CN108948628B

CN108948628B - 用于制备防止煤炭储堆扬尘与自然发火之交联接枝共聚物的组合物及制备方法

Info

Publication number: CN108948628B
Application number: CN201810566235.5A
Authority: CN
Inventors: 周刚; 李帅龙; 王钰颖; 孙健; 高丹红
Original assignee: Shandong University of Science and Technology
Current assignee: Shandong University of Science and Technology
Priority date: 2018-06-05
Filing date: 2018-06-05
Publication date: 2021-02-09
Anticipated expiration: 2038-06-05
Also published as: CN108948628A

Abstract

本发明公开了一种用于制备防止煤炭储堆扬尘与自然发火之交联接枝共聚物的组合物及制备方法，其包括：2％‑5％的明胶、3％‑5％的N,N—二甲基甲酰胺、4％‑6％的苯乙酸乙酯、0.3％‑0.6％的渗透剂、0.1％‑0.3％的防腐剂、0.05‑0.1％的引发剂、0.03％‑0.05％的交联剂和0.1％‑0.2％无机盐。采用明胶与苯乙酸乙酯、N,N—二甲基甲酰胺进行交联和接枝共聚反应，最终生成一种流动状的粘稠剂，粘稠剂具有抑尘效果好，固化速度快，形成的保护层硬度大，可以抵抗一定强度的恶劣环境等优点，该抑尘剂的粘接力比较强，容易形成一个稳定的保护膜，且保护膜不易破裂。

Description

用于制备防止煤炭储堆扬尘与自然发火之交联接枝共聚物的组合物及制备方法

技术领域

本发明涉及煤炭储堆场所防尘、抑尘领域，尤其涉及一种用于制备防止煤炭储堆扬尘与自然发火之交联接枝共聚物的组合物及制备方法。

背景技术

随着经济的发展，国家对环境的要求越来越高，一些高污染行业能否进行污染防治成为影响该行业发展的关键因素，煤矿也不例外。煤炭生产销售过程中很难避免堆存问题，然而煤矿堆存面临的主要安全环境难题为粉尘和自燃。堆存的煤炭在风力的作用下产生大量的粉尘，严重影响环境制约了煤矿的发展。此外，在煤炭的堆存过程中，由于吸附空气中的氧气而氧化，氧化产生的热量积聚到一定程度从而引起自燃，这些情况不仅对能源造成了浪费而且对环境造成了污染。现有技术中抑尘剂一般都是用于井下采掘工作面的粉尘防治，主要是一些泡沫抑尘剂或通过表面活性剂复配得到的抑尘剂，这类抑尘剂运用到煤炭堆存防尘中，降尘效果并不理想，更重要的是这些水基介质抑尘剂还会为煤炭的氧化提供润湿热，从而促进了煤炭自燃的发生。涉及到露天环境中煤炭堆存抑尘剂的研究明较少，少数适用于露天环境煤炭堆存的抑尘剂不仅成本比较高，而且选取的原料难降解、容易对环境造成污染。因而，现有技术有待于更进一步的改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种用于制备防止煤炭储堆扬尘与自然发火之交联接枝共聚物的组合物及制备方法，在提高防尘、抑尘效率的前提下，最大程度的防止煤堆自燃。

为解决上述技术问题，本发明方案包括：

一种用于制备防止煤炭储堆扬尘与自然发火之交联接枝共聚物的组合物，其按质量百分比包括：2％-5％的明胶、3％-5％的N,N—二甲基甲酰胺、4％-6％的苯乙酸乙酯、0.3％-0.6％的渗透剂、0.1％-0.3％的防腐剂、0.05-0.1％的引发剂、0.03％-0.05％的交联剂和0.1％-0.2％无机盐，余量为水。

所述的组合物，其中，上述引发剂为H₂O₂氧化还原体系；交联剂为N-N亚甲基双丙烯酰胺、亚甲基双丙烯酰胺中的一种或两者的混合物；无机盐为氯化钙、氯化镁的一种或两者的混合物。

