一种淀粉基接枝共聚物水煤浆分散剂及其制备方法

摘要

本发明提供一种淀粉基接枝共聚物水煤浆分散剂及其制备方法：将10-20％淀粉水悬浮液升温后加入淀粉质量0.1-5％的氧化剂氧化10-60min，升温至80-95℃保温糊化20-60min，降温至40-70℃，同时滴加混合单体和引发剂，升温至80-95℃后保温反应20-120min，降温至20-40℃并用氢氧化钠水溶液调节pH为7-9。该分散剂是一种淡黄至奶白色的粘稠乳状液体，其固含量为25-35％，pH为7-9，粘度为30-150mPa.s。本发明充分发挥苯乙烯、羧酸盐的强分散性能好的优势，并结合了淀粉直链之上的多羟基对水分子的氢键作用而使水煤浆的贮存稳定性提高，分散性能好、稳定期长。

说明书

技术领域

本发明属于水煤浆领域，具体涉及一种淀粉基接枝共聚物水煤浆分散剂及其制备方法。

背景技术

萘系磺酸盐缩聚物分散剂对煤粒的分散性好，又与煤种匹配性好，是水煤浆工业上应用比较广泛的分散剂。但此类分散剂制备的水煤浆稳定性较差，制备的水煤浆一般放置超过2天便产生不可恢复性的沉淀、析水率较高、并且具有一定的毒性。人们探索利用天然产物基水煤浆分散剂，以解决达到环保、低成本的目的。

目前应用最广的天然改性聚合物水煤浆分散剂为木质素改性物，由于其主要以造纸黑液为原料，成本低廉而得到广泛应用，但木质素性能较差一般很少作为分散剂单独使用，常和其他分散剂复配使用，以提高水煤浆的稳定性。科研人员也在研究其他天然产物作为水煤浆的可能性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种分散效果好、绿色环保的淀粉基接枝共聚物水煤浆分散剂及其制备方法。

为达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：

淀粉基接枝共聚物水煤浆分散剂的制备方法，包括以下步骤：

将水和淀粉加入反应器中制成质量分数为10-20％的淀粉水悬浮液，将淀粉水悬浮液在搅拌下升温至30-50℃后加入淀粉质量0.1-5％的氧化剂氧化10-60min，氧化完毕后升温并于80-95℃保温糊化20-60min，保温糊化后降温至40-70℃，降温后同时滴加混合单体和引发剂得反应体系，淀粉与混合单体的质量比为1∶1-1.5，引发剂的加入量为淀粉与混合单体总质量的2-5％，将反应体系升温并于80-95℃保温反应20-120min，然后降温至20-40℃并用质量分数为5-10％的氢氧化钠水溶液调节pH为7-9。

所述淀粉为玉米淀粉、木薯淀粉、土豆淀粉或皂素淀粉。

所述氧化剂为过硫酸钾、过硫酸铵或者过硫酸钠。

所述混合单体为苯乙烯、丙烯酸、烯丙基磺酸钠、甲基丙烯酸钠、丙烯酰胺或者丙烯腈中的一种或几种任意比例的混合物。

所述引发剂为过硫酸钠、过硫酸钾、过硫酸铵或者过氧化氢中的一种或几种任意比例的混合物。

所述引发剂在滴加前用水配成质量分数为10％的溶液。

根据上述淀粉基接枝共聚物水煤浆分散剂的制备方法制备的淀粉基接枝共聚物水煤浆分散剂，该分散剂是一种淡黄至奶白色的乳状液体，固含量为25-35％，pH为7-9，粘度为30-150mPa.s。该分散剂适用于各种水煤浆的制备。

本发明制备的淀粉基接枝共聚物水煤浆分散剂，充分发挥苯乙烯、羧酸盐的强分散性能的优势，并结合了淀粉直链之上的多羟基对水分子的氢键作用而使水煤浆的贮存稳定性提高，分散性能好、稳定期长，而当输送时由于泵送流体的剪切作用而粘度降低；由于在合成中加入了天然淀粉，具有成本低廉、绿色环保等优点，特别适合用于气化水煤浆和锅炉燃料水煤浆的制备，在水煤浆领域具有很好的应用前景。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明。

