本發(fā)明涉及一種用于抗結(jié)垢抗污的組合物，特別涉及一種用于抗無(wú)機(jī)物結(jié)垢抗污的組合物，屬于新型材料領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
：在油田生產(chǎn)、工業(yè)水處理、選礦循環(huán)水、選礦污水處理、工業(yè)污水處理、工業(yè)水循環(huán)利用過(guò)程中，由于水溶液中含有不同種類(lèi)的無(wú)機(jī)離子，在一定條件下，常常會(huì)出現(xiàn)結(jié)垢問(wèn)題，常見(jiàn)的如碳酸鈣垢、硫酸鈣垢，當(dāng)結(jié)垢量少時(shí)，會(huì)使液體流量減小，管線(xiàn)輸送液體能耗增加，結(jié)垢嚴(yán)重時(shí)甚至堵塞管道，導(dǎo)致直接停產(chǎn)，造成較大的經(jīng)濟(jì)損失，當(dāng)垢層超過(guò)一定厚度時(shí)，需要清除垢層，反復(fù)清除垢層不僅影響正常生產(chǎn)、增加生產(chǎn)成本，也會(huì)降低管道、設(shè)備的使用壽命。如果能從根本上阻止無(wú)機(jī)離子結(jié)垢，自然可以大大減小由于結(jié)垢產(chǎn)生的一系列問(wèn)題，阻止無(wú)機(jī)離子結(jié)垢的方法可分為物理方法和化學(xué)方法，如利用晶種防垢、電場(chǎng)防垢、變頻防垢等，這些屬于物理方法，這些方法阻垢的效果有限；化學(xué)方法主要是添加阻垢劑，阻垢劑是能控制產(chǎn)生水垢和污垢的藥劑，主要分兩類(lèi)，一類(lèi)是分散劑，一般尺度上比膠體顆粒小很多，分子結(jié)構(gòu)上又呈線(xiàn)性結(jié)構(gòu)的物質(zhì)，最常用的是木質(zhì)素、單寧、人工合成的丙烯酸共聚物、馬來(lái)酸酐共聚物等，另一類(lèi)是螯合劑，分子中含有能與金屬離子形成特殊配位鍵的基團(tuán)，如羥基、巰基、磺酸基、磷酸基、羧酸基等，其添加量與水溶液中含有金屬離子多少有關(guān)。添加阻垢劑的優(yōu)點(diǎn)是使用比較方便，一般添加量不多，但存在的問(wèn)題需要不斷添加，因?yàn)椴徽撌欠稚┻€是螯合劑，與金屬離子總是有一定計(jì)量比，雖然能夠阻止垢的形成，但在溶液中總是生成新的化學(xué)物質(zhì)，最終還是要對(duì)添加的阻垢劑與金屬離子生成的新物質(zhì)進(jìn)行處理，另外一個(gè)缺點(diǎn)是不同離子要求添加不同種類(lèi)的阻垢劑，因而沒(méi)有一種通用的、能阻止多種離子生成無(wú)機(jī)垢的阻垢劑，水質(zhì)不同，阻垢劑的組成也不相同，第三阻垢劑的生產(chǎn)過(guò)程仍然是一個(gè)具有特定功能化學(xué)品的生產(chǎn)過(guò)程，仍然存在燃燒、爆炸、污染等安全隱患，第四阻垢劑與離子生成的新物質(zhì)仍然需要進(jìn)行處理，仍然存在污染隱患；使用新材料是解決無(wú)機(jī)物結(jié)垢和污垢的有效辦法，如使用非極性的聚四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、乙烯丙烯共聚物等材料，這些材料中，抗結(jié)垢效果最好的是聚四氟乙烯，但聚四氟乙烯本身價(jià)格昂貴，限制了其大范圍使用，超高分子量聚乙烯物理機(jī)械性能優(yōu)異，但加工困難，為降低成本，可以將這些非極性材料與金屬材料復(fù)合，制成鋼襯聚四氟乙烯管道、鋼襯聚四氟乙烯容器等，也可以制成鋼骨架聚乙烯復(fù)合管道或復(fù)合容器，鋼骨架聚丙烯管道或容器等，但由于金屬材料和高分子化合物物理機(jī)械性能的差異，加工困難，加之鋼塑結(jié)合力差，易分層。