一種防止礦井煤自燃的新型環(huán)保高分子阻化劑的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明的一種防止礦井煤自燃的新型環(huán)保高分子阻化劑，其特征在于以原料在水為溶劑的化學(xué)阻化劑中的質(zhì)量百分比濃度計(jì)：高分子基體0.1-5.0%、滲透劑0.01-0.5%、納米有機(jī)改性層狀化合物0.001-0.15%，增塑劑0.001-0.05%。本發(fā)明具有優(yōu)異的耐熱性、氣體阻隔性能，阻化效果更加優(yōu)良，阻化率更高；無毒無害，成本低廉，無腐蝕性，加工及使用方便。本發(fā)明應(yīng)用到煤礦開采過程中，可使煤的自燃傾向性降低，適合煤礦井下及儲煤等作業(yè)。
【專利說明】一種防止礦井煤自燃的新型環(huán)保高分子阻化劑
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于煤礦防滅火材料領(lǐng)域，具體涉及一種防止礦井煤自燃的新型環(huán)保高分子阻化劑。
【背景技術(shù)】
[0002]煤的自燃火災(zāi)一直威脅著煤炭生產(chǎn)和儲存的安全，造成了巨大的煤炭資源的損失，甚至引發(fā)瓦斯爆炸或井下火災(zāi)，造成人身傷亡。同世界各主要產(chǎn)煤國家相比，我國低等級煤種多，礦井下自燃危險(xiǎn)性更大，煤自燃火災(zāi)的發(fā)生率和損失都比較高。所以研究如何防止煤自燃非常必要。
[0003]目前，已經(jīng)研究出了多種阻化劑或阻化材料，如氯化鎂、氯化鈣等無機(jī)鹽，可以吸水隔氧降溫，降低煤炭氧化反應(yīng)的速率；黃土灌漿、水玻璃凝膠堵漏空隙隔絕空氣等，使煤炭的自然發(fā)火期有不同程度的延長，但這些阻化劑或填料普遍存在阻化效果差、阻化壽命較短等缺點(diǎn)，已經(jīng)引起了社會的極大關(guān)注。高分子阻化劑能達(dá)到較好的阻化效果，采用的基料是有機(jī)高分子物質(zhì)，當(dāng)高分子阻化劑附著在易被氧化的煤的表面時(shí)，隨著藥劑中水分的蒸發(fā)，高分子分子使煤粒相互粘結(jié)，在煤堆表面形成一定厚度和一定強(qiáng)度的固結(jié)層。這層穩(wěn)定的固相膜層覆蓋在煤上，阻止和延緩氧氣進(jìn)入煤體，起到隔氧阻化防止煤炭自燃的作用。然而目前高分子阻化劑仍然存在著高分子膜力學(xué)強(qiáng)度低、耐熱性差、以及高分子膜的氣體阻隔性能仍需進(jìn)一步提高等問題。
[0004]中國專利申請?zhí)?00410011337. 9介紹了一種防止煤炭自燃的聚乙烯醇環(huán)保高分子阻化劑，為了增強(qiáng)聚乙烯醇膜的力學(xué)性能，申請者采用了添加增強(qiáng)劑如氫氧化鈣、白碳黑、蒙脫石細(xì)粉等，然而這些增強(qiáng)劑只起到單一的增強(qiáng)作用，對高分子膜的耐熱性、氣體阻隔性、高分子膜本身燃燒性等并沒有改善。
[0005]高分子/層狀化合物納米復(fù)合技術(shù)的研究是近10余年來迅速發(fā)展起來的新型技術(shù)。高分子/層狀化合物納米復(fù)合技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：1.使基體力學(xué)性能得到改善，其納米分散的片層結(jié)構(gòu)在二維方向?qū)Ω叻肿舆M(jìn)行增強(qiáng)作用；2.在高分子/層狀化合物納米復(fù)合材料中，由于高分子分子鏈被限制在粘土夾層中，分子鏈的轉(zhuǎn)動和平動以及鏈段的運(yùn)動受到很多的束縛，高分子的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度會大大提高；3.優(yōu)良的氣體阻隔效應(yīng)，單片層厚度只有l(wèi)nm，但長徑比為100 — 1000，當(dāng)以理想單片層分散與高分子中時(shí)，由于層狀粘土有很大的長徑比，增加了滲透分子的滲透路徑，從而對氣體有很好的阻隔性能。目前將高分子/層狀化合物納米復(fù)合技術(shù)應(yīng)用到高分子阻化劑中尚未見報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對現(xiàn)有煤阻化技術(shù)問題，本發(fā)明提出一種防止礦井煤自燃的新型環(huán)保高分子阻化劑。具體技術(shù)方案如下：