所述的组合物，其中，渗透剂为蓖麻油聚氧乙烯醚磺酸盐；防腐剂为烷基二甲基苄基氯化铵。

一种上述交联接枝共聚物的制备方法，其包括以下步骤：

步骤一，将明胶在30-50℃的温水中搅拌溶解，将无机盐溶液混合加入溶液中搅拌十分钟，之后在溶液中加入苯乙酸乙酯和交联剂在50-60℃下搅拌反应1.5小时-2.5小时，得到第一溶液；

步骤二，调节第一溶液的pH值，最终产物难溶于水，在反应阶段通过加入适量的水来调节最终产物的量与粘稠度，得到第二溶液；

步骤三，相第二溶液中加入N,N—二甲基甲酰胺和引发剂，在DF-1恒温搅拌仪中设定60-80℃的条件下搅拌反应1-2小时充分之后，再加入渗透剂和防腐剂得到上述交联接枝共聚物；

所述的制备方法，其中，上述步骤二具体的还包括：加入的水与上述最终产物的质量比为50-60:1。

所述的制备方法，其中，上述步骤二中的pH为7-9。

所述的制备方法，其中，上述引发剂为H₂O₂氧化还原体系；交联剂为N-N亚甲基双丙烯酰胺、亚甲基双丙烯酰胺中的一种或两者的混合物；无机盐为氯化钙、氯化镁的一种或两者的混合物。

所述的制备方法，其中，渗透剂为蓖麻油聚氧乙烯醚磺酸盐；防腐剂为烷基二甲基苄基氯化铵。

比如：称量2g的明胶在温水中溶剂，之后加入0.15g氯化钙进行搅拌，再加入4g的苯乙酸乙酯和0.04g的N-N亚甲基双丙烯酰胺溶于100ml水中，在50℃下恒温反应2小时；反应结束后将溶液的水的含量增加至300ml，调节pH的数值为8；之后再加入4g的N,N—二甲基甲酰胺，0.6g的过硫酸铵,在70℃下恒温反应3小时后得到交联接枝产物，将0.4ml蓖麻油聚氧乙烯醚磺酸盐，0.2ml烷基二甲基苄基氯化铵加入产物中搅拌冷却即可使用。

本发明提供的一种用于制备防止煤炭储堆扬尘与自然发火之交联接枝共聚物的组合物及制备方法，采用明胶与苯乙酸乙酯、N,N—二甲基甲酰胺进行交联和接枝共聚反应，最终生成一种流动状的粘稠剂，粘稠剂具有抑尘效果好，固化速度快，形成的保护层硬度大，可以抵抗一定强度的恶劣环境等优点，本发明需在生产过程中将水的比例控制好，最终产物的粘度和流动性与水的比例有一定的关系，将最终产物涂抹在煤层表面时可以发现，该抑尘剂的粘接力比较强，容易形成一个稳定的保护膜，且保护膜不易破裂，而且在使用过程中可以发现，该抑尘剂难溶于水，覆盖在煤尘表面可以有效的隔绝空气与煤尘的接触，降低煤尘的氧化率，在一定程度上可以起到防止煤尘自燃的效果。

本发明主要是选用廉价、易降解和无污染的原料明胶作为接枝共聚的主要原料，将苯乙酸乙酯交联在明胶上，苯乙酸乙酯使合成后产物的流动性比较强，之后利用N,N—二甲基甲酰胺在与交联产物接枝会形成粘稠的性能，选用明胶的交联产物与N,N—二甲基甲酰胺在引发剂的作用下进行反应。该反应通过交联剂活化明胶和苯乙酸乙酯中的C＝C，使双键断裂，明胶在交联剂作用下会结合形成网络结构；加入一定量水后，加入的引发剂会活化-OH并与N,N—二甲基甲酰胺相结合形成空间网状结构。因此形成的该产物吸溶胀以及保水效果良好，作用在高温以及自燃区域能够迅速释放出产物中的自由水；并且在发火煤层表面形成致密的一层膜，可以防治煤继续与氧气接触，因此在防止煤炭储堆扬尘与自然发火方面有显著作用。

