的PEI衍生物是乙氧基化和丙氧基化PEI，其中聚乙烯亚胺用环氧乙烷(EO)和/或环氧丙烷(PO)侧链衍生。PEI的乙氧基化可以增加PEI的溶解度。

PEI以工业规模生产。可获得各种商业聚乙烯亚胺，包括例如那些以商品名(BASF)出售的聚乙烯亚胺，包括例如FG、G、PR 8515、WF、G 20/35/100、HF、P、PS、PO 100、PN 50/60和SK。这些PEI分别具有以下平均分子量(M_w)：约800、约1,300、约2,000、约5,000、约25,000、约1,300/2,000/5,000、约25,000、约750,000、约750,000、约1,000,000和约2,000,000。

聚合物分子量的两个常用平均值是数均分子量(M_n)和重均分子量(M_w)。多分散性指数(D)表示聚合物的分子量分布。Mn＝(∑n_iM_i)/∑n_i、M_w＝(∑n_iM_i ²)/∑n_iM_i，以及D＝M_w/M_n，其中指数i表示存在于样品中的不同分子量的数目，并且n_i是摩尔质量为M_i的摩尔总数。对于聚合物，M_n和M_w通常是不同的。例如，PEI化合物可以具有由GPC测得的约10,000的M_n，以及由LS测得的约25,000的M_w。

光散射(LS)可以用于测量聚合物样品的M_w。另一种测量样品或产物分子量的简单方法是凝胶渗透色谱法(GPC)。GPC是一种分析技术，可以按尺寸将聚合物中的分子分开，并且提供材料的分子量分布。GPC有时也称为尺寸排阻色谱法(SEC)。该技术通常用于分析聚合物的M_n和M_w。

这些可商购的和示范性的聚乙烯亚胺可溶于水，并且可以以水溶液或甲氧基丙醇(如PO 100)中提供的无水聚乙烯亚胺和/或改性聚乙烯亚胺的形式获得。

PEI及其衍生物发现了许多通常衍生自其聚阳离子特性的应用。因为存在胺基团，所以PEI可以用酸质子化以从周围介质形成PEI盐，从而获得根据pH部分地或完全地离子化的产物。例如，约73％的PEI在pH为2时被质子化，约50％的PEI在pH为4时被质子化，约33％的PEI在pH为5时被质子化，约25％的PEI在pH为8时被质子化，并且约4％的PEI在pH为10时被质子化。通常，PEI可以以其带或不带水的质子化或未质子化形式购买。商用PEI在pH为13时具有约16至17meq/g(毫当量每克)的电荷(阳离子)密度。

每个质子化氮中心的抗衡离子与中和过程中获得的酸的阴离子平衡。质子化PEI盐的实例包括但不限于PEI-盐酸盐、PEI-硫酸盐、PEI-硝酸盐、PEI-乙酸盐PEI脂肪酸盐等。事实上，任何酸都可以用于使PEI质子化，从而形成相应的PEI盐化合物。

可用于本公开的合适的聚乙烯亚胺可以含有伯胺、仲胺和叔胺取代基的混合物或不同平均分子量的混合物。伯胺、仲胺和叔胺取代基的混合物可以是任何比例，包括例如约1:1:1至约1:2:1的比例，其中每3至3.5个氮原子沿链段支化。替代性地，合适的聚乙烯亚胺化合物可以主要是伯胺、仲胺或叔胺取代基中的一个。

可用于制备本文中公开的多电荷阳离子或阴离子化合物的多胺可以具有宽范围的平均分子量。通过选择不同的起始小分子多胺、聚合PEI或其混合物，可以生产具有其特征平均分子量的不同的多电荷阳离子或阴离子化合物。通过控制多胺或PEI的尺寸和α,β-不饱和化合物和环氧化物的改性程度，可以生产具有类似平均分子量和多个阳离子电荷或多个阴离子电荷的多电荷阳离子或阴离子化合物。由于这种特性，人们可以生产和使用不同的多电荷阳离子或阴离子化合物用于使用未改性多胺或PEI的更宽范围的应用。

具体而言，可以用于制备这里公开的多电荷阳离子化合物的多胺具有以下平均分子量(M_w)：约60至200、约100至400、约100至600、约600至5,000、约600至800、约800至2,000、约800至5,000、约100至2,000,000、约100至25,000、约600至25,000、约800至25,000、约600至750,000、约800至750,000、约25,000至750,000、约750,000至2,000,000、约100、约200、约300、约400、约500、约600、约700、约800、约1,000、约1,500、约2,000、约3,000、约5,000、约8,000、约10,000、约15,000、约20,000、约50,000、约100,000、约250,000、约500,000、约1,000,000、约2,000,000，或者它们之间的任何值。

氮杂-迈克尔加成反应和开环反应

本文中公开的作为结垢控制剂的二阳离子或多电荷阳离子化合物衍生自伯胺或多胺与含有亲水阳离子基团的α,β-不饱和羰基化合物之间的氮杂-迈克尔加成反应，或者衍生自多胺与含有亲水阳离子基团的α,β-不饱和羰基化合物之间的氮杂-迈克尔加成反应以及多胺与环氧化物之间的开环反应。

脂肪胺基团在与靠近吸电子基团(如羰基、氰基或硝基基团)的不饱和烃部分(例如，碳-碳双键)接触时会发生氮杂-迈克尔加成反应。具体而言，迈克尔加成是亲核体与活化烯烃和炔烃官能团之间的反应，其中亲核体通过与吸电子和共振稳定活化基团(如羰基基团)相邻的碳-碳多重键加成。迈克尔加成亲核体被称为“迈克尔供体”，活化亲电烯烃被称为“迈克尔受体”，并且两种组分的反应产物被称为“迈克尔加合物”。迈克尔供体的实例包括但不限于胺、硫醇、膦、碳负离子和醇盐。迈克尔受体的实例包括但不限于丙烯酸酯、甲基丙烯酸烷基酯、丙烯腈、丙烯酰胺、马来酰亚胺、氰基丙烯酸酯和乙烯基砜、乙烯基酮、硝基乙烯、α,β-不饱和醛、乙烯基膦酸酯、丙烯腈、乙烯基吡啶、偶氮化合物、β-酮乙炔和乙炔酯。

如本文所用，“活化烯烃”是指双键碳中的至少一个具有共轭吸电子基团的经取代的烯烃。活化烯烃的实例包括但不限于α,β-不饱和羰基化合物(如CH₂＝CHCO-NH-CH₃、烷基-CH＝CH-CO-烷基、CH₂＝CH₂C(O)-O-CH₃)、CH₂＝CH-COOH、CH₂＝CH(CH₃)-COOH、CH₂＝CH-SO₃H等。

氮杂-迈克尔加成反应可以通过强酸或强碱催化。在一些情况下，一些离子液体既可以作为反应介质，也可以作为催化剂。用于合成所公开化合物的氮杂-迈克尔加成反应的优选催化剂是碱。示范性碱催化剂可以是氢氧化物和胺。因为用于合成所公开化合物的反应使用通常包括伯胺基团的多胺，所以伯胺基团本身可以作为反应的催化剂。在此类实施例中，不需要附加的催化剂，或者附加的催化剂是任选的。其它优选的催化剂包括脒基和胍基。

反应中溶剂和/或稀释剂的使用是任选的。当使用溶剂时，多种非酸性溶剂是合适的，如例如水、醚(例如四氢呋喃(THF))、芳香烃(例如甲苯和二甲苯)、醇(例如正丁醇)、酯(例如3-乙氧基丙酸乙酯)等。由于合成过程对溶剂相对不敏感，因此反应可以使用多种溶剂。当使用溶剂(或稀释剂)时，装载水平的范围可以在低至约10wt-％至高至约80wt-％和更高的范围内。溶剂装载水平可以为约0wt-％、约1wt-％至约10wt-％、约10wt-％至约20wt-％、约20wt-％至约30wt-％、约30wt-％至约40wt-％、约40wt-％至约50wt-％、约50wt-％至约60wt-％、约60wt-％至约70wt-％、约70wt-％至约80wt-％、约1wt-％至约20wt-％、约20wt％至约40wt-％、约40wt-％至约60wt-％、约60wt-％至约80wt-％、约40wt-％至约70wt-％、至少约5wt-％、约15wt-％、约25wt-％、约35wt-％、约45wt-％、约55wt-％、约65wt-％、约75wt-％或最终反应混合物之间的任何值。

通常，所述反应可以在广泛温度范围内的温度下进行。反应温度的范围可以为约0℃至约150℃，更优选地为约50℃至约80℃。用于接触多胺和活化烯烃的温度可以为约10℃至约140℃、约20℃至约130℃、约30℃至约120℃、约40℃至约110℃、约50℃至约100℃、约60℃至约90℃、约70℃至约80℃、约0℃至约20℃、约20℃至约40℃、约40℃至约60℃、约60℃至约80℃、约80℃至约100℃、约100℃至约120℃、约120℃至约150℃、约5℃、约25℃、约45℃、约65℃、约85℃、约105℃、约125℃、约145℃或其间的任何值。从反应开始到反应结束，反应温度可以大致相同，或者反应温度可以在反应进行时从一个温度改变为另一个温度。

本文中公开的化合物合成的反应时间可以广泛变化，这取决于如反应温度、催化剂的效力和量、稀释剂(溶剂)的存在与否等因素。优选的反应时间可以为约0.5小时至约48小时、约1小时至约40小时、约2小时至约38小时、约4小时至约36小时、6小时至约34小时、约8小时至约32小时、约10小时至约30小时、约12小时至约28小时、约14小时至26小时、约16小时至24小时、约18小时至20小时、约1小时至8小时、8小时至16小时、8小时至约24小时、约2小时、约4小时、约6小时、约8小时、约10小时、约14小时、约16小时、约18小时、约24小时、约30小时、约36小时或其间的任何值。

当在上述温度下将一摩尔的多胺和两摩尔或更多摩尔的活化烯烃混合在一起足够长的时间时，可以完成本文中公开的化合物的合成反应。

通常可以通过ESI-MS和/或NMR光谱法监测单体的消耗来监测所述反应的进程。可以通过HPLC或本领域技术人员已知的其它方法纯化或分离反应产物。对于进行完全的反应，可以通过除去溶剂或通过在与反应介质相反的非极性溶剂中沉淀来分离形成的产物。对于在水中的反应，形成的产物从含水反应混合物中沉淀出来。较高的压力可以加快反应速度。在一些实施例中，如果反应在室温下进行，反应可以具有大于98％的产物产率，在一些实施例中在约16小时内。

多胺和环氧化物之间的开环反应可以以与多胺和α,β-不饱和羰基化合物之间的氮杂迈克尔加成反应类似的方式进行。

该开环反应可以在约-20℃至约200℃的温度下，并且在催化剂、碱或酸存在的情况下进行。在一些实施例中，开环反应在没有催化剂、碱或酸的情况下进行。在一些其它实施例中，开环反应在约100℃至约150℃的温度下进行；氮杂迈克尔加成反应在不同的温度下进行；在不同的催化剂、碱或酸存在的情况下。

当在上述温度下将一摩尔的多胺和特定摩尔(两摩尔或更多摩尔)的活化烯烃、环氧化物和两者混合在一起足够长的时间时，可以完成用于合成所公开化合物的氮杂迈克尔加成反应和开环反应。

发现环氧化物的氮杂-迈克尔加成反应和开环反应可以用于合成所公开的化合物，而不必使用高于200℃的较高温度和高于正常大气压力的较高压力以及具有高产率(大于98％)。

在结垢控制组合物中的其它结垢控制组合物剂

除了如本文所述的衍生自伯胺或多胺的二阳离子或多电荷阳离子化合物之外，本公开中的结垢控制组合物包括一种或多种附加的结垢控制组合物剂。

所公开的结垢控制组合物中的附加的结垢控制组合物剂可以包括但不限于酸、载体、分散剂、杀生物剂、腐蚀抑制剂、抗氧化剂、防聚合物降解剂、渗透率调节剂、发泡剂、消泡剂、压裂支撑剂、H₂S、CO₂和/或O₂清除剂、胶凝剂、润滑剂和摩擦减少剂、盐或其混合物。

所公开的结垢控制组合物中的附加的结垢控制组合物剂还可以包括但不限于有机硫化合物、沥青质抑制剂、石蜡抑制剂、阻垢剂、水澄清剂、破乳剂、反相破乳剂、气体水合物抑制剂、pH调节剂、表面活性剂或其组合。

此外，所述附加的结垢控制组合物剂可以为螯合剂、增溶剂、润滑剂、缓冲剂、清洁剂、漂洗助剂、防腐剂、粘合剂、增稠剂或其它粘度调节剂、加工助剂、载体、水调节剂或泡沫发生剂、阈值剂或系统、美学增强剂(即，染料、气味剂、香料)或适于与反相破乳剂一起配制的其它添加剂，或其混合物。

