马来酸酐四元共聚物阻垢剂的阻垢规律及机理

王 恒，钟显康,2，扈俊颖

(1.西南石油大学 石油与天然气工程学院，四川 成都 610500；2.西南石油大学 油气藏地质及开发工程国家重点实验室，四川 成都 610500)

采油和油气集输过程中使用的管道内部频繁发生结垢。集输管道结垢会导致输油管线压力下降、输送量减小，结垢严重时可导致阀门或管道完全堵塞、输送作业迫停；结垢还会加速管道腐蚀，使管道出现穿孔、刺漏等现象，显著缩短管道的服役寿命，增加管道安全风险，此外，集输管道结垢还可能造成巨大的经济损失。

油田集输中最常见的无机物垢是碳酸钙，方解石是最稳定的晶型[1]。目前，油田集输中用来防止结垢的主要方法有：添加阻垢剂、磁防垢技术和超声波阻垢技术等[2]。其中，添加阻垢剂是最经济、有效的阻垢方式。阻垢剂的主要作用机理有3点：螯合作用、分散作用和晶格畸变[3-4]。其中，含磷阻垢剂是目前油田中使用较多的阻垢剂，但其会对水体产生污染，因此，无磷环保型阻垢剂是未来的发展方向。聚环氧琥珀酸(PESA)和聚天冬氨酸(PASP)属于绿色环保型阻垢剂，对水体无污染且具有优异的阻垢性能，近年来受到越来越多关注。Huang等[5]使用缩水甘油和环氧琥珀酸进行共聚反应，合成了一系列具有线性和超支化结构的改性PESA，并评价了这些共聚物对碳酸钙的阻垢效果。当实验水质中的Ca2+质量浓度、HCO3-质量浓度、反应温度和反应时间分别为120 mg/L、366 mg/L、70 ℃和10 h时，加入15 mg/L的阻垢剂，阻垢效率可以达到95.9%。Chen等[6]使用聚丁二酰亚胺(PSI)和组氨酸合成了组氨酸-聚天冬氨酸阻垢剂(His-PASP)，并对其抑制碳酸钙生成的性能进行了评价。当实验水质中Ca2+质量浓度、HCO3-质量浓度、反应温度和反应时间分别为500 mg/L、500 mg/L、80 ℃和10 h，阻垢剂添加质量浓度为6 mg/L 时，其阻垢效率为100%。总体来看，当实验水质中Ca2+质量浓度不高于500 mg/L时，阻垢剂表现出优异的阻垢性能；但当实验水质为高Ca2+质量浓度(大于1000 mg/L)和高矿化度(即测试体系中各种离子质量浓度总和大于10000 mg/L)时，阻垢剂的阻垢效果会显著降低，因此，有必要针对应用于高Ca2+质量浓度和高矿化度的水质环境下的高性能无磷环保阻垢剂进行研究。

使用马来酸酐(MA)、乙酸乙烯酯(VA)、乙烯基磺酸钠(VS)和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)为单体，以过硫酸铵为引发剂、水为溶剂，合成一种四元共聚物。对聚合物结构进行表征，对其阻垢规律进行研究，应用分子动力学计算阻垢剂与碳酸钙晶体的结合能，并使用SEM和XRD来检测阻垢剂对碳酸钙晶体晶型的影响，分析阻垢机理。

1 实验部分

1.1 试剂和仪器

试剂：MA、VA、NaOH、过硫酸铵、NaHCO3、CaCl2·H2O、MgCl2·6H2O、NaCl、Na2SO4、无水乙醇、铬黑T，均为AR，成都市科隆化学品有限公司产品；EDTA-2 Na(乙二胺四乙酸二钠)溶液，0.1 mol/L，成都市科隆化学品有限公司产品；VS(质量分数25%)、AMPS(AR)，上海阿拉丁科技股份有限公司产品；超纯水，实验室超纯水机(CM-RO-C2，宁波俊琪仪器设备有限公司)自制。

仪器：磁力搅拌电热套，CLT-1A，常州恩培仪器制造有限公司产品；电热恒温干燥箱，DHG101-1B，绍兴市上虞区沪越仪器设备厂产品；数显磁力搅拌器，LC-DMS-S，湖南力辰科技仪器有限公司产品；智能蠕动泵，DIPump550，卡川尔流体科技(上海)有限公司产品；数显恒温水浴锅，HH-6，湖南力辰科技仪器有限公司产品。