实施例1

将水和淀粉加入反应器中制成质量分数为12％的淀粉水悬浮液，所述淀粉为皂素淀粉，将淀粉水悬浮液在搅拌下升温至34℃后加入淀粉质量1.8％的氧化剂氧化26min，所述氧化剂为硫酸钾，氧化完毕后升温并于84℃保温糊化30min，保温糊化后降温至50℃，降温后同时滴加混合单体和引发剂得反应体系，淀粉与混合单体的质量比为1∶1.2，引发剂的加入量为淀粉与混合单体总质量的4％，将反应体系升温并于84℃保温反应50min，然后降温至26℃并用质量分数为7％的氢氧化钠水溶液调节pH为8，所述混合单体为甲基丙烯酸钠，所述引发剂为过氧化氢，所述引发剂在滴加前用水配成质量分数为10％的溶液。

实施例2

将水和淀粉加入反应器中制成质量分数为15％的淀粉水悬浮液，所述淀粉为土豆淀粉，将淀粉水悬浮液在搅拌下升温至42℃后加入淀粉质量3％的氧化剂氧化42min，所述氧化剂为过硫酸钠，氧化完毕后升温并于90℃保温糊化45min，保温糊化后降温至62℃，降温后同时滴加混合单体和引发剂得反应体系，淀粉与混合单体的质量比为1∶1.1，引发剂的加入量为淀粉与混合单体总质量的3％，将反应体系升温并于90℃保温反应95min，然后降温至35℃并用质量分数为6％的氢氧化钠水溶液调节pH为8，所述混合单体为苯乙烯与丙烯酸的混合物，苯乙烯与丙烯酸的质量比为1∶5，所述引发剂为过硫酸钠、过硫酸钾、过硫酸铵任意比例的混合物，所述引发剂在滴加前用水配成质量分数为10％的溶液。

实施例3

将水和淀粉加入反应器中制成质量分数为20％的淀粉水悬浮液，所述淀粉为木薯淀粉，将淀粉水悬浮液在搅拌下升温至50℃后加入淀粉质量5％的氧化剂氧化60min，所述氧化剂为过硫酸钾，氧化完毕后升温并于95℃保温糊化60min，保温糊化后降温至70℃，降温后同时滴加混合单体和引发剂得反应体系，淀粉与混合单体的质量比为1∶1.5，引发剂的加入量为淀粉与混合单体总质量的5％，将反应体系升温并于95℃保温反应120min，然后降温至40℃并用质量分数为10％的氢氧化钠水溶液调节pH为9，所述混合单体为丙烯酸，所述引发剂为过硫酸钾，所述引发剂在滴加前用水配成质量分数为10％的溶液

实施例4

将水和淀粉加入反应器中制成质量分数为17％的淀粉水悬浮液，所述淀粉为玉米淀粉、木薯淀粉、土豆淀粉或皂素淀粉，将淀粉水悬浮液在搅拌下升温至46℃后加入淀粉质量4.5％的氧化剂氧化58min，所述氧化剂为过硫酸钾，氧化完毕后升温并于94℃保温糊化55min，保温糊化后降温至68℃，降温后同时滴加混合单体和引发剂得反应体系，淀粉与混合单体的质量比为1∶1.3，引发剂的加入量为淀粉与混合单体总质量的3％，将反应体系升温并于94℃保温反应115min，然后降温至39℃并用质量分数为8％的氢氧化钠水溶液调节pH为8，所述混合单体为苯乙烯与甲基丙烯酸钠的混合物，苯乙烯与甲基丙烯酸钠的质量比为2∶5，所述引发剂为过硫酸钠、过硫酸钾、过硫酸铵、过氧化氢任意比例的混合物，所述引发剂在滴加前用水配成质量分数为10％的溶液。