本文中公开的结垢控制组合物中的附加的结垢控制组合物剂将根据制造的具体结垢控制组合物和本领域技术人员将理解的预期用途而变化。

替代性地，所述结垢控制组合物不含有或不含所述附加的结垢控制剂中的一种或多种。

当一种或多种附加的结垢控制剂用于防止微生物或生物膜生长时，它们可以与如本文所述的衍生自伯胺或多胺的二阳离子或多电荷阳离子化合物一起配制在相同的结垢控制组合物中。替代性地，可以将所述附加的结垢控制剂中的一些或全部配制成一种或多种不同的制剂，并且供应到水系统。换言之，附加的结垢控制剂可以独立地、同时地或顺序地提供到水系统中。

杀生物剂和载体

在一些实施例中，本文中公开的结垢控制组合物进一步包括杀生物剂。在一些其它实施例中，本文中公开的结垢控制组合物进一步包括载体。在一些其它实施例中，本文中公开的结垢控制组合物进一步包括杀生物剂和载体。在一些实施例中，本文中公开的方法或结垢控制组合物可以由本文中公开的一种或多种二阳离子或多电荷阳离子化合物和载体组成。在一些实施例中，本文中公开的结垢控制组合物由本文中公开的一种或多种二阳离子或多电荷阳离子化合物、载体和杀生物剂组成。

适用的杀生物剂可以是氧化杀生物剂或非氧化杀生物剂。氧化杀生物剂包括但不限于漂白剂、氯、溴、二氧化氯和能够释放氯和溴的物质。非氧化杀生物剂包括但不限于戊二醛、异噻唑啉、2,2-二溴-3-腈基丙酰胺、2-溴-2-硝基丙烷-1,3二醇、1-溴-1-(溴甲基)-1,3-丙二腈、四氯间苯二甲腈、烷基二甲基苄基铵氯化物、二甲基二烷基铵氯化物、二癸基二甲基铵氯化物、聚(氧乙烯(二甲基亚胺基)乙烯(二甲基亚胺基)二氯乙烷、二亚甲基双硫氰酸盐、2-癸基硫乙胺、硫酸四羟甲基鏻、二硫代氨基甲酸盐、氰基二硫代亚胺碳酸酯、2-甲基-5-硝基咪唑-1-乙醇、2-(2-溴-2-硝基乙烯基)呋喃、β-溴-β-硝基苯乙烯、β-硝基苯乙烯、β-硝基乙烯基呋喃、2-溴-2-溴甲基戊二腈、双(三氯甲基)砜、S-(2-羟丙基)硫代甲磺酸盐、四氢-3,5-二甲基-2H-1,3,5-肼-2-硫酮、2-(硫氰甲基硫基)苯并噻唑、2-溴-4′-羟基苯乙酮、1,4-双(溴乙酰氧基)-2-丁烯、双(三丁基锡)氧化物、2-(叔丁基氨基)-4-氯-6-(乙基氨基)-s-三嗪、十二烷基胍乙酸酯、十二烷基胍盐酸盐、椰油烷基二甲基胺氧化物、n-椰油烷基三甲基二胺、氯化四烷基鏻、7-氧杂双环[2.2.1]庚烷-2,3-二羧酸、4,5-二氯-2-正辛基-4-异噻唑啉-3-酮、5-氯-2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮和2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮。

合适的非氧化杀生物剂还包括例如醛(即，甲醛、戊二醛和丙烯醛)、胺类化合物(即，季胺化合物和椰油二胺)、卤代化合物(即，2-溴-2-硝基丙烷-3-二醇(溴硝醇)和2-2-二溴-3-腈基丙酰胺(DBNPA))、硫化合物(即，异噻唑酮、氨基甲酸酯和甲硝哒唑)和季鏻盐(即，硫酸四(羟甲基)-鏻(THPS))。

合适的氧化杀生物剂包括例如次氯酸钠、三氯异氰尿酸、二氯异氰尿酸、次氯酸钙、次氯酸锂、氯化乙内酰脲、稳定的次溴酸钠、活化溴化钠、溴化乙内酰脲、二氧化氯、臭氧、过氧羧酸、过氧羧酸组合物和过氧化物。

基于组合物的总重量，所述组合物可以包含约0.1wt-％至约10wt-％、约0.5wt-％至约5wt-％或约0.5wt-％至约4wt-％的杀生物剂。

所公开的结垢控制组合物中的载体可以是水、有机溶剂或水和有机溶剂的组合。有机溶剂可以为醇、烃、酮、醚、亚烷基二醇、二醇醚、酰胺、腈、亚砜、酯或其组合。合适的有机溶剂的实例包括但不限于甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、2-乙基己醇、己醇、辛醇、癸醇、2-丁氧基乙醇、亚甲基二醇、乙二醇、1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、二甘醇单甲醚、二甘醇单乙醚、乙二醇单丁醚、乙二醇二丁醚、戊烷、己烷、环己烷、甲基环己烷、庚烷、癸烷、十二烷、柴油、甲苯、二甲苯、重芳烃石脑油、环己酮、二异丁基酮、乙醚、碳酸丙二酯、N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺或其组合。

基于组合物的总重量，所述结垢控制组合物可以包含约1wt-％至约80wt-％、约1wt-％至约70wt-％、约1wt-％至约60wt-％、约1wt-％至约50wt-％、约1wt-％至约40wt-％、约1wt-％至约30wt-％、约1wt-％至约20wt-％、约1wt-％至约10wt-％、约5wt-％至约10wt-％、约5wt-％至约20wt-％、约5wt-％至约30wt-％、约5wt-％至约40wt-％、约5wt-％至约50wt-％、约10wt-％至约20wt-％、约10wt-％至约30wt-％、约10至约40wt-％、约10wt-％至约50wt-％、约10wt-％、约20wt-％、约30wt-％、约40-％、约50wt-％、约60wt-％、约70wt-％、约90wt-％或其之间的任何值的一种或多种载体。

腐蚀抑制剂

在一些实施例中，本文中公开的结垢控制组合物进一步包括腐蚀抑制剂。在一些其它实施例中，本文中公开的结垢控制组合物进一步包括腐蚀抑制剂和载体。在一些其它实施例中，本文中公开的结垢控制组合物进一步包括腐蚀抑制剂、杀生物剂和载体。在一些实施例中，本文中公开的结垢控制组合物可以由本文中公开的一种或多种二阳离子或多电荷阳离子化合物、一种或多种腐蚀抑制剂和载体组成。在一些实施例中，本文中公开的结垢控制组合物由本文中公开的一种或多种二阳离子或多电荷阳离子化合物、载体、腐蚀抑制剂和杀生物剂组成。

基于组合物的总重量，结垢控制组合物可以包含约0.1wt-％至20wt-％、0.1wt-％至10wt-％或0.1wt-％至5wt-％的一种或多种腐蚀抑制剂。基于组合物的总重量，本文中公开的组合物可以包含0wt-％至10wt-％的一种或多种腐蚀抑制剂。基于组合物的总重量，所述组合物可以包含1.0wt-％、1.5wt-％、2.0wt-％、2.5wt-％、3.0wt-％、3.5wt-％、4.0wt-％、4.5wt-％、5.0wt-％、5.5wt-％、6.0wt-％、6.5wt-％、7.0wt-％、7.5wt-％、8.0wt-％、8.5wt-％、9.0wt-％、9.5wt-％、10.0wt-％、10.5wt-％、11.0wt-％、11.5wt-％、12.0wt-％、12.5wt-％、13.0wt-％、13.5wt-％、14.0wt-％、14.5wt-％或15.0wt-％的一种或多种腐蚀抑制剂。每个水系统可以对使用腐蚀抑制剂有其自身的要求，并且组合物中的一种或多种腐蚀抑制剂的重量百分比可以随其使用的水系统而变化。

需要腐蚀抑制剂来减少水系统中金属的腐蚀。用于多金属保护的腐蚀抑制剂通常是三唑，例如但不限于苯并三唑、卤代三唑和硝基取代的唑。

所述一种或多种腐蚀抑制剂可以是咪唑啉化合物、季铵化合物、吡啶鎓化合物或其组合。

所述一种或多种腐蚀抑制剂可以是咪唑啉。咪唑啉可以是例如衍生自二胺的咪唑啉(如乙二胺(EDA)、二乙烯三胺(DETA)、三乙烯四胺(TETA)等)和长链脂肪酸(如妥尔油脂肪酸(TOFA))。咪唑啉可以是式(1A)的咪唑啉或咪唑啉衍生物。代表性的咪唑啉衍生物包括式(2A)的咪唑啉化合物或式(3A)的双季铵化化合物。

所述一种或多种腐蚀抑制剂可以包括式(1A)的咪唑啉：

其中R^10a为C₁-C₂₀烷基或C₁-C₂₀烷氧基烷基基团；R^11a为氢、C₁-C₆烷基、C₁-C₆羟烷基或C₁-C₆芳基烷基；并且R^12a和R^13a独立地为氢或C₁-C₆烷基基团。优选地，咪唑啉包括R^10a，其是通常存在于妥尔油脂肪酸(TOFA)中的烷基混合物，并且R^11a、R^12a和R^13a各自为氢。

所述一种或多种附加的腐蚀抑制剂可以是式(2A)的咪唑啉化合物：

其中R^10a为C₁-C₂₀烷基或C₁-C₂₀烷氧基烷基基团；R^11a和R^14a独立地为氢、C₁-C₆烷基、C₁-C₆羟烷基或C₁-C₆芳基烷基；R^12a和R^13a独立地为氢或C₁-C₆烷基基团；并且X^-为卤化物(如氯化物、溴化物或碘化物)、碳酸盐、磺酸盐、磷酸盐或有机羧酸的阴离子(如乙酸盐)。优选地，咪唑啉化合物包括1-苄基-1-(2-羟乙基)-2-妥尔油-2-咪唑啉氯化物。

所述一种或多种附加的腐蚀抑制剂可以是具有式(3A)的双季铵化化合物：

其中R^1a和R^2a各自独立地为未经取代的具有1至约29个碳原子的支链或环烷基或烯基；具有1至约29个碳原子的部分或完全氧化、硫化和/或磷酰化的支链或环烷基或烯基；或其组合；R^3a和R^4a各自独立地为未经取代的支链或环亚烷基或具有1至约29个碳原子的亚烯基；具有1至约29个碳原子的部分或完全氧化、硫化和/或磷酰化的支链或环亚烷基或亚烯基；或其组合；L₁和L₂各自独立地不存在，为H、-COOH、-SO₃H、-PO₃H₂、-COOR^5a、-CONH₂、-CONHR^5a或--CON(R^5a)₂；R^5a各自独立地为具有1至约10个碳原子的支化或非支化的烷基、芳基、烷基芳基、烷基杂芳基、环烷基或杂芳基基团；n为0或1，并且当n为0时，L₂不存在或为H；x为1至约10；并且y为1至约5。优选地，R^1a和R^2a各自独立地为C₆-C₂₂烷基、C₈-C₂₀烷基、C₁₂-C₁₈烷基、C₁₆-C₁₈烷基或其组合；R^3a和R^4a为C₁-C₁₀亚烷基、C₂-C₈亚烷基、C₂-C₆亚烷基或C₂-C₃亚烷基；n为0或1；x为2；y为1；R₃和R₄为-C₂H₂-；L₁为-COOH、-SO₃H或-PO₃H₂；并且L₂不存在，为H、-COOH、-SO₃H或-PO₃H₂。例如，R^1a和R^2a可以衍生自妥尔油脂肪酸混合物，并且主要为C₁₇H₃₃和C₁₇H₃₁的混合物，或者可以为C₁₆-C₁₈烷基；R^3a和R^4a可以为C₂-C₃亚烷基，例如-C₂H₂-；n为1且L₂为-COOH或n为0且L₂不存在或为H；x为2；y为1；R^3a和R^4a为-C₂H₂-；并且L₁为-COOH。

应当理解，对于式(3A)的每个基团指定的碳原子的数目是指碳原子的主链，并且不包括取代基可以贡献的碳原子。

所述一种或多种腐蚀抑制剂可以是具有式(3A)的双季铵化咪唑啉化合物，其中R^1a和R^2a各自独立地为C₆-C₂₂烷基、C₈-C₂₀烷基、C₁₂-C₁₈烷基或C₁₆-C₁₈烷基或其组合；R^4a为C₁-C₁₀亚烷基、C₂-C₈亚烷基、C₂-C₆亚烷基或C₂-C₃亚烷基；x为2；y为1；n为0；L₁为-COOH、-SO₃H或-PO₃H₂；以及L₂不存在或为H。优选地，双季铵化化合物具有式(3A)，其中R^1a和R^2a各自独立地为C₁₆-C₁₈烷基；R^4a为-C₂H₂-；x为2；y为1；n为0；L₁为-COOH、-SO₃H或-PO₃H₂，并且L₂不存在或为H。

