循環冷卻水用阻垢劑構效關係研究進展
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【目錄】 TOP BOTTOM
一、 阻垢劑主要功能基團
二、 聚合物阻垢劑主要單體
三、 典型聚合物阻垢劑
資料來源：http://www.sdhykj.com/news/1483.html
註：1. 本文來源為大陸地區，其中之「國內」指大陸地區。80、90年代均指公元。構效關係為大陸地區用語，台灣通常指原理的化學反應機構和成效的關係。
2. 引用本文用意，一面介紹冷卻水處理技術為世界通用技術，台灣採行自由化政策超過30年，世界級大廠在台銷售亦超過50年。國內有些工程公司為了偷工減料，刻意隱瞞這些事實，採用非專業、傷害業主利益的廠商；而空調技師審查時，有不盡查證「非專業廠商、傷害業主利益」的責任之疏失。因為向水處理公會查證是簡單易行之事，檢察官及工程會、工業局、能源局等主管機關並不會接受前述疏失之遁詞及推託責任。
3. 原文分三篇，引用時轉為繁體字並加上分段編排以利讀者易讀。另大陸慣用之膦酸基改為台灣慣用之有機磷酸基，但阻垢劑並未改為防垢劑，因為不至於誤解或困惑，藉以讓讀者分辨資料來源地區。
【本文】
冷卻水的循環使用是節約工業用水的常用方法，但冷卻水經過多次循環使用後水中形成的無機垢會縮短設備使用壽命，嚴重時導致生產無法正常運行。阻垢劑是能夠防止垢形成或者抑制其沉積的化學藥劑。早在20世紀30年代人們就開始利用無機阻垢劑阻止水中垢的形成並對其阻垢機理進行了研究。但無機阻垢劑因阻垢率相對較低且易對水環境造成二次污染逐漸被有機阻垢劑所替代。有機阻垢劑主要包括有機磷酸類阻垢劑、羧酸類阻垢劑、有機磷酸羧酸類阻垢劑以及無污染綠色阻垢劑。一般認為有機阻垢劑通過功能基團與無機垢作用形成無機----有機雜合層，達到阻垢的目的，這就要求作為阻垢劑的有機分子必須具有能與無機垢晶胚強烈作用的功能基團且作用後的產物易溶于水，因此有機阻垢劑主要是通過具有不同功能基團的單體聚合得到的共聚物。
阻垢劑中比較常見的功能基團有羧基、有機磷酸基、磺酸基或硫酸基、醯胺基以及親水性極強的聚氧乙烯基和羥基。其中典型的功能基團為有機磷酸基和羧基，其對應的阻垢劑分別為有機磷酸類阻垢劑和羧酸類阻垢劑，因此結構相似的多有機磷酸阻垢劑比單有機磷酸阻垢劑阻垢能力強如含有機磷酸基團個數分別為4、3、1的阻垢劑乙二胺四亞甲基磷酸(EDTMPA)、氨基三亞甲基磷酸(ATMP)、六偏磷酸鈉(SHMP)的阻垢順序為EDTMPA>ATMP>SHMPc4’8]。但並非有機磷酸基團越多越好。含5個有機磷酸基團的二乙烯三胺五亞甲基磷酸(DTPMP)比只含4個有機磷酸基團的乙二胺四亞甲基磷酸(EDTMPA)的阻垢能力弱。帶相同負電荷的有機磷酸根離子相互排斥不利於含多個有機磷酸基團的阻垢劑吸附在無機垢晶胚表面．從而導致晶胚表面吸附的阻垢劑量減少，不利阻垢。羧酸類阻垢劑的阻垢機理與有機磷酸類阻垢劑的阻垢機理類似。