CN115109601A - 一种环保阻燃剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于材料制备技术领域,具体涉及一种环保阻燃剂及其制备方法和应用。所述环保阻燃剂包括以下重量份计的组分:水溶性粘结剂10~20份、表面活性剂0.02~0.06份、可再分散乳胶粉5~10份、固体添加物50~70份、水25~40份。通过各组分间的协同作用,制得的阻燃剂喷洒在煤堆表面之后能够形成一层稳定、致密的保护层,有效隔绝氧气进入到煤堆内部,实现优异的阻燃效果,本发明环保阻燃剂还能够使煤堆内部长期保持在较低的温度,从而有效避免煤堆因内部温度过高而发生自燃现象。
Description
技术领域
本发明属于材料制备技术领域,具体涉及一种环保阻燃剂及其制备方法和应用。
背景技术
燃煤在贮存过程存在巨大损耗和环境污染的问题,其中低温氧化、自燃是造成煤堆损耗和环境污染的重要原因。不同品种的煤中在存放过程都会受到一定程度的氧化,特别是煤化程度较低的煤更容易低温氧化,例如:褐煤存放三个月,热值损耗达到6%以上,造成巨大的经济损失。当煤堆的温度上升到一定程度时还引起自燃,造成损耗比低温氧化更大。
针对燃煤低温氧化、自燃的解决方法包括物理和化学方法,物理方法主要为烧旧存新、分层压实,存在劳动强度大,效果不佳的问题;而化学方法主要是采用阻燃剂解决低温氧化和自燃,问题。目前采用的阻燃剂有以下几种类型:1)卤素类无机吸湿剂,其阻燃机理是利用卤素类无机阻化剂的吸湿性,使煤长期处于潮湿的状态,通过吸湿形成液膜隔氧达到抑制氧化的作用,但是由于煤堆普遍煤颗粒较大,水溶液喷洒后迅速渗透流失,难以在煤堆表面形成有效吸湿层,实际应用效果十分有限,同时卤素类无机阻化剂堆锅炉钢材腐蚀严重;2)抗氧化剂(如:胺盐类),该类试剂是通过试剂的带有活性反应基团争夺煤氧化反应生成活性自由基团,使煤氧化反应终止;该方法在实验室有一定效果,而在实际应用中,同样受渗透流失的影响,吸附在煤颗粒表面的试剂有限,效果不明显;3)结壳剂,结壳剂是通过有机聚合物的粘结性能将煤颗粒粘结在一起,在煤堆表面形成一层硬壳达到隔氧阻燃效果,煤的颗粒越小,粘结效果越好,而现场煤堆煤颗粒大小不一,多数大于25mm,粘结效果大幅下降,喷洒量小时,受渗透流失的影响难以在煤堆表面形成连续硬壳(或者高分子膜),而喷洒量大成本大幅上升。由以上分析可见,提高阻燃剂阻燃效果要解决以下问题:煤堆颗粒普遍较大因而煤堆孔隙较大导致水溶性阻燃剂迅速渗透流失,难以在煤堆表面形成有效的阻燃层。只有解决以上问题才能彻底解决市面上煤堆阻燃剂阻燃效果普遍较差的问题。
发明内容
本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足,提供一种环保阻燃剂及其制备方法。本发明环保阻燃剂能够有效克服阻燃剂渗透流失,难以在煤堆表面形成有效阻燃层的问题,同时具有较强的抗压能力,在经过风力吹扫之后不容碎裂,保持较好的阻燃效果。
为了达到上述目的,本发明采用以下技术方案:一种环保阻燃剂,包括以下重量份计的组分:水溶性粘结剂10~20份、表面活性剂0.02~0.06份、可再分散乳胶粉5~10份、固体添加物50~70份、水25~40份。
优选地,所述水溶性粘结剂为黄蓍树脂。
优选地,所述表面活性剂选用聚氧乙烯烷基酚醚、甲基硅醇钠中一种或两种。
优选地,所述固体添加物为电厂锅炉飞灰、煤矸石、煤泥中一种或多种。
优选地,对于可润湿性较好的固体添加物如煤泥,采用聚氧乙烯烷基酚醚;而对于可润湿性较差的固体添加物如电厂锅炉飞灰、煤矸石,采用甲基硅醇钠。
优选地,所述固体添加物的粒径小于等于1mm。
一种所述环保阻燃剂的制备方法,包括以下步骤:将各种原料组分进行均匀混合成乳液,即得环保阻燃剂。
一种所述环保阻燃剂在制备煤堆阻燃剂中的应用。本发明环保阻燃剂适用于5m以上的大型煤堆,并可实现机械喷洒。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
(1)本发明采用无毒、可降解的黄蓍树脂作为水溶性粘结剂,并复配少量的表面活性剂,表面活性剂与水溶性粘结剂相互作用,有利于提高粘合剂的粘结性,降低水溶性粘结剂渗透流失的速度;可再分散乳胶粉能够使固体添加物在浆体分散均匀成为稳定的分散液,可与固体添加物混合形成均匀的浆状阻燃剂,尤其是小于等于1mm的固体添加物,可进一步提高环保阻燃剂的阻燃效果。