所述一种或多种腐蚀抑制剂可以是式(4A)的季铵化合物：

其中R^1a、R^2a和R^3a独立地为C₁到C₂₀烷基，R^4a为甲基或苄基，并且X^-为卤化物或甲硫酸根。

合适的烷基、羟烷基、烷芳基、芳烷基或芳基季胺盐包括式[N⁺R^5aR^6aR^7aR^8a][X^-]的那些烷芳基、芳烷基和芳基季胺盐，其中R^5a、R^6a、R^7a和R^8a含有一至18个碳原子，并且X为Cl、Br或I。对于季盐，R^5a、R^6a、R^7a和R^8a可以各自独立地为烷基(即，C₁-C₁₈烷基)、羟烷基(即，C₁-C₁₈羟烷基)和烷芳基(即，苄基)。具有烷基或烷芳基卤化物的单环或多环芳香族胺盐包括式[N⁺R^5aR^6aR^7aR^8a][X^-]的盐，其中R^5a、R^6a、R^7a和R^8a含有一至18个碳原子和至少一个芳基基团，并且X为Cl、Br或I。

合适的季铵盐包括但不限于四甲基铵盐、四乙基铵盐、四丙基铵盐、四丁基铵盐、四己基铵盐、四辛基铵盐、苄基三甲基铵盐、苄基三乙基铵盐、苯基三甲基铵盐、苯基三乙基铵盐、鲸蜡基苄基二甲基铵盐、十六烷基三甲基铵盐、二甲基烷基苄基季铵盐、单甲基二烷基苄基季铵盐，或三烷基苄基季铵盐，其中烷基基团具有约6至约24个碳原子，约10至约18个碳原子，或约12至约16个碳原子。季铵盐可以是苄基三烷基季铵盐、苄基三乙醇胺季铵盐，或苄基二甲基氨基乙醇胺季铵盐。

所述一种或多种腐蚀抑制剂可以是吡啶鎓盐，如由式(5A)表示的那些：

其中R^9a为烷基基团、芳基基团或芳烷基基团，其中所述烷基基团具有1至约18个碳原子，并且X^-为卤化物，如氯化物、溴化物或碘化物。这些化合物中有烷基吡啶鎓盐和烷基吡啶鎓苄基季铵化合物。示范性化合物包括甲基吡啶鎓氯化物、乙基吡啶鎓氯化物、丙基吡啶鎓氯化物、丁基吡啶鎓氯化物、辛基吡啶鎓氯化物、癸基吡啶鎓氯化物、月桂基吡啶氯化物、鲸蜡基吡啶鎓氯化物、苄基吡啶鎓氯化物和烷基苄基吡啶鎓氯化物，优选地其中烷基为C₁-C₆烃基基团。优选地，吡啶鎓化合物包括苄基吡啶鎓氯化物。

所述一种或多种附加的腐蚀抑制剂可以是磷酸酯、单体或低聚脂肪酸、烷氧基化胺或其混合物。

所述一种或多种腐蚀抑制剂可以是磷酸酯。合适的单-、二-和三-烷基以及烷基芳基磷酸酯和单、二和三乙醇胺的磷酸酯通常含有1至约18个碳原子。优选的单-、二-和三-烷基磷酸酯，烷芳基或芳烷基磷酸酯是通过使C₃-C₁₈脂肪醇与五氧化二磷反应制备的那些。磷酸盐中间体与磷酸三乙酯交换其酯基团，从而产生更广泛分布的烷基磷酸酯。

替代性地，磷酸酯可以通过与烷基二酯、低分子量烷基醇或二醇的混合物混合来制备。低分子量烷基醇或二醇优选地包括C₆到C₁₀醇或二醇。此外，优选含有一个或多个2-羟乙基基团的多元醇的磷酸酯及其盐，和通过使多磷酸或五氧化二磷与羟胺如二乙醇胺或三乙醇胺反应得到的羟胺磷酸酯。

所述一种或多种腐蚀抑制剂可以是单体或低聚脂肪酸。优选的单体或低聚脂肪酸是C₁₄-C₂₂饱和和不饱和的脂肪酸以及通过聚合此类脂肪酸中的一种或多种获得的二聚物、三聚物和低聚物产物。

所述一种或多种腐蚀抑制剂可以是烷氧基化胺。烷氧基化胺可以是乙氧基化烷基胺。烷氧基化胺可以是乙氧基化牛脂胺。

分散剂

在一些实施例中，本文中公开的结垢控制组合物可以进一步包含分散剂。分散剂使水系统中存在于水中的颗粒物质保持分散，因此不会结块。基于组合物的总重量，所述组合物可以包含约0.1wt-％至约10wt-％、约0.5wt-％至约5wt-％或约0.5wt-％至约4wt-％的分散剂。

分散剂可以是丙烯酸聚合物、马来酸聚合物、丙烯酸与磺化单体的共聚物、其烷基酯或其组合。这些聚合物可以包括丙烯酸、丙烯酰胺和磺化单体的三元共聚物。这些聚合物还可以包括由丙烯酸和三种其它单体组成的四元聚合物。

合适的分散剂包括但不限于具有2至50个碳的脂肪族膦酸，如羟基乙基二膦酸，和氨基烷基膦酸，即具有2至10个N原子的聚氨基亚甲基膦酸盐，即各自带有至少一个亚甲基膦酸基团；后者的实例是乙二胺四(亚甲基膦酸盐)、二亚乙基三胺五(亚甲基膦酸盐)以及在每个N原子之间具有2至4个亚甲基基团的三胺聚亚甲基膦酸盐和四胺聚亚甲基膦酸盐，每个膦酸盐中的亚甲基基团数目中的至少2个不同。其它合适的分散剂包括木质素或木质素衍生物，如木质素磺酸盐和萘磺酸以及衍生物。

结垢控制组合物可以进一步包含有机硫化合物，如巯基烷基醇、巯基乙酸、巯基乙酸、3,3'-二硫代二丙酸、硫代硫酸钠、硫脲、L-半胱氨酸、叔丁基硫醇、硫代硫酸钠、硫代硫酸铵、硫氰酸钠、硫氰酸铵、焦亚硫酸钠或其组合。优选地，巯基烷基醇包含2-巯基乙醇。此类化合物用作组合物中的增效剂。基于组合物的总重量，有机硫化合物可以构成组合物的约0.5wt-％至约15wt-％，优选地约1wt-％至约10wt-％，并且更优选地约1wt-％至约5wt-％。有机硫化合物可以构成所述组合物的约1wt-％、约2wt-％、约3wt-％、约4wt-％、约5wt-％、约6wt-％、约7wt-％、约8wt-％、约9wt-％、约10wt-％、约11wt-％、约12wt-％、约13wt-％、约14wt-％或约15wt-％。

结垢控制组合物可以进一步包含去乳化剂。优选地，去乳化剂包含烷氧基化聚合物，如聚亚烷基二醇。基于组合物的总重量，去乳化剂可以构成所述组合物的约0.1wt-％至约10wt-％、约0.5wt-％至约5wt-％，或约0.5wt-％至约4wt-％。去乳化剂可以构成所述组合物的约0.5wt-％、约1wt-％、约1.5wt-％、约2wt-％、约2.5wt-％、约3wt-％、约3.5wt-％、约4wt-％、约4.5wt-％，或约5wt-％。

结垢控制组合物可以进一步包含沥青质抑制剂。基于组合物的总重量，所述组合物可以包含约0.1wt-％至约10wt-％、约0.1wt-％至约5wt-％或约0.5wt-％至约4wt-％的沥青质抑制剂。合适的沥青质抑制剂包括但不限于脂族磺酸；烷基芳基磺酸；芳基磺酸盐；木质素磺酸盐；烷基酚/醛树脂和类似磺化树脂；聚烯烃酯；聚烯烃酰亚胺；具有烷基、亚烷基苯基或亚烷基吡啶基官能团的聚烯烃酯；聚烯烃酰胺；具有烷基、亚烷基苯基或亚烷基吡啶基官能团的聚烯烃酰胺；具有烷基、亚烷基苯基或亚烷基吡啶基官能团的聚烯烃酰亚胺；烯基/乙烯基吡咯烷酮共聚物；聚烯烃与马来酸酐或乙烯基咪唑的接枝聚合物；超枝聚酯酰胺；聚烷氧基化沥青烯；两性脂肪酸；丁二酸烷基酯的盐、脱水山梨糖醇单油酸酯；和聚异丁烯丁二酸酐。

结垢控制组合物可以进一步包含石蜡抑制剂。基于组合物的总重量，所述组合物可以包含约0.1wt-％至约10wt-％、约0.1wt-％至约5wt-％或约0.5wt-％至约4wt-％的石蜡抑制剂。合适的石蜡抑制剂包括但不限于石蜡晶体调节剂和分散剂/晶体改性剂组合。合适的石蜡晶体调节剂包括但不限于丙烯酸烷基酯共聚物、丙烯酸烷基酯乙烯基吡啶共聚物、乙烯乙酸乙烯酯共聚物、马来酸酐酯共聚物、支化聚乙烯、萘、蒽、微晶蜡和/或沥青烯。合适的石蜡分散剂包括但不限于十二烷基苯磺酸盐、烷氧基化烷基酚和烷氧基化烷基酚树脂。

结垢控制组合物可以进一步包含阻垢剂。基于组合物的总重量，所述组合物可以包含约0.1wt-％至约20wt-％、约0.5wt-％至约10wt-％或约1wt-％至约10wt-％的阻垢剂。合适的阻垢剂包括但不限于磷酸盐、磷酸酯、磷酸、膦酸盐、膦酸、聚丙烯酰胺、丙烯酰胺甲基丙烷磺酸盐/丙烯酸共聚物(AMPS/AA)的盐、膦化马来酸共聚物(PHOS/MA)、单聚膦琥珀酸(PSO)衍生物、双聚膦琥珀酸衍生物和低聚膦琥珀酸衍生物、多羧酸、疏水改性的多羧酸以及聚马来酸/丙烯酸/丙烯酰胺甲基丙烷磺酸盐三元共聚物(PMA/AA/AMPS)的盐。

结垢控制组合物可以进一步包含乳化剂。基于组合物的总重量，所述组合物可以包含约0.1wt-％至约10wt-％、约0.5wt-％至约5wt-％或约0.5wt-％至约4wt-％的乳化剂。合适的乳化剂包括但不限于羧酸盐、羧酸或羧酸酐与胺之间的酰化反应产物以及糖类的烷基、酰基和酰胺衍生物(烷基-糖类乳化剂)。

结垢控制组合物可以进一步包含水澄清剂。基于组合物的总重量，所述组合物可以包含约0.1wt-％至约10wt-％、约0.5wt-％至约5wt-％或约0.5wt-％至约4wt-％的水澄清剂。合适的水澄清剂包括但不限于无机金属盐(如明矾、氯化铝和水合氯化铝)，或有机聚合物(如丙烯酸基聚合物、丙烯酰胺基聚合物、聚合胺、烷醇胺、硫代氨基甲酸酯)，以及阳离子聚合物(如二烯丙基二甲基铵氯化物(DADMAC))。

结垢控制组合物可以进一步包含破乳剂。基于组合物的总重量，所述组合物可以包含约0.1wt-％至约10wt-％、约0.5wt-％至约5wt-％或约0.5wt-％至约4wt-％的破乳剂。合适的破乳剂包括但不限于十二烷基苯磺酸(DDBSA)、二甲苯磺酸的钠盐(NAXSA)、环氧化和丙氧基化的化合物以及树脂(如酚醛树脂和环氧树脂)。

结垢控制组合物可以进一步包含硫化氢清除剂。基于组合物的总重量，所述组合物可以包含约1wt-％至约50wt-％、约1wt-％至约40wt-％、或约1wt-％至约30wt-％的硫化氢清除剂。合适的附加硫化氢清除剂包括但不限于氧化剂(即，无机过氧化物，如过氧化钠或二氧化氯)；醛(即，具有1至10个碳，如甲醛、乙二醛、戊二醛、丙烯醛或甲基丙烯醛)；三嗪(即，单乙醇胺三嗪、单甲胺三嗪以及来自多种胺或其混合物的三嗪)；仲胺或叔胺和醛的缩合产物，以及烷基醇和醛的缩合产物。

结垢控制组合物可以进一步包含气体水合物抑制剂。基于组合物的总重量，所述组合物可以包含约0.1wt-％至约25wt-％、约0.5wt-％至约20wt-％或约1wt-％至约10wt-％的气体水合物抑制剂。合适的气体水合物抑制剂包括但不限于热力学水合物抑制剂(THI)、动力学水合物抑制剂(KHI)和抗结块剂(AA)。合适的热力学水合物抑制剂包括但不限于氯化钠、氯化钾、氯化钙、氯化镁、溴化钠、甲酸盐(即甲酸钾)、多元醇(如葡萄糖、蔗糖、果糖、麦芽糖、乳糖、葡糖酸盐、单乙二醇、二乙二醇、三乙二醇、单丙二醇、二丙二醇、三丙二醇、四丙二醇、单丁二醇、二丁二醇、三丁二醇、甘油、二甘油、三甘油以及糖醇(即山梨糖醇、甘露糖醇))、甲醇、丙醇、乙醇、二醇醚(如二乙二醇单甲醚、乙二醇单丁醚)和醇的烷基或环状酯(如乳酸乙酯、乳酸丁酯、苯甲酸甲基乙酯)。

