离子型星型嵌段共聚物及其可控制备和作为褐煤水煤浆分散剂的应用

本发明属于清洁能源，涉及一种离子型星型嵌段共聚物及其可控制备方法，以及该共聚物作为褐煤水煤浆分散剂的应用。

背景技术：

1、分散剂是水煤浆制备中的一种重要助剂，可以提高制浆浓度、降低煤浆黏度，制备流动性好、稳定性优良的水煤浆产品。乙烯基磺酸盐的聚合物在这一领域应用较多，但就目前的生产工艺和方法而言，市面上常见的产品的性能可控性不好，效果稳定性较差；而且对于不同结构特性的煤种也没有一定的针对性，很难制备适用某一煤种的高效分散剂。

2、低阶煤是在成煤初期已经受到氧化作用的低变质程度的煤种，其占我国煤炭储量及产量的50％以上，由于其含水量高、可磨性差、孔隙率高等缺点，属于难制浆煤种，因此开发低阶煤水煤浆分散剂具有较好的市场前景。

3、raft可控自由基聚合因其使用的原料种类少，链转移试剂易于制备，且能够对于分子结构进行一定的设计，将其应用于低阶煤水煤浆分散剂的结构设计和制备具有良好的前景。

4、因此，针对低阶煤的特性，利用raft可控自由基聚合设计并调节分散剂的分子结构，以制备应用于低阶煤制浆的高效分散剂，进而提高其成浆性及稳定性，是水煤浆行业亟待解决的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于解决采用无规共聚等方法制备的聚合物规整度低，结构杂乱，相对分子质量不可控的缺点，提供一种相对分子质量以及结构可控的离子型星型嵌段共聚物，以及采用raft可控自由基聚合制备该共聚物的方法，并为该共聚物通过一种新的用途。

2、为了达到上述目的，本发明采用的离子型星型嵌段共聚物的结构式为：

3、

4、其中，m、n、x表示聚合度，m的取值为16～65的整数，n的取值为11～42的整数，x的取值为7～15。

5、上述离子型星型嵌段共聚物的可控制备方法包括如下步骤：

6、步骤1：在-10～0℃环境下，将磷酸三钾、1-丁硫醇、二硫化碳加入丙酮中，搅拌1～2h，将混合物升温至室温下搅拌12～14h，然后将其降温至-10～0℃，滴入1,3,5-三(溴甲基)苯，搅拌1～2h，最后升温至室温下继续搅拌12～14h，经过旋蒸、纯化，得到中间产物i；反应方程式如下：

7、

8、步骤2：将中间产物i、引发剂、苯乙烯、苯乙烯磺酸钠加入二甲基亚砜中，在真空状态及搅拌下75～85℃聚合反应24～26h，聚合反应完成后纯化，得到中间产物ⅱ；反应方程式如下：

9、

10、

11、步骤3：将中间产物ⅱ、引发剂、聚甲氧基聚乙二醇丙烯酸酯加入二氧六环中，在真空状态及搅拌下75～85℃聚合反应24～26h，聚合反应完成后通纯化，得到离子型星型嵌段共聚物；反应方程式如下：

12、

13、上述步骤1中，优选1,3,5-三(溴甲基)苯、磷酸三钾、1-丁硫醇与二硫化碳的物质的量之比为1:2～3:2～3:6～8。

14、上述步骤2中，优选中间产物i与苯乙烯、苯乙烯磺酸钠的质量比为1:6～15:3～8，引发剂用量为苯乙烯与苯乙烯磺酸钠质量之和的3％～3.5％，所述引发剂为偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈中任意一种。

15、上述步骤3中，优选中间产物ⅱ与聚甲氧基聚乙二醇丙烯酸酯的质量比为1:1～3，引发剂用量为聚甲氧基聚乙二醇丙烯酸酯质量的3％～3.5％，所述引发剂为偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈中任意一种。

