一种硅磷协同煤炭阻燃抑尘剂及其制备方法技术

本发明专利技术属于煤炭阻燃抑尘剂领域，具体公开了一种硅磷协同煤炭阻燃抑尘剂及其制备方法，以质量份数计，其原料包括以下组分：0.10‑0.30份磷系阻燃剂，0.15‑0.30份硅烷偶联剂，0.008‑0.018份催化剂，80.0‑160.0份溶剂，0.10‑0.40份硅系阻燃剂，0.1‑0.4份pH调节剂，83.0‑125.0份去离子水，57.0‑95.0份醇类化合物，1.0‑2.0份天然高分子，10.0‑20.0份单体，4.0‑8.0份pH缓冲剂，0.1‑0.4份引发剂，0.02‑0.08份交联剂，0.2‑0.4份表面活性剂，0.2‑1.0份增塑剂。本阻燃抑尘剂中引入了硅、磷元素，是一种高效的硅磷协同阻燃体系，能克服单一阻燃剂阻燃级别较低、极限氧指数小的缺点，具有优良的阻燃性能。喷洒后形成的高分子薄膜不仅能防止煤粉吹散，减少煤尘污染；而且能起到隔绝氧气的效果，从而防止煤炭自燃。

【技术实现步骤摘要】
一种硅磷协同煤炭阻燃抑尘剂及其制备方法
本专利技术属于煤炭阻燃抑尘剂
，特别涉及一种硅磷协同煤炭阻燃抑尘剂及其制备方法。
技术介绍
随着我国经济的快速发展，能源需求量越来越大，煤炭作为主要能源，其开采、运输、储存量逐年增加。目前我国煤炭主要通过铁路运输，在运输过程中受气流扰动极易产生扬尘，不仅会造成煤炭资源的严重浪费，还会给周边空气造成极大的污染，严重危害人们的身体健康。同时，煤炭的自燃在煤炭的开采和储存中也一直威胁着作业人员的生命和采掘设备的安全，造成大量的经济损失和资源的浪费。传统抑尘方法包括洒水润湿法、篷布遮盖法、挡风墙隔离法等，存在用水量大、操作繁琐、抑尘效率低等问题。随着化学抑尘剂的出现，化学抑尘法因其良好的抑尘效果，受到人们广泛的关注和研究。传统抑尘剂主要包括润湿型、粘结型、凝聚型、复合型四大类。近年来，化学抑尘剂逐渐向绿色环保、廉价高效、适用广泛、多功能型等方向发展。阻燃剂按元素添加种类可以分为含卤素系阻燃剂、含磷系阻燃剂、含氮系阻燃剂、含硅系阻燃剂、含铝镁系阻燃剂、含氮磷系阻燃剂等。但因卤系阻燃剂引起的烟雾毒性、环境问题突出，正受到多行业的使用限制，无卤或低卤阻燃产品正成为行业发展趋势。单一阻燃剂存在阻燃级别较低、极限氧指数小、添加量大的缺点。目前我国大多将抑尘剂与阻燃剂复配使用，阻燃剂大多依赖进口，成本高昂。且如今市场上硬壳型抑尘剂应用较多，抗压能力差，产品喷洒后固化层比较脆，受到运输中震荡和风力后容易碎裂，从而失去抑尘效果，因此需要大量、反复喷洒抑尘剂造成其成本较高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种硅磷协同煤炭阻燃抑尘剂及其制备方法，该阻燃抑尘剂同时具有阻燃、抑尘两种性能，具有阻燃抑尘能力强、成膜柔韧、成本低廉、绿色环保的特点。本专利技术是通过以下技术方案来实现：一种硅磷协同煤炭阻燃抑尘剂，以质量份数计，其原料包括以下组分：0.10-0.30份磷系阻燃剂，0.15-0.30份硅烷偶联剂，0.008-0.018份催化剂，80.0-160.0份溶剂，0.10-0.40份硅系阻燃剂，0.1-0.4份pH调节剂，83.0-125.0份去离子水，57.0-95.0份醇类化合物，1.0-2.0份天然高分子，10.0-20.0份单体，4.0-8.0份pH缓冲剂，0.1-0.4份引发剂，0.02-0.08份交联剂，0.2-0.4份表面活性剂，0.2-1.0份增塑剂。进一步，磷系阻燃剂为DOPO。进一步，硅烷偶联剂为γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷和乙烯基三乙氧基硅烷中的至少一种。进一步，催化剂为偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈和偶氮二异丁酸二甲酯中的至少一种。进一步，硅系阻燃剂为纳米SiO2、高岭土、硅藻土、蒙脱土和凹凸棒土中的至少一种。进一步，天然高分子为海藻酸钠、淀粉及其衍生物、纤维素及其衍生物和壳聚糖中的至少一种。进一步，溶剂为无水乙醇、苯、甲苯、三氯甲烷、丙酮、环己烷和四氢呋喃中的至少一种；pH调节剂为乙酸、盐酸中的至少一种；pH缓冲剂为氢氧化钠；醇类化合物为甲醇和乙醇中的至少一种；单体为丙烯酸、丙烯酰胺和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸中的至少一种；引发剂为过硫酸钾与亚硫酸氢钠，或过硫酸铵与亚硫酸氢钠；交联剂为N,N′-亚甲基双丙烯酰胺、二甲基二烯丙基氯化铵中的至少一种；表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠中的至少一种；增塑剂为丙三醇。