CN102392674B

CN102392674B - 一种防治煤炭自燃的复合胶乳阻化剂及其制备方法

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Publication number: CN102392674B
Application number: CN201110251145.5A
Authority: CN
Inventors: 秦振平; 郭红霞; 钱鹏; 耿长乐; 闫乃清; 王忠元; 崔新宇; 高培清
Original assignee: Shaanxi Province Fugu County Jingfu Bachigou Coal Mine; Beijing University of Technology
Current assignee: Shaanxi Province Fugu County Jingfu Bachigou Coal Mine; Beijing University of Technology
Priority date: 2011-08-29
Filing date: 2011-08-29
Publication date: 2014-01-01
Anticipated expiration: 2031-08-29
Also published as: CN102392674A

Abstract

一种防治煤炭自燃的复合胶乳阻化剂，属于阻化剂技术领域，由高分子乳液、有机改性粘土和阻燃剂按下述重量份混合制成：高分子乳液20～80份、有机改性粘土10～90份、浓度为0.1～10wt％的分散剂1～50份、阻燃剂0.5～60份。制备方法：将粘土加入到硅烷偶联剂溶液中，超声或搅拌分散30min；将分散剂溶于重量份水中，在20～90℃下搅拌，制成重量百分比为0.1～10wt％的分散剂溶液；将有机改性粘土和制备的分散剂溶液分别加入高分子乳液中，充分搅拌，再加入阻燃剂，搅拌均匀，即可。本发明阻化剂使用时不会对金属设备产生腐蚀作用，不产生有害气体和有害废物，不会污染矿井环境，对人体无毒副作用，环境友好。

Description

一种防治煤炭自燃的复合胶乳阻化剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及防治煤自燃的复合阻化剂及其制备方法，具体涉及一种用于防治煤自燃的粘土/高分子复合胶乳型阻化剂及其制备方法，属于阻化剂技术领域。

背景技术

煤炭自燃引起的火灾，不但严重危害煤矿的安全生产，而且还会造成大最的煤炭资源损失，并释放大量的有毒有害气体，威胁人民生命健康。与世界其他主要产煤国相比，我国的低等级煤种多，自燃发火的矿井范围广、数量多，是世界上煤炭自燃发火率最高的国家之一。因此，采取有效措施防治煤炭自燃，具有十分重要的意义。

煤炭自燃防治通常采用预防性灌浆技术、注入氮气技术、注凝胶和复合胶体、以及使用阻化剂等防灭火技术。其中，阻化剂防火技术是将无机盐类、凝胶类及高分子胶体化合物的溶液喷洒或灌注中到采空区、煤柱裂隙中以及高温地带等，阻止或降低煤的氧化进程，起到防止煤层自燃的作用。该技术工艺简单、适用范围广、经济有效，是目前应用较多的煤炭防灭火技术之一。专利200810012585.3公开了一种将氯化镁阻化剂、四硼酸钠阻燃剂与十二烷基硫酸钠表面活性剂复合制成的阻化剂粉，并通过热重分析，分析了使用该阻化剂后，煤样的失水结束点温度和着火活化能的变化；ZL00110855.7报导了一种防止煤炭自燃的硅酸钠无机凝胶阻化剂；ZL200610095318.8、ZL200910250301.9和200710151806.0分别公开了基于高分子吸水树脂、含-COOH功能基团的接枝共聚物、聚乙烯醇高分子与其它添加剂复合制成的高分子凝胶阻化剂。这些阻化剂技术均在不同程度达到了防治煤炭自燃的效果。但采用的无机盐类阻化剂均为水溶性物质，在矿井潮湿环境下长时间使用流失性较大；水玻璃凝胶阻化剂使用时体积收缩大、干燥后易开裂；高分子凝胶阻化剂耐热稳定性差，成膜后在高温下也能参与氧化反应，失去阻化作用。专利200910144075.6公开了基于聚氨酯、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剂的作用下，加入无机阻化剂后，制成具有缓蚀性的阻化剂。这种阻化剂虽然热稳定性较好，不易流失，但需要用芳香烃、脂肪烃等有机溶剂，成本较高，且使用时不环保；专利201010103396.4公开了以水为溶剂，组分为聚醋酸乙烯酯乳液、聚乙烯醇缩醛乳液、高强度淀粉胶的高分子聚合物、表面活性剂和无机阻化剂、阻燃剂等，形成的阻化剂，阻化效果好且在潮湿环境中性能稳定，但采用的聚乙烯醇缩醛高分子受热时分解会释放出甲醛，大量使用时会对人体健康造成危害。