16、上述步骤2和步骤3中，所述纯化是将混合物通过旋蒸的方式来除去溶剂与未反应的单体。

17、本发明离子型星型嵌段共聚物可作为褐煤水煤浆分散剂应用。

18、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

19、1、本发明离子型星型嵌段共聚物采用raft可控自由基聚合方法制备而成，相比于无规共聚及自由基聚合等方法，raft可控自由基聚合具有聚合条件温和、反应温度较低、得到的聚合物分子量分布较窄且聚合物结构可控的优势。

20、2、相比于常用于褐煤水煤浆的木质素磺酸钠分散剂与聚羧酸盐分散剂，本发明离子型星型嵌段共聚物作为褐煤水煤浆的分散剂具有更规则且可控的分子结构，并且可以通过调节单体、引发剂以及链转移剂的投料量来调整其相对分子质量，通过根据褐煤的结构特性，来改变其中亲/疏水基团的比例以及离子基团的数量以提高浆体的分散性能及稳定性能。

21、3、本发明离子型星型嵌段共聚物的苯乙烯为疏水基团，与褐煤表面接触，苯乙烯磺酸钠与聚甲氧基聚乙二醇丙烯酸酯为亲水基团，与水接触，应用在褐煤水煤浆中，具有良好的分散能力及稳定性，效果明显优于常规的木质素磺酸钠分散剂与聚羧酸盐分散剂，适合规模化生产和推广应用，具有良好的市场前景，对于提高褐煤的利用率以及丰富水煤浆的煤种具有重要意义。

技术特征：

1.一种离子型星型嵌段共聚物，其特征在于，所述离子型星型嵌段共聚物的结构式为：

2.一种权利要求1所述的离子型星型嵌段共聚物的可控制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

3.根据权利要求2所述的离子型星型嵌段共聚物的可控制备方法，其特征在于，步骤1中，所述1,3,5-三(溴甲基)苯、磷酸三钾、1-丁硫醇与二硫化碳的物质的量之比为1:2～3:2～3:6～8。

4.根据权利要求2所述的离子型星型嵌段共聚物的可控制备方法，其特征在于，步骤2中，所述中间产物i与苯乙烯、苯乙烯磺酸钠的质量比为1:6～15:3～8，引发剂用量为苯乙烯与苯乙烯磺酸钠质量之和的3％～3.5％，所述引发剂为偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈中任意一种。

5.根据权利要求2所述的离子型星型嵌段共聚物的可控制备方法，其特征在于，步骤3中，所述中间产物ⅱ与聚甲氧基聚乙二醇丙烯酸酯的质量比为1:1～3，引发剂用量为聚甲氧基聚乙二醇丙烯酸酯质量的3％～3.5％，所述引发剂为偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈中任意一种。

6.根据权利要求2所述的离子型星型嵌段共聚物的可控制备方法，其特征在于，步骤2和步骤3中，所述纯化是将混合物通过旋蒸的方式来除去溶剂与未反应的单体。

7.根据权利要求1所述的离子型星型嵌段共聚物作为褐煤水煤浆分散剂的应用。

技术总结
本发明公开了一种离子型星型嵌段共聚物及其可控制备和作为褐煤水煤浆分散剂的应用，所述共聚物其采用RAFT可控自由基聚合方法制备而成，相比于无规共聚及自由基聚合等方法，RAFT可控自由基聚合具有聚合条件温和、反应温度较低、得到的聚合物分子量分布较窄且聚合物结构可控的优势。相比于常用木质素磺酸钠分散剂与聚羧酸盐分散剂，本发明离子型星型嵌段共聚物作为褐煤水煤浆分散剂具有更规则且可控的分子结构，并且可以通过调节单体、引发剂以及链转移剂的投料量来调整其相对分子质量，并根据褐煤的结构特性来改变其中亲/疏水基团的比例以及离子基团的数量以提高浆体的分散性能及稳定性能。

技术研发人员：刘洁
受保护的技术使用者：电子科技大学成都学院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15