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利用表面张力预测药剂性能：ATMP、IDPA与PAA的阻垢缓蚀效能评估
来源：南京化工学院学报 浏览 13 次 发布时间:2026-06-05
1.3 静态阻垢性能测定
PAA、ATMP、IDPA(Ⅰ, Ⅱ)的静态阻垢性能测定结果列于表3。表4是复合配方的静态阻垢性能测定结果。
| 药剂浓度 (mg/l) | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 100 | 80 | 60 | 40 | 20 | 10 | |
| PAA | 80.85 | 67.15 | 53.24 | 42.57 | 32.40 | 35.16 |
| ATMP | 47.90 | 61.90 | 67.68 | 73.00 | 44.64 | 67.05 |
| IDPA(I) | 47.50 | 56.80 | 64.60 | 60.67 | 58.40 | 48.30 |
| IDPA(II) | 67.40 | 70.60 | 73.55 | 66.10 | 62.80 | 61.66 |
试验条件：Ca²⁺ 100mg/l, HCO₃⁻ 400mg/l，在75±1℃恒温水槽中保温24小时。
表4 复合配方的静态阻垢性能| 药剂 | 浓度 (mg/l) | 水溶液的表面张力 (达因/厘米) | 阻垢率 (%) |
|---|---|---|---|
| IDPA(I) | 4 | 72.85 | 70.50 |
| IDPA(II) | 8 | 72.35 | 71.50 |
| IDPA(II)+Zn+++HEDP | 4+2+10 | 72.18 | 71.08 |
| IDPA(I)+HEDP | 4+15 | 73.06 | 54.40 |
| IDPA(I)+HEDP | 8+15 | 73.03 | 62.60 |
试验条件：同表3。
1.4 缓蚀性能测定
ATMP、IDPA(Ⅰ)、IDPA(Ⅱ)的缓蚀性能测定结果示于表5。复合配方的缓蚀性能测定结果示于表6。
| 药剂浓度 (mg/l) | |||||
|---|---|---|---|---|---|
| 60 | 40 | 30 | 20 | 10 | |
| ATMP | 95 | 96 | 95.99 | 97.23 | |
| IDPA(I) | 95.65 | 95.40 | 97.40 | 58.30 | |
| IDPA(II) | 76.17 | 97.33 | 97.86 | 89.90 | |
水质条件：Ca²⁺(22~28mg/l), Mg²⁺(6mg/l), HCO₃⁻(95mg/l), Cl⁻(8~12mg/l)，SO₄²⁻(20mg/l)。水温45±1℃，自然pH值，A₃钢试片，试验时间96小时。
| 药剂名称 | 浓度 (mg/l) | 缓蚀率 (%) |
|---|---|---|
| IDPA(II) | 8 | 73.9 |
| IDPA(II)+Zn++ | 4+2 | 82.0 |
| IDPA(II)+Zn+++HEDP | 4+2+10 | 95.9 |
2 结果与讨论
表面张力的大小反映液体表面分子之间的相互作用，表面张力降低，取决于表面活性剂分子从溶液内部对表面分子的取代。由表1可看出，由于PAA这种水稳药剂吸附在溶液表面上，使水的表面张力降低，随浓度增加，表面张力减小。
PAA的结构为憎水的[-CH₂-CH]ₙ和亲水的-COOH基团组成。表面亲水端保留在水中，憎水端突出集中于界面，产生显著的吸附作用。PAA的吸附是正吸附，很大程度上降低了表面张力，表现出较好的活性，从而具有较好的润湿、去污，使污垢分散的性能。
PAA在溶液中可离解成负电荷的阴离子，它们吸附在CaCO₃的微晶上使其难于按一定排列顺序结晶长大，使晶格发生畸变。由于在生成的CaCO₃晶体的点阵中掺有相当大分子的聚合物PAA，防止在金属表面生成致密的垢。从表3可看出，PAA是一种较好的阻垢剂。
有机多元膦酸化合物ATMP、IDPA都具有稳定的(C-P)键，可抑制CaCO₃的析出，具有较好的阻垢性能。从表2看出，加入Ca²⁺和HCO₃⁻离子的ATMP和IDPA溶液具有较低值的表面张力。ATMP和IDPA有较好的表面活性，ATMP在40mg/l左右表面张力较低，IDPA在40mg/l左右表面张力也较低。
ATMP和IDPA含有同一种甲叉膦酸基团，具有两个负电荷的能力，它们本身就是螯合剂，能以一个以上的配位键与阳离子结合，故阻垢性能较好。ATMP和IDPA在40mg/l左右其阻垢率分别达到70%和60%以上。
从实验中看出，加入Ca²⁺、HCO₃⁻离子的ATMP溶液的表面张力值比未加入Ca²⁺、HCO₃⁻离子的表面张力值高，说明螯合前具有更强的表面活性。
IDPA水质稳定剂虽尚未广泛应用，但作为一步合成的产品就有较好的阻垢性能和缓蚀性能，因而是很有生命力的。在自然pH值下，ATMP在20~30mg/l时缓蚀率达95%，60mg/l以上时试片上出现彩色条纹的保护膜；IDPA在20mg/l时缓蚀率达97%，60mg/l以上时试片上出现彩色条纹的保护膜。
有机多元膦酸化合物起缓蚀作用时，其分子在金属表面产生了物理吸附和化学吸附且在金属表面形成保护膜，使具有腐蚀性的Cl⁻离子不易接触到金属表面，从而保护了金属表面。
Zn²⁺、HEDP复合具有增效作用，可增强缓蚀效果。与单一配方相比，其用量可大大减少，从而可评选出较佳的复合配方。
从以上实验结果看出，表面活性剂的表面张力与阻垢性能、缓蚀性能之间存有一定的关系，复合配方也同样具有表面张力增加阻垢率及缓蚀率降低关系。因而用测定表面张力的方法，来研究添加剂与表面活性剂，或表面活性剂之间相互作用，将有助于搞清表面活性剂复配的规律，以便找出各种用途的有效的水质稳定剂配方。
3 结论
1. 有机多元膦酸ATMP、IDPA在溶液中使溶液的表面张力降低，是表面活性较好的水质稳定药剂，有较好的阻垢性能和缓蚀性能。在20~40mg/l时有较佳的阻垢性能和缓蚀性能。羧酸型的PAA水质稳定药剂，其表面张力随浓度增加而减小，而阻垢率却随表面张力的减小而增加。
2. 用测定表面张力大小的方法，将有助于人们预测水质稳定剂或复合水质稳定剂配方的性能。
3. 通过测定表面张力，来研究水质稳定剂之间或添加剂与水质稳定剂之间性能影响，将有助于获得较佳的复合配方。