该粘稠剂是上述原料通过接枝共聚反应来合成制备的，将单体的优良性能共聚在一个共聚物上，使得共聚物具有这些物质的所有优点。为了进一步提高接枝共聚产物的稳定性及其渗透性能，通过在反应过程中添加少量的表面活性剂来增强和改善生成的粘稠剂，使其性能更加完善，更符合实际生产的需求，制备的最终产物不仅抑尘效果优良，而且难溶于水，覆盖在煤尘上可以使得煤尘与空气隔绝，一定程度上起到防止煤尘自燃的效果。

附图说明

图1为本发明中交联接枝共聚物制备方法的流程示意图；

图2为本发明中煤样绝热升温氧化的示意图；

图3为本发明中煤样自燃指标气体的示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种用于制备防止煤炭储堆扬尘与自然发火之交联接枝共聚物的组合物及制备方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供了一种用于制备防止煤炭储堆扬尘与自然发火之交联接枝共聚物的组合物，其包括：2％-5％的明胶、3％-5％的N,N—二甲基甲酰胺、4％-6％的苯乙酸乙酯、0.3％-0.6％的渗透剂、0.1％-0.3％的防腐剂、0.05-0.1％的引发剂、0.03％-0.05％的交联剂和0.1％-0.2％无机盐，余量为水。

而且上述引发剂为H₂O₂氧化还原体系；交联剂为N-N亚甲基双丙烯酰胺、亚甲基双丙烯酰胺中的一种或两者的混合物；无机盐为氯化钙、氯化镁的一种或两者的混合物。渗透剂为蓖麻油聚氧乙烯醚磺酸盐；防腐剂为烷基二甲基苄基氯化铵。

本发明还提供了一种上述交联接枝共聚物的制备方法，如图1所示的，其包括以下步骤：

为了更进一步描述本发明，以下列举更为具体的实施例进行说明。

实施例1

称量的2g明胶在温水中溶剂，之后加入0.15g氯化钙进行搅拌，再加入4g的苯乙酸乙酯和0.04g的N-N亚甲基双丙烯酰胺溶于100ml水中，在50℃下恒温反应2h；反应结束后将溶液的水的含量增加至300ml，调节PH的数值为8；之后再加入4g的N,N—二甲基甲酰胺，0.6g的过硫酸铵,在70℃下恒温反应3h后得到交联接枝产物，将0.4ml蓖麻油聚氧乙烯醚磺酸盐，0.2ml烷基二甲基苄基氯化铵加入产物中搅拌冷却即可使用。

实施例2

称量的2g明胶在温水中溶剂，之后加入0.15g氯化钙进行搅拌，再加入5g的苯乙酸乙酯和0.04g的N-N亚甲基双丙烯酰胺溶于100ml水中，在50℃下恒温反应2h；反应结束后将溶液的水的含量增加至300ml，调节PH的数值为8；之后再加入4g的N,N—二甲基甲酰胺，0.6g的过硫酸铵,在70℃下恒温反应3h后得到交联接枝产物，将0.4ml蓖麻油聚氧乙烯醚磺酸盐，0.2ml烷基二甲基苄基氯化铵加入产物中搅拌冷却即可使用。

实施例3

称量的2g明胶在温水中溶剂，之后加入0.15g氯化钙进行搅拌，再加入4g的苯乙酸乙酯和0.04g的N-N亚甲基双丙烯酰胺溶于100ml水中，在50℃下恒温反应2h；反应结束后将溶液的水的含量增加至300ml，调节PH的数值为8；之后再加入5g的N,N—二甲基甲酰胺，0.6g的过硫酸铵,在70℃下恒温反应3h后得到交联接枝产物，将0.4ml蓖麻油聚氧乙烯醚磺酸盐，0.2ml烷基二甲基苄基氯化铵加入产物中搅拌冷却即可使用。

首先对该粘稠剂的抑制煤尘效果进行检测，取相同的煤样，一组没有涂抹粘稠剂，另一组涂抹1L/m³的粘稠剂，在用吹风机风量进行吹风模拟，10分钟的测试结果，如表1所示。