制備抗結(jié)垢涂料或涂層是防止結(jié)垢的方法之一。cn1614282公開(kāi)了一種高分子粘彈性材料的復(fù)合型管道，由外殼和內(nèi)襯組成，所述外殼為普通鋼管或玻璃鋼管，所述內(nèi)襯為高分子粘彈性材料，外殼和內(nèi)襯粘合為一體。cn104356826a公開(kāi)了一種表面自清潔涂料及其制備方法，包括組分：去離子水/酯化合物4～15%，流平劑0.3～2%，消泡劑0.3～0.6%，分散劑0.4～0.6%，納米礦物填料5～10%，粘結(jié)劑30～40%，增塑劑1～3%，顏料膏10～15%，表面活性添加劑1～3%，抗污垢自潔不粘劑1～2%，抗真菌和苔蘚、淤泥、藻類(lèi)形成抑制劑2～4%，固化劑18～28%。cn102906527a公開(kāi)抗結(jié)垢性質(zhì)的換熱器板中包含氧化硅涂層；cn102337049a公開(kāi)了一種水介質(zhì)換熱設(shè)備用防腐蝕抗結(jié)垢涂料及其制備方法。該涂料采用納米鈦粉、預(yù)處理劑、環(huán)氧樹(shù)脂、丙烯酸、雙酚s型環(huán)氧樹(shù)脂或縮水甘油酯類(lèi)環(huán)氧樹(shù)脂或縮水甘油胺類(lèi)環(huán)氧樹(shù)脂、有機(jī)溶劑、氨基硅油或有機(jī)氟試劑、蒸餾水，通過(guò)納米鈦粉預(yù)處理、環(huán)氧樹(shù)脂改性、涂料制備三個(gè)主要工藝步驟制備而成，具有防腐蝕、抗結(jié)垢，有效的提高換熱器的傳熱效率和使用壽命等優(yōu)點(diǎn)。隨著化學(xué)工業(yè)的發(fā)展，生產(chǎn)技術(shù)的改進(jìn)，具有非極性的固體物質(zhì)種類(lèi)越來(lái)越豐富，除了上述的聚四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、乙烯丙烯共聚物外，常見(jiàn)的有費(fèi)托蠟、微晶蠟、石油樹(shù)脂、聚乙烯蠟、聚丙烯蠟等。費(fèi)托蠟是通過(guò)費(fèi)托合成得到的以正構(gòu)烷烴為主的固態(tài)烴混合物，正構(gòu)烷烴中碳原子數(shù)較多，熔點(diǎn)較高；微晶蠟是由正構(gòu)烷烴、異構(gòu)烷烴和環(huán)烷烴組成的混和物，與石油蠟相比，異構(gòu)烴和環(huán)烷烴占的比例較大，正構(gòu)烷烴所占的比例較小，一般來(lái)說(shuō)，微晶蠟中的烷烴分子量較大，烷烴中碳原子分布范圍比石蠟寬，氫碳比在1.85左右，微晶蠟硬度小，柔韌性好，在一定溫度下受力時(shí)傾向于塑性流動(dòng)，延度大，撓性好，凝膠強(qiáng)度大、粘附性和防護(hù)性好。石油樹(shù)脂是烴類(lèi)裂解過(guò)程中得到的烴類(lèi)副產(chǎn)物通過(guò)聚合反應(yīng)得到的低聚物，根據(jù)副產(chǎn)物碳原子數(shù)不同，大致分為碳五石油樹(shù)脂和碳九石油樹(shù)脂。聚乙烯蠟是由乙烯經(jīng)聚合反應(yīng)得到的低分子量聚合物，也稱(chēng)為低分子聚乙烯。