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第 7 期 王虎传，等: 改性聚乙二醇多磺酸基水处理剂的制备及性能 ·1437·

如 3.5 h 阻垢效果好。综上分析，从阻垢效果和聚合
成本考虑本实验选择的最佳反应时间为 2.5 h。

图 4 反应温度对阻碳酸钙垢的影响
Fig. 4 Effect of reaction temperature on the performance
of PEGMA-SVS-AA on inhibition of calcium

carbonate precipitation 图 5 反应时间对阻碳酸钙垢的影响
Fig. 5 Effect of reaction time on the performance of
从图 4 中可以看出，PEGMA-SVS-AA 阻碳酸 PEGMA-SVS-AA on inhibition of calcium
钙垢率开始时随着水处理剂质量浓度的增加显著增 carbonate precipitation
加，当水处理剂质量浓度达到 9 mg/L 时，阻碳酸钙
2.2.5 碳酸钙垢的 SEM 表征
垢率达到最大值。反应温度为 70 ℃时，聚合物阻垢
为考察水处理剂对碳酸钙形貌的影响，用 SEM
效果较差。这可能是因为反应温度过低，引发剂过
对碳酸钙垢形貌进行了观察，如图 6 所示。未加入
硫酸铵对聚合影响较大，过硫酸铵的半衰期在 60 ℃
水处理剂得到的碳酸钙晶体是齐整的立方体结构且
时接近 38 h，80 ℃时变为 2 h 左右。低温下引发剂
表面光滑（图 6a），这些规整的碳酸钙垢一旦形成于
分解速率较慢，生成的自由基偏少，可能导致引发
循环水管道内壁将会严重影响循环水的冷却效率；加
体系没有发挥作用，使聚合物反应速率减慢，聚合
入 2 mg/L 水处理剂的碳酸钙晶体表面被轻微破坏，失
物相对分子质量不均匀，稳定性差，进而导致其阻
去了立方体的整齐完美结构，表面不再光滑，开始出
垢效率不佳。当反应温度为 80 和 90 ℃时，共聚物
现浅沟痕（图 6b）；加入 5 mg/L 水处理剂得到的碳酸
的阻碳酸钙垢率相差不大。综合考虑，最终选择 80 ℃
钙晶体已经被大面积破坏，晶体结构不再完整，表面
作为最佳反应温度。
凹凸不平，棱角被剥离成碎块散落在周围（图 6c）；
2.2.4 反应时间对共聚物阻垢性能的影响
加入 8 mg/L 水处理剂得到的碳酸钙晶体基本变成
保持单体配比 n(PEGMA)∶n(SVS)∶n(AA)为
了碎块，晶体破坏严重（图 6d），碳酸钙的结构已
1∶3∶5，引发剂用量为 6%，反应温度为 80 ℃，考
经很难再从图中看见，即使循环冷却水管道中有碳
察了反应时间对共聚物阻碳酸钙垢性能的影响，结
酸钙垢也会被水流冲走。从图可知，该水处理剂显
果如图 5 所示。
著改变了碳酸钙的形貌，让其变得疏松不完整。
从图 5 中可知，PEGMA-SVS-AA 阻碳酸钙垢
率随着水处理剂加入量的增加仍然具有最大值效
应，当反应时间为 1.5、2.5、3.5 和 4.5 h 时，共聚
物的最大阻碳酸钙垢率分别为 58%、89%、72%和
82%。这是因为在自由基共聚反应时，聚合物的聚
合度随时间增加而加大。当反应时间为 1.5 h 时，单
体之间聚合不充分，转化为共聚物还不完全，相对
分子质量较小，聚合物分子链中活性基团数目过少
（例如羧基），螯合钙离子能力较弱；而当聚合反应
时间过长时（3.5 或 4.5 h），单体之间聚合程度过于
充分，共聚物相对分子质量过大，可能产生交联、
支化等副反应，所以反应时间过短或过长都会导致
a—空白；b—2 mg/L; c—5 mg/L; d—8 mg/L
阻垢效果不理想。其中，反应时间为 4.5 h 时，与
3.5 h 比较（9、10 mg/L 用量）阻垢效果稍好，可能 图 6 不同水处理剂质量浓度处理过的碳酸钙垢的 SEM 图
Fig. 6 SEM images of calcium carbonate (a) and calcium
由于聚合时间比较长，聚合反应趋于完全，得到的
carbonate after adding 2, 5, 8 mg/L of PEGMA-
水处理剂相对分子质量较大，但是低质量浓度下不 SVS-AA (b, c, d)