CN104745204A

CN104745204A - 一种含氧化自热温控胞衣的复合阻化物制备及释放方法

Info

Publication number: CN104745204A
Application number: CN201510068205.8A
Authority: CN
Inventors: 王凯; 蒋曙光; 蒋君仪; 欧雪梅; 吴征艳; 邵昊; 王亚军; 张卫清; 周松
Original assignee: China University of Mining and Technology CUMT
Current assignee: China University of Mining and Technology CUMT
Priority date: 2015-02-09
Filing date: 2015-02-09
Publication date: 2015-07-01
Anticipated expiration: 2035-02-09
Also published as: CN104745204B

Abstract

一种含氧化自热温控胞衣的复合阻化物制备与释放方法，属于复合阻化物制备与释放方法。以水作为溶剂，由无机阻化剂、功能化离子液体、阻燃剂、活性剂及固化材料组成的高含水复合阻化物颗粒，和由复合高分子氧化自热材料构成的温控阻化物胞衣。含氧化自热温控胞衣的高含水复合阻化物颗粒分撒到采空区，当采空区自燃升温在55℃以下时，高含水复合阻化物处于良好封装状态；当采空区自燃升温达到55℃～65℃时，绝大多数复合高分子氧化自热材料组成的温控阻化物胞衣自动降解破裂，内部高含水复合阻化物释放，防止采空区遗煤自燃。优点：分散性好、稳定性强、保持阻化功能时间长、受煤层倾角影响小、自燃升温到达一定温度后才自动降解破碎释放阻化剂。

Description

一种含氧化自热温控胞衣的复合阻化物制备及释放方法

技术领域

本发明涉及一种复合阻化物制备及释放方法，特别是一种含氧化自热温控胞衣的复合阻化物制备及释放方法。

背景技术

我国既是世界上煤炭产量最大的国家，也是煤层自然发火最为严重的国家之一。每年我国煤矿死亡人数是美国的200倍，印度的10多倍，百万吨死亡率是世界平均水平的10倍。据统计，我国国有重点煤矿中具有自燃危险的矿井约占51.3％，占总矿井火灾的90％以上。因此，采空区煤炭自燃不仅对矿工生命及国家财产构成重大威胁，而且严重制约煤矿生产能力的发挥，造成了不良的社会和政治影响。煤炭自燃引起的火灾，不但严重危害煤矿的安全生产，而且还会造成大量的煤炭资源损失，并释放大量的CO、CO₂和SO₂等有毒有害气体，威胁人民生命健康、造成污染环境，还能够诱发瓦斯、煤尘爆炸事故的发生。在新疆、宁夏、内蒙古、甘肃、青海、陕西、山西等7个省自治区，煤田火区燃烧面积累计达720km²，每年烧毁煤1000～1360万吨，间接呆滞优质煤炭有2亿吨，据初步估算，煤田自燃每年至少造成200亿元的经济损失。因此，研究煤的自燃机理并采取有效措施防治煤的自燃灾害具有十分重要的理论与现实意义。

防止煤炭自燃的原理是消除煤氧化现象的发生或消除煤氧化过程中热量的聚集。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。阻化剂是防治煤炭氧化自燃的多种复合阻化材料形成的制剂，可分为物理阻化剂与化学阻化剂。物理阻化是通过物理作用对煤炭进行阻化，例如隔绝氧气、保水保湿等，一般不发生化学反应或只发生少量化学反应，通常是一些吸水性的无机盐类或以高吸收树脂为原料制备的凝胶类，最常用的物理阻化剂有氯化钙、氯化镁、氯化铵、氯化铝、水玻璃、氢氧化钙等。相对而言，化学阻化剂是采用化学反应破坏或减少煤体中反应活性较高的官能团或中间体，从而阻止煤的氧化，具有不可逆性，防灭火效果不随外在条件改变而发生改变，阻化效果优于物理阻化剂。

目前的阻化剂从应用方法来看，都只能单品种使用，存在用量大、成本高、阻化寿命短、与水液体溶融速度慢、防治煤自燃效果差等缺陷；从使用效果来看，受采空区潮湿环境影响阻化剂易失效，采空区沟洄的存在易使阻化剂在低洼处积聚，而高出松散遗煤容易自燃的区域无法全面覆盖从而失去采空区防治煤自燃的效果。

