防治煤炭自燃的微胶囊阻化剂泡沫凝胶材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及煤矿防灭火技术应用领域，提供了一种防治煤炭自燃的微胶囊阻化剂泡沫凝胶材料及其制备方法。包括发泡溶液和惰性气体CO

Microcapsule inhibitor foam gel material for preventing coal spontaneous combustion and preparation method thereof

【技术实现步骤摘要】
防治煤炭自燃的微胶囊阻化剂泡沫凝胶材料及其制备方法
本专利技术涉及煤矿井防灭火技术应用领域，具体涉及一种防治煤炭自燃的微胶囊阻化剂泡沫凝胶材料及其制备方法。
技术介绍
煤炭自燃严重威胁着煤矿的安全生产，会造成人员伤亡，财产损失，环境污染等问题。目前，大量研究者采用不同的防灭火技术来防治煤自燃，如压注凝胶，注泡沫，喷洒阻化剂，注惰性气体(CO2和N2)。虽然这些防灭火技术在煤矿火灾防治中发挥着关键作用，但也存在某些缺陷。如阻化剂对防止煤体自燃效果显著，但治理范围有限，作用时间短；泡沫扩散和堆积性能良好，但泡沫稳定性差，不能实现固化；惰性气体防灭火技术窒息、抑爆性能好，但气体容易随漏风逸散，难以长时间停留在目标区域；凝胶类材料具有优异的固水、隔氧、降温效果，但其扩散范围小，无法覆盖隐蔽火源。因此，在已有研究的基础上，进一步探索综合性能优异的新型防灭火材料对提高防治煤自燃的效率具有重要的意义。
技术实现思路
基于上述背景，本专利技术的目的是提供一种防治煤炭自燃的集阻化剂、惰性气体、凝胶和泡沫防灭火功能的新型材料；本专利技术的另一目的是提供一种防治煤炭自燃的微胶囊阻化剂泡沫凝胶材料的制备方法。从而简化传统泡沫凝胶的注浆过程，提高防治煤自燃的效率。本专利技术采用以下的技术方案：一种防治煤炭自燃的微胶囊阻化剂泡沫凝胶材料，包括发泡溶液和惰性气体，所述发泡溶液包括发泡剂、温敏性阻化微胶囊、水玻璃和水，所述惰性气体为CO2；所述温敏性阻化微胶囊由芯材和壁材组成，通过以下方法制备：(1)将一定量的二甲基硅油倒入烧杯中，用恒温磁力加热搅拌装置油浴加热；(2)待温度升高到大于60℃，加入润湿剂，搅拌均匀后加入壁材，以大于1000r/min的转速搅拌10min以上，获得壁材的分散液，形成油相；(3)将芯材溶解于蒸馏水并搅拌均匀，将芯材溶液作为水相缓慢滴加到油相中，以500-1000r/min的转速乳化10-20min，关闭加热档，使之逐渐冷却；(4)静置12-24h后，将烧杯上层的二甲基硅油倒掉，用真空泵进行抽滤、自然晾干，得温敏性阻化微胶囊。进一步地，发泡溶液中，按重量百分含量，水玻璃为5-30wt％、发泡剂为0.4-0.8wt％、温敏性阻化微胶囊为0.1-10wt％，余量为水。进一步地，所述芯材与壁材的质量比为1:1-1:5。进一步地，所述壁材为固体石蜡、聚乙烯蜡、液体石蜡中的一种或多种；所述芯材为茶多酚、原花青素、多巴胺中的一种或多种。进一步地，所述润湿剂为OP-10。进一步地，所述发泡剂是由脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠和十二烷基硫酸钠复配而成；所述脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠和十二烷基硫酸钠的质量比为1:4-4:1。进一步地，所述发泡溶液的质量与惰性气体的体积比为100g：560-640ml(每100g发泡溶液对应560-640ml惰性气体)。进一步地，所述水玻璃的波美度为20-40，模数为2-4。一种防治煤炭自燃的微胶囊阻化剂泡沫凝胶材料的制备方法，包括以下步骤：(1)称取发泡剂并将其完全溶解在水中，搅拌均匀得到表面活性剂溶液；(2)在表面活性剂溶液中加入水玻璃和温敏性阻化微胶囊，体系pH值大于11，搅拌均匀形成发泡溶液；(3)将发泡溶液和高压惰性气体快速流经发泡器，从而均匀混合形成微胶囊阻化剂泡沫凝胶。进一步地，所使用的发泡器包括文丘里管、集流器、发泡网和压力表；发泡溶液和惰性气体的压力之比为4:5-3:2。上述技术方案中，微胶囊阻化剂泡沫凝胶具有较好的发泡性能、泡沫稳定性能、阻化性能以及灭火性能，而且压注过程中通过水玻璃和惰性气体的无机缩聚反应成胶(不用泵入交联剂)，从而有效解决传统泡沫凝胶注浆工艺复杂、阻燃效率低等问题，灭火效果显著。其协同防灭火机理主要体现在以下三个方面：(1)在发泡成胶过程中，微胶囊阻化剂泡沫凝胶不仅具有良好的扩散和堆积能力，达到覆盖隐蔽火源的目的；而且体系内部形成Si-O-Si链增加了胶体的强度，提高了其对煤体的粘附性能，从而有效包裹煤体，减少煤与氧气的接触；(2)当煤体氧化蓄热达到约60℃，温敏性阻化微胶囊释放自由基捕获剂(H+),H+与煤中脂肪族官能团氧化产生的过氧自由基发生反应，形成氢过氧化物(R-OOH)，从而破坏了自由基的链式反应；此外，R-OOH易分解为醇类化合物和水，醇类化合物与芯材中的羟基反应生成醚类化合物。因此，煤中相对稳定的醚类化合物含量升高，从而提高其热稳定性。(3)微胶囊阻化剂泡沫凝胶含有SiO2凝胶，因此，该泡沫凝胶含有大量水分，泡沫凝胶比泡沫具有更好的保水性能，其含有的水分蒸发吸收热量，减小了松散煤体的升温速率。综上所述，微胶囊阻化剂泡沫凝胶不同于传统的泡沫凝胶，其流动和扩散性能好、发泡性能好、泡沫稳定时间长、协同防灭火性能优异，是一种综合性能优异的防灭火材料。本专利技术具有的有益效果是：本专利技术的防治煤炭自燃的微胶囊阻化剂泡沫凝胶材料具有良好的发泡性能、泡沫稳定性能以及防灭火性能，有效解决了传统泡沫凝胶注浆工艺复杂、阻燃效率低等问题；相对传统泡沫凝胶，其协同防灭火作用显著，提高了防治煤自燃的效率，此外，微胶囊阻化剂泡沫凝胶堆积、胶凝和扩散性能良好，不仅可以实现覆盖隐蔽火源的目的，而且粘附在煤体裂隙或表面，具有良好的堵漏风效果；其中成胶物质为水玻璃和惰性气体发生无机缩聚反应的混合物；温敏性阻化微胶囊采用融化分散冷凝法制备，微胶囊阻化剂泡沫凝胶采用无机缩聚法制备。附图说明图1为温敏性阻化微胶囊的红外光谱和相变温度点；图2为温敏性阻化微胶囊的扫描电镜和能谱元素分析；图3为煤自燃阻化效果(程序升温过程中CO产生量)；图4为不同防灭火材料的灭火试验示意图(a为水，b为传统水基泡沫，c为泡沫凝胶，d为微胶囊阻化剂泡沫凝胶)。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行具体的说明：制备温敏性阻化微胶囊：(1)将一定量的二甲基硅油倒入烧杯中，用恒温磁力加热搅拌装置油浴加热；(2)待温度升高到大于60℃，加入润湿剂，搅拌均匀后加入壁材，以大于1000r/min的转速搅拌10min以上，获得壁材的分散液，形成油相；(3)将芯材溶解于蒸馏水并搅拌均匀，将芯材溶液作为水相缓慢滴加到油相中，以500-1000r/min的转速乳化10-20min，关闭加热档，使之逐渐冷却；(4)静置12-24h后，将烧杯上层的二甲基硅油倒掉，用真空泵进行抽滤、自然晾干，得温敏性阻化微胶囊。对温敏性阻化微胶囊进行红外光谱和相变温度点测试分析，结果见图1所示。从图1(a)中可以看出，温敏性阻化微胶囊的红外光谱中既有壁材的特征峰(2916cm-1、2848cm-1、1472cm-1和720cm-1)，又有芯材的特征峰(3365cm-1、1730cm-1、1239cm-1和729cm-1)，这说明温敏性阻化微胶囊由壁材和芯材组成。从图1(b)本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种防治煤炭自燃的微胶囊阻化剂泡沫凝胶材料，其特征在于，包括发泡溶液和惰性气体，所述发泡溶液包括发泡剂、温敏性阻化微胶囊、水玻璃和水，所述惰性气体为CO