表1

实验样	没有粘稠剂的质量损失率％	有粘稠剂的质量损失率％
			实验例1	9.5	0.7
实验例2	9.4	0.4
			实验例3	9.7	0.9

通过设置3个监测点来监测露天煤矿汽车运动风流带到的粉尘，来监测粘稠剂的抑尘效果。通过上述实验分析，实施例2更能符合要求。因此对其性能运用于实际情况进行检测，如表2所示。

表2

采样点	原始粉尘(mg/m<sup>3</sup>)	使用粘稠剂后(mg/m<sup>3</sup>)	抑尘效率(％)
				采样点1	149.2	13.2	91.2
采样点2	131.3	12.2	90.7
				采样点3	103.2	10.1	90.2

在实验室通过降雨量来模拟雨水对抑尘剂的影响，按照实验例2的配方制成最终产物，将抑尘剂涂抹在煤粉之上，通过在12小时的持续降雨量分别模拟了细雨、小雨、中雨、大雨对抑尘剂的影响，具体的影响结果如表3所示。

表3

在实验室用风机来模拟风流对实施例2配方制得抑尘剂的影响，主要以风流将抑尘剂形成的保护膜为判断指标。

表4

实验次数	打破成膜的风速(m/s)	风力级别
			1	13	六级
2	12	六级
			3	14	七级

通过实验可以发现，抑尘剂可以抵抗的风力级别为6-7级，可以适应大多数地区的风力变化，风力的影响并不会影响抑尘剂的使用。通过实验可以发现，制得的抑尘剂不仅抑尘效果良好，而且抗风抗雨水的效果也是相当的出色。

通过分别对涂有抑尘剂的煤样和没有抑尘剂的煤样进行升温实验来测量煤样的抗热性能，通过在煤自然绝热氧化模拟系统中进行煤样绝热氧化升温实验可以发现，涂有抑尘剂的煤样明显比煤样抑尘剂的煤样升温的缓慢，在绝热氧化的条件下，该抑尘剂可以有效的防治煤样的升温自燃。具体的测试情况如图2所示的。

通过分别对涂有抑尘剂的气煤和没有抑尘剂的气煤进行升温实验来测量CO的产生率，通过在模拟系统中进行煤样绝热氧化升温实验可以发现，涂有抑尘剂的气煤释放CO的速率比气煤本身释放速率明显减缓，测量结果可以说明抑尘剂可以有效的防治煤样的升温自燃。具体的测试情况如图3所示。

当然，以上说明仅仅为本发明的较佳实施例，本发明并不限于列举上述实施例，应当说明的是，任何熟悉本领域的技术人员在本说明书的教导下，所做出的所有等同替代、明显变形形式，均落在本说明书的实质范围之内，理应受到本发明的保护。

Claims

1.一种用于制备防止煤炭储堆扬尘与自然发火之交联接枝共聚物的组合物，特征在于，其按质量百分比包括：2%-5%的明胶、3%-5%的N,N-二甲基甲酰胺、4%-6%的苯乙酸乙酯、0.3%-0.6%的渗透剂、0.1%-0.3%的防腐剂、0.05-0.1％的引发剂、0.03%-0.05%的交联剂和0.1％-0.2％无机盐，余量为水；

上述引发剂为H₂O₂氧化还原体系；交联剂为N,N-亚甲基双丙烯酰胺；无机盐为氯化钙、氯化镁的一种或两者的混合物。

2.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，渗透剂为蓖麻油聚氧乙烯醚磺酸盐；防腐剂为烷基二甲基苄基氯化铵。

3.一种如权利要求1中所述交联接枝共聚物的制备方法，其包括以下步骤：

步骤三，向第二溶液中加入N,N-二甲基甲酰胺和引发剂，在DF-1恒温搅拌仪中设定60-80℃的条件下搅拌反应1-2小时充分之后，再加入渗透剂和防腐剂得到上述交联接枝共聚物。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，上述步骤二具体的还包括：加入的水与上述最终产物的质量比为60:1。

5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，上述步骤二中的pH为7-9。

6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，渗透剂为蓖麻油聚氧乙烯醚磺酸盐；防腐剂为烷基二甲基苄基氯化铵。