本發(fā)明屬于高分子材料和過濾材料，具體涉及一種具有高效和長效性乳化水破乳聚結(jié)功能的聚合物及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、柴油或航空煤油等燃油中污染水是油品質(zhì)量的一項重要指標(biāo)，是導(dǎo)致發(fā)動機故障的主要原因之一。燃油中的污染水能分解油液中的某些添加劑形成酸，對發(fā)動機噴油系統(tǒng)和發(fā)動機本身產(chǎn)生腐蝕；同時，污染水的存在會加速油液的氧化而生成粘稠的污泥，容易對噴嘴、濾清器等有微孔的零部件造成堵塞。另外，在低溫情況下，燃油中的污染水分會結(jié)冰堵塞發(fā)動機油路，影響供油；油液中存在的水分會降低油液燃燒值，導(dǎo)致污染氣體排放量的增大。因此將水從油液中分離出來顯得尤為必要。然而，隨著超低硫燃油和生物燃油的發(fā)展，為保證燃油具有足夠的潤滑性，油液中添加的表面活性劑含量不斷上升。而添加的表面活性劑不僅會吸附在油水界面，造成油水界面張力(ift)降低、柴油中水滴粒徑減小，穩(wěn)定性增加，導(dǎo)致油水分離難度的增加。更加嚴(yán)重的是，油液中的表面活性劑而且會吸附在濾材表面，導(dǎo)致濾材的潤濕性改變，從而影響濾材油水分離效率穩(wěn)定性，導(dǎo)致材料油水分離性能的急劇衰減。

2、本研究團隊早期(中國專利cn?110330586?b)通過制備具有表面含雙親性分子鏈段的聚合物用于制備聚結(jié)材料，顯示出對含有非離子表面活性劑油液中的乳化水具有良好的破乳聚結(jié)功能。但是實際上，燃油中的添加劑種類很多，除了非離子的一些添加劑，油液體系中還有很多陽離子或陰離子的添加劑，而對于不同離子性質(zhì)的添加劑，需要不同的特性的材料表面來對其形成的乳化水進行破乳聚結(jié)，因此這也對燃油的油水分離材料的表面設(shè)計提出了更高的挑戰(zhàn)。現(xiàn)有技術(shù)(jing?yang?et?al.,janus?membranes?withcontrollable?asymmetric?configurations?for?highly?efficient?separation?ofoil-in-water?emulsions.)報道了兩種分別帶正電荷的聚多巴胺/聚二烯丙基二甲基氯化銨沉積聚丙烯微濾膜和帶負電荷的聚多巴胺/聚苯乙烯磺酸鈉沉積聚丙烯微濾膜，兩種濾膜可分別應(yīng)用于分離陰、陽離子表面活性劑穩(wěn)定的乳液。這說明通過基于不同電荷之間相互作用的靜電破乳這種方法的有效性。中國專利【cn?114225563b】通過在第一黏性溶液和第二黏性溶液刷涂至在經(jīng)帶有緩沖溶劑的多巴胺溶液中浸泡處理后的不銹鋼網(wǎng)的兩面，并經(jīng)過一系列的后處理后獲得不對稱電荷性能的janus不銹鋼網(wǎng)，這種具有一面呈現(xiàn)正電荷，另一面呈現(xiàn)負電荷實現(xiàn)了同時分離陰/陽離子表面活性劑穩(wěn)定的乳液實現(xiàn)高效破乳作用。但是以上報道的方法需要制備不同的電荷性刷涂液材料，基材也要進行特別的選擇和處理，并且需要通過較為復(fù)雜和精細的工藝才能實現(xiàn)材料具有不對稱電荷性能特征，應(yīng)用的普遍適用性較差。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為解決現(xiàn)有技術(shù)的缺點和不足之處，本發(fā)明的主要目的在于提供一種具有高效和長效性乳化水破乳聚結(jié)功能的聚合物及其制備方法與應(yīng)用。該聚合物表面不僅能夠在不同離子性質(zhì)表面活性劑存在條件下對乳化水產(chǎn)生高效和長效的破乳聚結(jié)作用，通過該聚合物乳液對多孔聚結(jié)基材進行簡單的表面處理劑烘干后，可對油液中含有不同表面電荷性質(zhì)的乳化水實現(xiàn)高效和長效油水分離性能。