(2)本发明利用环保阻燃剂小颗粒固体粘结性好的特点,喷洒在煤堆形成的硬壳,能够在煤堆表面形成连续的、一定厚度的硬壳,有效填充大颗粒煤块形成孔隙,隔绝氧气进入煤堆内部,抑制煤堆内部发生低温氧化释放热量,从而使煤堆能够维持在较低的温度,避免自燃现象的发生,本发明环保阻燃剂应用后,能够显著降低煤堆内部的温度,保证煤堆在150天内不自燃。
(3)本专利所采用的固体添加物为煤的废弃物,如飞灰、沉煤池收集的煤泥、煤矸石等,达到废弃物再利用的目的,同时合成产物不含卤素元素成分、胺盐类物质,对锅炉不会产生腐蚀作用,制备过程中也不会释放刺激性气体和惰性气体而对人员安全和环保产生影响。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例1、一种阻燃剂及其制备方法
配方组分:黄蓍树脂100g、甲基硅醇钠0.2g、可再分散乳胶粉50g、煤泥500g、水250g,煤泥的粒径为0.8mm。
制备方法:将各种原料组分进行均匀混合成乳液,即得环保阻燃剂。
实施例2、一种阻燃剂及其制备方法
配方组分:黄蓍树脂200g、聚氧乙烯烷基酚醚0.4g、可再分散乳胶粉100g、煤矸石600g、水300g,煤矸石的粒径为1mm。
制备方法:将各种原料组分进行均匀混合成乳液,即得环保阻燃剂。
实施例3、一种阻燃剂及其制备方法
配方组分:黄蓍树脂150g、甲基硅醇钠0.6g、可再分散乳胶粉80g、电厂锅炉飞灰700g、水400g,电厂锅炉飞灰的粒径为0.5mm。
制备方法:将各种原料组分进行均匀混合成乳液,即得环保阻燃剂。
对比例1、一种阻燃剂及其制备方法
与实施例2相比,本对比例的区别仅在于:不加入表面活性剂。
制备方法参考实施例2。
对比例2、一种阻燃剂及其制备方法
与实施例2相比,本对比例的区别仅在于:煤矸石的粒径为2mm。
制备方法同实施例2。
对比例3、一种阻燃剂及其制备方法
与实施例2相比,本对比例的区别仅在于:不加入黄蓍树脂,并用等量的瓜尔胶进行替换。
制备方法参考实施例2。
对比例4、一种阻燃剂及其制备方法
配方组分:粒度为0.8mm的烟煤煤粉550g,原油50g,水250g,十二烷基苯磺酸钠5g,所述原油在50℃条件下的运动粘度为3500.0mm2/s、在20℃条件下的密度为900kg/m3。
制备方法:
先将煤粉原料铺在煤堆表面,覆盖的煤粉厚度为8mm;
然后配置乳化液:将原油加入盛有所述分量的水的容器中,再加入十二烷基苯磺酸钠,搅拌形成均匀溶液;
最后将乳化液均匀喷洒在煤堆煤粉层表面上,干燥后形成较硬壳体即可。
参考专利文献CN104232239A实施例一。
试验例一、阻燃效果实验
一、实验样品
实施例1~3以及对比例1~4制备得到的阻燃剂。
二、实验方法
2.1阻燃效果的试验室评价
取粒度为30mm印尼褐煤,堆成8个10kg的煤堆,往其中7个煤堆喷洒实施例1~3以及对比例1~4制备得到的阻燃剂,1个不喷洒阻燃剂;8个煤堆放置2天,待完全干燥固结后进行试验,测定各样品的氧气渗透率、孔隙率、着火温度、极限氧浓度参数,测试标准如表1所示。
表1测试标准
测试项目 | 测试标准 |
氧气渗透率(cm<sup>2</sup>) | ASTM F1927 |
孔隙率(%) | GB/T23561.4-2009 |
着火温度(℃) | GB/T7702.9 |
极限氧浓度(%) | JISK7201 |
2.2阻燃效果的室外评价
分别堆出6个5000t对比煤堆,1个不喷洒阻燃剂,其余几个分别喷洒实施例2和对比例1~4制备得到的阻燃剂,固结后形成大于2cm的固结层。分别对煤堆进行长达150天的阻燃试验,放置到达第150天时,对煤堆分别取5个点测定深度2米以下煤堆内部温度(主要取未出现自燃现象的点,出现自燃现象的点另外测定)。
三、实验结果
实验结果如表2~3所示。阻燃效果的室外评价试验中,喷洒实验样品阻燃剂的煤堆未出现自燃现象,而不喷洒阻燃剂的煤堆出现局部冒烟、着火现象,着火位置温度达到250℃。
表2各样品的性能参数数据
样品 | 氧气渗透率/cm<sup>2</sup> | 孔隙率/% | 着火温度/℃ | 极限氧浓度/% |
