不同侧链长度聚羧酸分散剂的合成与性能研究

作     者：屈倩倩 

作者单位：陕西科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张光华

授予年度：2014年

学科分类：081702[工学-化学工艺] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 

主      题：水煤浆 聚羧酸系 甲基丙烯酸 分散剂 侧链长度 

摘      要：水煤浆作为一种重要的煤炭加工利用技术受到广泛关注，其中水煤浆分散剂是制备高质量水煤浆的关键。陕西彬长煤中氧/碳比和内水含量都相对较高，所以很难制备高浓度水煤浆，因此，研究彬长煤的成浆性具有实际意义。研究表明，具有聚乙二醇结构单元的聚羧酸盐水煤浆分散剂具有良好的分散性能，但侧链长度对其性能影响并未系统研究，在此基础上，本论文合成了2种具有不同侧链长度的聚羧酸水煤浆分散剂，并将其和彬长煤制浆，研究侧链结构对其成浆性能的影响。选出性能较佳的分散剂侧链长度，对聚羧酸分散剂的应用有重要的实际意义。 本文以4种不同侧链长度的烯丙基聚乙二醇（APEG相对分子质量为700、1000、1200、2400）、甲基丙烯酸（MAA）和烯丙基磺酸钠（SAS）为单体，直接进行自由基聚合制备出不同侧链长度的烯丙基磺酸钠-甲基丙烯酸-烯丙基聚乙二醇（SAS/MAA/APEG）聚羧酸分散剂。以4种不同侧链长度的甲氧基聚乙二醇（MPEG相对分子量为350、500、750、1000）和甲基丙烯酸（MAA），先酯化得到甲基丙烯酸甲氧基聚乙二醇酯（MPEGMAA）大单体，再和甲基丙烯酸，烯丙基磺酸钠为单体，聚合得到不同侧链长度的烯丙基磺酸钠-甲基丙烯酸-甲基丙烯酸甲氧基聚乙二醇酯（SAS/MAA/MPE-GMAA）聚羧酸水煤浆分散剂。 通过对水煤浆表观黏度的影响确定了分散剂的最佳合成条件。其中，单体APEG:MAA:SAS为1:1.6:0.3，引发剂用量为总单体质量的0.3%，阻聚剂用量为单体MAA质量的0.3%，滴加2h，聚合温度80℃，反应5h下得到侧链长度为SAS/MAA/APEG1000(n=23)的聚羧酸分散剂。单体的配比MPEGMAA:MAA:SAS为1:4:1，引发剂用量为总单体质量的3%，阻聚剂为单体甲基丙烯酸质量的0.5%，滴加2h，聚合温度80℃下反应4h，得到侧链长度为SAS/MAA/MPEGMAA750的聚羧酸分散剂。 通过红外光谱、热重、核磁共振和凝胶渗透色谱等手段对分散剂的结构、热性能和相对分子质量及其分布进行了表征和分析。将两种分散剂分别作用于彬长煤制浆，考察了浆体的表观黏度、稳定性、流变性、Zeta电位、吸附性、最大成浆浓度及其和煤的接触角等性能。筛选出性能较佳的聚羧酸盐水煤浆分散剂的侧链长度。 本文得出SAS/MAA/APEG1000分散剂和SAS/MAA/MPEGMAA750分散剂，在浆体中的最佳用量都为煤含量的0.4%，水煤浆最高制浆浓度分别为72%和68%，煤粒表面的Zeta电位由-17.8mv分别变化到-56.2mv和-53.1mv，并与常用聚羧酸盐分散剂和已工业化的萘磺酸盐分散剂比较，两种分散剂性能明显提高，水煤浆在7d内的吸水率都降低，甚至SAS/MAA/APEG1000的吸水率达到2.16%，提高了稳定性和流变特性，具有良好的润湿和吸附效果。通过对SAS/MAA/MPEGMAA750分散剂进行X射线光电子能谱(XPS)分析，最后，得出煤粒表面吸附分散剂后的吸附层厚度达到了6.12nm。得到性能较佳的侧链长度为SAS/MAA/APEG1000和SAS/MAA/MPEGMAA750的聚羧酸盐水煤浆分散剂，对彬长煤具有更好的降粘、分散和稳定作用。