CN102504893A

CN102504893A - 聚苯乙烯-马来酸酐衍生物水煤浆添加剂及其制备方法

Info

Publication number: CN102504893A
Application number: CN2011103403373A
Authority: CN
Inventors: 骆明香; 洪玲玲
Original assignee: JIANGXI HEGU NANO MATERIAL TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: JIANGXI HEGU NANO MATERIAL TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2011-11-01
Filing date: 2011-11-01
Publication date: 2012-06-20

Abstract

本发明公开了一种聚苯乙烯-马来酸酐衍生物水煤浆添加剂及其制备方法。该制备方法包括以下步骤：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；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℃、250～300转/分的速度搅拌条件下反应6～18小时。本发明的聚苯乙烯-马来酸酐衍生物水煤浆添加剂是一种优秀的水煤浆添加剂，化学结构可控，可明显降低煤水界面张力，是一种适用煤种范围宽，用量少，高效的水煤浆添加剂。

Description

聚苯乙烯-马来酸酐衍生物水煤浆添加剂及其制备方法

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。

作为本发明的优选实施例，所述有机溶剂为丙酮或N，N-二甲基甲酰胺。

作为本发明的优选实施例，所述步骤二中所用碱溶液为氢氧化钠或氢氧化钾溶液。

作为本发明的优选实施例，所述氨基萘磺酸为4-氨基-1-萘磺酸，或5-氨基-1-萘磺酸，或7-氨基-1-萘磺酸。

经过干燥除去溶剂，即可得到氨基萘磺酸钠侧链修饰的聚苯乙烯-马来酸酐衍生物水煤浆添加剂。通过核磁共振氢谱(¹H NMR)对反应产物的化学结构进行了分析，证实了所得的反应产物为具有目标化学结构式的聚苯乙烯-马来酸酐衍生物。

本发明的聚苯乙烯-马来酸酐衍生物水煤浆添加剂，相比其它水煤浆添加剂，具有以下优点：

(1)对煤种的适应性强。可根据各煤种的性质和需要，调整合成方案，改变添加剂的结构，即通过改变氨基萘磺酸钠在聚合物中的含量，可调节与煤表面的作用，从而能适用于不同煤种。

(2)添加量少。对于同一煤种，制得相同浓度的水煤浆，本发明所制备的聚苯乙烯-马来酸酐衍生物添加剂所需用的添加量比较少。

(3)水煤浆流动性明显提高。加入本发明的水煤浆添加剂后，水煤浆的表观粘度和剪切粘度降低非常明显，流动性显著提高。

(4)水煤浆稳定性好。加入本发明的水煤浆添加剂后，水煤浆不易发生硬沉淀，能稳定放置30～45天。

(5)可制备高浓度水煤浆。与其它添加剂相比，能明显提高水煤浆的浓度。

因此，本发明的聚苯乙烯-马来酸酐衍生物水煤浆添加剂是一种优秀的水煤浆添加剂，可明显降低煤水界面张力，结构可控，是一种适用煤种范围宽，用量少，高效的水煤浆添加剂。本发明的聚苯乙烯-马来酸酐衍生物水煤浆添加剂，合成工艺简单，制备方法稳定、环保。

附图说明

图1是本发明的聚苯乙烯-马来酸酐衍生物的核磁共振氢谱(¹H NMR)图，溶剂为氘代水。图中化学位移在8.3ppm、8.1ppm、7.8ppm、7.5ppm、7.5ppm和7.1ppm处的峰为萘环上的质子峰，化学位移在7.5～6.8ppm之间的宽峰为苯乙烯单体单元苯环上的质子峰，化学位移在3.0～1.0ppm多重宽峰为聚合物主链上亚甲基和次甲基的质子峰。

图2是水煤浆粘度与水煤浆添加剂浓度的关系图。由图2中可以看出，水煤浆粘度随添加剂浓度的增加而下降。在添加剂浓度较低的情况下，本发明的聚合物添加剂即可以大幅降低水煤浆的粘度。

具体实施方式

下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。

聚苯乙烯-马来酸酐衍生物水煤浆添加剂的化学结构通式如下：

其中，6＜n＜10，R代表以下取代基中的任何一种：

如图2所示，本发明的聚苯乙烯-马来酸酐衍生物水煤浆添加剂可以大幅降低水煤浆的粘度。

聚苯乙烯-马来酸酐衍生物水煤浆添加剂的制备方法包括以下五个实施例：

实施例1：

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；

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℃、250～300转/分的速度搅拌条件下反应6～18小时。

实施例2：

取60克的聚苯乙烯-马来酸酐，溶解在300ml丙酮中，在油浴50℃下以300转/分的速度搅拌，并保温20分钟；

取60克的5-氨基-1-萘磺酸，溶解在1000ml质量分数为2.5％的氢氧化钠溶液中，用滴液漏斗缓慢滴加，控制滴速使其在25分钟内滴完，在油浴50℃、300转/分速度的搅拌条件下反应8小时。

实施例3：

取60克的聚苯乙烯-马来酸酐，溶解在300mlN，N-二甲基甲酰胺中，在油浴50℃下以280转/分的速度搅拌，并保温25分钟；

取30克的4-氨基-1-萘磺酸，溶解在1000ml质量分数为2％的氢氧化钠溶液中，用滴液漏斗缓慢滴加，控制滴速使其在20分钟内滴完，在油浴50℃、280转/分速度的搅拌条件下反应6小时。

实施例4：

取60克的聚苯乙烯-马来酸酐，溶解在300ml丙酮中，在油浴50℃下以275转/分的速度搅拌，并保温30分钟；

取90克的7-氨基-1-萘磺酸，溶解在1000ml质量分数为3％的氢氧化钠溶液中，用滴液漏斗缓慢滴加，控制滴速使其在30分钟内滴完，在油浴60℃、275转/分速度的搅拌条件下反应16小时。

实施例5：

取60克的聚苯乙烯-马来酸酐，溶解在300mlN，N-二甲基甲酰胺中，在油浴60℃下以300转/分的速度搅拌，并保温30分钟；

取60克的4-氨基-1-萘磺酸，溶解在1000ml质量分数为2.5％的氢氧化钾溶液中，用滴液漏斗缓慢滴加，控制滴速使其在25分钟内滴完，在油浴60℃、300转/分速度的搅拌条件下反应10小时。

如图1所示，通过核磁共振氢谱(¹H NMR)对反应产物的化学结构进行了分析，证实了所得的反应产物为具有目标化学结构式的聚苯乙烯-马来酸酐衍生物。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改。因此，本发明的保护范围由所附权利要求书限定。

Claims

1.一种聚苯乙烯-马来酸酐衍生物水煤浆添加剂，其特征在于，化学结构通式如下：

其中，6＜n＜10，R代表以下取代基中的任何一种：

2.一种聚苯乙烯-马来酸酐衍生物水煤浆添加剂的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：

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℃、250～300转/分的速度搅拌条件下反应6～18小时。

3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述聚苯乙烯-马来酸酐的分子量为1200～2000g/mol。

4.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述有机溶剂为丙酮或N，N-二甲基甲酰胺。

5.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述步骤二中所用碱溶液为氢氧化钠或氢氧化钾溶液。

6.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述氨基萘磺酸为4-氨基-1-萘磺酸，或5-氨基-1-萘磺酸，或7-氨基-1-萘磺酸。