CN115678354A - 一种高挥发份原煤阻燃剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请属于阻燃剂技术领域，尤其涉及一种高挥发份原煤阻燃剂及其制备方法；高挥发性分原煤阻燃剂的组成包括改性聚磷酸铵盐和成膜乳液，改性聚磷酸铵盐是由导热材料改性聚磷酸铵盐组成，其中导热材料的添加使得原煤的着火点提高并减少了有毒有机物的使用量，从而解决现有技术中卤素类阻燃剂含有的毒性有机物过多以及阻燃性能还有待提高的技术问题。
Description
技术领域
本申请属于阻燃剂技术领域，尤其涉及一种高挥发份原煤阻燃剂及其制备方法。
背景技术
火力发电使用的燃料原煤，主要是高挥发份原煤，高挥发分原煤容易发生低温氧化，甚至出现煤自燃，煤自燃一方面容易引起环境污染，另一方面还会损耗煤炭的燃烧热值，煤自燃给我国火力发电行业造成了巨大的经济损失。
目前防止煤自燃的一个重要技术手段是在高挥发分原煤表面喷涂阻燃剂，阻燃剂可减缓原煤的低温氧化现象，降低煤自燃现象的发生，然而现有技术中使用的卤素类阻燃剂含有的毒性有机物过多，一方面制备该阻燃剂时，容易损伤工人的健康，另一方面使用该阻燃剂时，也会造成环境污染，同时该聚磷酸盐阻燃剂的阻燃性能还有待提高。
发明内容
有鉴于此，本申请提供了一种高挥发份原煤阻燃剂及其制备方法，用于解决现有技术中聚磷酸盐等卤素类阻燃剂含有的毒性有机物过多以及阻燃性能还有待提高的技术问题。
本申请第一方面提供了一种高挥发份原煤阻燃剂，所述高挥发份原煤阻燃剂包括：改性聚磷酸铵盐和成膜乳液；
所述改性聚磷酸铵盐包括聚磷酸铵盐和导热材料。
优选的，所述导热材料包括氧化镁或蛭石。
需要说明的是，氧化镁以及蛭石独特的结构和性质都能导出热量，改善阻燃剂的阻燃性能。
优选的，所述导热材料为氧化镁；
所述改性聚磷酸铵盐还包括硅胶。
需要说明的是，硅胶的添加能够提高高挥发性分原煤阻燃剂互溶性质，改善阻燃剂的阻燃性能。
优选的，所述蛭石为膨胀蛭石。
需要说明的是，膨胀蛭石为普通蛭石膨胀制备得到，空间结构进一步改善了阻燃剂的阻燃性能的效果更佳显著。
优选的，所述成膜乳液包括：苯丙乳液、润湿剂、成膜助剂和水。
优选的，以质量份计，所述高挥发性分原煤阻燃剂包括30～60质量份改性聚磷酸铵盐和40～70质量份成膜乳液。
优选的，以质量份计，所述改性聚磷酸铵盐包括30～60质量份聚磷酸铵盐、10～35质量份硅胶和10～35质量份氧化镁。
优选的，以质量份计，所述改性聚磷酸铵盐包括40～60质量份聚磷酸铵盐和40～60质量份蛭石。
本申请第二方面提供了一种高挥发份原煤阻燃剂的制备方法，包括步骤：
步骤1、将导热材料与聚磷酸铵盐进行第一混合，得到改性聚磷酸铵盐；
步骤2、将所述改性聚磷酸铵盐与成膜乳液进行第二混合，得到高挥发份原煤阻燃剂。
优选的，所述第一混合包括：依次将导热材料与聚磷酸铵盐第一超声分散、第一搅拌。
优选的，所述第一超声分散的时间为30～60min；20-40KHz
所述第一搅拌的时间为30～90min。
优选的，所述第二超声分散的时间为30～60min；20-40KHz
所述第二搅拌的时间为30～90min。
综上所述，本申请提供了一种高挥发份原煤阻燃剂及其制备方法，高挥发份原煤阻燃剂的组成包括改性聚磷酸铵盐和成膜乳液，改性聚磷酸铵盐是由导热材料改性聚磷酸铵盐组成，其中导热材料的添加减少了高挥发性分原煤阻燃剂中聚磷酸铵盐的使用量，从而减少了高挥发性分原煤阻燃剂中毒性有机物的量，并且导热材料进行热量传递，发挥了阻燃作用，提高了聚磷酸铵盐的阻燃性能，原煤的着火点提高，从而解决现有技术中卤素类阻燃剂含有的毒性有机物过多以及阻燃性能还有待提高的技术问题。
附图说明
为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例2提供的高挥发性份原煤阻燃剂煤自加热-自燃机理实验结果图；
