專利名稱：一種防治煤炭自燃的復(fù)合膠乳阻化劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及防治煤自燃的復(fù)合阻化劑及其制備方法，具體涉及一種用于防治煤自燃的粘土 /高分子復(fù)合膠乳型阻化劑及其制備方法，屬于阻化劑技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
煤炭自燃引起的火災(zāi)，不但嚴重危害煤礦的安全生產(chǎn)，而且還會造成大最的煤炭資源損失，并釋放大量的有毒有害氣體，威脅人民生命健康。與世界其他主要產(chǎn)煤國相比，我國的低等級煤種多，自燃發(fā)火的礦井范圍廣、數(shù)量多，是世界上煤炭自燃發(fā)火率最高的國家之一。因此，采取有效措施防治煤炭自燃，具有十分重要的意義。煤炭自燃防治通常采用預(yù)防性灌漿技術(shù)、注入氮氣技術(shù)、注凝膠和復(fù)合膠體、以及使用阻化劑等防滅火技術(shù)。其中，阻化劑防火技術(shù)是將無機鹽類、凝膠類及高分子膠體化合物的溶液噴灑或灌注中到采空區(qū)、煤柱裂隙中以及高溫地帶等，阻止或降低煤的氧化進程，起到防止煤層自燃的作用。該技術(shù)工藝簡單、適用范圍廣、經(jīng)濟有效，是目前應(yīng)用較多的煤炭防滅火技術(shù)之一。專利200810012585. 3公開了一種將氯化鎂阻化劑、四硼酸鈉阻燃劑與十二烷基硫酸鈉表面活性劑復(fù)合制成的阻化劑粉，并通過熱重分析，分析了使用該阻化劑后，煤樣的失水結(jié)束點溫度和著火活化能的變化；ZL00110855. 7報導(dǎo)了一種防止煤炭自燃的硅酸鈉無機凝膠阻化劑；ZL200610095318. 8、ZL200910250301. 9 和 200710151806. 0 分別公開了基于高分子吸水樹脂、含-COOH功能基團的接枝共聚物、聚乙烯醇高分子與其它添加劑復(fù)合制成的高分子凝膠阻化劑。這些阻化劑技術(shù)均在不同程度達到了防治煤炭自燃的效果。但采用的無機鹽類阻化劑均為水溶性物質(zhì)，在礦井潮濕環(huán)境下長時間使用流失性較大；水玻璃凝膠阻化劑使用時體積收縮大、干燥后易開裂；高分子凝膠阻化劑耐熱穩(wěn)定性差，成膜后在高溫下也能參與氧化反應(yīng)，失去阻化作用。專利200910144075. 6公開了基于聚氨酯、聚酰胺、聚酯或聚醚等高分子聚合物在烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪族聚氧乙烯酯等表面活性劑的作用下，加入無機阻化劑后，制成具有緩蝕性的阻化劑。這種阻化劑雖然熱穩(wěn)定性較好，不易流失，但需要用芳香烴、脂肪烴等有機溶劑，成本較高，且使用時不環(huán)保；專利201010103396. 4公開了以水為溶劑，組分為聚醋酸乙烯酯乳液、聚乙烯醇縮醛乳液、高強度淀粉膠的高分子聚合物、表面活性劑和無機阻化劑、阻燃劑等，形成的阻化劑，阻化效果好且在潮濕環(huán)境中性能穩(wěn)定，但采用的聚乙烯醇縮醛高分子受熱時分解會釋放出甲醛，大量使用時會對人體健康造成危害。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種抗水流失性好，井下操作安全簡便，綜合成本較低，且環(huán)境友好的粘土/高分子復(fù)合膠乳型阻化劑及其制備方法。本發(fā)明提供的一種防治煤炭自燃的復(fù)合膠乳阻化劑，其特征在于，所述的阻化劑是一種粘土 /高分子復(fù)合膠乳阻化劑，是由高分子乳液、有機改性粘土和阻燃劑按下述重量份混合制成高分子乳液20 80份，有機改性粘土 10 90份，濃度為0. 1 10wt%的分散劑1 50份，阻燃劑0. 5 60份。其中，所述的高分子乳液選自建筑外墻涂料的聚丙烯酸酯乳液、苯丙乳液、硅丙乳液中的一種；所述的有機改性粘土是由1份重量百分比為0. 