发明内容

针对现有技术问题，本发明提供一种抗水流失性好，井下操作安全简便，综合成本较低，且环境友好的粘土/高分子复合胶乳型阻化剂及其制备方法。

本发明提供的一种防治煤炭自燃的复合胶乳阻化剂，其特征在于，所述的阻化剂是一种粘土/高分子复合胶乳阻化剂，是由高分子乳液、有机改性粘土和阻燃剂按下述重量份混合制成：高分子乳液20～80份，有机改性粘土10～90份，浓度为0.1～10wt％的分散剂1～50份，阻燃剂0.5～60份。

其中，所述的高分子乳液选自建筑外墙涂料的聚丙烯酸酯乳液、苯丙乳液、硅丙乳液中的一种；所述的有机改性粘土是由1份重量百分比为0.1～10.0wt％的硅烷偶联剂改性处理0.05～0.8份粒径为40～200目的粘土制成。其中，硅烷偶联剂为KH550(3-氨丙基三乙氧基硅烷)、KH-560(3-缩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)中的一种；粘土为高岭土、蒙脱土中的一种或两种的混合；所述的分散剂包括羟乙基纤维素、羟甲基丙基纤维素、聚乙烯醇、明胶中的一种或几种的混合；所述的阻燃剂包括磷酸氢二铵、氢氧化铝、氢氧化镁、硼酸铵、2-羧乙基苯基次膦酸中的一种或几种的组合。

本发明提供的上述一种防治煤炭自燃的复合胶乳阻化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将0.05～0.8重量份粒径为40～200目的粘土加入到1重量份重量百分比为0.1～10.0wt％的硅烷偶联剂溶液中，超声或搅拌分散30min，得到有机改性粘土；

2)将0.1～10重量份的分散剂溶于99.9～90重量份水中，在20～90℃下搅拌，制成重量百分比为0.1～10wt％的分散剂溶液；

3)将步骤1)制备的有机改性粘土10～90重量份和步骤2)制备的分散剂溶液1～50重量份分别加入到20～80重量份高分子乳液中，充分搅拌，再加入0.5～60重量份阻燃剂，搅拌均匀，得到本发明的粘土/高分子复合胶乳阻化剂。

本发明的粘土/高分子复合胶乳阻化剂，应用于煤矿开采过程中，通过向采空区、煤壁煤柱裂隙密闭墙、巷道顶板、破碎带以及储煤仓等喷洒使用，同时喷洒简单，便于操作，可广泛用于防治煤加工、仓储及运输过程中自燃。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)本发明提供的复合胶乳型阻化剂中的高分子乳液来自建筑外墙涂料，成本低，附着力好，且具有良好的高温稳定性、耐磨性、抗紫外老化性；所用的粘土来自天然原料，价格低廉；

2)本发明提供的复合胶乳型阻化剂含有分散剂，成胶前呈稳定的可流动胶乳，成胶后可在煤体表面形成无机-有机复合膜，有效地阻隔煤和空气的接触，阻化效果优良；并可多次喷洒(涂)以增加涂膜厚度，提高防火等级，具有操作简单、阻化效果好、阻燃及环保的优点；

