阅读说明：本技术 一种闭合剂及其制备方法和应用 (Closing agent and preparation method and application thereof ) 是由 宋佳瑞 郭华 杨杰 宋兆桐 于 2020-05-29 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种闭合剂及其制备方法和应用,所述闭合剂包括如下重量份的原料：有机二元酸30－45份,醇胺类化合物18－31份,柠檬酸铵5－15份和去离子水20－30份。本发明提供的闭合剂,在柠檬酸铵的作用下,有机二元酸和醇胺类化合物反应生成酯和酰胺的混合物并交织成网状薄膜,该薄膜通过与金属离子的络合并吸附在金属表面；同时柠檬酸铵还具有pH缓冲剂的作用,促进薄膜与金属离子的络合并对薄膜起到保护作用。上述各原料可发挥协同作用：一方面提高薄膜的韧性,另一方面可提高薄膜与金属离子的络合程度,从而有效防止在水的冲击或者是高温条件下,薄膜被溶解或冲掉,有效防止结垢,并保持水质稳定,可应用于循环水系统。(The invention provides a closing agent and a preparation method and application thereof, wherein the closing agent comprises the following raw materials in parts by weight: 30-45 parts of organic dibasic acid, 18-31 parts of alcohol amine compound, 5-15 parts of ammonium citrate and 20-30 parts of deionized water. Under the action of ammonium citrate, organic dibasic acid and an alcohol amine compound react to generate a mixture of ester and amide, the mixture is interwoven into a reticular film, and the film is complexed with metal ions and adsorbed on the surface of metal; meanwhile, the ammonium citrate also has the function of a pH buffering agent, promotes the complexation of the film and metal ions and plays a role in protecting the film. The raw materials can play a synergistic effect: on one hand, the toughness of the film is improved, on the other hand, the complexing degree of the film and metal ions can be improved, so that the film is effectively prevented from being dissolved or washed away under the impact of water or high-temperature condition, the scaling is effectively prevented, the stable water quality is kept, and the water treatment method can be applied to a circulating water system.)

一种闭合剂及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及水循环系统技术领域，具体涉及一种闭合剂及其制备方法和应用。

背景技术

金属在与周围介质接触时，经常会发生化学或电化学的作用，例如水循环系统在运行时，水和水汽的混合物在闭合的回路中会进行持续而有规律地循环流动，水循环系统中的受热面吸收的热量会不断地被流动的水和水汽的混合物带走，以保证循环水的温度。但是，由于水中含有钙、镁、铁、铝、锌等离子，水循环系统中的受热面上或水流流动滞缓的部位会牢固地附着一些固体沉淀物，由于不能及时排出，会转化成水垢。水垢的导热系数很差，会严重阻碍传热效果，浪费燃料；腐蚀水循环的设备并缩短其寿命；甚至阻塞水循环系统的管路，引起事故。因此，防止腐蚀结垢是保证水循环系统安全运行的必要条件。

现有的防止金属表面腐蚀结垢的方法大多采用防锈剂或者是缓蚀剂，例如中国专利文献CN105463472A公开了一种水溶性防锈剂，具体包括脂肪酸、特定胺、添加剂、乙醇以及水，所述脂肪酸、醇胺、添加剂、乙醇和水的重量比为：2－3∶1－15∶5－10∶10－15∶80－100，所述脂肪酸选自乙二酸、戊酸、环烷酸、柠檬酸、苯甲酸、月桂酸、己二酸、油酸、癸二酸中的一种或多种，所述特定胺为选自辛酸二环己胺、三乙醇胺、二乙醇胺、乙醇胺中的一种或多种，所述添加剂为抗氧剂。

上述文献公开的水溶性防锈剂可附着在金属表面，并在金属表面形成仅几十微米的防锈薄膜，具有很好的抗磨性和防锈蚀性能，且生产成本低、无异味，利于保护环境。但是该防锈剂只能涂抹于金属表面，在面对液态水或其他恶劣环境因素，例如在水循环系统中，其没有防锈性能。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的防锈剂存在不适用于水循环系统的缺陷，从而提供一种闭合剂及其制备方法和应用。