1 10. 的硅烷偶聯(lián)劑改性處理0. 05 0. 8份粒徑為40 200目的粘土制成。其中，硅烷偶聯(lián)劑為KH550 (3-氨丙基三乙氧基硅烷)、KH-560(3-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷)、KH570(3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷)、KH-902(3-氨丙基甲基二乙氧基硅烷)中的一種；粘土為高嶺土、 蒙脫土中的一種或兩種的混合；所述的分散劑包括羥乙基纖維素、羥甲基丙基纖維素、聚乙烯醇、明膠中的一種或幾種的混合；所述的阻燃劑包括磷酸氫二銨、氫氧化鋁、氫氧化鎂、硼酸銨、2-羧乙基苯基次膦酸中的一種或幾種的組合。本發(fā)明提供的上述一種防治煤炭自燃的復(fù)合膠乳阻化劑的制備方法，其特征在于，包括以下步驟1)將0. 05 0. 8重量份粒徑為40 200目的粘土加入到1重量份重量百分比為 0. 1 10. Owt %的硅烷偶聯(lián)劑溶液中，超聲或攪拌分散30min，得到有機改性粘土 ；2)將0. 1 10重量份的分散劑溶于99. 9 90重量份水中，在20 90°C下攪拌， 制成重量百分比為0. 1 IOwt%的分散劑溶液；3)將步驟1)制備的有機改性粘土 10 90重量份和步驟2、制備的分散劑溶液 1 50重量份分別加入到20 80重量份高分子乳液中，充分攪拌，再加入0. 5 60重量份阻燃劑，攪拌均勻，得到本發(fā)明的粘土 /高分子復(fù)合膠乳阻化劑。本發(fā)明的粘土 /高分子復(fù)合膠乳阻化劑，應(yīng)用于煤礦開采過程中，通過向采空區(qū)、 煤壁煤柱裂隙密閉墻、巷道頂板、破碎帶以及儲煤倉等噴灑使用，同時噴灑簡單，便于操作， 可廣泛用于防治煤加工、倉儲及運輸過程中自燃。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是1)本發(fā)明提供的復(fù)合膠乳型阻化劑中的高分子乳液來自建筑外墻涂料，成本低， 附著力好，且具有良好的高溫穩(wěn)定性、耐磨性、抗紫外老化性；所用的粘土來自天然原料，價格低廉；2)本發(fā)明提供的復(fù)合膠乳型阻化劑含有分散劑，成膠前呈穩(wěn)定的可流動膠乳，成膠后可在煤體表面形成無機-有機復(fù)合膜，有效地阻隔煤和空氣的接觸，阻化效果優(yōu)良；并可多次噴灑(涂)以增加涂膜厚度，提高防火等級，具有操作簡單、阻化效果好、阻燃及環(huán)保的優(yōu)點；3)本發(fā)明提供的復(fù)合凝膠阻化劑使用時不會對金屬設(shè)備產(chǎn)生腐蝕作用，且不產(chǎn)生有害氣體和有害廢物，不會污染礦井環(huán)境，對人體無毒副作用，環(huán)境友好。
具體實施例方式以下結(jié)合具體實施方式
對本發(fā)明作進一步說明，但本發(fā)明的保護范圍不僅限于下述實施方式。實施例1將0. 05重量份粒徑為200目的高嶺土加入到1重量份重量百分比為0. Iwt %的 KH550硅烷偶聯(lián)劑溶液中，超聲或攪拌分散30min，得到有機改性高嶺土 ；將0. 1重量份的羥乙基纖維素溶于99. 9重量份水中，在20°C下攪拌，制成重量百分比為0. 的羥乙基纖維素溶液；將所制備的有機改性高嶺土 90重量份和羥乙基纖維素溶液50重量份分別加入到80重量份聚丙烯酸酯乳液中，充分攪拌，再加入0. 5重量份磷酸氫二銨，攪拌均勻，得到本發(fā)明的粘土/高分子復(fù)合膠乳阻化劑。實施例2將0. 8重量份粒徑為40目的高嶺土加入到1重量份重量百分比為10. Owt %的 KH550硅烷偶聯(lián)劑溶液中，超聲或攪拌分散30min，得到有機改性高嶺土 ；將10重量份的羥乙基纖維素溶于90重量份水中，在90°C下攪拌，制成重量百分比為10wt%的羥乙基纖維素溶液；將所制備的有機改性高嶺土 10重量份和羥乙基纖維素溶液1重量份分別加入到20 重量份聚丙烯酸酯乳液中，充分攪拌，再加入60重量份磷酸氫二銨，攪拌均勻，得到本發(fā)明的粘土/高分子復(fù)合膠乳阻化劑。