1.2 阻垢剂的制备

按照4种单体摩尔比为n(MA)∶n(VA)∶n(VS)∶n(AMPS)=10∶6∶1∶1，分别称取12.25 g MA、6.45 g VA、6.5 g VS和2.58 g AMPS倒入四口烧瓶中，加入30 mL超纯水，搅拌使固相物质完全溶解。按单体总质量的8%称量1.83 g过硫酸铵，用10 mL超纯水溶解，装入恒压分液漏斗中作引发剂。当四口烧瓶内的溶液被加热至80 ℃且持续搅拌时，滴加引发剂并在30 min滴加结束，恒温反应4 h后停止加热，室温下自然冷却，得到淡黄色液体；将其全部倒入分液漏斗中，向其中加入200 mL无水乙醇，充分摇匀，静置2 h，分层析出聚合物，用无水乙醇洗涤至无沉淀析出，然后在110 ℃下烘干至恒重，得到提纯后的MA-VA-VS-AMPS四元共聚物阻垢剂，其合成方程式如图1所示。

m:2.3-18.0；n：1.6-12.0；k:0.17-1.30,l:0.11-0.80图1 MA-VA-VS-AMPS合成反应方程式Fig.1 Synthesis reaction equation of MA-VA-VS-AMPS

1.3 阻垢剂的表征评价

1.3.1 阻垢剂和碳酸钙晶型表征

使用北京瑞利分析仪器公司生产的WQF-520型傅里叶红外光谱仪对MA-VA-VS-AMPS的结构进行FT-IR分析，将MA-VA-VS-AMPS和KBr在干燥的条件下以体积比1∶100混合均匀后，制作成KBr压片进行测试。测试范围为400～4000 cm-1，共扫描16次。

使用卡尔蔡司显微图像有限公司的ZEISS EV0 MA15扫描电子显微镜对碳酸钙的微观形貌进行分析。样品在测试之前进行喷金操作，测试的电压为20 kV，测试的倍数为500～5000倍。采用丹东浩元仪器有限公司生产的DX-2700型X-射线衍射仪测定碳酸钙的晶型，扫描角度范围为10°～90°，光源为X射线，测试电压为40 kV，扫描速率6.1538 °/min。

1.3.2 阻垢剂的静态评价

按照标准SYT-5673-93分析四元共聚物阻垢剂MA-VA-VS-AMPS阻碳酸钙生成的性能。所用阳离子溶液和阴离子溶液离子质量浓度如表1所示。

表1中2种溶液按照1∶1的体积比混合得到实验溶液，实验溶液中Ca2+、HCO3-质量浓度分别为1654、2672 mg/L，实验温度和实验时间为70 ℃、为24 h，pH值为7.2，矿化度为42146 mg/L。

表1 阻垢性能测试用溶液离子质量浓度Table 1 Ion contents of the experimental solution ρ/(mg·L-1)

1.3.3 阻垢剂的动态评价

阻垢剂动态评价在模拟Erling[7]的实验装置上进行，实验装置示意图如图2所示。

阻垢剂动态评价实验步骤如下：按表1所列配制好阳离子溶液和阴离子溶液，并将一定量的阻垢剂加入到阴离子溶液中，充分搅拌，使溶液和阻垢剂均匀混合，然后将1和2两种容器中的溶液按照1∶1的体积比通过泵输送到双层夹套反应器，双层夹套反应器中保留1 L固定体积的混合溶液，通过磁力搅拌器以1000 r/min的速率搅拌均匀，使用热水泵将水浴锅中的热水循环流过双层夹套反应器的外层进行加热，混合液输送泵将双层夹套反应器中的溶液通过环形玻璃管输送到废液收集罐中，通过观察环形玻璃管中的结垢程度和称量结垢的质量评价阻垢效果。阻垢率(η，%)计算公式如式(1)所示。

1—Cation；2—Anion with or without inhibitor；3—Pump A；4—Pump B；5—Magnetic stirring apparatus；6—Double-layer jacketed reactor；7—Constant temperature water bath；8—Spiral glass tube；9—Pump C；10—Pump D；11—Waste liquid recovery tank图2 阻垢剂动态评价实验装置示意图Fig.2 Schematic diagram of the scale inhibitor dynamic evaluation experimental device

(1)

