[发明专利]聚羧酸盐水煤浆分散剂及其制备方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及一种水煤浆分散剂及其制备方法，特别是一种聚羧酸盐水煤浆分散剂及其制备方法。

【背景技术】

水煤浆(Coal Water Slurry，简称CWS)是新型的煤基液体燃料，由60～70％的煤、30～40％的水和少量(约占煤量的0.2～1.0％)的化学添加剂制备而成的固、液两相粗分散体系。低黏度、高浓度和良好的流动性及稳定性是水煤浆最为重要的性能。然而，煤属于亲油性物质，水煤浆基本上属于粗颗粒悬体系，即使是易制浆煤种并具有高堆积率的粒度分布，无分散剂时往往成浆性很差，往往放置12～24h浆体就产生硬沉淀，严重限制了水煤浆技术的应用推广。作为商品销售需要储存、输送、外运，一般要求水煤浆具有很好的流动性，至少一个月不发生硬沉淀。因此，分散剂是水煤浆的关键技术之一。

水煤浆分散剂主要有阴离子型、非离子型和两性离子分散剂。

阴离子型分散剂：(1)萘磺酸盐缩聚物：此类分散剂是水煤浆工业上应用比较广泛的产品。其特点是成浆性、减黏作用强、浆流型好，但稳定性较差，放置24h便产生硬沉淀且吸水率较高；(2)木质素磺酸盐：主要是由木浆所制备的水煤浆分散剂，优点是：稳定性较好，析水量少，且原料丰富、价格便宜，缺点是：黏度较大，流型较粗糙，需要与其他分散剂复配使用；(3)腐殖酸系：此类分散剂从低阶煤中提取，分散性能好于木质素磺酸盐，容易形成硬沉淀，但是，浆体稳定性差，且对金属离子敏感，因此，对制浆水质要求较高；(4)聚烯烃系：日本Lion公司研究开发的聚苯乙烯磺酸钠(PSS)是此类分散剂的代表，优点为：用量少，制浆性和稳定性都优于传统分散剂，然而价格非常昂贵；(5)聚羧酸系：此类分散剂常用不饱和羧酸单体如(甲基)丙烯酸、马来酸盐和其他单体接枝共聚而成，例如以丙烯酸和聚乙二醇为原料得到丙烯酸聚乙二醇单酯，再与不饱和羧酸单体丙烯酸、苯乙烯磺酸盐和其他单体接枝共聚而成，其对水煤浆具有分散和稳定双重作用，然而，该分散剂价格较高。

非离子型分散剂：主要是聚氧乙烯醚类、聚氧乙烷系列和聚氧乙烯/聚氧丙烷嵌段聚醚类，这类分散剂的主要优点是分子的亲水亲油性和相对分子质量易于调节和控制，不受水质及煤中可溶物影响，但价格昂贵，而且需配用消泡剂，水煤浆的流型也不是很理想，不易制备高浓度水煤浆。

两性离子分散剂：是指分散剂同时带有阴、阳离子基团的高分子聚合物，是在传统的聚羧酸阴离子型分散剂的基础上引入阳离子单体制备而成的两性离子聚合物。由于阳离子单体的引入，因此，与传统的聚羧酸阴离子型水煤浆分散剂相比，使分散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的双重作用，更能有效的改善煤粒表面的疏水性，降低表面自由能，从而达到降低表观黏度的作用。但是，水煤浆煤粒与两性离子分散剂接触后引入的阳离子电荷，导致Zeta电位明显降低，煤粒间排斥作用减弱，水煤浆体系呈凝聚趋势，因此，宏观上表现出分散保持性不好。

【发明内容】

本发明所要解决的技术问题是提供一种聚羧酸盐水煤浆分散剂及其制备方法，其提高了水煤浆成浆性的同时，也增强了浆体的稳定性，且成本低廉。

为实现上述目的，本发明提供了一种聚羧酸盐水煤浆分散剂，化学结构通式为：其中，M代表氢、钠、钾或者氨基；R₁代表n为9～107；R₂代表氢、苯基或C₁～C₄烷基；R₃代表氢、C₁～C₄烷基、C₂～C₄羟基烷基、C₁～C₄烷氧基、苯基或被卤素、烷氧基、烷基取代的芳香族取代基。

为实现上述目的，本发明还提供了一种聚羧酸盐水煤浆分散剂的制备方法，取70g的聚乙二醇和0.083g的阻聚剂，在70℃搅拌均匀后，依次加入13g的衣康酸和0.83g的催化剂，继续升温至90℃后，保温5h，即得中间产物I；分别取50.9g去离子水、10.8～15.45g磺酸盐、26.5g中间产物I和1.05～1.4g亚硫酸氢钠，边搅拌边升温，当温度升至75℃时，滴加甲基丙烯酸的水溶液和过硫酸盐水溶液，随后，保温反应3h后冷却至30℃～40℃，最后，调节pH为8，即得聚羧酸盐水煤浆分散剂的聚合物溶液，其中，所述甲基丙烯酸的水溶液是由15.15g的甲基丙烯酸与32.5g水形成的混合物，过硫酸盐水溶液是由0.57g的过硫酸盐与33g水形成的混合物。

作为本发明的优选实施例，所述聚乙二醇的分子量为400～1200；