实施例5

将水和淀粉加入反应器中制成质量分数为10％的淀粉水悬浮液，所述淀粉为玉米淀粉，将淀粉水悬浮液在搅拌下升温至30℃后加入淀粉质量0.1％的氧化剂氧化10min，所述氧化剂为过硫酸钠，氧化完毕后升温并于80℃保温糊化20min，保温糊化后降温至40℃，降温后同时滴加混合单体和引发剂得反应体系，淀粉与混合单体的质量比为1∶1，引发剂的加入量为淀粉与混合单体总质量的2％，将反应体系升温并于80℃保温反应20min，然后降温至20℃并用质量分数为5％的氢氧化钠水溶液调节pH为7，所述混合单体为苯乙烯，所述引发剂为过硫酸钠，所述引发剂在滴加前用水配成质量分数为10％的溶液。

实施例6

将水和淀粉加入反应器中制成质量分数为11％的淀粉水悬浮液，所述淀粉为土豆淀粉，将淀粉水悬浮液在搅拌下升温至32℃后加入淀粉质量0.9％的氧化剂氧化18min，所述氧化剂为过硫酸铵，氧化完毕后升温并于82℃保温糊化25min，保温糊化后降温至45℃，降温后同时滴加混合单体和引发剂得反应体系，淀粉与混合单体的质量比为1∶1，引发剂的加入量为淀粉与混合单体总质量的3％，将反应体系升温并于82℃保温反应35min，然后降温至23℃并用质量分数为6％的氢氧化钠水溶液调节pH为8，所述混合单体为烯丙基磺酸钠，所述引发剂为过硫酸铵，所述引发剂在滴加前用水配成质量分数为10％的溶液。

实施例7

将水和淀粉加入反应器中制成质量分数为14％的淀粉水悬浮液，所述淀粉为木薯淀粉，将淀粉水悬浮液在搅拌下升温至38℃后加入淀粉质量2.7％的氧化剂氧化40min，所述氧化剂为过硫酸钠，氧化完毕后升温并于88℃保温糊化40min，保温糊化后降温至60℃，降温后同时滴加混合单体和引发剂得反应体系，淀粉与混合单体的质量比为1∶1.4，引发剂的加入量为淀粉与混合单体总质量的4％，将反应体系升温并于88℃保温反应80min，然后降温至32℃并用质量分数为9％的氢氧化钠水溶液调节pH为8，所述混合单体为丙烯腈，所述引发剂为过硫酸钠、过氧化氢任意比例的混合物，所述引发剂在滴加前用水配成质量分数为10％的溶液。

实施例8

将水和淀粉加入反应器中制成质量分数为16％的淀粉水悬浮液，所述淀粉为皂素淀粉，将淀粉水悬浮液在搅拌下升温至44℃后加入淀粉质量3.6％的氧化剂氧化50min，所述氧化剂为过硫酸铵，氧化完毕后升温并于92℃保温糊化50min，保温糊化后降温至65℃，降温后同时滴加混合单体和引发剂得反应体系，淀粉与混合单体的质量比为1∶1.2，引发剂的加入量为淀粉与混合单体总质量的4％，将反应体系升温并于92℃保温反应110min，然后降温至38℃并用质量分数为7％的氢氧化钠水溶液调节pH为8，所述混合单体为苯乙烯、丙烯酸以及丙烯腈的混合物，苯乙烯∶丙烯酸∶丙烯腈的质量比为1∶4∶1，所述引发剂为过硫酸钾、过硫酸铵、过氧化氢任意比例的混合物，所述引发剂在滴加前用水配成质量分数为10％的溶液。

实施例9

将水和淀粉加入反应器中制成质量分数为13％的淀粉水悬浮液，所述淀粉为玉米淀粉，将淀粉水悬浮液在搅拌下升温至36℃后加入淀粉质量2％的氧化剂氧化34min，所述氧化剂为过硫酸钾，氧化完毕后升温并于86℃保温糊化35min，保温糊化后降温至55℃，降温后同时滴加混合单体和引发剂得反应体系，淀粉与混合单体的质量比为1∶1.3，引发剂的加入量为淀粉与混合单体总质量的3％，将反应体系升温并于86℃保温反应65min，然后降温至29℃并用质量分数为8％的氢氧化钠水溶液调节pH为8，所述混合单体为丙烯酰胺，所述引发剂为过硫酸钠、过硫酸钾任意比例的混合物，所述引发剂在滴加前用水配成质量分数为10％的溶液。