式中:m、m0、m1分别为环形玻璃管的原始质量、实验后未加阻垢剂的环形玻璃管的质量、实验后加入阻垢剂的环形玻璃管的质量，g。

1.4 分子动力学计算

使用Materials Studio 8.0计算阻垢剂与碳酸钙垢方解石的相互作用能。碳酸钙垢方解石晶体属于三方晶系，空间群为R3C。晶胞参数为[8]：a=b=0.4991 nm，c=1.7061 nm，α=β=90°，γ=120°。笔者主要研究阻垢剂与碳酸钙垢方解石104晶面的相互作用能[9]。计算力场选择COMPASS II力场，系综采用正则系综(NVT)[10]，原子间的非键相互作用选择为1.55 nm球形截断直径。

构建碳酸钙垢方解石104晶面超晶胞，其尺寸为3.238 nm×3.493 nm×4.673 nm，晶胞中原子总数为1680个(C:336;O:1008;Ca:336)。碳酸钙垢方解石104晶胞总共由6层原子组成，将最下面5层原子采用坐标约束进行固定，仅留最上面一层保持自由状态，然后对晶胞进行退火模拟[11]：温度从273 K到1098 K，温度步长为50 K，时间步长为1 fs，共模拟10个循环，总退火时间为300 ps。

对4种单体MA、VA、VS和AMPS采用嵌段聚合的方式形成聚合物。陈腾殊[12]的聚合物构建模型提到，当聚合度小于20时，计算后的结合能趋于稳定值。因此，笔者根据n(MA)∶n(VA)∶n(VS)∶n(AMPS)=10∶6∶1∶1的比例合成聚合度为18的四元共聚物。因为4种单体在发生聚合反应时具有柔性，故选取单体聚合时的扭转角度均分别为0°、45°、90°、135°、180°时形成四元共聚物。对在5个不同单体扭转角度时形成的聚合物结构，运用Forcite模块进行几何优化，直到四元共聚物分子结构的能量收敛，选择分子结构能量最小的四元共聚物分子结构进行动力学计算。使用Amorphous cell模块将优化好的1个四元共聚物分子与500个水分子形成一个溶液层，通过Build layer将溶液层与碳酸钙垢方解石104超晶胞合成为一个阻垢体系。由于计算体系在构建过程中是周期性结构，因此在溶液层的上方设置3 nm的距离来防止周期性影响。

分子动力学模拟计算在Forcite模块中进行，阻垢体系的计算温度、计算的时间步长和计算的模拟时间分别为323 K、1 fs和1000 ps。恒温器选用Andersen，每5000步记录一次结果。动力学计算的总帧数为200帧，选取平衡后的100帧进行能量计算，每个能量值(平均值)均采用脚本进行计算。

四元共聚物与碳酸钙垢方解石的相互作用能(Eads，kJ/mol)可用式(2)表示。

Eads=ETotal-(ECalcite+EInhibitor)

(2)

式中：ETotal代表MA-VA-VS-AMPS和碳酸钙晶面结合的总能量，kJ/mol;ECalcite为碳酸钙的单点能，kJ/mol;EInhibitor为MA-VA-VS-AMPS的单点能，kJ/mol;MA-VA-VS-AMPS与碳酸钙之间的结合能(EBind)为其相互作用能的负值[13]，EBind=-Eads，kJ/mol。

2 结果与讨论

2.1 MA-VA-VS-AMPS的红外光谱分析

MA-VA-VS-AMPS的红外光谱图如图3所示。由图3可知：在波数3100 cm-1和1727 cm-1处的峰分别对应羧基中的—OH和C=O的特征伸缩振动峰；波数1226 cm-1处是酯基中—C—O的特征伸缩振动峰；波数3480 cm-1和1637 cm-1处分别为酰胺基中—NH和—C=O的特征伸缩振动吸收峰；波数1400 cm-1和1168 cm-1分别是磺酸基中—SO的不对称和对称伸缩振动吸收峰；波数590 cm-1为磺酸基中C—S的特征伸缩振动吸收峰[14]。由此可见，羧基、酯基、磺酸基和酰胺基已经被成功引入到了聚合物分子中，表明4种单体MA、VA、VS、AMPS均已经参加共聚反应生成了MA-VA-VS-AMPS四元共聚物。