針對(duì)現(xiàn)有的聚四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯等非極性材料與金屬形成復(fù)合材料后存在的問(wèn)題，現(xiàn)有的添加阻垢劑阻止無(wú)機(jī)垢存在的缺點(diǎn)，結(jié)合費(fèi)托蠟、微晶蠟、石油樹(shù)脂、聚乙烯蠟的性質(zhì)，公開(kāi)了一種抗結(jié)垢抗污組合物。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：為克服現(xiàn)有使用阻垢劑和現(xiàn)有鋼塑復(fù)合材料抗結(jié)垢材料的缺點(diǎn)，解決金屬管道或容器內(nèi)無(wú)機(jī)物結(jié)垢及污物積累的問(wèn)題，發(fā)明人通過(guò)如下技術(shù)方案解決這一問(wèn)題：一種抗結(jié)垢抗污組合物由費(fèi)托蠟、微晶蠟、碳五石油樹(shù)脂、聚乙烯蠟中至少三種物質(zhì)組成：費(fèi)托蠟的凝固溫度在60～130℃，含油量小于5%，微晶蠟的滴熔點(diǎn)70～110℃，含油量小于3%，碳五石油樹(shù)脂的軟化點(diǎn)在70～120℃，聚乙烯蠟軟化點(diǎn)90～180℃，其重量組成百分比是費(fèi)托蠟5%～52%，微晶蠟10%～68%，碳五石油樹(shù)脂2%～53%，聚乙烯蠟0%～26%。作為一種具有抗結(jié)垢抗污性能的組合物，盡管微晶蠟、費(fèi)托蠟、碳五石油樹(shù)脂、聚乙烯蠟都是非極性物質(zhì)，但性能各不相同，以涂層的方式使用時(shí)，必須按一定比例組合，發(fā)揮各自的作用，才能滿(mǎn)足使用要求，其比例是通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)獲得的。一種抗結(jié)垢抗污組合物，費(fèi)托蠟的重量百分比優(yōu)選6%～46%。一種抗結(jié)垢抗污組合物，微晶蠟的重量百分比優(yōu)選25%～65%。一種抗結(jié)垢抗污組合物，碳五石油樹(shù)脂的重量百分比優(yōu)選10%～42%。一種抗結(jié)垢抗污組合物，聚乙烯蠟的重量百分比優(yōu)選0%～15%。使用本發(fā)明的抗結(jié)垢抗污組合物，涂覆于金屬管道或容器內(nèi)、無(wú)機(jī)非金屬材料、金屬-無(wú)機(jī)非金屬?gòu)?fù)合材料管道或容器內(nèi)，不僅具有優(yōu)異的抗結(jié)垢能力，極性污物不易沉積在涂層上，具有抗污性能，而且涂層厚度小，成本低，組合物用量小，具有減阻效應(yīng)，能節(jié)約輸送液體水的動(dòng)力消耗；涂覆于金屬材料、金屬-無(wú)機(jī)非金屬?gòu)?fù)合材料表面，具有良好的防腐蝕效果。具體實(shí)施方式為進(jìn)一步理解本發(fā)明，首先說(shuō)明抗結(jié)垢抗污組合物涂層性質(zhì)測(cè)試方法。對(duì)于具有使用價(jià)值的涂層，當(dāng)然要求抗結(jié)垢抗污涂層具有耐溫性能，要求在使用溫度范圍內(nèi)涂層穩(wěn)定不脫落，涂層所接觸的水溶液中一般會(huì)含有表面活性劑，要求測(cè)試涂層對(duì)含有表面活性劑的水溶液具有耐受性，涂層應(yīng)具有一定柔韌性以適應(yīng)使用環(huán)境溫度變化而不會(huì)開(kāi)裂或產(chǎn)生裂紋，影響使用效果，更關(guān)鍵的是涂層應(yīng)具有優(yōu)異的抗結(jié)垢抗污性能。