发明内容

技术问题：本发明的目的是要提供一种含氧化自热温控胞衣的复合阻化物制备及释放方法，解决现有阻化剂流动性强、保持阻化功能时间短、无法有效控制采空区自燃区域的问题。

技术方案：本发明的目的是这样实现的。

本发明包括含温控胞衣的复合阻化物制备和释放方法；所述的温控复合阻化物包括高含水复合阻化物颗粒和温控胞衣材料及制备方法；

所述的高含水复合阻化物颗粒包括：阻化剂、阻燃剂、活性补强剂、功能化离子液体、固化材料和水份；其质量百分比为：阻化剂30％--40％、阻燃剂10％--15％、活性补强剂5％--10％、功能化离子液体5％--8％、固化材料5％--7％和水份25％--30％；

所述的阻化剂：氯化钙、氯化镁、氯化铵等卤族盐类、水玻璃、过碳酸钠、氢氧化钠、碳酸钠阻化剂中的两种或多种；

所述的阻燃剂：氢氧化镁、氢氧化镁、聚磷酸铵中的一种或多种；

所述的活性补强剂：脂肪族氨基磺酸钠、轻质碳酸钙、灰钙粉、硅灰石粉中的一种或多种；

所述的功能化离子液体：三丁基膦磷酸二乙酯盐、三丁基膦硫酸甲酯盐、功能化1-乙酸乙酯基-3-甲基咪唑四氟化硼酸盐、功能化1-烯丙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐中的一种或多种；

所述的固化材料：活性磷酸氢钙、硅酸三钙、硅酸二钙、氢聚硅氧烷中的一种或多种；

所述的温控胞衣材料组成：石蜡、松香酸、胡椒酸、环氧树脂、新酚醛树脂、乙烯酸酯共聚物、三元乙丙橡胶、聚甲基丙烯酸脂、聚偏二氟乙烯物质中的几种复合而成。

所述的制备方法：首先，将阻化剂、阻燃剂、活性补强剂、功能化离子液体、固化材料按质量比例放入容器中，加入规定比例的水进行搅拌，待混合均匀；其次，将复合阻化物混合材料置入降温制冷环节，在模具中形成低温固化颗粒；同时，将有机高分子温控胞衣材料按比例置入容器中，进行搅拌，待均匀混合，加温呈熔融状态；最后，将低温固化的阻化物颗粒放入含熔融状态高分子温控胞衣材料的特定模具中，则温控胞衣材料遇冷凝固，在低温阻化物颗粒表面形成均匀的温控胞衣，最终形成含氧化自热温控胞衣的复合阻化物颗粒。

所述的阻化剂释放方法：将含氧化自热温控胞衣的高含水复合阻化物颗粒分撒到采空区，当采空区自燃升温在55℃以下的情况下，绝大多数高含水复合阻化物的胞衣处于良好封装状态，少数高含水复合阻化物的胞衣由于强力挤压因素破碎，内部高含水复合阻化物释放在颗粒的原始位置，亦能够起到一定的阻化效果；当采空区自燃升温达到55℃～65℃时，绝大多数复合高分子氧化自热材料组成的温控阻化物胞衣自动降解破裂，内部高含水复合阻化物释放，将自燃升温区域与空气隔绝，有效的抑制自燃升温区域，从而防止采空区遗煤自燃；

具体步骤如下：

a、以水作为溶剂，由无机阻化剂、阻燃剂、功能化离子液体、活性剂及固化材料按比例混合均匀构成高含水阻化材料，在特定工艺下将高含水阻化物材料颗粒化，制成高含水阻化物颗粒；

b、运用高分子温控胞衣材料石蜡、松香酸、胡椒酸、环氧树脂、新酚醛树脂、乙烯酸酯共聚物、三元乙丙橡胶、聚甲基丙烯酸脂、聚偏二氟乙烯物质中的几种按比例置入容器中，进行搅拌均匀混合，形成具有氧化自热功能的高分子温控材料，且在温度升高到规定温度自动破碎释放阻燃剂的胞衣；

c、运用特定工艺将多种复合高分子氧化自热材料组成的温控阻化物胞衣附着在颗粒化的高含水阻化材料上，组成含氧化自热材料胞衣的温控阻化物颗粒；

d、将适量含氧化自热材料胞衣的温控阻化物颗粒，按照像采空区喷洒普通阻化剂的方式喷洒到采空区，当采空区自燃升温达到55℃～65℃时，胞衣自动降解破碎内部高含水阻化物颗粒释放，将自燃升温区域与空气隔绝，有效的抑制自燃升温区域，从而防止采区遗煤自燃。