图3 MA-VA-VS-AMPS的红外光谱图Fig.3 FT-IR Spectrum of MA-VA-VS-AMPS

2.2 阻垢剂质量浓度对阻垢效果的影响

四元聚合物阻垢剂MA-VA-VS-AMPS质量浓度对阻垢率的影响曲线如图4所示。由图4可知：当阻垢剂质量浓度由100 mg/L增加至800 mg/L时，阻垢率逐渐增大；当阻垢剂质量浓度为800 mg/L时，阻垢率达到最大值99.3%。这是因为MA-VA-VS-AMPS阻垢剂中含有羧基官能团，可以和Ca2+发生螯合作用，增大Ca2+在实验溶液中的溶解度，从而减少碳酸钙沉淀生成。MA-VA-VS-AMPS 阻垢剂中的磺酸基团可使生成的碳酸钙晶核不易聚集，减缓晶体的生长。当阻垢剂质量浓度较低时，实验溶液中含有较少的羧基和磺酸基，对晶体生成的抑制作用较小；随着阻垢剂MA-VA-VS-AMPS质量浓度增大，能够与Ca2+螯合的羧基增多，分散作用也增强，所以会产生优异的阻垢效果。由于当阻垢剂质量浓度在400 mg/L时，阻垢率高于80%，考虑阻垢剂用量问题，选择阻垢剂质量浓度为400 mg/L进行进一步研究。

图4MA-VA-VS-AMPS质量浓度(ρ)对阻垢率(η)的影响Fig.4 Influence of MA-VA-VS-AMPS mass concentrations (ρ) on the scale inhibition efficiency (η)Conditions：ρ(Ca2+)=1654 mg/L;T=70 ℃;pH=7.2

2.3 实验溶液温度对阻垢效果的影响

图5为实验溶液温度对阻垢剂MA-VA-VS-AMPS性能的影响曲线。由图5可知,实验溶液温度由40 ℃ 升高至80 ℃时，MA-VA-VS-AMPS阻垢率呈现下降的趋势，阻垢率由最高值97.8%降低到70.3%。这是因为随着实验溶液温度的升高，实验溶液中各种离子活度增高，碳酸氢钙分子间的碰撞速率增大，促进了碳酸氢钙转变为碳酸钙。温度越高，碳酸钙的溶解度越小，沉淀垢更容易生成[15-16]，因此，阻垢效果变差。

图5 实验溶液温度(T)对MA-VA-VS-AMPS阻垢率(η)的影响曲线Fig.5 The influence curve of experimental solution temperatures (T)on the scale inhibition efficiency of MA-VA-VS-AMPS (η)Conditions：ρ(MA-VA-VS-AMPS)=400 mg/L;ρ(Ca2+)=1654 mg/L;pH=7.2

2.4 Ca2+质量浓度对阻垢效果的影响

图6为Ca2+质量浓度对阻垢剂MA-VA-VS-AMPS的影响曲线。由图6可知,MA-VA-VS-AMPS阻垢率随Ca2+质量浓度的增大先增加后减小。当Ca2+质量浓度从1000 mg/L增至1400 mg/L时，阻垢率从78%增加至91.3%；当Ca2+质量浓度为1400 mg/L时，阻垢率达到最大值91.3%；当Ca2+质量浓度从1400 mg/L增至1800 mg/L时，阻垢率逐渐减小。这是因为当Ca2+质量浓度超过阻垢剂的最大作用范围时，阻垢效率下降，此时需要加入更多的阻垢剂以达到阻垢要求。然而，据文献[17]报道，当溶液中Ca2+质量浓度过低时，溶液中阻垢剂含量相对过多，就会出现阈值效应，反而会使阻垢效率降低。

图6 Ca2+质量浓度(ρ(Ca2+))对MA-VA-VS-AMPS阻垢率(η)的影响曲线Fig.6 The influence curve of the mass concentration of Ca2+ (ρ(Ca2+))on the scale inhibition efficiency (η)of MA-VA-VS-AMPSConditions：ρ(MA-VA-VS-AMPS)=400 mg/L；T=70 ℃；pH=7.2

2.5 实验溶液pH值对阻垢效果的影响

图7为实验溶液pH值对MA-VA-VS-AMPS阻垢率的影响曲线。由图7可知：当pH<6时，阻垢率均大于90%；随着pH值继续升高，MA-VA-VS-AMPS 阻垢率逐渐下降。这是因为在酸性溶液中，HCO3-的电离程度小，对应的CO32-的含量少，酸性溶液中产生的CO32-浓度不易达到碳酸钙的溶度积，因此，不易生成沉淀。随着溶液pH值的升高，溶液中HCO3-的电离平衡向右移动，CO32-含量增加，因此，溶液中容易形成碳酸钙沉淀[18]；另外，当溶液pH>7时，也会伴随有CaOH沉淀生成，进一步降低阻垢剂的阻垢效果。