结垢控制组合物可以进一步包含动力学水合物抑制剂。基于组合物的总重量，所述组合物可以包含约0.1wt-％至约25wt-％、约0.5wt-％至约20wt-％或约1wt-％至约10wt-％的动力学水合物抑制剂。合适的动力学水合物抑制剂和抗结块剂包括但不限于聚合物和共聚物、多糖(如羟乙基纤维素(HEC)、羧甲基纤维素(CMC)、淀粉、淀粉衍生物和黄原胶)、内酰胺(如聚乙烯基己内酰胺、聚乙烯基内酰胺)、吡咯烷酮(如各种分子量的聚乙烯吡咯烷酮)、脂肪酸盐、乙氧基化醇、丙氧基化醇、脱水山梨糖醇酯、乙氧基化脱水山梨糖醇酯、脂肪酸的聚甘油酯、烷基葡糖苷、烷基聚葡萄糖苷、烷基硫酸盐、烷基磺酸盐、烷基酯磺酸盐、烷基芳香族磺酸盐、烷基甜菜碱、烷基氨基甜菜碱、烃基分散剂(如木质素磺酸盐、亚氨基二琥珀酸盐、聚天冬氨酸盐)、氨基酸和蛋白质。

结垢控制组合物可以进一步包含pH调节剂。基于组合物的总重量，所述组合物可以包含约0.1wt-％至约20wt-％、约0.5wt-％至约10wt-％或约0.5wt-％至约5wt-％的pH调节剂。合适的pH调节剂包括但不限于碱金属氢氧化物、碱金属碳酸盐、碱金属碳酸氢盐、碱土金属氢氧化物、碱土金属碳酸盐、碱土金属碳酸氢盐以及其混合物或组合。示范性pH调节剂包括氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、氧化钙、碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠、碳酸氢钾、氧化镁和氢氧化镁。

结垢控制组合物可以进一步包含表面活性剂。基于组合物的总重量，所述组合物可以包含约0.1wt-％至约10wt-％、约0.5wt-％至约5wt-％或约0.5wt-％至约4wt-％的表面活性剂。合适的表面活性剂可以是非离子、阳离子、阴离子、两性、两性离子、双子、二阳离子、二阴离子表面活性剂或其混合物。阴离子表面活性剂包括烷基芳基磺酸盐、烯烃磺酸盐、链烷烃磺酸盐、醇硫酸盐、醇醚硫酸盐、烷基羧酸盐和烷基醚羧酸盐，以及烷基和乙氧基化烷基磷酸酯，以及单烷基和二烷基磺化丁二酸盐和磺化琥珀酰胺酸盐。非离子表面活性剂包括醇烷氧基化物；烷基酚烷氧基化物；乙烯、丙烯和丁烯氧化物的嵌段共聚物；烷基二甲胺氧化物；烷基-双(2-羟乙基)胺氧化物；烷基酰胺丙基二甲胺氧化物；烷基酰胺丙基-双(2-羟乙基)胺氧化物；烷基聚葡糖苷；聚烷氧基化甘油酯；脱水山梨糖醇酯和聚烷氧基化脱水山梨糖醇酯；以及烷酰基聚乙二醇酯和二酯。也包括甜菜碱和磺基甜菜碱、两性表面活性剂例如烷基两性乙酸盐和两性二乙酸盐、烷基两性丙酸盐和丙酸二丙酸盐，以及烷基亚氨基二丙酸盐。

结垢控制组合物可以进一步包含提供功能性和/或有益特性的附加的结垢控制剂。例如，附加的结垢控制组合物剂可以是螯合剂、增溶剂、润滑剂、缓冲剂、清洁剂、漂洗助剂、防腐剂、粘合剂、增稠剂或其它粘度调节剂、加工助剂、水调节剂、泡沫抑制剂或泡沫发生剂、阈值剂或系统、美学增强剂(即，染料、气味剂、香料)或适于与结垢控制组合物一起配制的其它试剂，以及其混合物。附加的试剂或添加剂将根据所制造的特定结垢控制组合物和如本领域普通技术人员将理解的其预期用途而变化。

替代性地，结垢控制组合物不含有或不含附加的结垢控制组合物剂中的任何一种。

另外，结垢控制组合物可以被配制成包含如表1A至表1B中所示的以下组分的组合物。这些制剂包括所列组分的范围，并且可以任选地包括附加的试剂。下面表1A至表1B中的值是重量百分比。

表1A示范性结垢控制组合物

表1B示范性结垢控制组合物

水系统

将所述结垢控制组合物或其使用溶液应用于水系统，以防止水系统中或水系统内的表面上的微生物或生物膜生长。在一些实施例中，本文中公开的方法中的水系统是工业用水系统。在其它实施例中，所述水系统可以为(但不限于)冷却水系统(包括开放式再循环系统、封闭和直流冷却水系统)、锅炉和锅炉水系统、石油井系统、井下地层、地热井以及油田和气田应用中的其它水系统；矿物洗涤系统、浮选和初选系统；纸浆工业中造纸厂蒸煮器、洗涤器、漂白厂、储箱、白水系统、造纸机表面、黑液蒸发器；气体洗涤器和空气洗涤器、冶金工业中的连续铸造工艺；空调和制冷系统；工业和石油工艺用水、间接接触冷却和加热用水、水回收系统、水净化系统、膜过滤水系统、食品加工流(肉、蔬菜、甜菜、甘蔗、谷物、家禽、水果和大豆)、废物处理系统、澄清器、液-固应用、市政污水处理、市政水系统、饮用水系统、含水层、水箱、洒水系统或热水器。

在一些实施例中，所述水系统是冷却水系统(包括开放式再循环、封闭和直流冷却水系统)、造纸机表面、食品加工流、废物处理系统或饮用水系统。

在一些实施例中，所述水系统是包括可湿性表面的任何系统。此类水系统的实例包括但不限于浴室的墙壁和地板、食品和蔬菜的表面，以及用于食品的加工流体。此类表面通常与水或水湿气持续接触并且经受生物膜生长。

公开的方法或组合物的用途

在一些实施例中，对于本文中公开的方法，将结垢控制组合物提供到水系统中意味着将结垢控制组合物、二阳离子或多电荷阳离子化合物或其使用溶液添加到包含水的流体或水系统的表面中。在其它实施例中，将结垢控制组合物提供到水系统中意味着将结垢控制组合物、二阳离子或多电荷阳离子化合物或其使用溶液添加到水或水系统的表面。在一些其它实施例中，将结垢控制组合物提供到水系统中意味着将结垢控制组合物或二阳离子或多电荷阳离子化合物添加到接触水系统表面的流体或气体。结垢控制组合物、二阳离子或多电荷阳离子化合物或使用溶液可以连续地添加，或者当需要更多化合物或组合物时间歇地添加。

本文中使用的结垢控制组合物或一种或多种二阳离子或多电荷阳离子化合物的使用溶液是指组合物或化合物通过稀释剂稀释的溶液。本文中使用的稀释剂是指水、水系统的水或本文中定义的载体或溶剂中的一个。可以将结垢控制组合物或化合物稀释0.5、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11至1,000,000或其间的任何值，以生成使用溶液，并且然后将使用溶液提供到水系统或表面上。在本公开中，当应用组合物或二阳离子或多电荷阳离子化合物时，应用所述组合物/化合物或其使用溶液。

在一些实施例中，可以将本文中公开的结垢控制组合物或二阳离子或多电荷阳离子化合物添加到所述水系统的水中，因此所述组合物或化合物在经过处理的水系统中的浓度在约0.001ppm至约5000ppm的范围内。在其它实施例中，结垢控制组合物或二阳离子或多电荷阳离子化合物在所述水系统的水中的量的范围可以为约0.001ppm至约4000ppm、约0.001ppm至约3000ppm、约0.001ppm至约2000ppm、约0.001ppm至约1000ppm、约0.001ppm至约100ppm、约0.01ppm至约100ppm、约0.1ppm至约100ppm、约1ppm至约100ppm、5ppm至约100ppm、约5ppm至约50ppm、约5ppm至约40ppm、约5ppm至约30ppm、约10ppm至约60ppm、约10ppm至约50ppm、约10ppm至约40ppm、约10ppm至约30ppm、约20ppm至约60ppm、约20ppm至约50ppm、约20ppm至约40ppm，或约20ppm至约30ppm。在一些实施例中，结垢控制组合物或二阳离子或多电荷阳离子化合物被添加到水中的量的范围可以为约0.001ppm至约5000ppm、约0.001ppm至约4000ppm、约0.001ppm至约3000ppm、约0.001ppm至约2000ppm、约0.001ppm至约1000ppm、约1ppm至约1000ppm、约125ppm至约1000ppm、约250ppm至约1000ppm，或约500ppm至约1000ppm。

可以例如通过用有效量的本文所述的化合物或组合物处理气体或液体流将所述结垢控制组合物或二阳离子或多电荷阳离子化合物用于石油和天然气应用中的结垢控制。可以将所述化合物和组合物用于任何希望防止表面处的微生物或生物膜生长的工业。

可以将结垢控制组合物或二阳离子或多电荷阳离子化合物用于冷凝物/油系统/气体系统，或其任何组合。例如，可以将结垢控制组合物或二阳离子或多电荷阳离子化合物用于热交换器表面上的结垢控制。可以将结垢控制组合物或二阳离子或多电荷阳离子化合物应用于生产的气体或液体，或者用于原油或天然气的生产、运输、储存和/或分离。可以将结垢控制组合物或二阳离子或多电荷阳离子化合物应用于在燃煤过程(如燃煤发电厂)中使用或产生的气体流。

可以将结垢控制组合物或二阳离子或多电荷阳离子化合物应用于在废水处理、农场、屠宰场、土地填埋、市政废水处理厂、炼焦煤处理或生物燃料处理中产生或使用的气体或液体。

可以引入结垢控制组合物或二阳离子或多电荷阳离子化合物的流体可以是水性介质。所述水性介质可以包含水、气体和任选的液态烃。

可以引入结垢控制组合物或二阳离子或多电荷阳离子化合物的流体可以是液态烃。所述液态烃可以是任何类型的液态烃，包括但不限于原油、重油、加工渣油、沥青油、焦化油、焦化瓦斯油、流化催化裂化进料、瓦斯油、石脑油、流化催化裂化浆料、柴油、燃料油、喷气燃料、汽油和煤油。流体或气体可以是精制的烃产品。

用结垢控制组合物或二阳离子或多电荷阳离子化合物处理的流体或气体可以处于任何选定的温度，如环境温度或高温。流体(即，液态烃)或气体可以处于约40℃至约250℃的温度下。流体或气体可以处于-50℃至300℃、0℃至200℃、10℃至100℃或20℃至90℃的温度下。流体或气体可以处于22℃、23℃、24℃、25℃、26℃、27℃、28℃、29℃、30℃、31℃、32℃、33℃、34℃、35℃、36℃、37℃、38℃、39℃或40℃的温度下。流体或气体可以处于85℃、86℃、87℃、88℃、89℃、90℃、91℃、92℃、93℃、94℃、95℃、96℃、97℃、98℃、99℃或100℃的温度下。

可以将结垢控制组合物或二阳离子或多电荷阳离子化合物以不同的含水率水平添加到流体(或水系统)中。例如，所述含水率可以为0％至100％体积/体积(v/v)、1％至80％v/v，或1％至60％v/v。所述流体可以是含有不同盐度水平的水性介质。所述流体可以具有0％至25％、约1％至24％，或约10％至25％重量/重量(w/w)的总溶解固体(TDS)的盐度。

可以将引入了结垢控制组合物或二阳离子或多电荷阳离子化合物的流体或气体即水系统包含在和/或暴露于许多类型的设备中。例如，可以将流体或气体包含在将流体或气体从一点输送到另一点的设备(例如石油和/或天然气管道)中。所述设备可以是石油和/或天然气精炼厂的一部分，如管道、分离容器、脱水单元或气体管线。可以将流体包含在和/或暴露在用于采油和/或生产的设备(如井口)中。所述设备可以是燃煤发电厂的一部分。所述设备可以是洗涤器(即，湿烟气脱硫器、喷雾干燥吸收器、干燥吸附剂注射器、喷雾塔、接触塔或鼓泡塔等)。所述设备可以是货船、储存船、储罐或连接储罐、船或处理单元的管道。