不喷洒阻燃剂 | 1.346×10<sup>-6</sup> | 38.1 | 269 | 18.6 |
实施例1 | 1.214×10<sup>-6</sup> | 35.3 | 282 | 29.5 |
实施例2 | 1.196×10<sup>-6</sup> | 34.8 | 288 | 30.3 |
实施例3 | 1.222×10<sup>-6</sup> | 35.6 | 280 | 29.0 |
对比例1 | 1.245×10<sup>-6</sup> | 36.0 | 275 | 28.8 |
对比例2 | 1.261×10<sup>-6</sup> | 37.2 | 272 | 27.2 |
对比例3 | 1.294×10<sup>-6</sup> | 37.8 | 270 | 26.8 |
对比例4 | 1.266×10<sup>-6</sup> | 37.4 | 272 | 27.0 |
表3各样品在150天时测得的煤堆内部温度(℃)
测试点 | 不喷洒阻燃剂 | 实施例2 | 对比例1 | 对比例2 | 对比例3 | 对比例4 |
1 | 84 | 34 | 44 | 50 | 60 | 52 |
2 | 92 | 40 | 46 | 52 | 62 | 56 |
3 | 96 | 37 | 42 | 48 | 62 | 58 |
4 | 86 | 36 | 48 | 50 | 64 | 56 |
5 | 82 | 42 | 46 | 52 | 64 | 54 |
从表2和表3中的数据可以得知,本发明实施例1~3制得的环保阻燃剂具有较低的氧气渗透率、孔隙率以及较高的着火温度和极限氧浓度参数,较低的氧气渗透率、孔隙率证明本发明环保阻燃剂具有良好的隔绝氧气能力,较高的着火温度和极限氧浓度说明其能够实现较好的阻燃效果;同时从室外评价试验结果可以得知,本发明环保阻燃剂能够让煤堆内部长期保持在一个较低的温度范围,避免了自燃现象的发生。
从实施例1~3与对比例1的实验结果可以得知,没有添加表明活性剂的情况下,导致制得的阻燃剂润湿性能降低,形成硬壳厚度降低,阻隔氧气能力降低,阻燃效果变差;对比例2中加入的固体添加物的粒径为2mm,过大粒径的固体添加物造成形成硬壳的孔隙率增大从而影响阻燃效果;对比例3选用瓜尔胶替换黄蓍树脂,导致阻燃剂所具有的阻燃性能远差于实施例;对比例4的实验结果表明,本发明中各原料组分间的协同作用能够显著地增强环保阻燃剂的稳定性和阻燃性。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效,而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下,对上述实施例进行修饰或改变。因此,举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变,仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (8)
1.一种环保阻燃剂,其特征在于,包括以下重量份计的组分:水溶性粘结剂10~20份、表面活性剂0.02~0.06份、可再分散乳胶粉5~10份、固体添加物50~70份、水25~40份。
2.如权利要求1所述的环保阻燃剂,其特征在于,所述水溶性粘结剂为黄蓍树脂。
3.如权利要求1所述的环保阻燃剂,其特征在于,所述表面活性剂选用聚氧乙烯烷基酚醚、甲基硅醇钠中一种或两种。
4.如权利要求1所述的环保阻燃剂,其特征在于,所述固体添加物为电厂锅炉飞灰、煤矸石、煤泥中一种或多种。
5.如权利要求3或4所述的环保阻燃剂,其特征在于,对于可润湿性较好的固体添加物煤泥,采用表面活性剂聚氧乙烯烷基酚醚;对于可润湿性较差的固体添加物电厂锅炉飞灰、煤矸石,采用表面活性剂甲基硅醇钠。
6.如权利要求1所述的环保阻燃剂,其特征在于,所述固体添加物的粒径小于等于1mm。
7.如权利要求1~6任一所述环保阻燃剂的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:将各种原料组分进行均匀混合成乳液,即得环保阻燃剂。
8.如权利要求1~6任一所述环保阻燃剂在制备煤堆阻燃剂中的应用。
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