實施例3將0. 5重量份粒徑為150目的高嶺土加入到1重量份重量百分比為5. Owt %的 KH550硅烷偶聯(lián)劑溶液中，超聲或攪拌分散30min，得到有機改性高嶺土 ；將5重量份的羥乙基纖維素溶于95重量份水中，在50°C下攪拌，制成重量百分比為5. 的羥乙基纖維素溶液；將所制備的有機改性高嶺土 50重量份和羥乙基纖維素溶液10重量份分別加入到30 重量份聚丙烯酸酯乳液中，充分攪拌，再加入10重量份磷酸氫二銨，攪拌均勻，得到本發(fā)明的粘土/高分子復(fù)合膠乳阻化劑。實施例4將0. 6重量份粒徑為150目的蒙脫土加入到1重量份重量百分比為6. Owt %的 KH-560硅烷偶聯(lián)劑溶液中，超聲或攪拌分散30min，得到有機改性高嶺土 ；將4重量份的羥甲基丙基纖維素溶于96重量份水中，在40°C下攪拌，制成重量百分比為4. 的羥甲基丙基纖維素溶液；將所制備的有機改性蒙脫土 50重量份和羥甲基丙基纖維素溶液10重量份分別加入到30重量份聚丙烯酸酯乳液中，充分攪拌，再加入5重量份氫氧化鋁，攪拌均勻，得到本發(fā)明的粘土/高分子復(fù)合膠乳阻化劑。實施例5將0. 3重量份粒徑為120目的高嶺土和0. 3份120目蒙脫土加入到1重量份重量百分比為4. Owt %的KH570硅烷偶聯(lián)劑溶液中，超聲或攪拌分散30min，得到有機改性高嶺土和蒙脫土 ；將3重量份的聚乙烯醇溶于97重量份水中，在50°C下攪拌，制成重量百分比為3. Owt %的聚乙烯醇溶液；將所制備的有機改性高嶺土和蒙脫土 40重量份和聚乙烯醇溶液10重量份分別加入到50重量份苯丙乳液中，充分攪拌，再加入8重量份硼酸銨，攪拌均勻，得到本發(fā)明的粘土/高分子復(fù)合膠乳阻化劑。實施例6將0. 5重量份粒徑為180目的高嶺土加入到1重量份重量百分比為5. Owt %的 KH570硅烷偶聯(lián)劑溶液中，超聲或攪拌分散30min，得到有機改性高嶺土 ；將5重量份的羥乙基纖維素溶于95重量份水中，在80°C下攪拌，制成重量百分比為5. 的羥乙基纖維素溶液；將所制備的有機改性高嶺土 50重量份和羥乙基纖維素溶液10重量份分別加入到30 重量份苯丙乳液中，充分攪拌，再加入15重量份氫氧化鎂，攪拌均勻，得到本發(fā)明的粘土 / 高分子復(fù)合膠乳阻化劑。實施例7
將0. 1重量份粒徑為100目的高嶺土加入到1重量份重量百分比為5. Owt %的 KH-902硅烷偶聯(lián)劑溶液中，超聲或攪拌分散30min，得到有機改性高嶺土 ；將5重量份的明膠溶于95重量份水中，在60°C下攪拌，制成重量百分比為5. Owt %的明膠溶液；將所制備的有機改性高嶺土 50重量份和明膠溶液10重量份分別加入到30重量份硅丙乳液中，充分攪拌，再加入10重量份2-羧乙基苯基次膦酸，攪拌均勻，得到本發(fā)明的粘土 /高分子復(fù)合膠乳阻化劑。實施例8將0. 2重量份粒徑為100目的蒙脫土加入到1重量份重量百分比為8. Owt %的 KH550硅烷偶聯(lián)劑溶液中，超聲或攪拌分散30min，得到有機改性高嶺土 ；將7. 5重量份的羥乙基纖維素溶于92. 5重量份水中，在40°C下攪拌，制成重量百分比為7. 5wt%的羥乙基纖維素溶液；將所制備的有機改性蒙脫土 40重量份和羥乙基纖維素溶液60重量份分別加入到30重量份聚丙烯酸酯乳液中，充分攪拌，再加入20重量份氫氧化鋁，攪拌均勻，得到本發(fā)明的粘土/高分子復(fù)合膠乳阻化劑。實施例9將0. 5重量份粒徑為140目的高嶺土加入到1重量份重量百分比為5. Owt %的 KH-902硅烷偶聯(lián)劑溶液中，超聲或攪拌分散30min，得到有機改性高嶺土 ；將6重量份的聚乙烯醇溶于94重量份水中，在30°C下攪拌，制成重量百分比為6. Owt%的聚乙烯醇溶液；將所制備的有機改性高嶺土 85重量份和聚乙烯醇溶液重量35份分別加入到70重量份硅丙乳液中，充分攪拌，再加入5重量份氫氧化鎂和15重量份2-羧乙基苯基次膦酸，攪拌均勻， 得到本發(fā)明的粘土/高分子復(fù)合膠乳阻化劑。