可以通过任何合适的方法将结垢控制组合物或二阳离子或多电荷阳离子化合物引入水系统的流体或气体中，以确保分散在流体或气体中。例如，可以在烃流体接触表面之前将结垢控制组合物或二阳离子或多电荷阳离子化合物添加到烃流体中。

可以在流动管线中需要结垢控制的点的上游点处添加结垢控制组合物或二阳离子或多电荷阳离子化合物。可以使用机械设备(如化学品注射泵、管道三通、注射配件、雾化器、套管等)注射结垢控制组合物或二阳离子或多电荷阳离子化合物。

可以使用脐带式管线将结垢控制组合物或二阳离子或多电荷阳离子化合物泵送到石油和/或天然气管道中。可以使用毛细管注射系统将结垢控制组合物或二阳离子或多电荷阳离子化合物递送到选定的流体。

可以引入结垢控制组合物或二阳离子或多电荷阳离子化合物的流体可以是水性介质。所述水性介质可以包含水、气体和任选的液态烃。可以引入结垢控制组合物或二阳离子或多电荷阳离子化合物的流体可以是液态烃。

可以将结垢控制组合物或二阳离子或多电荷阳离子化合物引入液体和几种液体的混合物，液体和气体，液体、固体和气体。结垢控制组合物或二阳离子或多电荷阳离子化合物可以作为水溶液或非水溶液、混合物或浆液注入气体流中。

可以使流体或气体穿过包含结垢控制组合物或二阳离子或多电荷阳离子化合物的吸收塔。

可以将结垢控制组合物或二阳离子或多电荷阳离子化合物应用于流体或气体以提供任何选定的浓度。在实践中，结垢控制组合物或二阳离子或多电荷阳离子化合物通常被添加到流动管线中，以提供结垢控制组合物或二阳离子或多电荷阳离子化合物的有效处理剂量为约0.01ppm至约5,000ppm。可以将结垢控制组合物或二阳离子或多电荷阳离子化合物应用于流体或气体，以提供约百万分之一(ppm)至约1,000,000ppm、约百万分之一(ppm)至约100,000ppm，或约10ppm至约75,000ppm的活性物质浓度。可以将聚合物盐/组合物应用于流体以提供约100ppm至约10,000ppm、约200ppm至约8,000ppm，或约500ppm至约6,000ppm的活性物质浓度。活性物质浓度是指结垢控制组合物或二阳离子或多电荷阳离子化合物的浓度。

结垢控制组合物或二阳离子或多电荷阳离子化合物可以应用于流体或气体，以在经过处理的流体或气体，即经过处理的水系统中提供0.1ppm、0.5ppm、1ppm、2ppm、5ppm、10ppm、20ppm、100ppm、200ppm、500ppm或1,000ppm的活性物质浓度。结垢控制组合物或二阳离子或多电荷阳离子化合物可以应用于流体或气体或水系统，以在经过处理的流体、气体或水系统中提供0.125ppm、0.25ppm、0.625ppm、1ppm、1.25ppm、2.5ppm、5ppm、10ppm或20ppm的活性物质浓度。每个水系统可以有其自己的剂量水平要求，并且足以降低微生物或生物膜的生长速率的结垢控制组合物或二阳离子或多电荷阳离子化合物的有效剂量水平可以随所使用其的水系统而变化。

结垢控制组合物或二阳离子或多电荷阳离子化合物可以连续、分批或组合应用。结垢控制组合物或二阳离子或多电荷阳离子化合物的给料可以是连续的。结垢控制组合物或二阳离子或多电荷阳离子化合物的给料可以是间歇的(即，分批处理)，或者可以是连续的/被保持和/或间歇的。

连续处理的剂量率通常为约1ppm至约500ppm，或约1ppm至约200ppm。分批处理的剂量率通常为约10ppm至约400,000ppm，或约10ppm至约20,000ppm。可以将结垢控制组合物或二阳离子或多电荷阳离子化合物作为丸剂应用于管道，从而提供所述组合物的高剂量(即，20,000ppm)。

其中使用结垢控制组合物或二阳离子或多电荷阳离子化合物的流动管线的流速可以是0.1至100英尺/秒，或0.1至50英尺/秒。结垢控制组合物或二阳离子或多电荷阳离子化合物也可以用水配制，以便于添加到流动管线中。

水系统的表面可以是能够以任何方式接触水系统的水或水的蒸汽的任何表面。所述表面可以是用于生产、运输、储存和/或分离流体(如原油或天然气)的井筒或设备的一部分。

更具体地，所述表面可以是用于燃煤过程、废水处理、农场、屠宰场、土地填埋、市政废水处理厂、炼焦煤处理或生物燃料处理的设备的一部分。优选地，所述表面可以是用于生产原油或天然气的设备的一部分。

所述设备可以包含管道、储存容器、井下注射管、流动管线或注射管线。

结垢控制组合物或二阳离子或多电荷阳离子化合物可用于防止容器、加工设施或食品服务或食品加工工业中的设备的微生物或生物膜生长。结垢控制组合物或二阳离子或多电荷阳离子化合物对于用于食品包装材料和设备，并且尤其是用于冷或热无菌包装具有特殊价值。可以使用结垢控制组合物或二阳离子或多电荷阳离子化合物的加工设施的实例包括乳品生产线、连续酿造系统、食品加工生产线(如可泵送的食品系统和饮料生产线)、器皿清洗机、低温器皿清洗机、餐具、洗瓶机、瓶冷却器、加温器、第三水槽清洗机、加工设备(如罐、桶、管线、泵和软管)(即，用于加工牛奶、奶酪、冰淇淋和其它乳制品的乳品加工设备)和运输车辆。结垢控制组合物或二阳离子或多电荷阳离子化合物可以用于抑制用于制造和储存软饮料材料的罐、管线、泵和其它设备中的腐蚀，并且也可以用于饮料的装瓶或容器中。

结垢控制组合物或二阳离子或多电荷阳离子化合物也可以用于其它工业设备上或中，以及其它工业过程流中，如加热器、冷却塔、锅炉、脱水缸水、漂洗水、无菌包装洗涤水等。结垢控制组合物或二阳离子或多电荷阳离子化合物可以用于处理娱乐用水(例如游泳池、温泉、娱乐水槽和滑水道、喷泉等)中的表面。

结垢控制组合物或二阳离子或多电荷阳离子化合物可以用于处理在清洁和/或客房应用、食品加工设备和/或工厂应用以及洗衣应用中与清洁剂接触的金属表面。例如，洗涤机(例如用于洗涤纺织品的通道式洗涤机)可以根据本文中公开的方法进行处理。

结垢控制组合物或二阳离子或多电荷阳离子化合物可以以本领域技术人员公知的任何合适的方法分配。例如，可以使用喷雾型分配器。喷雾型分配器的作用是将水喷射到组合物的暴露表面上以溶解一部分组合物，并且然后立即将包括所述组合物的浓缩溶液从分配器中导出到储存容器或直接导入到使用点。

可以通过间歇地或连续地将结垢控制组合物或二阳离子或多电荷阳离子化合物浸入水系统的水、流体或气体中来分配所述结垢控制组合物或二阳离子或多电荷阳离子化合物。结垢控制组合物或二阳离子或多电荷阳离子化合物然后可以例如以受控或预定的速率溶解。根据本文中公开的方法，所述速率可以有效地维持有效使用的溶解化合物或组合物的浓度。

本文中公开的结垢控制组合物可以包含约80wt-％至约99.9wt-％的载体、杀生物剂、腐蚀抑制剂、附加的结垢控制剂、其组合；约0.1wt-％至约20wt-％的一种或多种二阳离子或多电荷阳离子化合物，约1wt-％至约60wt-％的载体、杀生物剂、腐蚀抑制剂、附加的结垢控制剂、其组合，以及约20wt-％至约98.9wt-％的水；约10wt-％至约20wt-％的一种或多种二阳离子或多电荷阳离子化合物，约30wt-％至约40wt-％的载体、杀生物剂、腐蚀抑制剂、附加的结垢控制剂、其组合，以及约40wt-％至约60wt-％的水；或者约15wt-％至约20wt-％的一种或多种二阳离子或多电荷阳离子化合物，约1wt-％至约10wt-％的载体、杀生物剂、腐蚀抑制剂、附加的结垢控制剂、其组合，以及约70wt-％至约84wt-％的水。

在一个方面，本文公开了一种控制水系统中的微生物结垢的方法，其中所述方法包含将结垢控制组合物提供到水系统中以生成经过处理的水系统，其中所述结垢控制组合物包含衍生自伯胺或多胺与根据下式

的α,β-不饱和羰基化合物之间的氮杂-迈克尔加成反应的化合物或其盐；或者

衍生自多胺与根据下式

的α,β-不饱和羰基化合物之间的氮杂-迈克尔加成反应以及根据下式的环氧化物的开环反应的化合物或其盐，

其中X为NH或O；R²为H、CH₃或未经取代的直链或支链C₂-C₁₀烷基、烯基或炔基基团；R³不存在或为未经取代的直链或支链C₁-C₃₀亚烷基基团；Y为-NR₄R₅R₆ ⁽⁺⁾；R⁴、R⁵和R⁶独立地为C₁-C₁₀烷基基团；R⁷为H或烷基；并且R⁸为烷基或-(CH₂)_k-O-烷基，其中k为1至30的整数；其中所述化合物是具有两个基团的二阳离子化合物，具有1、2、3或更多个基团的多电荷阳离子化合物，或者具有1、2、3或更多个基团和至少一个基团的多电荷阳离子化合物。在一些实施例中，结垢控制组合物减轻水系统中的细菌生长或生物膜生长。

在另一个方面，本文提供了一种结垢控制组合物，其中所述组合物包含一种或多种附加的结垢控制剂和衍生自伯胺或多胺与根据下式

的α,β-不饱和羰基化合物之间的氮杂-迈克尔加成反应的化合物或其盐；或者

衍生自多胺与根据下式

的α,β-不饱和羰基化合物之间的氮杂-迈克尔加成反应以及根据下式的环氧化物的开环反应的化合物或其盐，

其中X为NH或O；R²为H、CH₃或未经取代的直链或支链C₂-C₁₀烷基、烯基或炔基基团；R³不存在或为未经取代的直链或支链C₁-C₃₀亚烷基基团；Y为-NR₄R₅R₆ ⁽⁺⁾；R⁴、R⁵和R⁶独立地为C₁-C₁₀烷基基团；R⁷为H或烷基；并且R⁸为烷基或-(CH₂)_k-O-烷基，其中k为1至30的整数；其中所述化合物是具有两个基团的二阳离子，具有1、2、3或更多个基团的多电荷阳离子化合物，或者具有1、2、3或更多个基团和至少一个基团的多电荷阳离子化合物。在一些实施例中，结垢控制组合物减轻水系统中的细菌生长或生物膜生长。

在一些实施例中，所述化合物或其盐衍生自伯胺与α,β-不饱和羰基化合物之间的氮杂-迈克尔加成反应。在一些其它实施例中，所述化合物或其盐衍生自多胺与α,β-不饱和羰基化合物之间的氮杂-迈克尔加成反应。所述化合物或其盐衍生自多胺与α,β-不饱和羰基化合物之间的氮杂-迈克尔加成反应以及多胺与环氧化物之间的开环反应。

在本文所公开的化合物的一些实施例中，X为NH。在一些其它实施例中，X为O。

在一些实施例中，R²为H。在一些实施例中，R²为CH₃。在又另一些实施例中，R²为CH₃CH₃、CH₂CH₂CH₃或CH(CH₃)₂。

在一些实施例中，Y为-NR₄R₅R₆ ⁽⁺⁾。在一些其它实施例中，Y为-NR₄R₅R₆ ⁽⁺⁾，并且R⁴、R⁵和R⁶独立地为CH₃。在又另一些实施例中，Y为-NR₄R₅R₆ ⁽⁺⁾，并且R⁴和R⁵独立地为CH₃，并且R⁶为C₂-C₁₂芳香族烷基。在一些其它实施例中，Y为-NR₄R₅R₆ ⁽⁺⁾，并且R⁴和R⁵独立地为CH₃，并且R⁶为-CH₂-C₆H₆。

在一些实施例中，Y为-NR₄R₅R₆ ⁽⁺⁾，并且Y的反离子是任何带负电荷的离子或物种。在一些其它实施例中，Y的反离子是氯离子、溴离子、氟离子、碘离子、乙酸根、铝酸根、氰酸根、氰离子、磷酸二氢根、亚磷酸二氢根、甲酸根、碳酸根、碳酸氢根、草酸氢根、硫酸氢根、氢氧根、硝酸根、亚硝酸根、硫氰酸根或其组合。

