CN112062903B - 一种水凝胶灭火阻化剂的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种水凝胶灭火阻化剂的制备方法及其制备的水凝胶灭火阻化剂。所述制备方法为将水凝胶中吸附大量尿素，尿素作为一种化学阻化剂能够阻止煤氧化反应中的自由基链反应，使得水凝胶即具有物理阻化作用又具有化学阻化作用。同时采用壳聚糖这种天然产物作为合成主要原料之一，产品还具有可降解特点。因此本发明产品是集物理阻化、化学阻化、可降解特点于一身的高效阻化剂。

Description

一种水凝胶灭火阻化剂的制备方法
技术领域
本发明是本发明属于煤矿防灭火阻化剂领域，具体是指一种水凝胶灭火阻化剂的制备方法。
技术背景
煤矿起火是矿井中的重要灾害之一，全世界每年都会发生多次煤矿起火，带来巨大经济损失和人员伤亡。煤的自燃是煤矿起火的重要原因之一。喷洒阻化剂是目前煤矿企业最常用的防灭火措施，其原理是将能够抑制煤炭自燃的防灭火材料喷洒于采空区浮煤表面或压注入煤体之内来抑制或延缓煤炭的氧化过程，在矿井自燃火灾的防治中起着重要的作用。无机盐、自由基捕捉剂、高聚物是常用的阻化剂。然而无机盐类阻化剂对设备的腐蚀性较强，自由基捕捉剂价格昂贵。高聚物阻化剂具有不易分解的缺点。而现有的水凝胶灭火剂阻化效果不佳，不能达到煤矿防灭火阻化要求。因此，亟需开发一种阻化效果好、且易降解的水凝胶灭火阻化剂。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种高分子水凝胶灭火阻化剂的制备方法。水凝胶是一种高分子聚合物，能够吸收和保持大量水份，可以用于防灭火。并将水凝胶中吸附大量尿素，尿素作为一种化学阻化剂能够阻止煤氧化反应中的自由基链反应，使得水凝胶即具有物理阻化作用又具有化学阻化作用。同时采用壳聚糖这种天然产物作为合成主要原料之一，产品还具有可降解特点。因此本发明产品是集物理阻化、化学阻化、可降解特点于一身的高效阻化剂。
本发明采用的技术方案如下：
一种水凝胶阻化剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)壳聚糖溶于乙酸中，将丙烯酸溶于0-30℃的质量份数10-30％的氢氧化钠溶液中；
(2)将壳聚糖溶液和部分中和的丙烯酸溶液混合，加入水溶性引发剂、甲基丙烯酰胺、N,N′-亚甲基双(丙烯酰胺)、四甲基乙二胺，脱除氧气，在70-90℃下反应2-5小时；
(3)产物用水洗涤，用尿素的水溶液浸泡2-20小时，干燥，粉碎既得产品。
更具体的步骤如下：
(1)将壳聚糖溶于乙酸水溶液中，控制壳聚糖最终浓度为0.5-2g/L；
(2)将丙烯酸溶于0-30℃的质量份数10-30％的氢氧化钠溶液中，使溶液pH为6.0-7.0；研究发现通常情况下pH越高，水凝胶离子化程度越高，凝胶内部排斥力越大，吸附水的能力越高，从而使耗氧速率越低，但pH达到一定数值后变化不明显。平衡后，溶液pH优选为6.5。
(3)将壳聚糖溶液和部分中和的丙烯酸溶液混合，水溶性引发剂、甲基丙烯酰胺、N,N′-亚甲基双(丙烯酰胺)、四甲基乙二胺，脱除氧气，在70-90℃下反应2-5小时；
(4)产物用水洗涤，用尿素水溶液浸泡，干燥，粉碎既得产品。
