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