图7 pH值对MA-VA-VS-AMPS阻垢率(η)的影响曲线Fig.7 The influence curve of pH value on the scale inhibition efficiency (η)of MA-VA-VS-AMPSConditions：ρ(MA-VA-VS-AMPS)=400 mg/L；ρ(Ca2+)=1654 mg/L；T=70 ℃

2.6 阻垢剂动态评价结果

当实验溶液温度为50 ℃、流速为30 mL/min、pH值为7.2时进行动态实验，实验时间8 h，实验溶液成分见表1。动态评价实验结束后循环玻璃管内壁碳酸钙垢如图8所示。由图8可知：未加入阻垢剂时玻璃管内壁附着了大量的碳酸钙垢；加入150 mg/L MA-VA-VS-AMPS阻垢剂后，仅在玻璃管道出口端有少许结垢，而且垢层分散不聚集，经计算，阻垢率高达96.8%。表明MA-VA-VS-AMPS阻垢剂在动态评价时具有优异的阻垢性能。

图8 动态评价实验结束后循环玻璃管照片Fig.8 The photos of the glass pipes after dynamic test(a)Without inhibitor；(b)With inhibitor

2.7 分子动力学计算

动力学计算中，计算体系的温度和能量波动范围在10%以内时，可认为计算体系达到平衡[19]。图9 为MA-VA-VS-AMPS阻垢剂在动力学模拟体系中平衡阶段最后500ps的能量和温度波动曲线。由图9可知，MA-VA-VS-AMPS阻垢体系能量波动范围为-201500～-200500 kJ/mol，温度在310～330 K之间波动，可见能量波动和温度波动都在其平均值的10%范围内，说明该动力学模拟体系计算已经达到平衡。

图9 MA-VA-VS-AMPS阻垢体系的能量和温度随时间的波动曲线Fig.9 The energy and temperature fluctuation curves of MA-VA-VS-AMPS scale inhibition system with time

图10为分子动力学计算后的模型图。由图10可知，动力学计算后模型中MA-VA-VS-AMPS阻垢剂分子距离方解石晶体表面非常近，碳酸钙垢方解石中的Ca原子和聚合物中的O原子的最近距离为0.2215 nm，说明阻垢剂分子和晶面之间发生了吸附作用。阻垢剂分子和方解石的结合能越大，说明吸附作用越强，阻垢性能越好。表2为分子动力学计算后的MA-VA-VS-AMPS阻垢剂分子和碳酸钙垢方解石结合能。由表2可以看出：MA-VA-VS-AMPS聚合物与碳酸钙垢方解石之间的结合能为871.61 kJ/mol，这与陈腾殊[12]的计算结果893.03 kJ/mol相近，证实了聚合物分子和碳酸钙垢方解石晶面发生了很好的吸附作用。

A—The bottom vertex of the computing system图10 MA-VA-VS-AMPS分子动力学计算模型图Fig.10 The calculation model diagram of MA-VA-VS-AMPS molecular dynamics simulations

表2 MA-VA-VS-AMPS分子与CaCO3垢方解石的结合能Table 2 Binding energies between MA-VA-VS-AMPS and CaCO3 E/(kJ·mol-1)

径向分布函数g(r)表示以一类原子为中心，在一定区域范围内寻找到的另一类原子的区域密度和全局密度的比值。径向分布函数可以用来分析聚合物和方解石104晶面产生吸附的原因。一般来说，径向分布函数g(r)图中小于0.35 nm的峰主要由化学键、氢键作用形成，大于0.35 nm的峰主要是库伦力和范德华力的相互作用形成[20]。图11为MA-VA-VS-AMPS 阻垢剂中的羰基O与方解石中Ca2+的径向分布函数图。由图11可知，在0.238 nm处产生了很强的峰值，由于0.239 nm是Ca-O键的键长[21]，说明MA-VA-VS-AMPS阻垢剂聚合物和碳酸钙垢方解石形成了Ca-O化学键，阻垢剂与方解石之间的吸附作用属于化学作用。