实施例10

将水和淀粉加入反应器中制成质量分数为11％的淀粉水悬浮液，所述淀粉为玉米淀粉，将淀粉水悬浮液在搅拌下升温至46℃后加入淀粉质量4％的氧化剂氧化15min，所述氧化剂为过硫酸钾，氧化完毕后升温并于92℃保温糊化21min，保温糊化后降温至45℃，降温后同时滴加混合单体和引发剂得反应体系，淀粉与混合单体的质量比为1∶1.5，引发剂的加入量为淀粉与混合单体总质量的4％，将反应体系升温并于94℃保温反应25min，然后降温至25℃并用质量分数为10％的氢氧化钠水溶液调节pH为8，所述混合单体为烯丙基磺酸钠、甲基丙烯酸钠、丙烯酰胺、丙烯腈任意比例的混合物，所述引发剂为过硫酸钠、过硫酸钾、过硫酸铵、过氧化氢任意比例的混合物，所述引发剂在滴加前用水配成质量分数为10％的溶液。

实施例11

将水和淀粉加入反应器中制成质量分数为19％的淀粉水悬浮液，所述淀粉为土豆淀粉，将淀粉水悬浮液在搅拌下升温至32℃后加入淀粉质量1％的氧化剂氧化55min，所述氧化剂为过硫酸钾，氧化完毕后升温并于82℃保温糊化40min，保温糊化后降温至65℃，降温后同时滴加混合单体和引发剂得反应体系，淀粉与混合单体的质量比为1∶1，引发剂的加入量为淀粉与混合单体总质量的2％，将反应体系升温并于85℃保温反应110min，然后降温至30℃并用质量分数为6％的氢氧化钠水溶液调节pH为8，所述混合单体为丙烯腈与甲基丙烯酸钠任意比例的混合物，所述引发剂为过硫酸铵、过氧化氢任意比例的混合物，所述引发剂在滴加前用水配成质量分数为10％的溶液。

根据上述淀粉基接枝共聚物水煤浆分散剂的制备方法制备的淀粉基接枝共聚物水煤浆分散剂，该分散剂是一种淡黄至奶白色的粘稠乳状液体，其固含量为25-35％，pH为7-9，粘度为30-150mPa.s。该分散剂适用于各种水煤浆的制备。

淀粉接枝共聚物是一种非常低廉、可再生的生物质原料，由于分子链中含有多个羟基，可以与水煤浆中的自由水以氢键结合，当水煤浆放置贮存时，自由水被淀粉链上的羟基结合而提高了而其稳定性，当水煤浆输送时由于机械作用，氢键部分被破坏，其流动性得到改善，将淀粉其进行接枝改性后的使用结果表明水煤浆分散剂合成中引入淀粉分子链后对水煤浆具有很好的稳定作用，是一种有非常应用价值的一类天然产物水煤浆分散剂，绿色环保。

以上所述不是本发明全部或唯一的实施方式，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。

在下列测试条件：用神华煤配制相同浓度(质量分数63％)、煤粉相同粒度分布(即按德士古水煤浆气化的粒径分布要求，即煤粉对不同筛子通过率分别为：14目，100％；20目98％；40目90％，120目70％，200目55％，325目40％)的水煤浆600g，分散剂加入总量为0.5％(wt％)后，常温直接测粘度，该发明实施的分散剂对神华煤的制浆性能测定结果如下表1所示，由表1可以看出，本专利申请所述淀粉基接枝共聚物水煤浆分散剂在24小时，96小时，7天，以及14天的分散效果稳定，并且效果优于现有分散剂产品。