3)本发明提供的复合凝胶阻化剂使用时不会对金属设备产生腐蚀作用，且不产生有害气体和有害废物，不会污染矿井环境，对人体无毒副作用，环境友好。

具体实施方式

以下结合具体实施方式对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围不仅限于下述实施方式。

实施例1

将0.05重量份粒径为200目的高岭土加入到1重量份重量百分比为0.1wt％的KH550硅烷偶联剂溶液中，超声或搅拌分散30min，得到有机改性高岭土；将0.1重量份的羟乙基纤维素溶于99.9重量份水中，在20℃下搅拌，制成重量百分比为0.1wt％的羟乙基纤维素溶液；将所制备的有机改性高岭土90重量份和羟乙基纤维素溶液50重量份分别加入到80重量份聚丙烯酸酯乳液中，充分搅拌，再加入0.5重量份磷酸氢二铵，搅拌均匀，得到本发明的粘土/高分子复合胶乳阻化剂。

实施例2

将0.8重量份粒径为40目的高岭土加入到1重量份重量百分比为10.0wt％的KH550硅烷偶联剂溶液中，超声或搅拌分散30min，得到有机改性高岭土；将10重量份的羟乙基纤维素溶于90重量份水中，在90℃下搅拌，制成重量百分比为10wt％的羟乙基纤维素溶液；将所制备的有机改性高岭土10重量份和羟乙基纤维素溶液1重量份分别加入到20重量份聚丙烯酸酯乳液中，充分搅拌，再加入60重量份磷酸氢二铵，搅拌均匀，得到本发明的粘土/高分子复合胶乳阻化剂。

实施例3

将0.5重量份粒径为150目的高岭土加入到1重量份重量百分比为5.0wt％的KH550硅烷偶联剂溶液中，超声或搅拌分散30min，得到有机改性高岭土；将5重量份的羟乙基纤维素溶于95重量份水中，在50℃下搅拌，制成重量百分比为5.0wt％的羟乙基纤维素溶液；将所制备的有机改性高岭土50重量份和羟乙基纤维素溶液10重量份分别加入到30重量份聚丙烯酸酯乳液中，充分搅拌，再加入10重量份磷酸氢二铵，搅拌均匀，得到本发明的粘土/高分子复合胶乳阻化剂。

实施例4

将0.6重量份粒径为150目的蒙脱土加入到1重量份重量百分比为6.0wt％的KH-560硅烷偶联剂溶液中，超声或搅拌分散30min，得到有机改性高岭土；将4重量份的羟甲基丙基纤维素溶于96重量份水中，在40℃下搅拌，制成重量百分比为4.0wt％的羟甲基丙基纤维素溶液；将所制备的有机改性蒙脱土50重量份和羟甲基丙基纤维素溶液10重量份分别加入到30重量份聚丙烯酸酯乳液中，充分搅拌，再加入5重量份氢氧化铝，搅拌均匀，得到本发明的粘土/高分子复合胶乳阻化剂。

实施例5

将0.3重量份粒径为120目的高岭土和0.3份120目蒙脱土加入到1重量份重量百分比为4.0wt％的KH570硅烷偶联剂溶液中，超声或搅拌分散30min，得到有机改性高岭土和蒙脱土；将3重量份的聚乙烯醇溶于97重量份水中，在50℃下搅拌，制成重量百分比为3.0wt％的聚乙烯醇溶液；将所制备的有机改性高岭土和蒙脱土40重量份和聚乙烯醇溶液10重量份分别加入到50重量份苯丙乳液中，充分搅拌，再加入8重量份硼酸铵，搅拌均匀，得到本发明的粘土/高分子复合胶乳阻化剂。

实施例6

将0.5重量份粒径为180目的高岭土加入到1重量份重量百分比为5.0wt％的KH570硅烷偶联剂溶液中，超声或搅拌分散30min，得到有机改性高岭土；将5重量份的羟乙基纤维素溶于95重量份水中，在80℃下搅拌，制成重量百分比为5.0wt％的羟乙基纤维素溶液；将所制备的有机改性高岭土50重量份和羟乙基纤维素溶液10重量份分别加入到30重量份苯丙乳液中，充分搅拌，再加入15重量份氢氧化镁，搅拌均匀，得到本发明的粘土/高分子复合胶乳阻化剂。