在一些实施例中，R³为CH₂。在一些其它实施例中，R³为CH₂CH₂。在其它实施例中，R³为C(CH₃)₂。在又另一些实施例中，R³为未经取代的、线性的和饱和的C₁-C₂₀亚烷基基团。在一些实施例中，R³为未经取代的、线性的和不饱和的C₁-C₂₀亚烷基基团。

在一些实施例中，R³为线性的C₈-C₁₈烷基、烯基或炔基基团。在一些其它实施例中，R³为支化的C₈-C₂₀烷基、烯基或炔基基团。

在一些实施例中，结垢控制组合物包含衍生自伯胺的化合物或其盐。在一些实施例中，伯胺为R¹¹NH₂，其中R¹¹为R¹或R¹-Z-(CH₂)_m-；以及R¹为未经取代或经取代的直链或支链C₁-C₃₀烷基、环烷基、烯基或炔基基团。

换言之，所述化合物或其盐具有根据式I的结构，

在一些实施例中，R¹为线性C₁-C₃₀烷基、烯基或炔基基团。在一些其它实施例中，R¹为支化C₁-C₃₀烷基、烯基或炔基。在又另一些实施例中，R¹为线性和饱和的C₅-C₃₀烷基。在一些其它实施例中，R¹为支化和饱和的C₅-C₃₀烷基。

在一些实施例中，R¹为具有一个或多个双键的线性C₁-C₃₀烯基。在一些其它实施例中，其中R¹为具有一个或多个双键的支化C₁-C₃₀烯基。

在一些实施例中，R¹为具有一个或多个三键的线性C₁-C₃₀炔基。在一些其它实施例中，R¹为具有一个或多个三键的支化C₁-C₃₀炔基。

在一些实施例中，R¹¹为线性和饱和的C₂-C₂₀烷基。在一些其它实施例中，R¹¹为具有至少一个双键的反式C₂-C₂₀烯基。在一些其它实施例中，R¹¹为具有至少一个反式构型的双键的C₂-C₂₀烯基。在一些实施例中，R¹¹为具有至少一个双键的顺式C₂-C₂₀烯基。在一些其它实施例中，R¹¹为具有至少一个顺式构型的双键的C₂-C₂₀烯基。

在一些实施例中，R¹¹为R¹-NH-CH₂CH₂CH₂基团，并且R¹为线性和饱和的C₁-C₂₀烷基、反式烯基或顺式烯基基团。

在一些实施例中，结垢控制组合物包含衍生自多胺的化合物或其盐。在一些其它实施例中，结垢控制组合物包含衍生自多胺的化合物或其盐，其中所述化合物具有2、3或更多个正电荷。

在一些实施例中，多胺为NH₂-[R¹⁰']_n-NH₂、(RNH)_n-RNH₂、H₂N-(RNH)_n-RNH₂或H₂N-(RN(R'))_n-RNH₂，其中R¹⁰'为直链或支链的、未经取代或经取代的C₂-C₁₀亚烷基基团，或其组合；R为–CH₂-、-CH₂CH₂-、-CH₂CH₂CH₂-、-CH(CH₃)CH₂-、直链或支链的、未经取代或经取代的C₄-C₁₀亚烷基基团，或其组合；R'为–CH₂-、-CH₂CH₂-、-CH₂CH₂CH₂-、-CH(CH₃)CH₂-、直链或支链的、未经取代或经取代的C₄-C₁₀烷基基团、RNH₂、RNHRNH₂或RN(RNH₂)₂；以及n可以为2至1,000,000。多胺中的单体，例如R或R'基团可以相同或不同。在本公开中，多胺是指n为1至9时的小分子多胺和n为10至1,000,000时的聚合多胺。

换言之，多电荷离子化合物可以具有式NA₂-[R¹⁰']_n-NA₂、(RNA)_n-RNA₂、NA₂-(RNA)_n-RNA₂或NA₂-(RN(R'))_n-RNA₂等，其中R¹⁰'是直链或支链的、未经取代或经取代的C₄-C₁₀亚烷基基团；R为–CH₂-、-CH₂CH₂-、-CH₂CH₂CH₂-、-CH(CH₃)CH₂-、直链或支链的、未经取代或经取代的C₄-C₁₀亚烷基基团，或其组合；R′为–CH₂-、-CH₂CH₂-、-CH₂CH₂CH₂-、-CH(CH₃)CH₂-、直链或支链的、未经取代或经取代的C₄-C₁₀烷基基团、RNA₂、RNARNA₂或RN(RNA₂)₂；n可以为2至1,000,000；A为H和的组合或者H、的组合；其中X为NH或O；R²为H、CH₃或未经取代的直链或支链C₂-C₁₀烷基、烯基或炔基基团；R³不存在或为未经取代的直链或支链C₁-C₃₀亚烷基基团；Y为-NR₄R₅R₆ ⁽⁺⁾；R⁴、R⁵和R⁶独立地为C₁-C₁₀烷基基团；R⁷为H或烷基；并且R⁸为烷基或-(CH₂)_k-O-烷基，其中k为1至30的整数；其中所述化合物是具有来自活化烯烃的1、2、3或更多个正电荷的多电荷阳离子化合物，或具有来自活化烯烃的1、2、3或更多个正电荷和来自环氧化物的至少一个非离子基团的多电荷阳离子化合物。

在一些实施例中，A为带正电荷的在一些实施例中，A为带正电荷的和非离子的

在一些实施例中，伯NH₂质子中的至少两个被置换，伯NH₂或仲NH中的至少一个被置换；并且其余的伯NH₂质子残留。在一些实施例中，伯NH₂中的所有和仲NH质子中的一些被或以及置换。然而，用于结垢控制组合物中的化合物是具有两个基团的二阳离子化合物，具有2、3或更多个基团和至少一个基团的多电荷阳离子化合物；或具有2、3或更多个基团和至少一个基团的多电荷阳离子化合物。

图1至图6示出了使用线性聚乙烯亚胺显示二阳离子或多电荷阳离子化合物的结构和制得二阳离子或多电荷阳离子化合物的反应的示范性一般方案。

图1示出了通过线性多胺和α,β-不饱和羰基化合物之间的氮杂-迈克尔加成反应生产多电荷阳离子化合物的通用反应方案。图2示出了通过支化多胺和α,β-不饱和羰基化合物之间的氮杂-迈克尔加成反应生产多电荷阳离子化合物的通用反应方案。

在图1和图2中，k、l、m、m、o或p为1至100的整数；X为NH或O；R²为H、CH₃或未经取代的直链或支链C₂-C₁₀烷基基团；R³不存在或为未经取代的线性或支化C₁-C₃₀亚烷基基团；Y为-NR⁴R⁵R⁶⁽⁺⁾，或其盐；

R⁴、R⁵和R⁶独立地为C₁-C₁₀烷基基团或苄基基团。

图1和图2中的结构I和II是通用反应产物的描绘。在结构I和II中，聚乙烯亚胺中的所有仲胺和伯胺与α,β-不饱和羰基化合物反应，使得没有仲胺残留。在所公开的多电荷阳离子化合物中，一些仲胺或伯胺基团可能不与α,β-不饱和羰基化合物完全反应，并且作为伯胺或仲胺残留在多电荷阳离子化合物或其盐中。

图3示出了首先通过线性聚乙烯亚胺和环氧化物之间的开环反应，并且然后通过与α,β-不饱和羰基化合物进行的氮杂-迈克尔加成反应生产多电荷阳离子化合物的通用反应方案。图4示出了首先通过线性多胺与α,β-不饱和羰基化合物之间的氮杂-迈克尔加成反应，并且然后通过与环氧化物进行的开环反应生产多电荷阳离子化合物的通用反应方案。图5示出了通过开环反应和支化多胺、环氧化物和α,β-不饱和羰基化合物之间的氮杂-迈克尔加成反应生产多电荷阳离子化合物的替代的通用反应方案。

在图3、图4和图5中，k、l、m、m、o或p为1至100的整数；X为NH或O；R²为H、CH₃或未经取代的直链或支链C₂-C₁₀烷基基团；R³不存在或为未经取代的线性或支化C₁-C₃₀亚烷基基团；Y为-NR⁴R⁵R⁶⁽⁺⁾，或其盐；R⁴、R⁵和R⁶独立地为C₁-C₁₀烷基基团或苄基基团；R⁷为H或烷基；并且R⁸为烷基或-(CH₂)_k-O-烷基。

图3、图4和图5中的结构V和VI是通用反应产物的描绘。在结构V和VI中，聚乙烯亚胺中的所有仲胺和伯胺与环氧化物和α,β-不饱和羰基化合物反应，使得没有仲胺残留。在所公开的改性多胺中，一些仲胺或伯胺基团可能不与环氧化物或α,β-不饱和羰基化合物完全反应，并且作为伯胺或仲胺残留在改性多胺化合物或其盐中。

图6示出了通过伯胺和α,β-不饱和羰基化合物之间的氮杂-迈克尔加成反应生产二阳离子化合物的通用反应方案。

在图6中，n为1至20的整数；X为NH或O；R²为H、CH₃或未经取代的直链或支链C₂-C₁₀烷基基团；R¹¹为R¹或R¹-Z-(CH₂)_m-；m为1至4的整数；R¹为未经取代或经取代的直链或支链C₁-C₃₀烷基、环烷基、烯基或炔基基团。

在一些实施例中，多胺是具有通式–[RNH]_n-的线性、支化或树枝状多胺，其中R为-CH₂CH₂-，-CH₂CH₂CH₂-，-CH(CH₃)CH₂-，直链或支链的、未经取代或经取代的C₄-C₁₀亚烷基基团或其组合，并且n为3、4、5、6、7至9或10至1,000,000的整数。

在一些实施例中，多胺是具有通式(RNH)_n-RNH₂的线性、支化或树枝状多胺，其中R为–CH₂-、-CH₂CH₂-、-CH₂CH₂CH₂-、-CH(CH₃)CH₂-、直链或支链的、未经取代或经取代的C₄-C₁₀亚烷基基团，或其组合，并且n可以为2至1,000,000。在一些实施例中，R在每个单体中是相同的。在一些其它实施例中，R可以在一个单体与另一个单体之间不同。

在一些其它实施例中，多胺是具有通式H₂N-(RNH)_n-RNH₂的线性、支化或树枝状多胺，其中R为–CH₂-、-CH₂CH₂-、-CH₂CH₂CH₂-、-CH(CH₃)CH₂-、直链或支链的、未经取代或经取代的C₄-C₁₀亚烷基基团，或其组合，并且n可以为2至1,000,000。在一些实施例中，R在每个单体中是相同的。在一些其它实施例中，R可以在一个单体与另一个单体之间不同。

在又另一些实施例中，多胺是具有通式H₂N-(RN(R'))_n-RNH₂的线性、支化或树枝状多胺，其中R为–CH₂-、-CH₂CH₂-、-CH₂CH₂CH₂-、-CH(CH₃)CH₂-、直链或支链的、未经取代或经取代的C₄-C₁₀亚烷基基团，或其组合；R′为–CH₂-、-CH₂CH₂-、-CH₂CH₂CH₂-、-CH(CH₃)CH₂-、直链或支链的、未经取代或经取代的C₄-C₁₀烷基基团、RNH₂、RNHRNH₂或RN(RNH₂)₂；并且n可以为2至1,000,000。在一些实施例中，R或R'在每个单体中是相同的。在一些其它实施例中，R或R'可以在一个单体与另一个单体之间不同。

在一些实施例中，多胺是具有通式NH₂-[R¹⁰']_n-NH₂的多胺，其中R¹⁰'是直链或支链的、未经取代或经取代的C₄-C₁₀亚烷基基团，或其组合，并且n为3、4、5、6、7至9或10至1,000,000的整数。

在一些实施例中，多胺是Huntsman的下的多胺中的一种或多种。

在一些实施例中，多胺包含亚烷基胺，亚烷基胺包含乙二胺、二亚乙基三胺、三亚乙基四胺、四亚乙基五胺、五亚乙基六胺、六亚乙基七胺、聚乙烯亚胺、三(2-氨基乙基)或其混合物。

在一些其它实施例中，多胺是单胺、二胺和三胺与聚醚主链或与基于环氧丙烷(PO)、环氧乙烷(EO)或这两种氧化物的混合物的聚醚主链的混合物。

在一些实施例中，多胺是未改性多胺。在一些其它实施例中，多胺是改性多胺。

在又一些实施例中，多胺是乙氧基化多胺、丙基化多胺、具有聚季铵的多胺、具有聚甘油的多胺或其组合。

在又另一些实施例中，多胺是线性的、支化的或树枝状的聚乙烯亚胺。在一些其它实施例中，多胺仅包含伯胺基团和仲胺基团。在一些实施例中，多胺仅包含伯胺基团、仲胺基团和叔胺基团。在一些其它实施例中，多胺仅包含伯胺基团和叔胺基团。