有益效果，由于采用了上述方案，含温控胞衣的复合阻化物制备和释放方法，以水作为溶剂，由无机阻化剂、阻燃剂、功能化离子液体、活性剂及固化材料制成的高含水复合阻化颗粒，由多种复合高分子氧化自热材料组成的温控阻化物胞衣。含氧化自热温控胞衣的高含水复合阻化物颗粒分撒到采空区，当采空区自燃升温在55℃以下的情况下，绝大多数高含水复合阻化物的胞衣处于良好封装状态，少数高含水复合阻化物的胞衣由于强力挤压等因素破碎，内部高含水复合阻化物释放在颗粒的原始位置，亦能够起到一定的阻化效果；当采空区自燃升温达到55℃～65℃时，绝大多数复合高分子氧化自热材料组成的温控阻化物胞衣自动降解破裂，内部高高含水复合阻化物释放，将自燃升温区域与空气隔绝，有效的抑制自燃升温区域，从而防止采空区遗煤自燃。该颗粒化温控阻燃材料具有分散性好、稳定性强、保持阻化功能时间长、受煤层倾角影响小、只有自燃升温到达一定温度后才自动降解破碎释放阻化物的特点，克服了现有阻化剂流动性强、保持阻化功能时间短、无法有效控制采空区自燃区域的缺陷。本产品不产生有毒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，形成人、机、环境友好型的阻化材料。解决了现有阻化剂流动性强、保持阻化功能时间短、无法有效控制采空区自燃区域的问题，达到了本发明的目的。

优点：该颗粒化温控阻燃材料具有分散性好、稳定性强、保持阻化功能时间长、受煤层倾角影响小、只有自燃升温到达一定温度后才自动降解破碎释放阻化物的特点，克服了现有阻化剂流动性强、保持阻化功能时间短、无法有效控制采空区自燃区域的缺陷。本产品不产生有毒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，为人、机、环境友好型的阻化材料。

附图说明

图1为本发明的生产工艺流程图。

具体实施方式

本发明包括含温控胞衣的复合阻化物制备和释放方法；

所述的阻化物包括高含水复合阻化颗粒和温控胞衣材料及制备方法：

所述的高含水复合阻化颗粒包括：阻化剂、阻燃剂、活性补强剂、功能化离子液体、固化材料和水份；其质量百分比为：阻化剂占30％--40％、阻燃剂占10％--15％、活性补强剂占5％--10％、功能化离子液体占5％--8％、固化材料占5％--7％和水份占25％--30％；

所述的阻化剂：氯化钙、氯化镁、氯化铵卤族盐类、水玻璃、过碳酸钠、氢氧化钠、碳酸钠阻化剂中的两种或多种；

所述的阻化物释放方法：将含氧化自热温控胞衣的高含水复合阻化物颗粒分撒到采空区，当采空区自燃升温在55℃以下的情况下，绝大多数高含水复合阻化物的胞衣处于良好封装状态，少数高含水复合阻化物的胞衣由于强力挤压因素破碎，内部高含水复合阻化物释放在颗粒的原始位置，亦能够起到一定的阻化效果；当采空区自燃升温达到55℃～65℃时，绝大多数复合高分子氧化自热材料组成的温控阻化物胞衣自动降解破裂，内部高含水复合阻化物释放，将自燃升温区域与空气隔绝，有效的抑制自燃升温区域，从而防止采空区遗煤自燃；

下面对本发明的一个实施方法作进一步的描述：

实施例1：所述的阻化物包括高含水复合阻化颗粒和温控胞衣材料及制备方法：

所述的高含水复合阻化颗粒包括：阻化剂、阻燃剂、活性补强剂、功能化离子液体、固化材料和水份；其质量百分比为：阻化剂占35％、阻燃剂占13％、活性补强剂占8％、功能化离子液体占％、固化材料占6％和水份占28％；

