[发明专利]一种多羧基三元共聚物及其制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型多羧基三元共聚物及其制备方法和用途，所述多羧基三元共聚物主要作为水煤浆的分散剂使用。 

背景技术

煤以其得天独厚的自然能源，成为世界各国政府高效开发与利用的竞争之地。尤其，面对全球石油资源日趋紧张的局势，全球科学家已将积极探究经济可行的洁净煤技术，作为节能减排高效利用能源的重要手段之一。中外大量的实践证明，水煤浆（CWM）技术是当今技术可靠，经济可行的大规模煤炭利用手段。

CWM是一种具有一定粒径分布的煤粉分散于水介质中制成的高浓度多组分多相的煤/水分散体系。此煤/水复合体系界面相容与稳定性问题，已被公认为至今世界CWM技术工程化的重要前沿难题。CWM添加剂是CWM加压气化、燃烧和输送工程中必不可少的化工助剂，至今仍是CWM进步与技术先进的关键。理想的CWM具有良好的流动性和较长时间的稳定性，恰如石油产品一样储存、运输，并且具有无自燃性、污染低的优点，是目前比较经济的煤代油洁净燃料和化工原料，同时也是目前以煤造气制油的主要原料，具有良好的市场前景和显著的社会、经济与环境效益。我国是一个缺油、少气、富煤的国家，因此发展CWM技术对我国的能源结构调整，促进社会、经济与环境的协调发展，保障国家能源安全都具有十分重要的战略意义。

制备水煤浆的关键在于水煤浆的分散剂。良好的水煤浆分散剂必须同时保证对不同煤种的适应性，良好的界面相容性，及煤浆的长效稳定性和良好流动性，并需同时兼顾生产成本和环境友好。在前期的工作中，我们曾设计合成了一类分子结构新颖、分子量和亲水基团种类、数量可调控的三元共聚高分子化合物（ZL97107094.6）。该三元共聚物具有分散剂用量少，制备的浆体分散性、稳定性好，生产成本低廉等优点，且对不同地区、不同成煤时间、不同界面特征的煤种均具有优良的适应性，在陕西渭河、山东兖州、广东茂名等地广泛使用。

然而，随着人们对环境问题的日益重视，燃料中排放的硫元素对大气的污染越来越受到人们的广泛关注。合成不含硫的水煤浆分散剂日益迫切。 

发明内容

本发明目的在于提供一种新型多羧基三元共聚物，所述多羧基三元共聚物中不含硫元素，可作为制备水煤浆的高性能分散剂，并具有煤种适应性强，分散剂用量少，制备的浆体分散性、稳定性好，生产成本低廉等优点。

本发明的另一目的还在于提供所述多羧基三元共聚物的制备方法和用途。

为实现本发明的目的，采用以下技术方案：

一种多羧基三元共聚物，其基本结构式如下：

其中R₁= H或CH₃；R₂= H、CH₃或CH₂CH₂CH₂CH₃；R₃ = COONa；n=45-120，m=15-30，p=22-50 。

本发明所述的多羧基三元共聚物的制备方法包括如下步骤：

（1）将苯乙烯与选自丙烯酸、丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯或甲基丙烯酸丁酯的单体在50-70℃下，自由基引发共聚反应，制得二元共聚物；

（2）将步骤（1）所得的二元共聚物加入浓盐酸、氯甲醚和氯化锌，然后加入甲醛，使其氯甲基化；

（3）将步骤（2）所得氯甲基化二元共聚物加入酸或碱催化剂，加热至150-170℃，加入环氧乙烷反应，制得三元共聚物；

（4）将上述三元共聚物用高锰酸钾氧化；以氢氧化钠中和至弱碱性，即得到所述的多羧基三元共聚物。

所述的方法中，步骤（1）推荐采用过硫酸盐为自由基引发剂，也可以采用其它已知的自由基引发剂，包括有机过氧化物，如过氧化环己酮、过氧化二苯甲酰、叔丁基过氧化氢等；偶氮类引发剂，如偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈等。

所述的方法中，苯乙烯与选自丙烯酸、丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯或甲基丙烯酸丁酯的单体的摩尔比为 1：2.5～1：4；苯乙烯与环氧乙烷的摩尔比为 1：1.5～1：2。

所述的方法中，酸或碱催化剂选自无机强酸或碱，推荐采用盐酸、硫酸、氢氧化钠或氢氧化钾等。

具体地，本发明的优化技术方案是：