[0007]本發(fā)明的一種防止礦井煤自燃的新型環(huán)保高分子阻化劑，其特征在于以原料在水為溶劑的化學(xué)阻化劑中的質(zhì)量百分比濃度計(jì)：高分子基體O. 1-5. 0%、滲透劑0.01-0. 5%、納米有機(jī)改性層狀化合物0.001-0. 15%，增塑劑0.001-0. 05%。
[0008]所述高分子基體選自聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮的一種或多種組合。
[0009]所述納米有機(jī)改性層狀化合物選自納米有機(jī)改性蒙脫土、納米有機(jī)改性鐵基蒙脫土、納米有機(jī)改性磷酸鋯、納米有機(jī)改性鋅鋁雙氫氧化物、納米有機(jī)改性鎂鋁雙氫氧化物中的一種或多種組合。
[0010]所述納米有機(jī)改性的鐵基蒙脫土制備方法為：將可溶性三價(jià)鐵鹽、硅酸鈉和乙酸鋅按摩爾比為I. 9-1. 4 :4. 0-3. 8 :0. 35-0. 25配制成混合溶液，調(diào)pH至10. 5-12. 5，放入高壓釜內(nèi)于150-170°C反應(yīng)，得到鐵基蒙脫土 ；按質(zhì)量比為I :1. 5-2的比例把上述制備的鐵基蒙脫土與十六烷基三甲基溴化銨改性劑混合后加入到蒸餾水中，在60-100°C加熱攪拌后離心分離，再用蒸餾水洗滌至中性，干燥后即得到有機(jī)改性鐵基蒙脫土，再用氣流粉碎機(jī)粉碎為納米有機(jī)改性鐵基蒙脫土。
[0011]所述納米有機(jī)改性鋅鋁雙氫氧化物、納米有機(jī)改性鎂鋁雙氫氧化物的制備方法為：配制硝酸鋅或硝酸鎂和硝酸鋁摩爾比為3-4 :1、離子總濃度為O. 5-2mol/l的水溶液；在室溫、不斷攪拌下逐滴加入摩爾濃度為l-2mol/l的堿溶液，調(diào)節(jié)pH為10-12，然后升溫到60-100°C，加入三價(jià)離子摩爾量1-2倍的十六烷基苯磺酸鈉，將沉淀物離心、水洗至中性，干燥后即得到有機(jī)改性鋅鋁雙氫氧化物或有機(jī)改性鎂鋁雙氫氧化物，然后用氣流粉碎機(jī)粉碎為納米有機(jī)改性鋅鋁雙氫氧化物或納米有機(jī)改性鎂鋁雙氫氧化物。
[0012]所述滲透劑選自十二烷基硫酸納、十二烷基苯橫酸納、十TK烷基硫酸納、十TK烷基苯磺酸鈉、十二烷基三甲基氯化銨、十二烷基三甲基溴化銨、十六烷基三甲基氯化銨、十六烷基三甲基溴化銨中的一種或多種組合。
[0013]所述增塑劑選自甘油、聚乙二醇中的一種或多種組合。
`[0014]本發(fā)明應(yīng)用到煤礦開采過程中，通過煤層預(yù)注水、向采空區(qū)噴灑、在儲煤倉噴灑等手段，可使煤的自燃傾向性降低，適合煤礦井下及儲煤等作業(yè)。
[0015]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：
[0016]I.當(dāng)本發(fā)明的高分子阻化劑中水溶劑揮發(fā)后，高分子基體和納米有機(jī)改性層狀化合物所形成高分子/層狀化合物納米復(fù)合材料覆蓋在煤基體表面，這些納米層狀化合物經(jīng)過
[0017]2.有機(jī)改性后可使高分子均勻分散并且具有較好的相容性。由于這些層狀化合物片層具有極大的長徑比和比表面積，使納米復(fù)合材料顯示優(yōu)異的力學(xué)性能，在含量較少時(shí)就能起到增強(qiáng)作用，且由于層狀極大的長徑比，增加了滲透分子的滲透路徑，可以更加有效的阻止氧氣與煤的接觸。同時(shí)由于高分子分子鏈被限制在層狀化合物夾層中，分子鏈的轉(zhuǎn)動和平動以及鏈段的運(yùn)動受到很多的束縛，高分子的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度會大大提高，所以此種復(fù)合材料具有優(yōu)異的耐熱性、氣體阻隔性，從而阻化效果更加優(yōu)良，阻化率更高；
[0018]3.無毒無害，不會產(chǎn)生有毒氣體和有害廢物；
[0019]4.成本低廉，無腐蝕性，加工及使用方便。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面對本發(fā)明的實(shí)施例做詳細(xì)說明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述實(shí)施例。[0021]實(shí)施例