所述的阻化剂为：氯化钙、氯化镁和氯化铵；

所述的阻燃剂为：氢氧化镁；

所述的活性补强剂为：脂肪族氨基磺酸钠和轻质碳酸钙；

所述的功能化离子液体为：三丁基膦磷酸二乙酯盐和三丁基膦硫酸甲酯盐；

所述的固化材料为：活性磷酸氢钙和硅酸三钙；

所述的温控胞衣材料为：石蜡和松香酸复合。

一种含氧化自热温控胞衣的阻化物释放技术与方法，以水作为溶剂，包括由多种无机阻化剂、阻燃剂、功能化离子液体、活性剂及固化材料等在特定工艺下组成的高含水复合阻化颗粒，由多种复合高分子氧化自热材料组成的温控阻化物胞衣。含氧化自热温控胞衣的高含水复合阻化物颗粒分撒到采空区，当采空区自燃升温在55℃以下的情况下，绝大多数高含水复合阻化物的胞衣处于良好封装状态，少数高含水复合阻化物的胞衣由于强力挤压等因素破碎，内部高含水复合阻化物释放在颗粒的原始位置，亦能够起到一定的阻化效果；当采空区自燃升温达到55℃～65℃时，绝大多数复合高分子氧化自热材料组成的温控阻化物胞衣自动降解破裂，内部高含水复合阻化物释放，将自燃升温区域与空气隔绝，有效的抑制自燃升温区域，从而防止采空区遗煤自燃。

本发明的一种含氧化自热温控胞衣的阻化物颗粒释放技术与方法，具体实现方法如下：

a、以水作为溶剂，由多种无机阻化剂、阻燃剂、功能化离子液体、活性剂及固化材料通过常温溶解方式制成高含水的阻化材料，通过将高含水的复合阻化物材料进行低温凝固的特定生产工艺将阻化材料颗粒化，形成高含水阻化物颗粒，为胞衣附着提供良好条件；

b、运用多种复合高分子氧化自热材料制成能够封闭高含水阻化物颗粒，且在温度升高到一定程度自动破碎释放阻燃剂的胞衣，复合高分子氧化自热材料在高温条件下融溶，在低温状态的阻化材料颗粒放入融溶状态的复合高分子氧化自热材料，迅速凝固在颗粒表面，形成高含水阻化物颗粒的胞衣，组成含氧化自热材料胞衣的温控阻化物颗粒；

c、将多种复合高分子氧化自热材料组成的温控阻化物胞衣附着在颗粒化的高含水阻化材料上，组成含氧化自热材料胞衣的温控阻化物颗粒，正常状态下胞衣内部的高含水阻化材料呈熔融状态，为胞衣降解破碎后释放提供较好条件；

d、将适量含氧化自热材料胞衣的温控阻化物颗粒，按照像采空区喷洒普通阻化剂的方式喷洒到采空区，当采空区自燃升温达到55℃～65℃时，胞衣自动降解破碎内部高含水阻化物颗粒释放，随生产接替的进行，当采空区遗煤自燃升温达到55℃～65℃时，温控胞衣自动降解破碎内部融融状态的高含水阻化材料释放，将自燃升温区域与空气隔绝，有效的抑制自燃升温区域，从而防止采区遗煤自燃。将自燃升温区域与空气隔绝，有效的抑制自燃升温区域，从而防止采区遗煤自燃。这种颗粒化温控阻燃材料具有分散性好、稳定性强、保持阻化功能时间长、受煤层倾角影响小、只有自燃升温到达一定温度后才自动降解破碎释放阻化物的特点，克服了现有阻化剂流动性强、保持阻化功能时间短、无法有效控制采空区自燃区域的缺陷。本产品不产生有毒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，为人、机、环境友好型的阻化材料。

实施例2：所述的阻化物包括高含水复合阻化颗粒和温控胞衣材料及制备方法：

所述的高含水复合阻化颗粒包括：阻化剂、阻燃剂、活性补强剂、功能化离子液体、固化材料和水份；其质量百分比为：阻化剂占30％、阻燃剂占10％、活性补强剂占5％、功能化离子液体占5％、固化材料占5％和水份占25％；

所述的阻化剂为：水玻璃和过碳酸钠；

所述的阻燃剂为：氢氧化镁；

所述的活性补强剂为：灰钙粉；

所述的功能化离子液体：功能化1-乙酸乙酯基-3-甲基咪唑四氟化硼酸盐；

所述的固化材料：硅酸二钙；

所述的温控胞衣材料组成：胡椒酸、环氧树脂、新酚醛树脂和乙烯酸酯共聚物。

其它与实施例1同。

实施例3：所述的阻化物包括高含水复合阻化颗粒和温控胞衣材料及制备方法：

所述的高含水复合阻化颗粒包括：阻化剂、阻燃剂、活性补强剂、功能化离子液体、固化材料和水份；其质量百分比为：阻化剂占40％、阻燃剂占15％、活性补强剂占10％、功能化离子液体占8％、固化材料占7％和水份占30％；

