[发明专利]聚苯乙烯-马来酸酐衍生物水煤浆添加剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种水煤浆添加剂及其制备方法，特别是一种聚苯乙烯-马来酸酐衍生物水煤浆添加剂及其制备方法。

背景技术

水煤浆的问世源于20世纪70年代的世界石油能源危机。当时全世界在石油能源危机的经济大衰退之后，清醒地认识到石油天然气作为清洁能源，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。2010年，我国一次能源消费结构中煤占60％左右。大力发展洁净煤技术，高效清洁利用我国煤炭资源，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有效减少环境污染。

水煤浆由70％左右的煤、30％的水及少量化学添加剂制成，是一种浆体燃料，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，用于代替煤炭燃用，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。水煤浆的流变性是影响水煤浆的贮存、运输及雾化喷燃性能的重要因素。在水煤浆制备时，希望其静态粘度较大而防止沉淀，动态时有较低的粘度，以便于输送和雾化燃烧。水煤浆的稳定性是衡量水煤浆质量的一项重要指标，它是指水煤浆在运输和贮存过程中，可保持其物性均匀的一种性质。

常用的水煤浆分散剂主要有阴离子型、非离子型和两性离子添加剂。阴离子型添加剂主要有以下几种：(1)木质素磺酸盐：主要由木浆或造纸厂废纸浆制备的水煤浆添加剂，优点是稳定性较好，析水量少，原料丰富，价格便宜，缺点是粘度较大，浆体较粗糙，需与其它分散剂配合使用；(2)腐植酸及磺化腐植酸系列：主要提取自低阶煤，分散性能优于木质素磺酸盐，但浆体稳定性差，对金属离子敏感，易生成硬沉淀，对制浆水质要求较高；(3)较高缩合度的萘磺酸盐：在水煤浆工业上应用较广，优点是成浆性好，降粘幅度大，浆体流动性好，缺点是稳定性较差，析水率较高，放置24小时即产生硬沉淀；(4)聚烯烃衍生物系列：聚苯乙烯磺酸钠(PSS)是此类添加剂中的代表，优点是用量少，成浆性和稳定性均优于传统添加剂，但价格昂贵；(5)聚羧酸及羧酸盐系列：常以不饱和羧酸单体、马来酸盐与其它单体共聚而成，如丙烯酸酯与苯乙烯磺酸盐共聚物，其对水煤浆具有分散和稳定的双重作用，但价格较高。

非离子型添加剂主要有聚氧乙烯醚类、聚氧乙烷系列和聚氧乙烯/聚氧丙烷嵌段聚醚等几类。优点是聚合物的亲水/亲油性和相对分子量易于调节和控制，受水质和煤中可溶物影响较小，缺点是价格贵，需配用消泡剂，流动性不太理想，不易制备高浓度水煤浆。

两性离子添加剂是指添加剂分子中同时带有阴、阳离子基团的高分子聚合物，是在传统的聚羧酸阴离子型添加剂的基础上引入阳离子单体制备而成的两性离子聚合物。与传统的聚羧酸阴离子型水煤浆添加剂相比，阳离子单体的引入使添加剂与煤表面的相互作用方式由单一的氢键吸附变为氢键吸附和静电吸附双重作用，更能有效改善煤粒表面的疏水性，降低表面自由能，从而达到降低水煤浆粘度的作用。缺点是水煤浆中煤粒与两性离子添加剂作用后引入的阳离子电荷，导致Zeta电位(电子云的内外电位差)显著降低，煤粒间排斥作用减弱，体系呈凝聚趋势，因此稳定性有所降低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种聚苯乙烯-马来酸酐衍生物水煤浆添加剂及其制备方法，这种水煤浆添加剂可显著降低水煤浆的粘度，提高流动性，并且使水煤浆长时间不发生硬沉淀，稳定性明显提高。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：本发明提供了一种聚苯乙烯-马来酸酐衍生物水煤浆添加剂，化学结构通式为：

其中，6＜n＜10，R代表以下取代基中的任何一种：

本发明的另一技术方案还提供了一种聚苯乙烯-马来酸酐衍生物水煤浆添加剂的制备方法，其包括以下步骤：

步骤一：取60克的聚苯乙烯-马来酸酐，溶解在300ml有机溶剂中，在油浴40～60℃下以250～300转/分的速度搅拌，并保温20～30分钟；

步骤二：取30～90克的氨基萘磺酸，溶解在1000ml质量分数为1.5～3％的碱溶液中，用滴液漏斗缓慢滴加，控制滴速使其在15～30分钟内滴完，在油浴40～60℃、搅拌250～300转/分条件下反应6～18小时。

作为本发明的优选实施例，所述聚苯乙烯-马来酸酐的分子量为1200～2000g/mol。