进一步，步骤(1)中乙酸浓度为1-5％。
步骤(2)中控制溶液pH为6.5，使足够的丙烯酸离子化。
步骤(3)中的水溶性引发剂可以是过硫酸钾或过硫酸铵，质量占丙烯酸+壳聚糖+甲基丙烯酰胺总质量的0.3％～3％；步骤(3)中壳聚糖和丙烯酸质量比为1/3～3/1；甲基丙烯酰胺与丙烯酸质量比为1/3～3/1；N,N′-亚甲基双(丙烯酰胺)占丙烯酸+壳聚糖+甲基丙烯酰胺总质量的0.3％～3％；四甲基乙二胺占丙烯酸+壳聚糖+甲基丙烯酰胺总质量的1％～10％。
步骤(4)中尿素水溶液浓度为100-1000g/L。
本发明还要求保护上述方法制备的水凝胶阻化剂。
本发明的优异技术效果如下：
(1)本发明采用壳聚糖这种天然产物作为合成主要原料之一，产品具有可降解特点。
(2)本发明既具有物理阻化作用又具有化学阻化作用，性能指标70度耗氧速率低于24*10-4m3/s。
具体实施方式
下面的实施例可以使本专业技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。
实施例1
将2g壳聚糖溶于2000ml的1％醋酸水溶液中。将5g丙烯酸单体并加入100mL烧杯中，在搅拌下将质量分数为10％的氢氧化钠溶液滴入烧杯中，直到pH值达到6.5。冷却后，将中和的溶液转移到装有搅拌器、回流冷凝器、温度计和氮气入口的四颈烧瓶中。将壳聚糖溶液加入到四颈烧瓶中并充分搅拌，搅拌过程中加入0.1g引发剂过硫酸铵，2g甲基丙烯酰胺，0.2gN,N′-亚甲基双(丙烯酰胺)，0.5g四甲基乙二胺。70℃的水浴锅中，在氮气气氛中持续搅拌、聚合反应4h。反应完毕后，产物用水洗涤，用800g/L尿素水溶液浸泡10小时，在真空干燥箱中40℃干燥至恒重，然后粉碎。产品性能指标：70度耗氧速率20*10-4m3/s。
实施例2
将3g壳聚糖溶于3000ml的1％醋酸水溶液中。将5g丙烯酸单体并加入100mL烧杯中，在搅拌下将质量分数为10％的氢氧化钠溶液滴入烧杯中，直到pH值达到6.5。冷却后，将中和的溶液转移到装有搅拌器、回流冷凝器、温度计和氮气入口的四颈烧瓶中。将壳聚糖溶液加入到四颈烧瓶中并充分搅拌，搅拌过程中加入0.2g过硫酸钾，1g甲基丙烯酰胺，0.1gN,N′-亚甲基双(丙烯酰胺)，0.6g四甲基乙二胺。80℃的水浴锅中，在氮气气氛中持续搅拌、聚合反应3h。反应完毕后，产物用水洗涤，用200g/L的尿素水溶液浸泡20小时，在真空干燥箱中40℃干燥至恒重，然后粉碎。产品性能指标：70度耗氧速率16*10-4m3/s。
实施例3
将1g壳聚糖溶于1000ml的1％醋酸水溶液中。将5g丙烯酸单体并加入100mL烧杯中，在搅拌下将质量分数为10％的氢氧化钠溶液滴入烧杯中，直到pH值达到6.5。冷却后，将中和的溶液转移到装有搅拌器、回流冷凝器、温度计和氮气入口的四颈烧瓶中。将壳聚糖溶液加入到四颈烧瓶中并充分搅拌，搅拌过程中加入0.1g过硫酸钾，3g甲基丙烯酰胺，0.1gN,N′-亚甲基双(丙烯酰胺)，0.4g四甲基乙二胺。90℃的水浴锅中，在氮气气氛持续搅拌、聚合反应2h。反应完毕后，产物用水洗涤，用1000g/L尿素的水溶液浸泡5小时，在真空干燥箱中40℃干燥至恒重，然后粉碎。产品性能指标：70度耗氧速率14*10-4m3/s。
