水处理设备厂膦酰基聚羧酸
20 世纪70 年代Ciba-Geigy 公司开发了膦酰基聚丙烯酸（PhosphoricCarboxylic Acid，简称PCA），是由无机单体次磷酸与其它有机单体反应而成，PCA 一般分为两类，一类是以丙烯酸为基本单体，用过氧化物与次磷酸钠作为引发剂与其它单体共聚而成；另一类则以马来酸为基本单体共聚而成，均具有较好的碳酸钙阻垢能力。Betz 公司则发现这类PCA 与AA/HPA 复配后对抑制碳酸钙、硫酸钙、磷酸钙垢及分散粘泥和氧化铁有协同效应。日本伯东化学株式会社发现膦酰基聚丙烯酸与有机膦酸盐或有机膦羧酸复配后有明显的缓蚀增效作用。Mogul 公司发现膦酰基聚丙烯酸对CaCO3、Ca(OH)2(PO4)6，特别是MgSiO3 有一定的溶解能力。Kelviny Chang 等[35]在高压容器中对PCA 热稳定性的研究发现，在高温高压下PCA 有少量分解，核磁共振研究结果表明，其碎片中含有PCA 的多种官能团，仍能保持PCA 的分散和溶解性能。水处理设备厂PCA 不仅在常温、常压下具有很好的阻垢性能，且在高温、高压下其性能也可得到很好保持。PCA 是一种优良的阻垢分散剂，且具有溶解氧化铁的能力，膦酰基极大的提高了聚合物对铁的螯合能力，使聚合物具有优良的分散氧化铁性能。PCA 的相对分子质量对其性能有一定影响，在比较宽的相对分子质量范围内具有高的阻垢分散性能。
PCA 作为一类聚合物，其中不仅含有膦酸基团、羧酸基团，而且还可以加有磺酸基团。含磺酸基团的聚合物相对其它聚合物具有较高的阻磷酸钙垢性能，而加入膦酸基团使聚合物的阻磷酸钙垢性能进一步增强。Nalco 公司在20 世纪70 年代末就开始研究膦酰基聚马来酸，到了20 世纪90 年代再度活跃，并成功地将该聚合物用于油田水处理。20 世纪80 年代末，日本花王公司对该聚合物进行了较为详细的研究，结果表明其阻垢缓蚀性能明显优于市售聚丙烯酸与聚马来酸。
由以上综述可见，有机膦酸盐通过适当增大有机膦酸盐的相对分子质量，或引入醚基、磺酸基等官能团来提高其性能；而水溶性聚合物则通过引入膦酸基、磺酸基等来提高其阻垢性能。因而，两者从不同的角度，沿着各自的发展方向走到同一个交叉点——大分子有机膦酸盐，从而为新型高效阻垢剂的开发提供了思路。就如PBTCA，在这样的小分子（M 为270）化合物的结构中含有一个类似丙烯酸、马来酸以及一个膦酸基，这也从另外一个方面为大分子有机膦酸盐的性能进行了解释。
1.4 阻垢缓蚀机理研究进展
1.4.1 有机膦酸的阻垢机理研究
（1）晶格畸变理论
碳酸钙垢是结晶体，它的成长是按照严格顺序，由带正电荷的Ca2+与带负电荷的CO32－相撞彼此结合，并按一定的方向成长。在水中加入有机膦酸时，它们会吸附到碳酸钙晶体的活性增长点上与Ca2+螯合，抑制了晶格向一定方向的成长，因此使晶格歪曲，也就是说晶体被表面去活剂的有机膦酸分子所包围而失去活性，这也是产生临界值效应的机理。同样，这种效应也可阻止其他晶体的析出。另外，部分吸附在晶体上的化合物随着晶体增长被卷人晶格中，使CaCO3 晶格发生位错，在垢层中形成一些空洞，分子与分子之间的相互作用减小，使硬垢变软，如图1-4 所示。水处理设备厂由于有机膦酸相对分子质量较小，它吸附在CaCO3 晶粒活性增长点上干扰了晶粒向一定方向成长，因而产生严重畸变。
（2）增加成垢化合物的溶解度
有机膦酸在水中能离解出 H+，本身成带负电荷的阴离子，如式（1-3）所示：
这些负离子能与Ca2+、Mg2+等金属离子形成稳定螯合物，从而提高了CaCO3 晶粒析出时的过饱和度，即增加了CaCO3 在水中的溶解度。
1.4.2 聚羧酸的阻垢和分散机理研究
（1）增溶作用
这种说法与有机膦酸能提高成垢化合物的溶解度相似水处理设备厂，即聚羧酸溶于水后发生电离，生成带负电荷的分子链，如式（1-4）。
这些带负电荷的分子链可与Ca2+形成能溶于水的络合物，从而使成垢化合物的溶解度增加，起到阻垢作用。
（2）晶格畸变作用
由于聚羧酸是相对分子质量相当大的线性高分子化合物，它一端吸附在CaCO3 晶粒上，其余部分围绕到晶粒周围，使其无法增长而变得圆滑。因此晶粒增长受到干扰而歪曲，晶粒变得细小水处理设备厂，形成的垢层松软，极易被水流冲洗掉。
（3）双电层作用
Gill 等人对有机膦酸类阻垢剂的阻垢作用提出了双电层理论。认为有机膦酸盐类阻垢剂的作用是在生长晶核附近的扩散边界层内富集，形成双电层使粒子表面相互排斥，阻碍成垢离子或分子簇在金属表面的聚集，呈现分散状态悬浮于水中，如图1-5 所示：
上述机理是目前普遍认同的推测，阻垢剂确切的阻垢机理还需要继续研究。
1.4.3缓蚀机理研究进展
对缓蚀剂作用机理的研究可追溯到20世纪初，而近三十年来，这方面的研究更是引起了广大腐蚀科学工作者的重视。1972年Fischer对抑制腐蚀电极反应的不同方式作了仔细的分析后，提出了界面抑制机理、电解双层抑制机理、膜抑制机理及钝化机理。Lorcns和Mansfeld[40]也明确提出用界面抑制和相界面抑制来表达两种不同的电极反应阻滞机理。他们认为界面阻抑作用发生在裸露的金属表面与腐蚀介质相互接触的系统中，而相界面阻抑则是指腐蚀基体和电解液同存在于三维层中，该层由微溶的腐蚀产物和缓蚀剂组成。酸性溶液中有机添加物作用机理的研究在20世纪20年代即已开始，近年来不断得到新的发展。学者们先后提出了吸附理论、修饰理论、软硬酸碱理论、钝化理论，尖端突变理论等。当然，上述各种理论着重点及研究角度都不尽相同，一般说来，酸性介质缓蚀剂主要是吸附型的，其缓蚀作用的一个可能机理是覆盖效应，而另一个可能机理为负催化效应。所谓覆盖效应是指在缓蚀剂所吸附的金属表面，金属的阳极溶解过程和阴极析氢过程均不能进行；而负催化效应则是指缓蚀剂吸附在金属溶解的活性区，它的吸附改变了腐蚀电化学过程的阴极反应或者阳极反应的活化能，从而阻滞阴极过程或阳极过程的进行，甚至同时阻滞阴、阳极反应。由于金属腐蚀和缓蚀过程的复杂性以及缓蚀剂的多样性，难以用同一种理论解释各种各样缓蚀剂的作用机理。以下是几种主要的缓蚀作用理论的要点。
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