實(shí)驗(yàn)所用涂層的涂覆方法是將費(fèi)托蠟、微晶蠟、石油樹(shù)脂、聚乙烯蠟中的至少一種物質(zhì)混合均勻后在140℃時(shí)熔融，將掛片或其它試件浸沒(méi)于熔融物后取出在室溫下凝固得到的。涂層耐水性能測(cè)定方法：將涂覆有涂層的金屬容器浸沒(méi)于水中，使涂層與水完全接觸，每個(gè)溫度下保溫30分鐘，振蕩觀察不同溫度下涂層脫落情況來(lái)測(cè)定涂層耐水性能。涂層耐表面活性劑水溶液性能測(cè)定方法：耐表面活性劑性能測(cè)定程序與涂層耐水性能測(cè)試方法相似，但使用的是不同種類(lèi)不同濃度的表面活性劑水溶液。涂層柔韌性測(cè)定采用漆膜彎曲試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行測(cè)定，漆膜彎曲試驗(yàn)機(jī)符合標(biāo)準(zhǔn)津q/jd3975-97。漆膜彎曲試驗(yàn)機(jī)涂層柔韌性等級(jí)分為2、3、4、5、6、8、10mm六個(gè)等級(jí)，測(cè)定結(jié)果則通過(guò)在4倍放大鏡觀察在不同直徑漆膜彎曲試驗(yàn)機(jī)涂層是否產(chǎn)生裂紋，依次從最大直徑往最小直徑測(cè)定，觀察到出現(xiàn)裂紋時(shí)，則認(rèn)定涂層的柔韌性等級(jí)為使用漆膜彎曲試驗(yàn)機(jī)直徑。涂層厚度通過(guò)涂層測(cè)厚儀進(jìn)行測(cè)定，涂層測(cè)厚儀型號(hào)tm1200f，上海星宇高科應(yīng)用技術(shù)研究所，測(cè)定時(shí)涂層測(cè)厚儀先經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)，在涂層不同部位測(cè)定10次，取10次測(cè)定的平均值。涂層抗水沖擊能力試驗(yàn)：水流速度5米每秒，試驗(yàn)時(shí)間10分鐘，水流出口與掛片距離20cm，水流方向垂直于掛片最大面積所在平面，利用4倍放大鏡觀察掛片涂層試驗(yàn)前后的變化，實(shí)驗(yàn)在室溫下進(jìn)行。涂層抗結(jié)垢能力試驗(yàn)：抗結(jié)垢能力試驗(yàn)分為靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩個(gè)實(shí)驗(yàn)。涂層抗結(jié)垢能力試驗(yàn)選用的材質(zhì)為金屬材質(zhì)，主要有碳鋼、優(yōu)質(zhì)碳素鋼、鑄鐵，尺寸大小是長(zhǎng)度50mm，寬度25mm，厚度2mm，試片符合hg/t3523-2008標(biāo)準(zhǔn)。非極性材質(zhì)抗結(jié)垢能力選用聚四氟乙烯板材和聚乙烯板材進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，聚四氟乙烯板材和聚乙烯板材購(gòu)自市場(chǎng)，購(gòu)買(mǎi)后，直接裁切成與金屬材質(zhì)尺寸相同試件進(jìn)行試驗(yàn)。