一种亲水-疏水链段结构低聚物及其制备方法与应用技术

本发明专利技术提供一种亲水

【技术实现步骤摘要】
一种亲水
‑
疏水链段结构低聚物及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于有机合成与油水分离材料领域，具体涉及一种亲水
‑
疏水链段结构低聚物及其制备方法与在油水分离领域中的应用。

技术介绍

[0002]燃油在生产、存储和运输过程中容易混入污染水，给燃油品质和机械部件带来诸多不良影响。燃油中的污染水会加速燃油氧化产生沉淀污泥，堵塞喷嘴、滤清器等微孔零部件，造成系统不能正常工作；同时，污染水还能与燃油中的添加剂反应产生酸性物质，腐蚀机械部件；另外，在低温环境下燃油中的水分会发生结晶堵塞油路，造成供油困难，而过高水分还会弱化燃油的雾化效果、增加油耗和污染物排放量。因此，去除燃油中的污染水对于提高其使用寿命和发动机性能尤为重要。
[0003]燃油中污染水根据其存在方式可分为游离水、溶解水和乳化水。粒径较大的游离水通过重力沉降的方法较容易去除，而溶解水含量极少且对燃油品质和使用性能影响有限，因此粒径较小的乳化水的有效分离成为油水分离领域内需重点关注的对象。随着燃油低硫化的要求与发展，为保证燃油的品质及应用要求，燃油中所添加表面活性物质含量增多，会使体系的油水界面张力大幅降低。另外，随着生物燃油的发展，将部分生物燃油添加到石油燃料中以减少碳排放，也是未来燃油体系的发展趋势，而生物燃油的添加会导致油液中油水界面张力降低的趋势更加明显。在低界面张力下，油液的泵送剪切等机械作用就容易使得油液中的污染水形成粒径小、稳定性高的乳化水状态。
[0004]目前工业上广泛应用于去除燃油中乳化水的技术是聚结
‑
分离法，但对于低表面张力的油液，其乳化水的分离会变得更加困难。主要原因是：一方面，油水界面张力的降低会使得乳化水更加稳定，更难对其进行破乳聚结。另外，油水乳液中的表面活性剂不仅会吸附于油水界面上，使体系的界面张力降低和乳化水粒径变小，降低分离效率，还容易吸附到油水分离滤材表面，改变其润湿性能，从而造成油水分离材料的长效性能不佳，给聚结
‑
分离带来负面影响。因此，以简便、可量产的方式制备能对乳化水进行破乳的油水分离材料，并且具有长效应用性能，是当前行业领域内亟待解决的问题。
[0005]专利CN97123310.1《含原油污水处理的方法》公开了将原油污水通过高压泵注入经过表面深层接枝或改性带有化学破乳性能的亲水、疏油或亲油、疏水的官能基团的有机高分子复合薄膜组成的反渗透膜管中，通过几种不同润湿行为的复合膜组成的材料可达到污水中各种乳化液滴颗粒的破乳与粗粒化；欧洲专利EP0017283A1公开了具有亲油与亲水微区的微米多孔膜，实现对W/O型乳液有效的破乳分离。这说明材料表面的化学结构的多样性处理有利于乳化水的破乳分离。微孔过滤膜虽然能够处理实现乳液液滴颗粒的破乳，但是由于微孔膜为二维过滤材料，阻力大，处理量极小，应用寿命短，并且由于表面容易被污染，导致化学成分的改性而使材料失效。专利CN103381358A《一种具有协同破乳脱水性能的有机高分子油液脱水材料》通过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。但是聚丙烯酸钠吸水一旦达到饱和平衡，材料的破乳和脱水行为就受到很大影响，导致材料使用的长效性受到影响。专利CN110330586A《一种具有乳化水破乳、聚结功能的聚合物及其制备方法和应用》合成了具有分子侧链含有双亲性链段的破乳聚结功能的聚合物，可实现对乳化水稳定性的破坏，有利于乳化水的破乳和聚结。但这种具有破乳功能的PEG链段处于聚合物网格结构中，其表面迁移会受到聚合物网络结构的限制，从而不利于破乳功能的高效发挥。有研究认为含有分子结构上同时存在亲水组成和疏水组成的特殊氟碳树脂材料，能够对乳化水表面活性剂分子的稳定吸附造成了破坏，为乳化水的聚结分离创造了条件，但是对该特殊氟碳聚合物的制备方法没有进行描述(张倩.特殊氟碳材料对含表面活性剂柴油乳液的聚结分离[D].北京：中国科学院大学，2021.)。
[0006]以上的研究报道表明，分子结构或微区范围内的存在不同润湿行为的分子链段或非均相区域可对乳化水具有明显的破乳作用，从而在乳化水分离应用方面具有优良的应用前景。但是以往的专利技术方法，一方面，其制备方法以及影响效果存在某些缺陷而在工业化应用上存在不足；另一方面，油水分离材料在应用过程中，油液中的表面活性剂的吸附也容易导致滤材表面性能发生变化，从而导致油水材料分离性能的下降，甚至失效，这也是油水分离领域的一个亟需解决的问题。

