CN103381358B - 一种具有协同破乳脱水性能的有机高分子油液脱水材料 - Google Patents
一种具有协同破乳脱水性能的有机高分子油液脱水材料 Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于一种采用独创技术手段制备用于乳化油液脱水净化的具有协同破乳脱水功能复合材料的方法。该方法主要由以下步骤组成：(1)将丙烯酸用41%的氢氧化钠溶液中和，制备得到具有吸附脱水功能结构的丙烯酸钠共聚单体；(2)以PEG (Me-O-PEG-OH)低聚物为原料，经聚合和苯乙烯封端等技术步骤，制备得到具有破乳功能结构的St-PEG大分子共聚单体；(3) 将丙烯酸钠吸附脱水功能共聚单体和St-PEG破乳功能结构大分子共聚单体在引发剂和交联剂存在下进行交联分散共聚，得到具有协同破乳脱水性能的共聚复合材料。
Description
技术领域
本发明属有机高分子材料及油液净化领域，其技术内容涉及一种使有机高分子材料同时具有油液破乳和脱水性能的方法，尤其是采用独创技术手段制备一种拥有协同破乳脱水性能复合材料的方法，该复合材料能够解决一般吸附型油液脱水材料所无法解决的乳状油液脱水问题。
背景技术
吸附型有机高分子油液脱水材料具有很强的吸附脱水能力，对油液中存在的非乳状水具有良好的吸附分离效果，是油液净化分离技术所采用的新型脱水材料。然而，很多情况下，油液中的水不以游离形式存在，而是在沥青质、胶质、有机酸皂等界面活性物质的作用下形成稳定的W/O型乳状液滴，由于水滴周围界面膜的存在，水与吸附材料间的接触和吸附行为被阻止，油液脱水过程无法顺利进行。因此，如何使有机高分子吸附材料在具有脱水性能的同时拥有协同破乳性能，是基于吸附的乳化油液脱水净化技术需要解决的关键核心问题之一。
另外，现有研究认为，乳状液的破坏需经历分层、絮凝、膜排水、聚结等过程。由于化学破乳物质能快速吸附或部分置换组成油水界面膜的天然界面活性物质，形成比原有界面膜强度更低的混合膜，导致界面膜破坏，释放膜内包覆的水，完成破乳过程，因此仍是目前破乳效果最好和应用最多的破乳方法，且在众多的破乳材料中，又以聚醚类破乳材料最为常见。但是，目前公知的事实是化学破乳材料在使用过程中难以回收和循环利用，通常随污水向环境排放，这不仅造成工业化学破乳成本居高不下，还带来严重的环境污染问题。
对于乳状油液脱水问题，目前公知的技术方法是将破乳过程和脱水过程采用不同的技术方法分别进行，这使得工业化过程工艺单元增加，生产成本高。如果能将破乳材料与高性能油液脱水材料融合为同时具有破乳和脱水性能的复合功能材料，则不仅能使有机高分子吸附材料实现乳状油液的脱水净化，也能使化学破乳成分得以固定和回收，减少其用量和污染，同时也将减少工业化过程工艺单元和生产成本。然而到目前为止，材料领域及油液净化分离领域仍然缺乏一种同时拥有吸附脱水性能和破乳性能的有机高分子吸附材料，其原因在于还未找到一种能够使油液吸附脱水性能和破乳性能融为一体的材料复合技术方法。为了使有机高分子吸附材料同时拥有脱水性能和破乳性能，解决其应用于乳化油液时的协同破乳问题，本发明针对以往乳状油液脱水存在的技术缺陷，采用独创性的技术方法和手段，制备了一种交联共聚复合功能材料，使其同时具备乳状油液净化所需的脱水和破乳性能，力图大幅度提高有机高分子吸附材料在乳状油液脱水过程中的协同破乳性能，以求解决一般有机高分子吸附脱水材料无法有效实现乳状油液脱水及单纯化学破乳材料无法有效回收利用等问题，使有机高分子吸附材料更加适用于含水油液的吸附分离净化处理。
发明内容
为了克服一般有机高分子吸附材料无法有效实现乳状油液脱水以及单纯化学破乳材料无法有效回收利用等问题，特别是针对以往乳状油液吸附脱水技术中破乳过程和脱水过程不能同时进行的问题，本发明提供一种新型复合功能材料，该复合材料具有协同破乳脱水性能，其应用于乳状油液脱水时的协同破乳能力得以大幅提高，从而使破乳和脱水过程能够同时进行，不仅可使乳状油液脱水过程顺利实现，还可降低生产成本，减少环境污染。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：(1) 以PEG (Me-O-PEG-OH)低聚物为原料，经聚合和苯乙烯封端等技术步骤，制备得到St-PEG大分子单体，为合成交联共聚复合材料提供具有破乳功能结构段的单体原料；(2) 将丙烯酸用41%的氢氧化钠溶液中和，得到丙烯酸钠单体，为合成交联共聚复合材料提供具有吸附脱水功能结构段的单体原料；(3) 将计量丙烯酸钠吸附脱水结构单体和St-PEG大分子破乳结构单体在引发剂和交联剂存在下进行交联共聚，得到具有协同破乳脱水性能的共聚复合材料。