【技术特征摘要】
1.一种防治煤炭自燃的微胶囊阻化剂泡沫凝胶材料，其特征在于，包括发泡溶液和惰性气体，所述发泡溶液包括发泡剂、温敏性阻化微胶囊、水玻璃和水，所述惰性气体为CO2；
所述温敏性阻化微胶囊由芯材和壁材组成，通过以下方法制备：
(1)将一定量的二甲基硅油倒入烧杯中，用恒温磁力加热搅拌装置油浴加热；
(2)待温度升高到大于60℃，加入润湿剂，搅拌均匀后加入壁材，以大于1000r/min的转速搅拌10min以上，获得壁材的分散液，形成油相；
(3)将芯材溶解于蒸馏水并搅拌均匀，将芯材溶液作为水相缓慢滴加到油相中，以500-1000r/min的转速乳化10-20min，关闭加热档，使之逐渐冷却；
(4)静置12-24h后，将烧杯上层的二甲基硅油倒掉，用真空泵进行抽滤、自然晾干，得温敏性阻化微胶囊。


2.根据权利要求1所述的一种防治煤炭自燃的微胶囊阻化剂泡沫凝胶材料，其特征在于，发泡溶液中，按重量百分含量，水玻璃为5-30wt％、发泡剂为0.4-0.8wt％、温敏性阻化微胶囊为0.1-10wt％，余量为水。


3.根据权利要求1所述的一种防治煤炭自燃的微胶囊阻化剂泡沫凝胶材料，其特征在于，所述芯材与壁材的质量比为1:1-1:5。


4.根据权利要求1或3所述的一种防治煤炭自燃的微胶囊阻化剂泡沫凝胶材料，其特征在于，所述壁材为固体石蜡、聚乙烯蜡、液体石蜡中的一种或多种；所述芯材为茶多酚、原花青素、多巴胺中的一种或多种。<...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡相明，薛迪，赵艳云，吴明跃，程卫民，李永生，邵志昂，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：山东;37