图11 MA-VA-VS-AMPS中的O和CaCO3中的Ca2+的径向分布函数图Fig.11 Radial distribution function of O in MA-VA-VS-AMPS and Ca2+ in CaCO3

2.8 阻垢机理分析

图12是添加阻垢剂MA-VA-VS-AMPS前后形成的碳酸钙垢的SEM形貌照片。由图12可以看出：添加阻垢剂MA-VA-VS-AMPS前的碳酸钙垢晶型是规则的六面体，为碳酸钙晶体最常见的方解石晶型[22-23]；添加阻垢剂MA-VA-VS-AMPS后的碳酸钙垢形貌变为不规则状且疏松多孔，碳酸钙垢的晶型受到阻垢剂的影响而发生畸变。这是由于MA-VA-VS-AMPS阻垢剂中的羧基和磺酸基可以与溶液中的Ca2+发生螯合作用；也可在碳酸钙垢晶体生长阶段占据晶体中的活性位点，产生晶格畸变使生成的碳酸钙垢变得疏松多孔；阻垢剂分子水解的负电荷长链也可包裹已生成的碳酸钙垢晶体，使其产生分散作用而不易聚集，从而减缓碳酸钙垢的继续增长[24]。图13为添加MA-VA-VS-AMPS阻垢剂前后形成的碳酸钙垢的XRD图谱。由图13可知，添加阻垢剂MA-VA-VS-AMPS前，碳酸钙垢分别在23.04°、29.36°、36°、39.4°、43.24°、47.6°、48.6°、57.6°、60.68°和64.84°处出现了衍射峰。加入阻垢剂MA-VA-VS-AMPS后，碳酸钙垢出现了新的衍射峰，分别出现在24.68°、26.92°、32.64°、43.68°和49.8°。因此，在没有阻垢剂的情况下，碳酸钙垢晶体全部是方解石[25-26]，在加入阻垢剂后，碳酸钙垢晶体的结构发生了改变，出现了一定量的球霰石，这也证明了晶体的形貌发生了变化，说明MA-VA-VS-AMPS阻垢剂使得碳酸钙垢方解石的晶格发生了畸变。

图12 添加MA-VA-VS-AMPS前后CaCO3垢的SEM照片Fig.12 SEM images of CaCO3 scale with and without inhibitor MA-VA-VS-AMPS(a)Without inhibitor MA-VA-VS-AMPS；(b)With inhibitor MA-VA-VS-AMPS

图13 添加MA-VA-VS-AMPS前后的CaCO3垢XRD谱图Fig.13 XRD patterns of CaCO3 scale with and without inhibitor MA-VA-VS-AMPS

综上所述，MA-VA-VS-AMPS阻垢剂的阻垢机理为：在结晶诱导期内，MA-VA-VS-AMPS阻垢剂可以优先和溶液中的Ca2+结合，产生螯合作用，使溶液中不易产生碳酸钙垢晶体；在碳酸钙垢晶体生长期内，阻垢剂可以优先吸附在碳酸钙垢的表面，占据碳酸钙的正常生长位点，导致碳酸钙垢晶体生长出现错位，晶体结构变得疏松多孔，产生晶格畸变，碳酸钙垢晶体容易被溶液冲刷出管道从而不易结垢；同时阻垢剂还可以包裹碳酸钙垢晶体，使碳酸钙垢晶体的外层带有相同的负电荷，从而产生分散作用，碳酸钙垢不易聚集和继续增长。

3 结 论

(1)在n(MA)∶n(VA)∶n(VS)∶n(AMPS)=10∶6∶1∶1、过硫酸铵为单体总质量的8%、反应温度80 ℃、反应时间4 h条件下，合成了一种阻垢剂，经FT-IR分析，该阻垢剂为MA-VA-VS-AMPS四元聚合物。

(2)在静态条件和动态条件下的阻垢剂质量浓度分别为800、150 mg/L时，MA-VA-VS-AMPS阻垢率达到最高，分别为99.3%和96.8%。通过SEM和XRD对碳酸钙的微观形貌和晶型分析可知，MA-VA-VS-AMPS聚合物导致碳酸钙晶体形貌发生晶格畸变。分子动力学计算表明，MA-VA-VS-AMPS聚合物主要通过化学吸附的形式吸附在方解石上。

(3)阻垢剂的作用机理为：螯合作用，晶格畸变和分散作用。