在一些实施例中，多胺是单一化合物。在一些其它实施例中，多胺是两种或更多种不同多胺的混合物，其中不同的多胺具有不同的分子量、不同的结构或两者。

在一些实施例中，多胺具有约60至约2,000,000Da的平均分子量(M_w)。在一些其它实施例中，多胺具有约60至约5,000Da的平均分子量(M_w)。在又另一些实施例中，多胺具有约60至约25,000Da的平均分子量(M_w)。

在一些实施例中，多胺具有以下平均分子量(M_w)：约60至200、约100至400、约100至600、约600至5,000、约600至800、约800至2,000、约800至5,000、约100至2,000,000、约100至25,000、约600至25,000、约800至25,000、约600至750,000、约800至750,000、约25,000至750,000、约750,000至2,000,000、约100、约200、约300、约400、约500、约600、约700、约800、约1,000、约1,500、约2,000、约3,000、约5,000、约8,000、约10,000、约15,000、约20,000、约50,000、约100,000、约250,000、约500,000、约1,000,000、约2,000,000，或其间的任何值。

在一些实施例中，多胺是具有平均分子量(M_w)为约130至约4,000的二胺或三胺。

在一些实施例中，所述化合物为衍生自线性聚乙烯亚胺和(3-丙烯酰胺基丙基)三甲基铵氯化物(APTAC)的混合物。在一些其它实施例中，所述化合物是衍生自线性聚乙烯亚胺和[3-(甲基丙烯酰基氨基)丙基]三甲基铵氯化物(MAPTAC)的混合物。

在一些其它实施例中，所述多电荷阳离子化合物是衍生自支化聚乙烯亚胺和(3-丙烯酰胺基丙基)三甲基铵氯化物(APTAC)的混合物。在一些其它实施例中，所述化合物是衍生自线性聚乙烯亚胺和[3-(甲基丙烯酰基氨基)丙基]三甲基铵氯化物(MAPTAC)的混合物。

在一些实施例中，α,β-不饱和羰基化合物为(3-丙烯酰胺基丙基)三甲基铵氯化物(APTAC)、[3-(甲基丙烯酰胺基)丙基]三甲基铵氯化物(MAPTAC)、2-(丙烯酰氧基)-N,N,N-三甲基乙铵氯化物(DMAEA-MCQ)、N,N-二甲基氨基乙基丙烯酸酯苄基氯化物季盐(DMAEA-BCQ)、2-(甲基丙烯酰氧基)-N,N,N-三甲基乙-1-铵甲基硫酸盐(DMAEA-MSQ)，或2-(丙烯酰氧基)-N,N,N-三甲基乙铵氯化物(DMAEA-MSQ)。

在一些其它实施例中，α,β-不饱和羰基化合物为(3-丙烯酰胺基丙基)三甲基铵氯化物(APTAC)、[3-(甲基丙烯酰胺基)丙基]三甲基铵氯化物(MAPTAC)或其混合物。

在一些其它实施例中，α,β-不饱和羰基化合物为2-(丙烯酰氧基)-N,N,N-三甲基乙铵氯化物(DMAEA-MCQ)、N,N-二甲基氨基乙基丙烯酸酯苄基氯化物季盐(DMAEA-BCQ)、2-(甲基丙烯酰氧基)-N,N,N-三甲基乙-1-铵甲基硫酸盐(DMAEA-MSQ)、2-(丙烯酰氧基)-N,N,N-三甲基乙铵氯化物(DMAEA-MSQ)，或其混合物。

在一些实施例中，所述化合物为衍生自线性聚乙烯亚胺和(3-丙烯酰胺基丙基)三甲基铵氯化物(APTAC)的混合物。在一些其它实施例中，所述化合物是衍生自线性聚乙烯亚胺和[3-(甲基丙烯酰基氨基)丙基]三甲基铵氯化物(MAPTAC)的混合物。

在一些其它实施例中，所述多电荷阳离子化合物是衍生自支化聚乙烯亚胺和(3-丙烯酰胺基丙基)三甲基铵氯化物(APTAC)的混合物。在一些其它实施例中，所述化合物是衍生自线性聚乙烯亚胺和[3-(甲基丙烯酰基氨基)丙基]三甲基铵氯化物(MAPTAC)的混合物。

在一些实施例中，R⁷为H。在一些其它实施例中，R⁷为CH₃。在又另一些实施例中，R⁷为C₂-C₄烷基。

在一些实施例中，R⁸为C₁-C₃₀烷基。在一些其它实施例中，R⁸为C₈-C₄烷基。在又另一些实施例中，R⁸为C₈-C₂₀烷基。

在一些实施例中，R⁸为-(CH₂)_k-O-烷基，其中k为1至30的整数并且烷基基团为C₁-C₃₀烷基基团。

在一些实施例中，环氧化物为烷基缩水甘油醚、丁基缩水甘油醚、己基缩水甘油醚、辛基缩水甘油醚、癸基缩水甘油醚、十二烷基缩水甘油醚、1,2-环氧烷烃、1,2-环氧十四烷、1,2-环氧十二烷，或1,2-环氧辛烷，或其混合物。在一些其它实施例中，环氧化物为烷基缩水甘油醚或1,2-环氧烷烃。在又另一些实施例中，环氧化物为己基缩水甘油醚、辛基缩水甘油醚、十二烷基缩水甘油醚或其混合物。在一些其它实施例中，环氧化物为1,2-环氧十四烷、1,2-环氧十二烷、1,2-环氧癸烷，或1,2-环氧辛烷，或其混合物。

在一些实施例中，所述化合物可溶于或可分散于水或结垢控制组合物中。

在一些实施例中，所述结垢控制组合物包含载体，其中所述载体为水、有机溶剂或其混合物。

在一些实施例中，所述结垢控制组合物进一步包含有机溶剂。在一些其它实施例中，所述结垢控制组合物进一步包含有机溶剂和水。

在一些实施例中，所述有机溶剂为醇、烃、酮、醚、亚烷基二醇、二醇醚、酰胺、腈、亚砜、酯或其任何组合。在一些其它实施例中，所述有机溶剂是醇、亚烷基二醇、亚烷基二醇烷基醚或其组合。在又一些实施例中，所述有机溶剂是甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、异丁醇、单乙二醇、乙二醇单丁醚或其组合。

在一些实施例中，所述有机溶剂是甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、2-乙基己醇、己醇、辛醇、癸醇、2-丁氧基乙醇、亚甲基二醇、乙二醇、1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、二甘醇单甲醚、二甘醇单乙醚、乙二醇单丁醚、乙二醇二丁醚、戊烷、己烷、环己烷、甲基环己烷、庚烷、癸烷、十二烷、柴油、甲苯、二甲苯、重芳烃石脑油、环己酮、二异丁基酮、乙醚、碳酸丙二酯、N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺、其与水的混合物或其任何组合。

在一些实施例中，其中所述结垢控制组合物进一步包含腐蚀抑制剂中的一种或多种。在一些实施例中，其中所述结垢控制组合物进一步包含腐蚀抑制剂和载体中的一种或多种。在一些实施例中，所述腐蚀抑制剂为咪唑啉化合物、吡啶鎓化合物或其组合。

在一些实施例中，所述结垢控制组合物进一步包含附加的结垢控制剂。在一些实施例中，所述附加的结垢控制剂为单一季铵盐化合物。

在一些实施例中，所述结垢控制组合物进一步包含杀生物剂。在一些实施例中，所述结垢控制组合物进一步包含杀生物剂和载体。在一些其它实施例中，所述结垢控制组合物进一步包含杀生物剂、腐蚀抑制剂和载体。在一些实施例中，所述结垢控制组合物进一步包含氧化杀生物剂。在一些实施例中，所述结垢控制组合物进一步包含非氧化杀生物剂。

在一些其它实施例中，所述杀生物剂为氯、次氯酸盐、ClO₂、溴、臭氧、过氧化氢、过乙酸、过氧羧酸、过氧羧酸组合物、过硫酸盐、戊二醛、二溴次氮基丙酰胺、异噻唑酮、特丁基嗪、聚合双胍、亚甲基双硫氰酸盐、硫酸四羟甲基鏻及其任何组合。

在一些实施例中，所述结垢控制组合物进一步包含有机硫化合物。在一些其它实施例中，其中所述有机硫化合物为巯基烷基醇、巯基乙酸、巯基乙酸、3,3'-二硫代二丙酸、硫代硫酸钠、硫脲、L-半胱氨酸、叔丁基硫醇、硫代硫酸钠、硫代硫酸铵、硫氰酸钠、硫氰酸铵、焦亚硫酸钠或其组合。

在一些实施例中，所述结垢控制组合物进一步包含酸。在一些实施例中，所述结垢控制组合物进一步包含无机酸、矿物酸、有机酸或其混合物。在一些实施例中，所述结垢控制组合物包含约1wt-％至约20wt-％的酸。

在一些实施例中，所述酸为盐酸、氢氟酸、柠檬酸、甲酸、乙酸或其混合物。

在一些实施例中，所述结垢控制组合物进一步包含硫化氢清除剂。在一些其它实施例中，所述硫化氢清除剂为氧化剂、无机过氧化物、过氧化钠、二氧化氯；C₁-C₁₀醛、甲醛、乙二醛、戊二醛、丙烯醛或甲基丙烯醛、三嗪、单乙醇胺三嗪、一甲胺三嗪或其混合物。

在一些实施例中，所述结垢控制组合物进一步包含表面活性剂。在一些实施例中，所述结垢控制组合物进一步包含表面活性剂、杀生物剂和载体。

在一些实施例中，所述表面活性剂为非离子、阳离子、阴离子、两性、两性离子、双子、二阳离子、二阴离子表面活性剂或其混合物。

在一些实施例中，所述表面活性剂为烷基酚、脂肪酸或其混合物。

在一些实施例中，所述结垢控制组合物进一步包含沥青质抑制剂、石蜡抑制剂、阻垢剂、气体水合物抑制剂、pH调节剂或其任何组合。

在一些实施例中，所述结垢控制组合物进一步包含破乳剂、反相破乳剂、凝结剂/絮凝剂、水澄清剂、分散剂、抗氧化剂、防聚合物降解剂、渗透率调节剂、发泡剂、消泡剂、乳化剂、CO₂和/或O₂清除剂、胶凝剂、润滑剂、摩擦减少剂、盐或其混合物。

在一些实施例中，所述结垢控制组合物进一步包含表面活性剂。在一些其它实施例中，所述结垢控制组合物进一步包含发泡表面活性剂。在又另一些实施例中，所述结垢控制组合物进一步包含消泡表面活性剂或消泡剂。

在一些实施例中，所述结垢控制组合物进一步包含防腐剂。在一些其它实施例中，所述结垢控制组合物进一步包含非氧化杀生物剂、表面活性剂、杀生物剂和防腐剂。在又另一些实施例中，所述结垢控制组合物进一步包含非氧化杀生物剂、表面活性剂、杀生物剂、防腐剂和水澄清剂。在一些其它实施例中，所述结垢控制组合物进一步包含表面活性剂、杀生物剂、防腐剂和水澄清剂。

在一些实施例中，所述结垢控制组合物为液体、凝胶或包含液体/凝胶和固体的混合物。

在一些实施例中，所述结垢控制组合物或其使用溶液具有约2至约11的pH。

在一些实施例中，所述结垢控制组合物包含约20wt-％至约60wt-％的化合物或其混合物。

在一些实施例中，所述化合物或其混合物在经过处理的水系统中具有约1ppm至约1000ppm的浓度。

在一些实施例中，所述结垢控制组合物与附加功能成分一起独立地、同时地或顺序地提供到水系统。

在一些实施例中，所述水系统包含淡水、循环水、盐水、地表水、采出水或其混合物。在一些实施例中，所述水系统为冷却水系统、锅炉水系统、石油井、井下地层、地热井、矿物洗涤、浮选和初选、造纸、气体洗涤器、空气洗涤器、冶金工业中的连续铸造过程、空调和制冷、水回收、水净化、膜过滤、食品加工、澄清器、市政污水处理、市政水处理或饮用水系统。

在一些实施例中，如本公开的实例部分中描述的MBEC(最低生物膜清除浓度)测定法、美国试验与材料协会(ASTM)MBEC-E2799-12(2011)测定法或类似文章所指示的，当在将二阳离子、多电荷阳离子化合物或其混合物或结垢控制组合物加入水系统后，水系统的二阳离子、多电荷阳离子化合物或其混合物浓度为约1ppm至约1,000ppm、约1ppm至约900ppm、约1ppm至约800ppm、约1ppm至约700ppm、约1ppm至约600ppm、约1ppm至约500ppm、约1ppm至约400ppm、约1ppm至约300ppm、约1ppm至约250ppm、约1ppm至约200ppm、约1ppm至约150ppm、约1ppm至约100ppm、约1ppm至约50ppm、约1ppm至约25ppm、约1ppm至约10ppm、约0.5ppm至约2ppm、约950ppm、约850ppm、约750ppm、约650ppm、约550ppm、约450ppm、约350、约250ppm、约150ppm、约50ppm、约25ppm、约10ppm、约5ppm、约2ppm、约1ppm、约0.5ppm或其间的任何值时，本文中公开的结垢控制组合物或二阳离子或多电荷阳离子化合物可以减轻水系统中的微生物或生物膜生长。