[0022]實(shí)施例I
[0023]將氯化鐵、硅酸鈉和乙酸鋅按摩爾比為I. 4 :3. 8 :0. 25配制成混合溶液，調(diào)pH至
12.5，放入高壓釜內(nèi)于150°C反應(yīng)48h，得到鐵基蒙脫土。按質(zhì)量比為I :2的比例把上述制備的鐵基蒙脫土與十六烷基三甲基溴化銨混合后、按液固質(zhì)量比為80ml/g加入到蒸餾水中，在60°C加熱攪拌后離心分離，再用蒸餾水洗滌至中性，干燥后即得到有機(jī)改性的鐵基蒙脫土，再用氣流粉碎機(jī)粉碎為納米有機(jī)改性鐵基蒙脫土；
[0024]將5%聚乙烯醇加入水中并充分?jǐn)嚢枞芙猓缓髮?.01%上述所制備的納米有機(jī)改性鐵基蒙脫土、0.03%十二烷基苯磺酸鈉、0.05%聚乙二醇加入上述溶液中攪拌混合，即得到本發(fā)明的新型環(huán)保高分子阻化劑。 [0025]實(shí)施例2
[0026]將氯化鐵、硅酸鈉和乙酸鋅按摩爾比為I. 9 :4. O :0. 35配制成混合溶液，調(diào)pH至
10.5，放入高壓釜內(nèi)于170°C反應(yīng)12h，得到鐵基蒙脫土。按質(zhì)量比為I :1. 5的比例把上述制備的鐵基蒙脫土與十六烷基三甲基溴化銨混合后、按液固質(zhì)量比為80ml/g加入到蒸餾水中，在100°C加熱攪拌后離心分離，再用蒸餾水洗滌至中性，干燥后即得到有機(jī)改性的鐵基蒙脫土，再用氣流粉碎機(jī)粉碎為納米有機(jī)改性鐵基蒙脫土。
[0027]將O. 1%聚乙烯醇加入水中并充分?jǐn)嚢枞芙?，然后?.001%納米有機(jī)改性鐵基蒙脫土、0.01%十二烷基苯磺酸鈉、0.001%聚乙二醇加入上述溶液中攪拌混合，即得到本發(fā)明的新型環(huán)保高分子阻化劑。
[0028]實(shí)施例3
[0029]將硝酸鋅和硝酸鋁按摩爾比為3:1配制離子總濃度為O. 5mol/l的水溶液；在室溫、不斷攪拌下逐滴加入摩爾濃度為lmol/1的堿溶液，調(diào)節(jié)至pH至10，然后升溫到60°C，加入三價(jià)離子摩爾量I倍的十二烷基硫酸鈉對產(chǎn)物進(jìn)行改性，然后將沉淀物離心、水洗至中性，干燥后即得到有機(jī)改性鋅鋁雙氫氧化物，再用氣流粉碎機(jī)粉碎為納米有機(jī)改性鋅鋁雙氫氧化物。
[0030]將5%聚乙烯醇加入水中并充分?jǐn)嚢枞芙猓缓髮?.01%上述制備的納米有機(jī)改性鋅鋁雙氫氧化物、0.01%十二烷基苯磺酸鈉、0.01%甘油加入上述溶液中攪拌混合，即得到本發(fā)明的新型環(huán)保高分子阻化劑。
[0031]實(shí)施例4
[0032]將硝酸鎂和硝酸鋁按摩爾比為4:1配制離子總濃度為2mol/l的水溶液；在室溫、不斷攪拌下逐滴加入摩爾濃度為2mol/l的堿溶液，調(diào)節(jié)至pH至12，然后升溫到100°C，加入三價(jià)離子摩爾量2倍的十二烷基硫酸鈉對產(chǎn)物進(jìn)行改性，然后后將沉淀物離心、水洗至中性，干燥后即得到有機(jī)改性鎂鋁雙氫氧化物，再用氣流粉碎機(jī)粉碎為納米有機(jī)改性鎂鋁雙氫氧化物。
[0033]將2%聚乙烯醇加入水中并充分?jǐn)嚢枞芙猓缓髮?.02%上述制備的納米有機(jī)改性鎂鋁雙氫氧化物、0.004%十二烷基苯磺酸鈉、0.02%甘油加入上述溶液中攪拌混合，即得到本發(fā)明的新型環(huán)保高分子阻化劑。實(shí)施例5
[0034]將5%聚乙烯醇加入水中并充分?jǐn)嚢枞芙猓缓髮. 15%納米有機(jī)改性蒙脫土、O. 5%十二烷基苯磺酸鈉、0.05%甘油加入上述溶液中攪拌混合，即得到本發(fā)明的新型環(huán)保高分子阻化劑。
[0035]實(shí)施例6
[0036]將O. 1%聚乙烯醇加入水中并充分?jǐn)嚢枞芙?，然后?.001%納米有機(jī)改性蒙脫土、
O.01%十二烷基苯磺酸鈉、0.001%甘油加入上述溶液中攪拌混合，即得到本發(fā)明的新型環(huán)保高分子阻化劑。
[0037]實(shí)施例7
[0038]將2%聚乙烯醇加入水中并充分?jǐn)嚢枞芙?，然后將O. 1%納米有機(jī)改性蒙脫土、O. 1%十二烷基苯磺酸鈉、0.03%甘油加入上述溶液中攪拌混合，即得到本發(fā)明的新型環(huán)保高分子阻化劑。