2、本發(fā)明目的通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

3、一種具有高效和長效性乳化水破乳聚結(jié)功能的聚合物，按質(zhì)量份數(shù)計，由以下組分制備而成：單體100份、引發(fā)劑1-4份、表面活性劑2-6份和水300-600份；

4、按質(zhì)量份數(shù)計，單體由以下組分組成：丙烯酸酯兩性離子單體15-30份、交聯(lián)單體3-7份、乙烯基聚醚單體10-20份、其他丙烯酸酯單體43-72份；

5、所述丙烯酸酯兩性離子單體的結(jié)構(gòu)如下：

6、

7、其中，a＝2-4，b＝2-6，x＝coo-或so3-；

8、所述乙烯基聚醚單體的結(jié)構(gòu)如下：

9、

10、其中n＝2-4，m＝3-8；

11、所述表面活性劑為兩性離子表面活性劑和聚乙烯醇的混合物。

12、優(yōu)選地，按質(zhì)量份數(shù)計，所述具有高效和長效性乳化水破乳聚結(jié)功能的聚合物由以下組分制備而成：單體100份、引發(fā)劑2～3份，表面活性劑2-4份和溶劑400～500份；

13、優(yōu)選地，按質(zhì)量份數(shù)計，所述單體由以下組分組成：丙烯酸酯兩性離子單體15-25份、交聯(lián)單體3-5份，乙烯基聚醚單體15-20份，其他普通丙烯酸酯單體50-70份；

14、優(yōu)選地，所述丙烯酸酯兩性離子單體中，b為4～6；

15、優(yōu)選地，所述乙烯基聚醚單體中，m為4～6；

16、優(yōu)選地，所述交聯(lián)單體為多乙烯交聯(lián)單體和自交聯(lián)單體的混合物，兩者的質(zhì)量比例為1:1-1:4。

17、進一步優(yōu)選地，所述多乙烯交聯(lián)單體選自二乙烯基苯、雙甲基丙烯酸乙二醇酯中的至少一種；

18、進一步優(yōu)選地，所述自交聯(lián)單體選自乙烯基三甲氧基硅烷、n-羥乙基丙烯酰胺中的至少一種。

19、優(yōu)選地，所述其他丙烯酸酯單體選自丙烯酸丁酯、丙烯酸異辛酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正辛酯、丙烯酸十二酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸叔丁酯中的至少一種；

20、進一步優(yōu)選地，所述其他丙烯酸酯單體選自丙烯酸丁酯、丙烯酸異辛酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正辛酯、丙烯酸十二酯中的至少一種和甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸叔丁酯中的至少一種。

21、優(yōu)選地，所述聚乙烯醇的聚合度為1500-1900，醇解度≥80％；

22、優(yōu)選地，所述兩性離子表面活性劑與聚乙烯醇的質(zhì)量比例為2:1-4:1；

23、進一步優(yōu)選地，所述兩性離子表面活性劑與聚乙烯醇的質(zhì)量比例為2:1-3:1。

24、優(yōu)選地，所述兩性離子表面活性劑選自十二烷基二甲基甜菜堿、十二烷基天冬氨酸鈉和十二烷基羥乙基咪唑啉中的至少一種；

25、優(yōu)選地，所述引發(fā)劑選自偶氮二異丁腈、偶氮二異庚腈和偶氮異丁氰基甲酰胺中的至少一種。

26、上述的具有高效和長效性乳化水破乳聚結(jié)功能的聚合物的制備方法，包括以下步驟：

27、將單體、引發(fā)劑、表面活性劑和水混合，70-80℃反應(yīng)2～8h，得到具有高效和長效性乳化水破乳聚結(jié)功能的聚合物。

28、優(yōu)選地，所述的具有高效和長效性乳化水破乳聚結(jié)功能的聚合物的制備方法具體包括以下步驟：

29、(1)將1/3～1/2的表面活性劑(兩性離子表面活性劑和聚乙烯醇各1/3～1/2)加入到100～150份水中，加熱攪拌完全溶解后降到室溫，加入丙烯酸酯兩性離子單體形成預(yù)乳化液；然后將交聯(lián)單體、乙烯基聚醚單體、其他丙烯酸酯單體以及引發(fā)劑混合后形成單體混合物，在800～1000rpm攪拌下將單體混合物加入預(yù)乳化液中，然后繼續(xù)5000～8000rpm乳化0.5-1.0h形成單體乳化液；