權(quán)利要求
1.一種防治煤炭自燃的復(fù)合膠乳阻化劑，其特征在于，所述的阻化劑是一種粘土 /高分子復(fù)合膠乳阻化劑，是由高分子乳液、有機改性粘土和阻燃劑按下述重量份混合制成高分子乳液20 80份，有機改性粘土 10 90份，濃度為0. 1 IOwt^的分散劑1 50份，阻燃劑0. 5 60份；其中，所述的高分子乳液選自建筑外墻涂料的聚丙烯酸酯乳液、苯丙乳液、硅丙乳液中的一種；所述的有機改性粘土是由1份重量百分比為0. 1 10. Owt%的硅烷偶聯(lián)劑改性處理0. 05 0. 8份粒徑為40 200目的粘土制成。其中，硅烷偶聯(lián)劑為3-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)、3-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH-560)、3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(KH570)、3-氨丙基甲基二乙氧基硅烷(KH-902)中的一種；粘土為高嶺土、蒙脫土中的一種或兩種的混合；所述的分散劑包括羥乙基纖維素、羥甲基丙基纖維素、聚乙烯醇、明膠中的一種或幾種的混合；所述的阻燃劑包括磷酸氫二銨、氫氧化鋁、氫氧化鎂、硼酸銨、`2-羧乙基苯基次膦酸中的一種或幾種的組合。
2.權(quán)利要求1的一種防治煤炭自燃的復(fù)合膠乳阻化劑的制備方法，其特征在于，包括以下步驟1)將0.05 0.8重量份粒徑為40 200目的粘土加入到1重量份重量百分比為0. 1 `10. Owt %的硅烷偶聯(lián)劑溶液中，超聲或攪拌分散30min，得到有機改性粘土 ；2)將0.1 10重量份的分散劑溶于99. 9 90重量份水中，在20 90°C下攪拌，制成重量百分比為0. 1 IOwt%的分散劑溶液；3)將步驟1)制備的有機改性粘土10 90重量份和步驟2、制備的分散劑溶液1 50重量份分別加入到20 80重量份高分子乳液中，充分攪拌，再加入0. 5 60重量份阻燃劑，攪拌均勻，得到本發(fā)明的粘土 /高分子復(fù)合膠乳阻化劑。
全文摘要
一種防治煤炭自燃的復(fù)合膠乳阻化劑，屬于阻化劑技術(shù)領(lǐng)域，由高分子乳液、有機改性粘土和阻燃劑按下述重量份混合制成高分子乳液20～80份、有機改性粘土10～90份、濃度為0.1～10wt％的分散劑1～50份、阻燃劑0.5～60份。制備方法將粘土加入到硅烷偶聯(lián)劑溶液中，超聲或攪拌分散30min；將分散劑溶于重量份水中，在20～90℃下攪拌，制成重量百分比為0.1～10wt％的分散劑溶液；將有機改性粘土和制備的分散劑溶液分別加入高分子乳液中，充分攪拌，再加入阻燃劑，攪拌均勻，即可。本發(fā)明阻化劑使用時不會對金屬設(shè)備產(chǎn)生腐蝕作用，不產(chǎn)生有害氣體和有害廢物，不會污染礦井環(huán)境，對人體無毒副作用，環(huán)境友好。
文檔編號E21F5/06GK102392674SQ20111025114
公開日2012年3月28日 申請日期2011年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月29日
發(fā)明者崔新宇, 王忠元, 秦振平, 耿長樂, 郭紅霞, 錢鵬, 閆乃清, 高培清 申請人:北京工業(yè)大學(xué), 陜西省府谷縣京府八尺溝煤礦