[0039]實(shí)施例8
[0040]納米有機(jī)改性鐵基蒙脫土按實(shí)施例I制得，納米有機(jī)改性鋅鋁雙氫氧化物按實(shí)施例3制得，納米有機(jī)改性鎂鋁雙氫氧化物按實(shí)例4制得。將2%聚乙烯醇加入水中并充分?jǐn)嚢枞芙?，然后?.01%納米有機(jī)改性鐵基蒙脫土、0.01%納米有機(jī)改性的鎂鋁雙氫氧化物、
O.01%納米有機(jī)改性鋅鋁雙氫氧化物、O. 1%十二烷基苯磺酸鈉、O. 1%十六烷基硫酸鈉、O. 1%十六烷基苯磺酸鈉、0.01%甘油、0.01%聚乙二醇加入上述溶液中攪拌混合，即得到本發(fā)明的新型環(huán)保高分子阻化劑。
[0041]將實(shí)施例6，7，8中的高分子基體換為聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮的一種或多種組合；納米有機(jī)改性蒙脫土替換為納米有機(jī)改性蒙脫土、納米有機(jī)改性鐵基蒙脫土、納米有機(jī)改性鋅鋁雙氫氧化物、納米有機(jī)改性鎂鋁雙氫氧化物中的一種或多種組合；十二烷基苯磺酸鈉替換為十二烷基硫酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、十六烷基硫酸鈉、十六烷基苯磺酸鈉、十二烷基三甲基氯化銨、十二 烷基三甲基溴化銨、十六烷基三甲基氯化銨、十六烷基三甲基溴化銨中的一種或多種組合；甘油替換為甘油、聚乙二醇中的一種或多種組合均可得到本發(fā)明的新型環(huán)保高分子阻化劑。
[0042]實(shí)施例9
[0043]納米有機(jī)改性鐵基蒙脫土按實(shí)施例I制得，納米有機(jī)改性鋅鋁雙氫氧化物按實(shí)施例3制得，納米有機(jī)改性鎂鋁雙氫氧化物按實(shí)例4制得。將2%聚乙烯醇、2%聚乙烯吡咯烷酮加入水中并充分?jǐn)嚢枞芙?，然后?.01%納米有機(jī)改性鐵基蒙脫土、0.01%納米有機(jī)改性的鎂鋁雙氫氧化物、0.01%納米有機(jī)改性鋅鋁雙氫氧化物、O. 1%十二烷基苯磺酸鈉、O. 1%十六烷基硫酸鈉、O. 1%十六烷基苯磺酸鈉、0.01%甘油、0.01%聚乙二醇加入上述溶液中攪拌混合，即得到本發(fā)明的新型環(huán)保高分子阻化劑。
【權(quán)利要求】
1.一種防止礦井煤自燃的新型環(huán)保高分子阻化劑，其特征在于以原料在水為溶劑的化學(xué)阻化劑中的質(zhì)量百分比濃度計(jì)：高分子基體O. 1-5. 0%、滲透劑0.01-0. 5%、納米有機(jī)改性層狀化合物0.001-0. 15%，增塑劑0.001-0. 05%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型環(huán)保高分子阻化劑，其特征在于，高分子基體選自聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮的一種或多種組合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型環(huán)保高分子阻化劑，其特征在于，滲透劑選自十二烷基硫酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、十六烷基硫酸鈉、十六烷基苯磺酸鈉、十二烷基三甲基氯化銨、十二烷基三甲基溴化銨、十六烷基三甲基氯化銨、十六烷基三甲基溴化銨中的一種或多種組合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型環(huán)保高分子阻化劑，其特征在于，納米有機(jī)改性層狀化合物選自納米有機(jī)改性蒙脫土、納米有機(jī)改性鐵基蒙脫土、納米有機(jī)改性鋅鋁雙氫氧化物、納米有機(jī)改性鎂鋁雙氫氧化物中的一種或多種組合。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述 的新型環(huán)保高分子阻化劑，其特征在于，增塑劑選自甘油、聚乙二醇中的一種或多種組合。
【文檔編號】C09D129/04GK103756462SQ201410004305
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月3日
【發(fā)明者】聶士斌, 亓少華, 袁樹杰, 何明山 申請人:安徽理工大學(xué)