实施例7

将0.1重量份粒径为100目的高岭土加入到1重量份重量百分比为5.0wt％的KH-902硅烷偶联剂溶液中，超声或搅拌分散30min，得到有机改性高岭土；将5重量份的明胶溶于95重量份水中，在60℃下搅拌，制成重量百分比为5.0wt％的明胶溶液；将所制备的有机改性高岭土50重量份和明胶溶液10重量份分别加入到30重量份硅丙乳液中，充分搅拌，再加入10重量份2-羧乙基苯基次膦酸，搅拌均匀，得到本发明的粘土/高分子复合胶乳阻化剂。

实施例8

将0.2重量份粒径为100目的蒙脱土加入到1重量份重量百分比为8.0wt％的KH550硅烷偶联剂溶液中，超声或搅拌分散30min，得到有机改性高岭土；将7.5重量份的羟乙基纤维素溶于92.5重量份水中，在40℃下搅拌，制成重量百分比为7.5wt％的羟乙基纤维素溶液；将所制备的有机改性蒙脱土40重量份和羟乙基纤维素溶液60重量份分别加入到30重量份聚丙烯酸酯乳液中，充分搅拌，再加入20重量份氢氧化铝，搅拌均匀，得到本发明的粘土/高分子复合胶乳阻化剂。

实施例9

将0.5重量份粒径为140目的高岭土加入到1重量份重量百分比为5.0wt％的KH-902硅烷偶联剂溶液中，超声或搅拌分散30min，得到有机改性高岭土；将6重量份的聚乙烯醇溶于94重量份水中，在30℃下搅拌，制成重量百分比为6.0wt％的聚乙烯醇溶液；将所制备的有机改性高岭土85重量份和聚乙烯醇溶液重量35份分别加入到70重量份硅丙乳液中，充分搅拌，再加入5重量份氢氧化镁和15重量份2-羧乙基苯基次膦酸，搅拌均匀，得到本发明的粘土/高分子复合胶乳阻化剂。

Claims

1.一种防治煤炭自燃的复合胶乳阻化剂，其特征在于，所述的阻化剂是一种粘土/高分子复合胶乳阻化剂，是由高分子乳液、有机改性粘土和阻燃剂按下述重量份混合制成：高分子乳液20～80份，有机改性粘土10～90份，浓度为0.1～10wt%的分散剂1～50份，阻燃剂0.5～60份；

其中，所述的高分子乳液选自建筑外墙涂料的聚丙烯酸酯乳液、苯丙乳液、硅丙乳液中的一种；所述的有机改性粘土是由1份重量百分比为0.1～10.0wt%的硅烷偶联剂改性处理0.05～0.8份粒径为40～200目的粘土制成；其中，硅烷偶联剂为3-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)、3-缩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)中的一种；粘土为高岭土、蒙脱土中的一种或两种的混合；所述的分散剂包括羟乙基纤维素、羟甲基丙基纤维素、聚乙烯醇、明胶中的一种或几种的混合；所述的阻燃剂包括磷酸氢二铵、氢氧化铝、氢氧化镁、硼酸铵、2-羧乙基苯基次膦酸中的一种或几种的组合。

2.权利要求1的一种防治煤炭自燃的复合胶乳阻化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将0.05～0.8重量份粒径为40～200目的粘土加入到1重量份重量百分比为0.1～10.0wt%的硅烷偶联剂溶液中，超声或搅拌分散30min，得到有机改性粘土；

2）将0.1～10重量份的分散剂溶于99.9～90重量份水中，在20～90℃下搅拌，制成重量百分比为0.1～10wt%的分散剂溶液；

3)将步骤1）制备的有机改性粘土10～90重量份和步骤2)制备的分散剂溶液1～50重量份分别加入到20～80重量份高分子乳液中，充分搅拌，再加入0.5～60重量份阻燃剂，搅拌均匀，得到粘土/高分子复合胶乳阻化剂。