技术实现思路

[0007]为了进一步解决当前燃油乳化水分离材料存在的问题，提升现有技术的水平，本专利技术的首要目的在于提供一种亲水
‑
疏水链段结构低聚物及其制备方法。该低聚物由于分子结构上同时具备自由活动的亲水和疏水的链段结构，能够有效破坏表面活性剂在乳化水界面的稳定吸附和有序排列，具有类似化学破乳的功能，从而实现高效与长效的破乳作用。
[0008]本专利技术的另一目的在于提供一种亲水
‑
疏水链段结构低聚物在油水分离中的应用。具体地，通过低聚物的一端接枝改性到多孔介质表面，因此，低聚物分子链段不会受到聚合物网络结构的限制，能够自由运动，从而对乳化水的破乳和聚结具有更加显著的效果。另外，由于该亲水
‑
疏水链段结构低聚物分子链段的运动，使其表面不易吸附表面活性剂，能够在更低界面张力的油水乳液分离中，长期发挥破乳和聚结功能。
[0009]为了实现上述专利技术目的，本专利技术采用了如下的技术方案：
[0010]一种亲水
‑
疏水链段结构低聚物，具有如下分子结构式：
[0011][0012]其中，R1为下述异氰酸酯单体中的任一种或多种混合：
[0013][0014]其中，R2为下述亲水链段中的任一种或多种混合，n1的取值范围是10～50，n2的取值范围是7～35，a+b的取值范围是2～8：
[0015][0016]其中，R3为下述疏水链段中的任一种或多种混合，n3的取值范围是3～10，n4的取值范围是6～18、c+d+e的取值范围是6～18：
[0017][0018]上述一种亲水
‑
疏水链段结构低聚物的制备方法，包括如下步骤：
[0019](1)原料准备：包括含有两个NCO基团的异氰酸酯单体、亲水链段单体、疏水链段单体、催化剂和有机溶剂；各组分原料经减压蒸馏或分子筛脱除水，使试剂的含水量≤500ppm；
[0020](2)将计量好的含有两个NCO基团的异氰酸酯单体、适量催化剂、有机溶剂加入装有搅拌器、滴液漏斗、回流冷凝管和温度计的四口烧瓶中，在氮气保护下缓慢搅拌并升温至40～50℃，然后往体系中滴加亲水链段单体，体系温度维持在50～80℃反应1～2h，即得异氰酸基封端的亲水链段预聚物；
[0021](3)将计量好的疏水本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种亲水
‑
疏水链段结构低聚物，其特征在于，具有如下分子结构式：其中，R1为下述异氰酸酯单体中的任一种或多种混合：R1：其中，R2为下述亲水链段中的任一种或多种混合，n1的取值范围是10～50，n2的取值范围是7～35，a+b的取值范围是2～8：R2：其中，R3为下述疏水链段中的任一种或多种混合，n3的取值范围是3～10，n4的取值范围是6～18、c+d+e的取值范围是6～18：R3：2.一种权利要求1所述的亲水
‑
疏水链段结构低聚物的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)原料准备：包括含有两个NCO基团的异氰酸酯单体、亲水链段单体、疏水链段单体、催化剂和有机溶剂；各组分原料经减压蒸馏或分子筛脱除水，使试剂的含水量≤500ppm；(2)将计量好的含有两个NCO基团的异氰酸酯单体、催化剂、有机溶剂加入装有搅拌器、滴液漏斗、回流冷凝管和温度计的四口烧瓶中，在氮气保护下搅拌并升温至40～50℃，然后往体系中滴加亲水链段单体，体系温度维持在50～80℃反应1～2h，即得异氰酸基封端的亲水链段预聚物；(3)将计量好的疏水链段单体加入步骤(2)制备得到的预聚物中，体系温度维持在50～60℃反应1～3h，即得到所述亲水
‑
疏水链段结构低聚物。3.根据权利要求2所述的亲水
‑
疏水链段结构低聚物的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述含有两个NCO基团的异氰酸酯单体选自甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯和苯二亚甲基二异氰酸酯中的任一种或多种混合。4.根据权利要求2所述的亲水
‑
疏水链段结构低聚物的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述亲水链段单体选自聚乙二醇、聚丙二...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐桂龙，谢子杰，唐敏，宋强，梁云，胡健，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：