图2为本申请实施例3提供的高挥发性份原煤阻燃剂煤自加热-自燃机理实验结果图。
具体实施方式
本申请提供了一种高挥发份原煤阻燃剂及其制备方法，用于解决现有技术中卤素类阻燃剂含有的毒性有机物过多以及阻燃性能还有待提高的技术问题。
下面将结合附图对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
实施例1
本申请实施例1提供了一种高挥发性分原煤阻燃剂，高挥发性分原煤阻燃剂的组成包括改性聚磷酸铵盐和成膜乳液，改性聚磷酸铵盐包括聚磷酸铵盐和导热材料。
本申请中成膜乳液发挥的是成膜效果，有利于改性聚磷酸铵盐包覆在高挥发性分原煤表面，而改性聚磷酸铵盐中的导热材料的添加不仅减少高挥发性分原煤阻燃剂中聚磷酸铵盐的使用量，减少了环境污染和对阻燃剂制备工人的身体损害，并且导热材料进行热量传递，发挥了阻燃作用，提高了聚磷酸铵盐的阻燃性能，原煤的着火点提高，从而解决现有技术中卤素类阻燃剂含有的毒性有机物过多以及阻燃性能还有待提高的技术问题。
本申请中，对于高挥发性分原煤阻燃剂中改性聚磷酸铵盐和成膜乳液的比例没有特殊要求，优选30～60质量份改性聚磷酸铵盐和40～70质量份成膜乳液组成高挥发性分原煤阻燃剂，其他质量份比例的改性聚磷酸铵盐和成膜剂只要能使改性聚磷酸铵盐附着在高挥发性分原煤阻燃剂表面，发挥阻燃效果都属于本专利的发明构思，属于本专利的保护范围。
本申请中，对于改性聚磷酸铵盐中导热材料可以选择为氧化镁和蛭石，改性聚磷酸铵盐中氧化镁附着在原煤上后，当原煤受热时，氧化镁会导出热量，从而发挥了阻燃作用，提高了原煤的着火点；而蛭石的独特的结构和性质都能导出热量，从而发挥了阻燃作用，提高了原煤的着火点，并且对于蛭石，选择膨胀蛭石发挥阻燃作用，提高原煤的着火点的效果要优于普通蛭石，同时，当选择氧化镁作为导热材料时，还可以添加硅胶，硅胶能够改善高挥发性分原煤阻燃剂中各组分的互溶性，有利于高挥发性分原煤阻燃剂包覆在原煤表面，使得高挥发性分原煤阻燃剂的阻燃和提高着火点的性能充分发挥，并隔绝氧气，从而进一步提高了高挥发性分原煤阻燃剂的阻燃和提高着火点的性能，同时高挥发性分原煤阻燃剂附着力好，有利于抵抗雨水冲刷，延长使用寿命，同时，在高挥发性分原煤阻燃剂中添加硅胶等组分，还能降低成本；其中，氧化镁和硅胶、普通蛭石和膨胀蛭石提高原煤着火点的测试数据如表1所示，硅胶促进聚磷酸盐和成膜乳液互溶的测试数据如表2所示。
| 聚磷酸盐：改性剂 | 比例 | 着火点 |
| 聚磷酸盐：0 | 25:0 | 309 |
| 聚磷酸盐：氧化镁 | 25:15 | 327 |
| 聚磷酸盐：氧化镁 | 25:25 | 357 |
| 聚磷酸盐：蛭石 | 25:15 | 311 |
| 聚磷酸盐：膨胀蛭石 | 25:25 | 325 |
表1
| 填料 | 均匀度 | 备注 |
| 聚磷酸盐(100％) | 分层 | 30分 |
| 聚磷酸盐(75％)：硅胶(25％) | 浑浊 | 30分 |
| 聚磷酸盐(50％)：硅胶(50％) | 均匀 | 放置一个月 |
表2
本申请中，对于成膜乳液优选苯丙乳液、润湿剂、成膜助剂和水组成的成膜乳液。
实施例2
本申请实施例2提供了一种高挥发份原煤阻燃剂的制备方法，包括步骤：
步骤1、配置改性聚磷酸盐：
以质量份计算，将30～60质量份磷酸铵、10～35质量份硅胶、10～35质量份氧化镁，按照比例配置，在室温(20～25℃)下分散30～60分钟，搅拌30～90分钟，得到改性聚磷酸盐；
步骤2、配置高挥发份原煤阻燃剂
以质量份计算，将5～20质量份苯丙乳液、30～60质量份改性聚磷酸铵、0～5质量份润湿剂、0-10质量份成膜助剂以及30～50质量份水按照一定配比配制复合阻燃涂层，并在室温(20～25℃)下分散30～60分钟，搅拌30～90分钟，得到高挥发份原煤阻燃剂。