为此，本发明提供如下技术方案：

一种闭合剂，包括如下重量份的原料：有机二元酸30－45份，醇胺类化合物18－31份，柠檬酸铵5－15份和去离子水20－30份。

进一步地，所述有机二元酸为癸二酸和/或己二酸；

所述醇胺类化合物为三乙醇胺和/或乙醇胺。

进一步地，所述闭合剂包括如下重量份的原料：

癸二酸20－25份，己二酸10－20份，三乙醇胺15－25份，乙醇胺3－6份，柠檬酸铵5－15份和去离子水20－30份。

本发明还提供了一种闭合剂的制备方法，包括如下步骤：

将去离子水和柠檬酸铵混合均匀后，依次加入有机二元酸和醇胺类化合物，搅拌，得所述闭合剂。

进一步地，有机二元酸的加入温度为75－85℃。

进一步地，加入有机二元酸后，升温至85－90℃，搅拌25－35min后再加入醇胺类化合物。

进一步地，醇胺类化合物的加入温度为90－97℃。

进一步地，醇胺类化合物加入完毕后，继续搅拌55－65min，降温至85－90℃搅拌350－370min，然后自然降至室温。

进一步地，当所述醇胺类化合物多于一种时，醇胺类化合物均分开加入，且加入时间间隔为110－130min。

本发明还提供了上述的闭合剂或上述的闭合剂的制备方法制得的闭合剂在水循环系统中的应用。

本发明技术方案，具有如下优点：

1.现有的防止金属表面结垢的防锈剂或缓蚀剂，大多不适用于水循环系统，且有效期一般只有1－2年，发明人经研究认为，主要原因在于现有的防锈剂或缓蚀剂大多是通过共价键和/或配位键与金属表面结合形成薄膜，不仅对水中的金属造成腐蚀，而且金属与薄膜的结合力差，因此，当应用于水循环系统时，在流动水的冲击下，结合在金属表面的薄膜就很容易被冲掉；甚至在高温下，结合在金属表面的薄膜会溶解在水中。

本发明提供的闭合剂，包括如下重量份的原料：有机二元酸30－45份，醇胺类化合物18－31份，柠檬酸铵5－15份和去离子水20－30份。在柠檬酸铵的作用下，有机二元酸和醇胺类化合物反应生成酯和酰胺的混合物并交织成薄膜，该薄膜会螯合水中的钙镁等离子，防止钙镁等离子析出，而且该薄膜会吸附在金属表面对金属形成保护；同时原料中的柠檬酸铵还具有pH缓冲剂的作用，促进薄膜与金属表面的吸附并对薄膜起到保护作用。本发明提供的闭合剂通过采用上述的原料并限定各原料的配比，可发挥协同作用：不仅不会对水中的金属造成腐蚀，而且还可对金属形成保护：一方面对已形成的水垢具有一定的分解作用，在全密封可保持循环系统中的水质在3－4年的时间内不会结垢(期间不续加)另一方面可提高薄膜的韧性以及薄膜与金属表面的吸附力，从而有效防止在水的冲击或者是高温条件下，薄膜被溶解或冲掉，有效防止结垢，具有耐高温、耐氧化的特性，同时保持水质稳定，可应用于循环水系统，且添加了闭合剂的循环水，待闭合剂失效后依然满足《GB 8978－1996污水综合排放标准》。

2.本发明提供的闭合剂，通过限定所述有机二元酸为癸二酸和/或己二酸；所述醇胺类化合物为三乙醇胺和/或乙醇胺；可进一步提高薄膜的韧性以及与水中金属离子的络合程度，提高其耐高温、耐氧化的特性。

3.本发明提供的闭合剂，通过限定癸二酸20－25份，己二酸10－20份，三乙醇胺15－25份，乙醇胺3－6份，柠檬酸铵5－15份和去离子水20－30份，可显著提高闭合剂在循环水系统中的防垢效果，并保持水质稳定。

4.本发明提供的闭合剂的制备方法，包括如下步骤：将去离子水和柠檬酸铵混合均匀后，依次加入有机二元酸和醇胺类化合物，搅拌，得所述闭合剂。在柠檬酸铵的催化下，有机二元酸和醇胺类化合物反应生成酯和酰胺的混合物并交织成网状薄膜，该薄膜通过与金属离子的络合作用吸附在金属表面；同时柠檬酸铵还具有pH缓冲剂的作用，促进薄膜与金属离子的络合并对薄膜起到保护作用，防止由于酸性太强，导致薄膜被破坏。本发明通过通过限定各原料的加料顺序，制得的闭合剂不仅不会对水中的金属造成腐蚀，而且还可对金属形成保护：一方面对已形成的水垢具有一定的分解作用，使水质在6－7年的时间内不会结垢；另一方面可提高薄膜的韧性以及薄膜与金属离子的络合程度，从而有效防止在水的冲击或者是高温条件下，薄膜被溶解或冲掉，有效防止结垢，具有耐高温、耐氧化的特性，同时保持水质稳定，可应用于循环水系统。

5.本发明提供的闭合剂的制备方法，通过限定有机二元酸的加入顺序，可有进一步提高后期形成的薄膜的韧性，防止对薄膜形成点腐蚀。

6.本发明提供的闭合剂的制备方法，通过限定加入有机二元酸之后的搅拌温度和时间，以及醇胺类化合物的加入温度，可进一步提高薄膜的韧性，以及闭合剂耐高温、耐氧化的特性。

7.本发明提供的闭合剂的制备方法，通过限定醇胺类化合物的加入时间间隔以及醇胺类化合物加入完毕后的搅拌时间，可进一步提高制得的闭合剂在循环水系统中防止结垢、耐高温、保持水质稳定的性能。

具体实施方式

提供下述实施例是为了更好地进一步理解本发明，并不局限于所述最佳实施方式，不对本发明的内容和保护范围构成限制，任何人在本发明的启示下或是将本发明与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。