進(jìn)行金屬材質(zhì)抗結(jié)垢能力實(shí)驗(yàn)時(shí)，分為實(shí)驗(yàn)掛片和空白掛片，實(shí)驗(yàn)掛片和空白掛片的區(qū)別是實(shí)驗(yàn)掛片上涂覆抗結(jié)垢組合物，空白掛片材質(zhì)與實(shí)驗(yàn)掛片相同，但沒(méi)有涂層，實(shí)驗(yàn)掛片和空白掛片面積最大的一面均呈水平浸沒(méi)于模擬硫酸鈣結(jié)垢溶液中，在60℃下敞開(kāi)容器內(nèi)進(jìn)行硫酸鈣結(jié)垢實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)持續(xù)時(shí)間30小時(shí)。靜態(tài)實(shí)驗(yàn)中掛片單面涂覆抗結(jié)垢抗污組合物涂層，抗結(jié)垢抗污組合物涂層的一面向上，涂層抗結(jié)垢性能通過(guò)稱(chēng)重法計(jì)算。動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)方法是將聚四氟乙烯板材、聚乙烯板材使用外部包裹塑料的金屬絲固定在托架上，面積最大的一面水平放置，實(shí)驗(yàn)掛片及空白掛片直接放置在托架上，面積最大的一面水平放置，實(shí)驗(yàn)掛片外部全部涂覆抗結(jié)垢抗污組合物涂層，空白掛片則為相應(yīng)材質(zhì)的金屬，托架及掛片均全部浸沒(méi)在模擬硫酸鈣結(jié)垢溶液中，通過(guò)機(jī)械攪拌器攪動(dòng)模擬硫酸鈣結(jié)垢溶液，模擬硫酸鈣結(jié)垢溶液溫度為60℃，試驗(yàn)時(shí)間為30小時(shí)，試驗(yàn)在敞開(kāi)容器中進(jìn)行，試驗(yàn)結(jié)束后通過(guò)稱(chēng)重法計(jì)算硫酸鈣沉積量，試驗(yàn)容器直徑300毫米，攪拌漿葉長(zhǎng)度80毫米，攪拌速度320轉(zhuǎn)每分鐘，攪拌漿葉水平面與掛片水平面距離15毫米。模擬硫酸鈣結(jié)垢溶液由0.06mol/l的硫酸鈉水溶液和0.06mol/l的氯化鈣水溶液等體積混合得到。試驗(yàn)前后掛片的重量都是40℃下真空干燥、恒重后使用電子分析天平稱(chēng)量得到的。涂層抗結(jié)垢能力用對(duì)比減少率表示，其計(jì)算方法是通過(guò)稱(chēng)量實(shí)驗(yàn)前后掛片的增重，以實(shí)驗(yàn)掛片增重與空白掛片增重之差與空白掛片增重之比的百分?jǐn)?shù)來(lái)計(jì)算涂層抗結(jié)垢能力。其計(jì)算公式是對(duì)比減少率:實(shí)驗(yàn)掛片增重；:空白掛片增重。實(shí)驗(yàn)使用的原料及性質(zhì)分別是費(fèi)托蠟由內(nèi)蒙古伊泰集團(tuán)生產(chǎn)，其凝固溫度是90.5℃，含油量3.75%（質(zhì)量比），80號(hào)微晶蠟由中石化生產(chǎn)，滴熔點(diǎn)78-82℃，含油量小于3%（質(zhì)量比），碳五石油樹(shù)脂由武漢魯華粵達(dá)化工有限公司生產(chǎn)，型號(hào)為pfr-90，聚乙烯蠟由mitsuichemicals生產(chǎn)，軟化點(diǎn)110℃。當(dāng)涂層僅由費(fèi)托蠟、微晶蠟按等質(zhì)量百分比組成時(shí)，不同溫度下其抗表面活性劑水溶液的試驗(yàn)結(jié)果列于表1。表1涂層抗表面活性劑水溶液性能測(cè)定結(jié)果由費(fèi)托蠟、微晶蠟及碳五石油樹(shù)脂等質(zhì)量混合組成形成涂層，涂層抗表面活性劑水溶液性能的測(cè)定結(jié)果列于表2。