专利名称：一种侧链接枝萘磺酸基的梳型共聚物及其制备方法和应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种带有萘磺酸基侧链的二元梳型共聚物及其制备方法和应用，具体地说是利用自由基聚合和接枝修饰的方法制备一种梳型共聚物，并将其应用于水煤浆的生产制备以及流变性能和稳定性能的改善。
背景技术：
能源是社会和经济发展的重要物质基础，煤炭作为一种矿物能源，并不是取之不尽用之不竭的。我国矿物能源以煤为主，丰富的煤炭依然是长期可靠的主要能源。大力发展洁净煤技术，高效清洁地利用我国煤炭资源，对于促进能源与环境协调发展，满足国民经济快速稳定发展需要，具有极其重要的战略意义。然而，传统的燃煤方式会造成严重大气污染，而水煤浆则是煤炭液化的最佳成果，也是煤炭洁净利用最廉价的实用技术。水煤浆作为代油燃料，可以像油一样泵送、雾化、贮存和稳定燃烧，其热值相当于燃料油的一半，可代替燃料油用于锅炉、电站、工业炉和窑炉。还可代替常规煤炭燃用，具有燃烧效益高、负荷调整便利、减少环境污染、改善劳动条件和节省用煤等优点。在水煤浆的生产过程中，较高的煤含量是水煤浆成为高效能燃料的首要条件。但高浓度水煤浆制浆过程中颗粒间相互作用会增加，这将导致沉淀的产生，从而给水煤浆的稳定性带来不利影响。同时，煤含量的增加还会使浆体粘度提高，这也对会水煤浆的管道运输以及泵送能耗产生影响。因此，找到一种低成本解决水煤浆在制备和运输等方面问题的方法，已成为当今工业界关注的重点。现在大多数的研究工作都致力于煤微粒表面改性，增强煤-水相互作用以获得具有低粘、高煤含量和稳定性的水煤浆体系。水煤浆添加剂是水煤浆生产过程中必需的重要助剂，特别是高浓度、高稳定性水煤浆的制备，添加剂的作用尤为关键。多年来，各主要发展水煤浆的国家都投入大量人力、 物力来开发添加剂的新品种。用于水煤浆分散体系的添加剂一般是表面活性剂、无机电解质和高分子聚合物，相对分子质量较大，分子结构中同时具有极性和非极性部分。它们可以通过疏水作用迅速的大量吸附到煤颗粒表面，从而将其中的非极性基团定位到煤颗粒表面，而极性基团则伸入水中。添加剂在煤水界面的这种吸附作用可使界面张力降低，同时由于煤表面空间位阻和静电斥力的增加，煤微粒的团聚也将受到阻碍。目前，国内外的水煤浆添加剂主要有高缩合度萘磺酸盐、丙烯酸与其他丙烯酸单体共聚物、聚烯烃、木质素磺酸盐、羧酸及磷酸盐、腐植酸及磺化腐植酸，以及非离子分散剂等。其中，萘磺酸盐缩合物与聚苯乙烯磺酸盐是应用最为广泛的两类水煤浆分散剂。日本 Ljon公司开发出以聚苯乙烯磺酸钠(PSSNa)为基础的水煤浆添加剂，它的重均相对分子质量为1. 5万 2. 0万，加入量少，其分散性、稳定性比亚甲基磺酸盐(NSF)等传统分散剂优越，但对适用煤种有依赖性。美国Nat Distillers化学公司报道了一种非离子型分散剂作为水煤浆添加剂，其亲水端是高分子聚合物，能与水很好地亲和，使煤粒均勻分散在水中， 形成稳定的分散体系，但较高的生产成本限制了其工业应用。Zeki Akta等研究了非离子型表面活性剂Triton X-405 (对叔辛基酚聚氧乙烯醚)对高浓度水煤浆的粘度影响。结果表明，在Triton X-405存在下，可以制备出具有适宜粘度的低灰分水煤浆，其浓度可达到近 60%,但缺点同样是成本较高。
发明内容
本发明目的是开发出一种低成本且具有良好通用性的水煤浆添加剂，使其适用于大多数煤种，并有效改善水煤浆的流变性能和稳定性能。本发明通过自由基聚合和侧链萘磺酸基化学修饰的方法，合成出侧链含有萘磺酸基团的梳型共聚物水煤浆改性剂。具体方案如下
一种侧链接枝磺酸基的梳型共聚物，具有如下结构式
权利要求
1. 一种侧链接枝磺酸基的梳型共聚物，其特征在于，所述梳型共聚物具有如下结构式其中，m、η 为整数，且 7<m<24, 7<n<24。
2.根据权利要求1所述的梳型共聚物，其特征在于，所述梳型共聚物的酰胺化度为 0. 4 1. 3。
3.权利要求1或2所述的梳型共聚物的制备方法，其特征在于，包括如下步骤(1)自由基溶液聚合制备梳型共聚物将马来酸酐和第一溶剂加入到反应器中，搅拌使其充分溶解；将苯乙烯和第一引发剂充分溶解在第一溶剂中，用恒压滴液漏斗滴入所述反应器，在氮气保护和60 110°C条件下反应1 5小时，得到相对分子量在2000 10000克/摩尔的二元共聚物，其中马来酸酐的摩尔分数为42 50% ；其中，反应物用量摩尔比为马来酸酐苯乙烯第一引发剂=1:1 2:0. 005 0. 02；所述第一引发剂是偶氮二异丁腈或过氧化苯甲酰，所述第一溶剂是二甲苯、甲苯、丁酮、环己酮或二氯乙烷等；(2)酰胺化接枝改性梳型共聚物将步骤(1)中的二元共聚物和第二溶剂加入到反应瓶中，搅拌使其充分溶解；将酰胺化试剂充分溶解在第三溶剂中，用恒压滴液漏斗滴入所述反应瓶，在40 60°C下反应6 24小时，得到酰胺化接枝的共聚物，即梳型共聚物；其中，酰胺化试剂与步骤(1)中二元共聚物中所含的第一单体摩尔比为0. 5 1. 5:1 ；所述第二溶剂是丙酮、四氢呋喃、二甲亚砜或二甲基甲酰胺，所述酰胺化试剂是氨基萘磺酸，所述第三溶剂是质量分数为1 m的氢氧化钠溶液。
4.权利要求1或2所述的梳型共聚物的应用，其特征在于，用于生产制备水煤浆，以及水煤浆的泵送和稳定贮存。
全文摘要
本发明涉及一种侧链接枝萘磺酸基的梳型共聚物及其制备方法和应用。首先利用自由基聚合法使苯乙烯和马来酸酐单体共聚，得到苯乙烯马来酸酐共聚物；然后在侧链酸酐键上通过酰胺化反应接枝萘磺酸基，从而得到在侧链上既含强极性磺酸基，又含非极性芳香基团的梳型共聚物。通过调节苯乙烯单体和磺酸基化合物的投料量可分别调节梳型共聚物的疏水度、芳香基团的含量以及极性大小。本发明制备的梳型共聚物可用于配置高浓度水煤浆，能显著降低浆体粘度，大幅度提高水煤浆的流动性和稳定性。
文档编号C08F8/36GK102492074SQ20111037715
公开日2012年6月13日 申请日期2011年11月24日 优先权日2011年11月24日
发明者房鼎业, 李莉, 王明磊, 许军, 郭旭虹, 钱慧琴, 黄婧 申请人:华东理工大学