实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规试剂产品。

实施例1

本实施例提供一种闭合剂，其制备方法如下：

将25kg去离子水和10kg柠檬酸铵混合均匀后，在80℃下加入癸二酸20kg和己二酸20kg，然后升温至90℃搅拌30min；继续加入15kg三乙醇胺，然后升温至97℃，搅拌120min后加入5kg乙醇胺，继续搅拌60min，之后降温至90℃搅拌360min，自然降至室温，即得所述闭合剂。

实施例2

本实施例提供一种闭合剂，其制备方法如下：

将20kg去离子水和15kg柠檬酸铵混合均匀后，在75℃下加入癸二酸25kg和己二酸15kg，然后升温至85℃搅拌25min；继续加入20kg三乙醇胺，然后升温至90℃，搅拌110min后加入3kg乙醇胺，继续搅拌65min，之后降温至85℃搅拌350min，自然降至室温，即得所述闭合剂。

实施例3

本实施例提供一种闭合剂，其制备方法如下：

将30kg去离子水和5kg柠檬酸铵混合均匀后，在85℃下加入癸二酸23kg和己二酸10kg，然后升温至88℃搅拌35min；继续加入25kg三乙醇胺，然后升温至95℃，搅拌130min后加入6kg乙醇胺，继续搅拌55min，之后降温至88℃搅拌370min，自然降至室温，即得所述闭合剂。

实施例4

本实施例提供一种闭合剂，其制备方法如下：

将25kg去离子水和10kg柠檬酸铵混合均匀后，在80℃下加入癸二酸20kg，然后升温至90℃搅拌30min；继续加入15kg三乙醇胺，然后升温至97℃，搅拌120min后加入5kg乙醇胺，继续搅拌60min，之后降温至90℃搅拌360min，自然降至室温，即得所述闭合剂。

实施例5

本实施例提供一种闭合剂，其制备方法如下：

将25kg去离子水和10kg柠檬酸铵混合均匀后，在80℃下加入癸二酸20kg和己二酸20kg，然后升温至90℃搅拌30min；继续加入15kg三乙醇胺，然后升温至97℃，搅拌120min后降温至90℃搅拌360min，自然降至室温，即得所述闭合剂。

实施例6

本实施例提供一种闭合剂，其制备方法如下：

将25kg去离子水和10kg柠檬酸铵混合均匀后，在80℃下加入己二酸20kg，然后升温至90℃搅拌30min；加入5kg乙醇胺，然后升温至97℃，继续搅拌60min后降温至90℃搅拌360min，自然降至室温，即得所述闭合剂。

对比例1

本对比例提供一种闭合剂，其制备方法如下：

在80℃下，将25kg去离子水、癸二酸20kg和己二酸20kg混合均匀，然后升温至90℃搅拌30min；继续加入15kg三乙醇胺，然后升温至97℃，搅拌120min后加入5kg乙醇胺，继续搅拌60min，之后降温至90℃搅拌360min，自然降至室温，即得所述闭合剂。

对比例2

本对比例提供一种闭合剂，其制备方法如下：

将25kg去离子水和10kg柠檬酸混合均匀后，在80℃下加入癸二酸20kg和己二酸20kg，然后升温至90℃搅拌30min；继续加入15kg三乙醇胺，然后升温至97℃，搅拌120min后加入5kg乙醇胺，继续搅拌60min，之后降温至90℃搅拌360min，自然降至室温，即得所述闭合剂。

实验例1

将各实施例和对比例制得的闭合剂分别与地下水按照质量比为1：30混合均匀，得混合液；然后取上述混合液各500g，以及地下水500g分别放于1000ml规格一致的烧杯中于100℃加热蒸发，沸腾30min后冷却至室温，肉眼观察如果是透明均一的，称量挥发的水的质量，并等量进行补加地下水，然后继续加热蒸发，如此循环，直至冷却后有肉眼可见絮状物产生。具体的实验结果见表1所示。

表1实验结果

由上表中的数据可知，本发明提供的闭合剂在水循环系统中对抗硬水有很强的络合能力，能促进水中的钙、镁等离子与金属的螯合，使水质不会结垢，保持水质稳定。

实验例2

将各实施例和对比例制得的闭合剂分别与腐蚀水按照质量比为1：30混合均匀，得混合液；将混合液分别参照GB/T18175-2014水处理剂缓蚀性能的测定-旋转挂片法进行测试，具体测试条件如下：

腐蚀水：采用GB/T18175-2014中的标准配置水；

试片：采用SH/T 0085-1991发动机冷却液腐蚀测定法(玻璃器皿法)中规定的试片；

检测温度：89℃，时间：237h。具体的实验结果见表2所示。

表2实验结果

注：焊锡即为SH/T 0085-1991中的焊料，铝即为SH/T 0085-1991中的铸铝。

由上表中的数据可知，本发明提供的闭合剂对金属具有防腐效果，且柠檬酸铵可起到pH缓冲剂的作用，有效防止柠檬酸等强酸性物质对有机二元酸和醇胺类化合物形成的网状薄膜的点腐蚀。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。