其他阻垢劑分子的親水基團如強酸性基團磺酸基以及親水性強的乙烯氧基、羥基、氨基的存在都會增加阻垢劑的水溶性以及與無機垢表面水層的氫鍵作用力。此含磺酸基團的阻垢劑水溶性很好，分散性能很強。但阻垢效果不佳，必須與其他弱酸性基團(如羧酸基團)共存才有較理想的阻垢效果。羧酸類阻垢劑中羧酸酸性比有機磷酸類阻垢劑中的有機磷酸酸性弱，羧酸類阻垢劑的阻垢效果不如同條件下的有機磷酸類阻垢劑，但有機磷酸類阻垢劑中含有對水環境不利的磷元素，長期使用會形成赤潮現象。因此通過含不同功能基團的單體聚合形成不含磷、水溶性好、不形成鈣凝膠且阻垢效果優良的阻垢劑是主要的研究方向。
常用聚合物阻垢劑的單體類型羧酸類如馬來酸酐(MA)、(甲基)丙烯酸(AA)；酯類如(甲基)丙烯酸羥丙酯(HPA)；醯胺類如(甲基)丙烯醯胺、2一(甲基)丙烯醯胺一2一甲基丙磺酸(AMPS)；烯丙氧基醚類如烯丙氧基羥丙基磺酸鈉(AHPS)、烯丙氧基乙烯氧基硫酸銨(APES)、烯丙氧基乙烯氧基羧酸鈉(APEC)以及磺酸類如對苯乙烯磺酸鈉等。這些單體在光、熱、氧、水等條件下穩定性好且功能基團羧基、氨基和磺酸基易與無機垢作用，毒性低，聚合反應過程不產生二次污染。苯環還能以臥式結構吸附在晶胚表面阻止其他晶胚的聚集，增加阻垢效果，所以含苯環的對苯乙烯磺酸鹽也是很好的阻垢劑單體，現在有阻垢劑通常為單體共聚物，此類共聚物阻磷酸鈣效果優良，且不含磷。丙烯酸/丙烯酸羥丙酯共聚物雖不含磷但只阻碳酸鈣垢不阻磷酸鈣垢，且易水解。新一代磺酸鹽共聚物AA/APES其阻垢效率明顯提高，但由單體APES與其他單體聚合到的阻垢劑依然帶有對水環境不利的氮元素，這表明新型阻垢劑的開發及其單體的選擇尚有較大的發展空間。
含不同功能基團的單體聚合可得到較理想的聚合物阻垢劑。阻垢劑從易水解的聚磷酸鹽到易被氧化分解成正磷酸的有機磷酸鹽，從性能單一的聚丙烯酸到丙烯酸多元共聚物，阻垢劑發生阻垢作用的機理依然是阻垢劑中的功能基團與無機垢的作用。由於磷對水環境不利，含磷阻垢劑將被無磷阻垢劑替代。羧酸類阻垢劑在側鏈增加親手性強的基團如乙烯氧基羥基、磺酸基等都會改變羧酸類阻垢劑鈣容忍度低的弊端。新型阻垢劑採用新單體烯丙氧基聚乙烯氧基硫酸鹽(APES)與丙烯酸(AA)共聚合成的新一代羧酸磺酸鹽阻垢劑(AMAPES)以及東南大學研製的新共聚單體烯丙氧基聚乙烯氧基羧酸鹽(APEC)與馬來酸酐共聚合成的羧酸類阻垢劑(MA／APEC)，其阻Ca，(PO4)2垢率都高至90％以上，且鈣容忍度達2 000 mg／L以上。
向工業循環冷卻水系統中添加阻垢劑是提高循環冷卻水濃縮倍數以節約工業用水、減少廢水排放的有效方法之一。循環冷卻水用阻垢劑主要有有機磷酸類阻垢劑和羧酸類阻垢劑，其阻垢機理是阻垢劑中的功能基團有機磷酸基或／和羧基與無機垢作用且作用後的產物水溶性強。通過概述現有阻垢劑分子結構與其性能的關係，可加深和拓寬阻垢劑的應用和開發，為生產高性能無氮無磷環境友好的阻垢劑提供可借鑒的經驗。