所述的阻化剂为：氢氧化钠；

所述的阻燃剂为：氢氧化镁；

所述的活性补强剂为：硅灰石粉；

所述的功能化离子液体：功能化1-烯丙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐；

所述的固化材料：氢聚硅氧烷；

所述的温控胞衣材料为：三元乙丙橡胶、聚甲基丙烯酸脂、聚偏二氟乙烯。

其它与实施例1同。

实施例4：所述的阻化物包括高含水复合阻化颗粒和温控胞衣材料及制备方法：

所述的高含水复合阻化颗粒包括：阻化剂、阻燃剂、活性补强剂、功能化离子液体、固化材料和水份；其质量百分比为：阻化剂占32％、阻燃剂占14％、活性补强剂占6％、功能化离子液体占7％、固化材料占5％和水份占29％；

所述的阻化剂为：碳酸钠；

所述的阻燃剂为：氢氧化镁和聚磷酸铵；

所述的活性补强剂为：脂肪族氨基磺酸钠和硅灰石粉；

所述的功能化离子液体为：功能化1-乙酸乙酯基-3-甲基咪唑四氟化硼酸盐和功能化1-烯丙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐；

所述的固化材料：活性磷酸氢钙和氢聚硅氧烷；

所述的温控胞衣材料为：聚偏二氟乙烯和新酚醛树脂。

其它与实施例1同。

Claims

1.一种含氧化自热温控胞衣的复合阻化物制备，其特征是：复合阻化物包括高含水复合阻化物颗粒和温控胞衣材料的制备方法：

所述的高含水复合阻化物颗粒包括：阻化剂、阻燃剂、活性补强剂、功能化离子液体、固化材料和水份；其质量百分比为：阻化剂30%--40%、阻燃剂10%--15%、活性补强剂5%--10%、功能化离子液体5%--8%、固化材料5%--7%和水份25%--30%；

所述的阻化剂：氯化钙、氯化镁、氯化铵等卤族盐类，水玻璃、过碳酸钠、氢氧化钠、碳酸钠等阻化剂中的两种或多种；

所述的温控胞衣材料：石蜡、松香酸、胡椒酸、环氧树脂、新酚醛树脂、乙烯酸酯共聚物、三元乙丙橡胶、聚甲基丙烯酸脂、聚偏二氟乙烯物质中的几种复合而成；

所述的制备方法：首先，将阻化剂、阻燃剂、活性补强剂、功能化离子液体、固化材料按质量比例放入容器中，加入规定比例的水进行搅拌，待混合均匀；其次，进入降温制冷环节，在模具中形成低温固化颗粒；同时，将有机高分子温控胞衣材料按比例置入容器中，进行搅拌，待均匀混合，加温呈熔融状态；最后，将低温固化的阻化物颗粒放入含熔融状态高分子温控胞衣材料的特定模具中，则温控胞衣材料遇冷凝固，在低温阻化物颗粒表面形成均匀的温控胞衣，最终形成含氧化自热温控胞衣的复合阻化物颗粒。

2.权利要求1所述的一种含氧化自热温控胞衣的复合阻化剂的释放方法，其特征是：所述的阻化物释放方法：将含氧化自热温控胞衣的高含水复合阻化物颗粒分撒到采空区，当采空区自燃升温在55℃以下的情况下，绝大多数高含水复合阻化物的胞衣处于良好封装状态；当采空区自燃升温达到55℃~65℃时，绝大多数复合高分子氧化自热材料组成的温控阻化剂胞衣自动降解破裂，内部高含水复合阻化物释放，将自燃升温区域与空气隔绝，有效的抑制自燃升温区域，从而防止采空区遗煤自燃；

具体步骤如下：

c、运用特定工艺将多种复合高分子氧化自热材料组成的温控阻化剂胞衣均匀附着在颗粒化的高含水复合阻化物颗粒上，组成含氧化自热材料胞衣的温控阻化剂颗粒；

d、将适量含氧化自热材料胞衣的温控阻化剂颗粒，按照向采空区喷洒普通阻化剂的方式喷洒到采空区，当采空区自燃升温达到55℃~65℃时，胞衣自动降解破碎内部高含水阻化剂颗粒释放，将自燃升温区域与空气隔绝，有效的抑制自燃升温区域，从而防止采区遗煤自燃。