实施例4
将2g壳聚糖溶于2000ml的1％醋酸水溶液中。将5g丙烯酸单体并加入100mL烧杯中，在搅拌下将质量分数为10％的氢氧化钠溶液滴入烧杯中，直到pH值达到7.0。冷却后，将中和的溶液转移到装有搅拌器、回流冷凝器、温度计和氮气入口的四颈烧瓶中。将壳聚糖溶液加入到四颈烧瓶中并充分搅拌，搅拌过程中加入0.1g引发剂过硫酸铵，2g甲基丙烯酰胺，0.2gN,N′-亚甲基双(丙烯酰胺)，0.5g四甲基乙二胺。70℃的水浴锅中，在氮气气氛中持续搅拌、聚合反应4h。反应完毕后，产物用水洗涤，用800g/L尿素水溶液浸泡10小时，在真空干燥箱中40℃干燥至恒重，然后粉碎。产品性能指标：70度耗氧速率19*10-4m3/s。
对比例1
将2g壳聚糖溶于2000ml的1％醋酸水溶液中。将5g丙烯酸单体并加入100mL烧杯中，在搅拌下将质量分数为10％的氢氧化钠溶液滴入烧杯中，直到pH值达到6.5。冷却后，将中和的溶液转移到装有搅拌器、回流冷凝器、温度计和氮气入口的四颈烧瓶中。将壳聚糖溶液加入到四颈烧瓶中并充分搅拌，搅拌过程中加入0.1g引发剂过硫酸铵，2g甲基丙烯酰胺，0.2gN,N′-亚甲基双(丙烯酰胺)，0.5g四甲基乙二胺。70℃的水浴锅中，在氮气气氛中持续搅拌、聚合反应4h。反应完毕后，产物用水洗涤，在真空干燥箱中40℃干燥至恒重，然后粉碎。产品性能指标：70度耗氧速率36*10-4m3/s。
对比例2
将2g壳聚糖溶于2000ml的1％醋酸水溶液中。将5g丙烯酸单体并加入100mL烧杯中，在搅拌下将质量分数为10％的氢氧化钠溶液滴入烧杯中，直到pH值达到6.0。冷却后，将中和的溶液转移到装有搅拌器、回流冷凝器、温度计和氮气入口的四颈烧瓶中。将壳聚糖溶液加入到四颈烧瓶中并充分搅拌，搅拌过程中加入0.1g引发剂过硫酸铵，2g甲基丙烯酰胺，0.2gN,N′-亚甲基双(丙烯酰胺)，0.5g四甲基乙二胺。70℃的水浴锅中，在氮气气氛中持续搅拌、聚合反应4h。反应完毕后，产物用水洗涤，用800g/L尿素水溶液浸泡10小时，在真空干燥箱中40℃干燥至恒重，然后粉碎。产品性能指标：70度耗氧速率27*10-4m3/s。

Claims (2)

1.一种水凝胶灭火阻化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将1g壳聚糖溶于1000ml的1％醋酸水溶液中；
将5g丙烯酸单体并加入100mL烧杯中，在搅拌下将质量分数为10％的氢氧化钠溶液滴入烧杯中，直到pH值达到6.5；
冷却后，将中和的溶液转移到装有搅拌器、回流冷凝器、温度计和氮气入口的四颈烧瓶中；
将壳聚糖溶液加入到四颈烧瓶中并充分搅拌，搅拌过程中加入0.1g过硫酸钾，3g甲基丙烯酰胺，0.1g N,N′-亚甲基双(丙烯酰胺)，0.4g四甲基乙二胺；
90℃的水浴锅中，在氮气气氛持续搅拌、聚合反应2h；
反应完毕后，产物用水洗涤，用1000g/L尿素的水溶液浸泡5小时，在真空干燥箱中40℃干燥至恒重，然后粉碎；
产品性能指标：70度耗氧速率14*10-4m3/s。
2.权利要求1所述的制备方法制备的水凝胶阻化剂。
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