如本文所用，术语“基本上不含”、“不含(free)”或“不含(free of)”是指完全不含组分或具有组分不影响所述组合物性能的如此少量组分的组合物。组分可以作为杂质或作为污染物存在，并且应小于0.5wt-％。在另一个实施例中，组分的量小于0.1wt-％，并且在又另一个实施例中，组分的量小于0.01wt-％。

如本文所用，术语“重量百分比(weight percent)”、“wt-％”、“重量百分比(percent by weight)”、“重量％”和其变化形式是指物质的浓度，即所述物质的重量除以组合物的总重量并乘以100。应当理解，如此处所使用的“百分比”、“％”等旨在与“重量百分比”、“wt-％”等同义。

本公开的方法和组合物可以包含以下、基本上由以下组成或由以下组成：所公开的组合物或方法的组分和成分以及本文所述的其它成分。如本文所用，“基本上由……组成(consisting essentially of)”意指方法和组合物可以包括附加步骤、组分或成分，但前提是附加步骤、组分或成分不会实质改变所要求的方法和组合物的基本特征和新颖性特征。

实例

以下非限制性实例中进一步限定了本公开的实施例。这些实例虽然指示了本公开的某些实施例，但仅作为绘示给出。根据以上论述和这些实例，所属领域的普通技术人员可以确定本公开的基本特征，并且在不脱离其精神和范围的情况下，可以对本公开的实施例进行各种改变和修改以使其适合各种用途和条件。因此，除了本文所示出和描述的那些之外，所属领域的普通技术人员根据前述说明将清楚本公开的实施例的各种修改。此类修改也旨在落入所附权利要求书的范围内。

实例1

3,3'-((3,3'-(十二烷二基)双(丙酰基))双(氮烷二基))双(N,N,N-三甲基丙-1-铵)氯化物(I)的合成

将(3-丙烯酰胺基丙基)三甲基铵氯化物(APTAC，75％，30克，0.10摩尔)加入装有顶置搅拌器、温度探针和冷凝器的250毫升三颈RBF中。将苄基三甲基氢氧化铵(0.9克，10％，0.0005摩尔)和水(63克)添加到烧瓶中。然后将十二胺(10克，98％，0.053摩尔)分批添加到搅拌充分的反应混合物中。将得到的悬浮液在80℃下搅拌过夜。随着反应进行完全，悬浮液变成澄清的淡黄色溶液。原样使用所得的(约31wt％)敌草快表面活性剂水溶液。质谱(+ESI-MS)证实了敌草快表面活性剂II的合成：计算值[M-2Cl^-]²⁺263.76，实测值263.7554；计算值[M-Cl^-]⁺562.48，实测值562.4806。反应在图7中示出。

实例2

3,3'-((3,3'-(十六烷二基)双(丙酰基))双(氮烷二基))双(N,N,N-三甲基丙-1-铵)氯化物(II)的合成

将(3-丙烯酰胺基丙基)三甲基铵氯化物(APTAC，75％，41克，0.149摩尔)加入装有顶置搅拌器、温度探针和冷凝器的250毫升三颈RBF中。将苄基三甲基氢氧化铵(0.9克，10％，0.0005摩尔)和水(100克)添加到烧瓶中。然后将十六胺(20克，90％，0.0745摩尔)分批添加到搅拌充分的反应混合物中。将得到的悬浮液在80℃下搅拌过夜。随着反应进行完全，悬浮液变成澄清的淡黄色溶液。原样使用所得的(约30wt％)敌草快表面活性剂水溶液。质谱(+ESI/MS)证实了敌草快表面活性剂III的合成：计算值[M-2Cl^-]²⁺291.79，实测值291.7870；计算值[M-Cl^-]⁺618.54，实测值618.5439。反应在图8中示出。

实例3

3,3'-((3,3'-(十八碳-9-烯-1-基三烷基)双(丙酰基))双(氮烷二基))双(N,N,N-三甲基丙-1-铵)氯化物(III)的合成

将(3-丙烯酰胺基丙基)三甲基铵氯化物(APTAC，75％，30克，0.109摩尔)加入装有顶置搅拌器、温度探针和冷凝器的250毫升三颈RBF中。将苄基三甲基氢氧化铵(0.25克，10％，0.0001摩尔)和水(70克)添加到烧瓶中。然后将油胺(15克，95％，0.053摩尔)分批添加到搅拌充分的反应混合物中。将得到的悬浮液在80℃下搅拌过夜。随着反应进行完全，悬浮液变成澄清的淡黄色溶液。原样使用所得的(约32wt％)敌草快表面活性剂水溶液。质谱(+ESI-MS)证实了敌草快表面活性剂V的合成：计算值[M-2Cl^-]²⁺304.80，实测值304.7949；计算值[M-Cl^-]⁺644.56，实测值644.5596。反应在图9中示出。

实例4

3,3'-((3,3'-(辛基氮烷二基)双(丙酰基))双(氮烷二基))双(N,N,N-三甲基丙-1-铵)氯化物(IV)的合成

将(3-丙烯酰胺基丙基)三甲基铵氯化物(APTAC，75％，40克，0.145摩尔)加入装有顶置搅拌器、温度探针和冷凝器的250毫升三颈RBF中。将苄基三甲基氢氧化铵(0.9克，10％，0.0005摩尔)和水(100克)添加到烧瓶中。然后将十八胺(20克，98％，0.072摩尔)分批添加到搅拌充分的反应混合物中。将得到的悬浮液在80℃下搅拌过夜。随着反应进行完全，悬浮液变成澄清的淡黄色溶液。原样使用所得的(约31wt％)敌草快表面活性剂水溶液。质谱(+ESI-MS)证实了敌草快表面活性剂IV的合成：计算值[M-2Cl^-]²⁺305.80，实测值305.8014；计算值[M-Cl^-]⁺646.58，实测值648.5791。反应在图10中示出。

实例5

乙烯胺E-100/APTAC(1:2.5)加合物的合成

将聚乙烯胺E-100(50克)、(3-丙烯酰胺基丙基)三甲基铵氯化物(APTAC，75％，121克)添加到装有温度探针、冷凝器和磁力搅拌棒的250毫升三颈圆底烧瓶中，并且将水(20克)添加到烧瓶中。将得到的混合物在80℃下搅拌过夜。随着反应进行完全，混合物变成澄清的淡黄色溶液。

实例6

多电荷阳离子化合物/表面活性剂(7887-94A)的合成

将实例5的化合物(乙烯胺E-100/APTAC 1:2.5加合物，74％，50克)添加到装有温度探针、冷凝器和磁力搅拌棒的250毫升三颈圆底烧瓶中。然后将C12-C14烷基缩水甘油醚(CAS No:68609-97-2，41.5克)和异丙醇(40克)添加到烧瓶中。将得到的混合物在90℃下搅拌过夜或直至反应完成。

实例7

TEPA/C₁₂-C₁₄烷基缩水甘油醚(1:3)加合物的合成

将ERISYS^TM GE 8(C₁₂-C₁₄烷基缩水甘油醚，CAS No:68609-97-2，132克)添加到装有温度探针、冷凝器和磁力搅拌棒的250毫升三颈圆底烧瓶中。然后将三亚乙基五胺(TEPA，98％，30克)添加到搅拌充分的反应混合物中。将反应温度增加至130℃，并且搅拌3小时或直至反应完成。

实例8

多电荷阳离子化合物/表面活性剂的合成

将实例7的化合物(TEPA/C12-C14烷基缩水甘油醚，1:3加合物，35.6克)和异丙醇(36克)添加到装有温度探针、冷凝器和磁力搅拌棒的250毫升三颈圆底烧瓶中。然后将(3-丙烯酰胺基丙基)三甲基铵氯化物(APTAC，75％，24克)添加到烧瓶中。将得到的混合物在70℃下搅拌过夜或直至APTAC完全消耗。随着反应进行完全，悬浮液变成澄清的深琥珀色溶液。

实例9

DETA/2EHGE(1:2)加合物的合成

将2-乙基己基缩水甘油醚(2-EHGE，55克)添加到装有温度探针、冷凝器和磁力搅拌棒的250毫升三颈圆底烧瓶中。然后将二亚乙基三胺(DETA，15克)添加到搅拌充分的反应混合物中。将反应温度增加至130℃，并且搅拌3小时或直至反应完成。

实例10

多电荷阳离子化合物/表面活性剂的合成

将实例9的化合物(DETA/2EHGE 1:2加合物，21.5克)添加到装有温度探针、冷凝器和磁力搅拌棒的250毫升三颈圆底烧瓶中。将(3-丙烯酰胺基丙基)三甲基铵氯化物(APTAC，75％)和水添加到烧瓶中。将得到的悬浮液在70℃下搅拌过夜或直至APTAC完全消耗。随着反应进行完全，悬浮液变成澄清的淡黄色溶液。

实例11

一些示范性二阳离子或多电荷阳离子化合物用于减少细菌和生物膜生长的效果

在实例中测试了一些示范性二阳离子或多电荷阳离子化合物减少细菌或生物膜生长的效力。在该实例中测试的化合物的结构列于表2中。

为了比较目的，还制备了含有单一季化合物的两种不同的组合物。单一季铵盐1样品包含约50重量％的二辛基二甲基铵氯化物(CAS#5538-94-3)和约5至10重量％的甘油；和单一季铵盐2样品包含约50重量％的二癸基-二甲基铵氯化物(CAS#7173-51-5)和约10至30重量％的乙醇。测试的示范性二阳离子或多电荷阳离子化合物和单季化合物的不同浓度为约0.8ppm至约1000ppm。

在该实例中使用的微生物和生物膜抑制测试协议类似于MBEC(最低生物膜清除浓度)测定法和美国试验与材料协会(ASTM)MBEC-E2799-12(2011)测定法，两者均常用。该测试协议可以用于实验室和现场应用。

可以以12孔或96孔组织培养板格式进行测试协议。12孔板格式主要用于实验室和详细的筛选/研究。96孔格式主要用于现场应用。

测试协议开始于通过将来自不同水系统或人工水的水与具有有限营养物的已知细菌种群(16％的培养基，2％(w/w)的酪蛋白，0.8％(w/w)的酵母提取物，4％(v/v)的甘油，4ppm的FeCl₃)和处理化学品的溶液混合来制备待测试的水样品。该步骤通常生成一系列经过处理的水样品，这些水样品用于处理化学品的浓度不同(约0.8ppm至1,000ppm)。

接下来，将200μL每种经过处理的水样品转移到96孔板或12孔板中。通常，将对每种浓度的处理化学品进行六次重复测试，并且将无处理化学品且无细菌的对照也置于板中。将经过处理的样品正确铺板后，将板置于湿度受控的环境中的慢速旋转摇床上，温度为32℃至35℃，孵育40至48小时。

在孵育之后，目测或通过微孔板浊度读取器在650nm处记录板中每个孔中的细菌生长，以确定处理化学品的最小细菌生长抑制浓度。

在此步骤之后，小心地倒出板中的细菌培养物，并且将250ul染料(350ppm 2-(4-碘苯基)-3-(4-硝基苯基)-5-苯基四唑氯化物(INT)或2,000ppm针对生物膜基质染色的结晶暴力(CV))添加到每个孔中，以用于孔壁上生物膜的活性染色。在10至15分钟之后，倒出染料，并且用去离子水轻轻洗涤孔，直到板没有有色水流出。在干燥板之后，目视检查每个孔的染色并记录结果。

替代性地，使用300uL乙醇提取CV染料，并将200uL乙醇转移到新板中，以在590nm处进行微量滴定板记录。这些结果导致确定处理化学品或组合物的最小生物膜抑制浓度。

在该实例中，用于微生物和/或生物膜生长抑制测试协议的细菌包含来自北美30多个冷却系统的有氧菌群的混合物。没有具体地确定具体的物种。这些物种在R2A琼脂上生长。

测试结果在表3和表4中示出，并且与使用两种单一季铵盐组合物或不使用化学品时获得的结果进行比较。在表3和表4中，“-”指示在测试结束时没有可检测的生长，“+”指示可检测的生长，“+/-”指示部分生长，“++”指示更多的生长。

表2经测试可减少细菌和生物膜生长的化合物

表3一些示范性二阳离子或多电荷阳离子化合物用于减少细菌生长的效果

表4一些示范性二阳离子或多电荷阳离子化合物用于减少生物膜生长的效果

已如此描述本发明，将显而易见的是其可以以多种方式变化。此类变化将不被视为脱离本发明的精神和范围，并且所有这类修改旨在包括在以下权利要求书的范围内。