[发明专利]一种侧链接枝多官能团的梳型共聚物及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种侧链接枝聚乙氧基和萘磺酸基等多种官能团的梳型共聚物及其制备方法和应用，具体地说是利用侧链化学改性的方法制备一种多功能性的梳型共聚物，并将其用作高浓度水煤浆的添加剂，以及水煤浆泵送和稳定贮存的添加剂。

背景技术

我国的能源以煤为主，煤炭将是长期可靠的主要能源。从战略意义上来说，我国必须高效清洁地利用这些煤炭资源，大力发展洁净煤技术，促进能源与环境的协调发展。水煤浆是煤炭洁净利用最廉价的实用技术，可作为代油燃料，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，可直接用作锅炉、电站、工业炉和窑炉的燃料。水煤浆添加剂是水煤浆生产过程中必不可少的重要助剂。特别是对于高浓度、高稳定性水煤浆的制备，添加剂的作用尤为关键。多年来，美国、日本和俄罗斯等国都投入大量人力、物力来开发水煤浆添加剂。水煤浆添加剂一般是表面活性剂、无机电解质和高分子聚合物。

国内外的水煤浆添加剂主要有高缩合度萘磺酸盐缩合物、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、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应用最为广泛。在大量的研究基础上，本发明在苯乙烯-马来酸酐共聚物骨架上，利用马来酸酐基团的活泼性，在侧链同时引入氨基萘磺酸盐和聚乙氧基两种侧链。这样，聚合物的分子结构中同时具有极性和非极性部分，可通过疏水缔合迅速吸附在煤颗粒表面，将非极性基团定位在煤颗粒表面，而极性基团伸入水中，这种吸附作用可使煤-水界面张力降低。此外，长链的非离子型聚乙氧基侧链增加了煤粒表面的空间位阻和耐盐性，煤粒的团聚将受到极大阻碍，显著提高了水煤浆的稳定性。

发明内容

本发明的目的是开发一种高效、低成本的水煤浆添加剂，使其有效改善水煤浆的流变性能和稳定性能。

本发明通过酯化、酰胺化等化学修饰的方法，合成出侧链同时含有聚乙氧基和萘磺酸基团的梳型共聚物水煤浆添加剂。具体方案如下：

一种侧链接枝多官能团的梳型共聚物，具有如下结构式：

其中，m、n、k为整数，且7 < m < 24，7 < n < 24，4 < k < 20；R为氢原子、烷基、芳基、杂原子取代的烷基或烷基取代的芳基；

所述多官能团是聚乙氧基和萘磺酸基。

所述梳型共聚物的制备方法，包括如下步骤：

将分子量为2000～10000g/mol的苯乙烯-马来酸酐共聚物和溶剂加入到反应容器中，搅拌使其充分溶解；将摩尔比为0.02～0.05：1的催化剂和酯化试剂充分溶解在所述溶剂中用恒压滴液漏斗缓慢滴入所述反应容器，在60～120℃下酯化反应2～16小时；酯化反应结束后，将酰胺化试剂充分溶解在质量分数为1.0～1.5%的氢氧化钠溶液中，用恒压滴液漏斗滴入所述反应容器，在40～120℃下反应2～8小时，最终得到所述侧链接枝多官能团的梳型共聚物；

其中，所述酯化试剂与所述苯乙烯-马来酸酐共聚物中马来酸酐单体单元的摩尔比为0.2～2.5：1，所述酰胺化试剂与所述苯乙烯-马来酸酐共聚物中马来酸酐单体单元的摩尔比为0.2～2：1；

所述溶剂是丙酮、四氢呋喃、二甲亚砜或二甲基甲酰胺；

所述酯化试剂是聚乙二醇、脂肪醇聚氧乙烯醚或烷基酚聚氧乙烯醚；

所述催化剂是对甲苯磺酸、甲基磺酸或4-二甲氨基吡啶；

所述酰胺化试剂是氨基萘磺酸。

所述梳型共聚物的应用，用于制备高浓度水煤浆添加剂，以及水煤浆泵送和稳定贮存的添加剂。将梳型共聚物加入到由不同煤种制备的水煤浆中，采用流变仪测试加入前后浆体在变剪切和恒剪切条件下的粘度变化，发现加入质量分数0.2～1.0%（相对于干煤）的梳型共聚物后，各种水煤浆的变剪切粘度和表观粘度（剪切速率=100s^-1）均有明显降低。

通过核磁共振氢谱（¹H NMR）对梳型共聚物的化学结构进行分析，利用谱峰积分计算了梳型共聚物马来酸酐单体单元中接枝氨基萘磺酸和聚乙氧基的数量。

此外，还利用凝胶渗透色谱（GPC）对梳型共聚物的分子量进行了测试，梳型共聚物的分子量在4000～30000 g/mol。

附图说明

图1是梳型聚合物的核磁共振氢谱图（溶剂D₂O）；

图2是加入梳型共聚物前后水煤浆粘度测试图（25℃）；