本发明具有以下特点：(1) 采用PEG (Me-O-PEG-OH)低聚物为原料，制备得到与聚醚类化学破乳剂结构相似的St-PEG大分子单体，作为共聚复合材料的破乳功能结构段；(2) 采用丙烯酸钠作为具有高性能吸附脱水功能的单体，为共聚复合材料的吸附脱水性能提供功能结构段；(3) 将具有破乳功能结构的St-PEG大分子单体和具有吸附脱水功能结构的聚丙烯酸钠单体进行交联分散共聚，得到同时具有吸附脱水性能和破乳性能的交联共聚复合材料，从而实现在乳状油液脱水过程中，破乳和脱水的协同进行。
附图说明：
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
附图1是高分子复合材料制备步骤装置图。
附图2是复合材料DSC热性能测试结果图。
附图3是复合材料处理乳状油液分散相液滴显微照片。
附图4是复合材料外观照片。
附图1显示了高分子复合材料制备过程各步骤装置的构建方式，图中1为步骤1所使用的锥形瓶，2为步骤2装置所使用温度计，3为长颈漏斗，4为分液漏斗，5为三口烧瓶，6为磁力搅拌加热炉，7为步骤3所使用的恒温水浴振荡摇床；附图2显示了复合材料的DSC热性能测试结果，该图可说明制备得到的复合材料为共聚物而非共混物；附图3显示了含水乳状油液经复合材料处理后，油液中分散相液滴的聚结情况，该照片说明，复合材料处理有利于分散相液滴的聚结；附图4显示了制备得到的复合材料外观。
具体实施方式：
1、 丙烯酸钠单体制备步骤：将计量的丙烯酸(AA)置于锥形瓶中，在冷却条件下用质量浓度为41%的氢氧化钠溶液中和，得到丙烯酸钠单体；
2、 St-PEG大分子单体制备步骤：将计量的Me-O-PEG-OH低聚物置于100mL三口烧瓶中，加入30mL四氢呋喃，在磁力搅拌下使其充分溶解直到溶液呈透明状，加入2倍于PEG低聚物摩尔数的氢化钠(NaH)，在40℃下反应2h，再加入4倍于PEG低聚物摩尔数的对氯甲基苯乙烯，在34℃下搅拌反应24h，将反应后的溶液滴加到过量的乙醚中使之沉淀后，过滤、回收沉淀产物，将回收的产物干燥，再溶于四氢呋喃，滴加入20倍四氢呋喃体积的乙醚中，过滤、回收，如此反复操作3 次，最后干燥得St-PEG大分子单体；
3、 复合材料制备步骤：将制备好的丙烯酸钠单体溶液置于锥形瓶中，随后依次加入经3-戊酮充分溶解，与丙烯酸量比为2%的St-PEG大分子单体，与丙烯酸量比为1%的偶氮二异丁腈(AIBN)，与丙烯酸量比为0.2%的N，N′-亚甲基双丙烯酰胺(Bis)混合均匀后通入氮气置换5min，封闭锥形瓶置于60℃恒温振荡水浴中反应24h，得交联聚合物分散液，所得分散液用丙酮溶液洗涤，并经数次离心分离除去未反应单体，再经过滤、110℃干燥后得到白色颗粒状聚丙烯酸钠-聚乙二醇(PEG-co-PAAS)交联共聚复合材料；
4、 复合材料功能验证步骤：复合材料乳状油液破乳脱水率参照瓶试法在50℃的恒温水槽中测定，并结合蒸馏法(GB670-77)对油液中剩余含水量进行补充校正，乳状油液动态界面张力在复合材料作用下随时间变化规律采用界面张力测定仪以废机油为油相，0.4%的石油磺酸钠水溶液为外相进行测定，并将复合材料测定参数与聚丙烯酸钠脱水树脂材料在以上条件下得到的测定参数进行比较。
实验结果证实，复合材料乳状油液脱水速率和破乳能力都明显强于普通聚丙烯酸钠脱水材料。其中，复合材料50℃条件下的破乳脱水率可达到76%，是普通聚丙烯酸钠脱水材料的6.3倍，经复合材料处理的乳状油液平衡界面张力是未经处理的乳状油液平衡界面张力的2.3倍。
Claims (1)
1.一种用于乳化油液脱水净化的具有协同破乳脱水功能复合材料的制备方法，该方法的主要技术特征主要包括如下步骤：
(1) 将计量的丙烯酸(AA)置于锥形瓶中，在冷却条件下用质量浓度为41%的氢氧化钠溶液中和，得到丙烯酸钠单体；
(2) 将计量的Me-O-PEG-OH低聚物置于100mL三口烧瓶中，加入30mL四氢呋喃，在磁力搅拌下使其充分溶解直到溶液呈透明状，加入2倍于PEG低聚物摩尔数的氢化钠(NaH)，在40℃下反应2h，再加入4倍于PEG低聚物摩尔数的对氯甲基苯乙烯，在34℃下搅拌反应24h，将反应后的溶液滴加到过量的乙醚中使之沉淀后，过滤、回收沉淀产物，将回收的产物干燥，再溶于四氢呋喃，滴加入20倍四氢呋喃体积的乙醚中，过滤、回收，如此反复操作3 次，最后干燥得St-PEG大分子单体；
(3) 将制备好的丙烯酸钠单体溶液置于锥形瓶中，随后依次加入经3-戊酮充分溶解，与丙烯酸量比为2%的St-PEG大分子单体，与丙烯酸量比为1%的偶氮二异丁腈(AIBN)，与丙烯酸量比为0.2%的N，N′-亚甲基双丙烯酰胺(Bis)混合均匀后通入氮气置换5min，封闭锥形瓶置于60℃恒温振荡水浴中反应24h，得交联聚合物分散液，所得分散液用丙酮溶液洗涤，并经数次离心分离除去未反应单体，再经过滤、110℃干燥后得到白色颗粒状聚丙烯酸钠-聚乙二醇(PEG-co-PAAS)交联共聚复合材料。
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