本专利技术还公开了一种硅磷协同煤炭阻燃抑尘剂的制备方法，包括以下步骤：(1)将0.10-0.30份磷系阻燃剂、0.15-0.30份硅烷偶联剂、20.0-50.0份溶剂混合，得到溶液A；将0.008-0.018份催化剂以10.0份溶剂溶解，得到溶液B；将溶液B滴加至溶液A中，然后在60-120℃反应5-12h得到粗产物，旋蒸除去溶剂，然后干燥8-24h得到阻燃中间体；(2)向阻燃中间体中加入57.0-95.0份醇类化合物和3.0-5.0份去离子水，然后再加入pH调节剂调节pH至3.0-4.0，超声水解1-2h，得到溶液C；向溶液C中加入50.0-100.0份溶剂和0.10-0.40份硅系阻燃剂，于70-120℃反应8-24h，洗涤后抽滤，并于60-80℃干燥8-12h得阻燃剂；(3)将1-2份天然高分子、0.2-0.8份阻燃剂和40-80份去离子水混合，得到溶液D；将10.0-20.0份单体、4.0-8.0份pH缓冲剂、20.0-40.0份去离子水和0.02-0.08份交联剂混合，得到溶液E；将0.1-0.4份引发剂和10.0-20.0份去离子水混合，得到溶液F；向溶液D中通入惰性气体，将溶液E和溶液F同时滴加入溶液D中，在50-60℃条件下保温4-6h，得到溶液G；(4)然后向溶液G中加入0.2-0.4份表面活性剂和0.2-1.0份增塑剂，搅拌均匀，得到淡黄色透明粘稠液体，即硅磷协同煤炭阻燃抑尘剂。进一步，步骤(1)中，在惰性气体的保护作用下制备溶液A；步骤(3)中，制备溶液E时在冰水浴条件下进行。进一步，步骤(2)中，醇类化合物与去离子水质量比为19:1。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：本专利技术公开的硅磷协同煤炭阻燃抑尘剂，包括磷系阻燃剂、硅烷偶联剂、催化剂、溶剂、硅系阻燃剂、pH调节剂、去离子水、醇类化合物、天然高分子、单体、pH缓冲剂、引发剂、交联剂、表面活性剂和增塑剂。将磷系阻燃剂与硅烷偶联剂通过自由基加成反应结合得到阻燃中间体，然后将其水解得到硅醇基团并与硅系阻燃剂上的羟基脱水结合得到硅磷协同阻燃剂，最后与天然高分子、单体、表面活性剂、增塑剂等抑尘组分通过自由基聚合反应结合得到同时兼具阻燃和抑尘两种性能的硅磷协同煤炭阻燃抑尘剂。本阻燃抑尘剂同时具备润湿、黏结、凝聚、保水等功能，喷洒后可以迅速凝聚、黏结煤尘颗粒，并且由于其良好的润湿性增强了水对煤尘的捕获能力，达到快速降尘的效果。喷洒后会在煤粉表面形成一层柔软、致密的高分子薄膜，具有优良的机械性能、柔韧性、抗震荡性、抗风蚀性，受风力侵蚀、震荡不易破裂。既可以起到防止煤尘飘散的效果，又可以有效减缓水分蒸发达到锁水的目的，大大延长抑尘周期。本阻燃抑尘剂中引入了硅、磷元素，是一种高效的硅磷协同阻燃体系，能克服单一阻燃剂阻燃级别较低、极限氧指数小的缺点，多系阻燃剂协同使用可以充分发挥各自的性能，降低成本，同时提高材料的阻燃性能。且喷洒后形成的高分子薄膜能起到隔绝氧气的效果，从而防止煤炭自燃。本阻燃抑尘剂采用环保可降解材料，在煤炭燃烧时不会产生有毒有害气体。在煤炭开采、储运、燃烧中可以有效减缓煤尘飞扬及防止煤炭自燃，减少了空气污染和煤炭资源浪费，具有较大的实用意义和应用前景。进一步，天然高分子和硅系阻燃剂的采用的材料来源于大自然，资源丰富，价格低廉，且不会对环境造成污染，具有良好的生物相容性。本专利技术还公开了所述硅本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种硅磷协同煤炭阻燃抑尘剂，其特征在于，以质量份数计，其原料包括以下组分：/n0.10-0.30份磷系阻燃剂，0.15-0.30份硅烷偶联剂，0.008-0.018份催化剂，80.0-160.0份溶剂，0.10-0.40份硅系阻燃剂，0.1-0.4份pH调节剂，83.0-125.0份去离子水，57.0-95.0份醇类化合物，1.0-2.0份天然高分子，10.0-20.0份单体，4.0-8.0份pH缓冲剂，0.1-0.4份引发剂，0.02-0.08份交联剂，0.2-0.4份表面活性剂，0.2-1.0份增塑剂。/n