表2涂層抗表面活性劑水溶液性能測(cè)定表2中工業(yè)循環(huán)水離子組成(離子濃度單位是mg/l)是為簡(jiǎn)潔計(jì)，以下部分所用符號(hào)意義分別是ftw表示費(fèi)托蠟，mw表示微晶蠟，c5表示碳五石油樹(shù)脂，pew表示聚乙烯蠟。實(shí)施例及對(duì)比例中涂層抗表面活性劑溶液水溶液性能測(cè)試結(jié)果與表2相同。實(shí)施例及對(duì)比例中涂層抗水沖擊能力試驗(yàn)前后沒(méi)有發(fā)現(xiàn)涂層表面出現(xiàn)裂紋或脫落。涂層柔韌性測(cè)定結(jié)果列于表3。表3涂層柔韌性測(cè)定結(jié)果涂層厚度實(shí)際測(cè)定數(shù)據(jù)列于表4表4涂層厚度測(cè)定結(jié)果試樣名稱(chēng)涂層組成厚度（μm）實(shí)施例1ftw:mw:c5=0.1:0.6:0.331實(shí)施例2ftw:mw:c5=0.2:0.5:0.3103實(shí)施例3ftw:mw:c5=0.3:0.4:0.364實(shí)施例4ftw:mw:c5=0.4:0.3:0.358實(shí)施例5ftw:mw:c5=0.25:0.60:0.1577實(shí)施例6ftw:mw:c5:pew=0.20:0.58:0.16:0.0681對(duì)比例7mw:c5=0.7:0.3194以下動(dòng)態(tài)抗結(jié)垢能力測(cè)定試驗(yàn)中的初重是指掛片實(shí)驗(yàn)前的重量，終重是指抗結(jié)垢能力實(shí)驗(yàn)結(jié)束后掛片的重量，二者都是在40℃真空干燥箱中干燥恒重后的重量。實(shí)施例1和對(duì)比例1：ftw:mw:c5=0.1:0.6:0.3，優(yōu)質(zhì)碳素鋼掛片抗結(jié)垢試驗(yàn)結(jié)果。實(shí)施例2和對(duì)比例2：ftw:mw:c5=0.2:0.5:0.3，鑄鐵掛片抗結(jié)垢試驗(yàn)結(jié)果。實(shí)施例3和對(duì)比例3：ftw:mw:c5=0.3:0.4:0.3碳鋼抗結(jié)垢試驗(yàn)結(jié)果。實(shí)施例4和對(duì)比例4：ftw:mw:c5=0.4:0.3:0.3碳鋼抗結(jié)垢試驗(yàn)結(jié)果。實(shí)施例5和對(duì)比例5：ftw:mw:c5=0.25:0.60:0.15碳鋼抗結(jié)垢試驗(yàn)結(jié)果。實(shí)施例6和對(duì)比例6：ftw:mw:c5:pew=0.20:0.58:0.16:0.06碳鋼抗結(jié)垢試驗(yàn)結(jié)果。對(duì)比例7（mw:c5=0.7:0.3）碳鋼抗結(jié)垢能力試驗(yàn)結(jié)果。聚乙烯板材或聚四氟乙烯板材的增重率是指聚乙烯板材或聚四氟乙烯板材終重與初重之差與聚乙烯板材或聚四氟乙烯板材初重之百分比。實(shí)驗(yàn)中還觀察到，當(dāng)掛片表面沒(méi)有涂覆組合物時(shí)，掛片腐蝕嚴(yán)重，掛片面積最大的兩個(gè)面中僅有一面涂覆組合物時(shí)，則無(wú)涂層的一面腐蝕，涂覆組合物的一面沒(méi)有觀察到金屬腐蝕，當(dāng)掛片表面全部涂覆組合物時(shí)，則觀察不到金屬腐蝕現(xiàn)象。當(dāng)抗結(jié)垢抗污試驗(yàn)結(jié)束后，清洗涂覆有組合物涂層的掛片時(shí)，使用90℃含有表面活性劑溶液的熱水，使用鋼絲刷輔助清洗時(shí)，掛片上仍然牢固附著有組合物涂層。當(dāng)前第1頁(yè)12