30、(2)將剩余的表面活性劑與剩余的水加入到反應(yīng)釜中，然后加入1/4～1/3步驟(1)的單體乳化液，加熱到70～80℃，保溫反應(yīng)1.0～2h；

31、(3)繼續(xù)往反應(yīng)釜中滴加剩余步驟(1)的單體乳化液，在2～3小時內(nèi)滴加完，然后繼續(xù)保溫反應(yīng)2～3h；

32、(4)降溫至40～50℃，出料，得到具有高效和長效性乳化水破乳聚結(jié)功能的聚合物乳液。

33、一種具有高效和長效性乳化水破乳聚結(jié)功能的聚結(jié)濾材，包括上述的具有高效和長效性乳化水破乳聚結(jié)功能的聚合物和多孔基材，所述具有高效和長效性乳化水破乳聚結(jié)功能的聚合物附著在多孔基材上。

34、上述的具有高效和長效性乳化水破乳聚結(jié)功能的聚結(jié)濾材的制備方法，包括以下步驟：

35、將多孔基材浸漬在具有高效和長效性乳化水破乳聚結(jié)功能的聚合物乳液中，然后取出烘干固化，得到具有高效和長效性乳化水破乳聚結(jié)功能的聚結(jié)濾材。

36、優(yōu)選地，所述具有高效和長效性乳化水破乳聚結(jié)功能的聚合物乳液的濃度為1～3wt％。

37、上述的具有高效和長效性乳化水破乳聚結(jié)功能的聚合物或上述的具有高效和長效性乳化水破乳聚結(jié)功能的聚結(jié)濾材在油水分離中的應(yīng)用。

38、優(yōu)選地，所述油水中含有非離子表面活性劑、陰離子表面活性劑和陽離子表面活性劑中的至少一種。

39、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點及有益效果：

40、本發(fā)明所述具有高效和長效性乳化水破乳聚結(jié)功能的聚合物通過丙烯酸酯兩性離子單體以及乙烯基聚醚單體的引入，使得聚合物側(cè)鏈上同時含有陰、陽離子端基基團和聚醚基團，因此無論對于陰離子表面活性劑、陽離子表面活性劑或者非離子表面活性劑存在的油液中的乳化水均具有高效的破乳聚結(jié)作用；此外，由于兩性離子基團其帶電端基官能團的溶劑化作用和氫鍵作用能使兩性離子聚合物表面形成水合層，這種基于靜電作用形成的水合層表面，也非常有利于防止油分子在材料表面吸附而導(dǎo)致材料表面與乳化水滴相互作用性能的衰減，具有長效水分離性能。此外，本發(fā)明所述具有高效和長效性乳化水破乳聚結(jié)功能的聚合物適用范圍廣，通過浸漬或涂覆等簡單的工藝即可應(yīng)用要各種多孔聚結(jié)基材中，能夠?qū)煌姾尚再|(zhì)表面活性劑的燃油均具有優(yōu)良的油水分離性能。

41、本發(fā)明所使用到的乙烯基聚醚，雖然在結(jié)構(gòu)上與之前申請的專利[cn110330586b]所使用到的雙親性單體結(jié)構(gòu)只是存在細微的差別，但實際上確實發(fā)明人在本發(fā)明中使用到的這種乙烯基聚醚單體才能夠與本發(fā)明的其他單體組分進行較好的自由基共聚反應(yīng)，使用本發(fā)明結(jié)構(gòu)的乙烯基聚醚單體進行共聚得到聚合物的轉(zhuǎn)化率均高于95％，而使用專利cn110330586b結(jié)構(gòu)的單體轉(zhuǎn)化率均低于85％，所制備的產(chǎn)物轉(zhuǎn)化率也是本發(fā)明特別強調(diào)使用該具體結(jié)構(gòu)乙烯基聚醚的原因。此外，很多研究報到了使用兩性離子聚合物制備得到了水下超親水疏油的材料用于水中油污的分離，本發(fā)明通過控制兩性離子單體的結(jié)構(gòu)以及在在聚合物中的比例，并且結(jié)合親水聚醚單體的作用，保持了材料表面優(yōu)良的親水和親油的雙親特性而應(yīng)用與燃油中的水聚結(jié)分離，這也是本發(fā)明使用兩性離子聚合物的一個獨到之處。