【技术特征摘要】
1.一种硅磷协同煤炭阻燃抑尘剂，其特征在于，以质量份数计，其原料包括以下组分：
0.10-0.30份磷系阻燃剂，0.15-0.30份硅烷偶联剂，0.008-0.018份催化剂，80.0-160.0份溶剂，0.10-0.40份硅系阻燃剂，0.1-0.4份pH调节剂，83.0-125.0份去离子水，57.0-95.0份醇类化合物，1.0-2.0份天然高分子，10.0-20.0份单体，4.0-8.0份pH缓冲剂，0.1-0.4份引发剂，0.02-0.08份交联剂，0.2-0.4份表面活性剂，0.2-1.0份增塑剂。


2.根据权利要求1所述的硅磷协同煤炭阻燃抑尘剂，其特征在于，磷系阻燃剂为DOPO。


3.根据权利要求1所述的硅磷协同煤炭阻燃抑尘剂，其特征在于，硅烷偶联剂为γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷和乙烯基三乙氧基硅烷中的至少一种。


4.根据权利要求1所述的硅磷协同煤炭阻燃抑尘剂，其特征在于，催化剂为偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈和偶氮二异丁酸二甲酯中的至少一种。


5.根据权利要求1所述的硅磷协同煤炭阻燃抑尘剂，其特征在于，硅系阻燃剂为纳米SiO2、高岭土、硅藻土、蒙脱土和凹凸棒土中的至少一种。


6.根据权利要求1所述的硅磷协同煤炭阻燃抑尘剂，其特征在于，天然高分子为海藻酸钠、淀粉及其衍生物、纤维素及其衍生物和壳聚糖中的至少一种。


7.根据权利要求1所述的硅磷协同煤炭阻燃抑尘剂，其特征在于，溶剂为无水乙醇、苯、甲苯、三氯甲烷、丙酮、环己烷和四氢呋喃中的至少一种；
pH调节剂为乙酸、盐酸中的至少一种；
pH缓冲剂为氢氧化钠；
醇类化合物为甲醇和乙醇中的至少一种；单体为丙烯酸、丙烯酰胺和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸中的至少一种；
引发剂为过硫酸钾与亚硫酸氢钠，或过硫酸铵与亚硫酸氢钠；
交联剂为N,N′-亚甲基双丙烯酰胺、二甲基二烯丙基氯化铵中的至少一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：来水利，陈功，杨欣，李晨辉，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61