实施例3
本申请实施例3提供了一种高挥发份原煤阻燃剂的制备方法，制备步骤与实施例2的区别在于：步骤1、将40～60质量份膨胀蛭石和40～60质量份聚磷酸铵配置成高挥发份原煤阻燃剂。
实施例4
本实施例4提供了高挥发份原煤阻燃剂的性能测试，测试包括将实施例1、2制备得到的高挥发份原煤阻燃剂作为1-2号样品，比较1-2号样品与普通原煤的着火点，原煤选自印尼原煤。
对涂覆有1-2号样品的印尼原煤的煤自加热-自燃机理实验，结果如附图1-2所示，从图1-2可以看出，
在炉温低于140℃时，1号和2号煤样的中心温度随时间的增加逐渐趋于平缓；
当炉温超过150℃时，1号和2号煤样中心温度均表现出上升的趋势，但1号煤样升温速率明显高于2号；
当炉温为160℃时，反应时间≥7000s(约2h)时，1号和2号煤样均表现出急剧的升温，但是随着时间的增加，发现即使温度达到240℃，也未观察到这两种煤样明显的自燃，如浓烟或者火星等现象，而常规的原煤当温度达到180℃时，就会在煤样表面出现局部燃烧和浓烟冒出，说明本申请提供的原煤阻燃剂发挥了阻燃作用，提高了聚磷酸铵盐的阻燃性能，原煤的着火点提高。
对涂覆有1号样品的印尼原煤和印尼原煤进行燃烧特性实验，结果如表3所示：
表3
从表3可以看出，与常规印尼原煤相比，涂覆有1号样品的印尼原煤着火温度提高104.30度，燃烬温度提高137.65度，最大燃烧速率6.03％/分，最大燃烧温度提高到555.5，提高142.2度，平均燃烧速率下降0.41％/分。
从煤自加热-自燃机理实验和燃烧特性实验可以确定，原煤阻燃剂都能发挥阻燃作用，使得原煤的着火点提高，虽然二者测试出来的着火点温度存在差异，但是二者是不同实验，且原煤的品质存在的差异也影响了实验结果，可两个试验中原煤阻燃剂提高原煤的着火点的效果是可以确定的。
以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种高挥发份原煤阻燃剂，其特征在于，所述高挥发份原煤阻燃剂包括：改性聚磷酸铵盐和成膜乳液；
所述改性聚磷酸铵盐包括聚磷酸铵盐和导热材料。
2.根据权利要求1所述的一种高挥发份原煤阻燃剂，其特征在于，所述导热材料包括氧化镁或蛭石。
3.根据权利要求1所述的一种高挥发份原煤阻燃剂，其特征在于，所述导热材料为氧化镁；
所述改性聚磷酸铵盐还包括硅胶。
4.根据权利要求2所述的一种高挥发份原煤阻燃剂，其特征在于，所述蛭石为膨胀蛭石。
5.根据权利要求1所述的一种高挥发份原煤阻燃剂，其特征在于，所述成膜乳液包括：苯丙乳液、润湿剂、成膜助剂和水。
6.根据权利要求1所述的一种高挥发份原煤阻燃剂，其特征在于，以质量份计，所述高挥发性分原煤阻燃剂包括30～60质量份改性聚磷酸铵盐和40～70质量份成膜乳液。
7.根据权利要求3所述的一种高挥发份原煤阻燃剂，其特征在于，以质量份计，所述改性聚磷酸铵盐包括30～60质量份聚磷酸铵盐、10～35质量份硅胶和10～35质量份氧化镁。
8.根据权利要求2所述的一种高挥发份原煤阻燃剂，其特征在于，所述改性聚磷酸铵盐包括40～60质量份聚磷酸铵盐和40～60质量份蛭石。
9.权利要求1-8任一项所述的一种高挥发份原煤阻燃剂的制备方法，其特征在于，包括步骤：
步骤1、将导热材料与聚磷酸铵盐进行第一混合，得到改性聚磷酸铵盐；
步骤2、将所述改性聚磷酸铵盐与成膜乳液进行第二混合，得到高挥发份原煤阻燃剂。
10.根据权利要求9所述的一种高挥发份原煤阻燃剂的制备方法，其特征在于，所述第一超声分散的时间为30～60min；
所述第一搅拌的时间为30～90min；
所述第二超声分散的时间为30～60min；
所述第二搅拌的时间为30～90min。
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