一种抑制煤自燃的抗氧化型凝胶泡沫制造技术

本发明专利技术提供一种抑制煤自燃的抗氧化型凝胶泡沫，属于凝胶泡沫技术领域。该泡沫包括胶凝剂、交联剂、发泡剂、稳泡剂、抗氧化阻化剂和蒸馏水，选取聚丙烯酸钠为胶凝剂，魔芋胶为交联剂，十二烷基硫酸钠和α‑烯基磺酸钠为发泡剂，改性硅树脂聚醚微乳液为稳泡剂，蒙脱土和叔丁基对苯二酚为抗氧化阻化剂，配制抗氧化型凝胶泡沫。本发明专利技术具有凝胶泡沫材料结构稳定、扩散范围大、保水性能好、热稳定性高、能有效隔绝煤氧接触等优点，其中的抗氧化组分又具有良好的抗氧化性能，使得抗氧化型凝胶泡沫能有效抑制煤的氧化自燃，且相比于传统的阻化剂，更能适应复杂的井下环境，为防治煤自燃领域的研究提供了新的思路，对煤矿井下安全生产有重要的现实意义。

【技术实现步骤摘要】
一种抑制煤自燃的抗氧化型凝胶泡沫
本专利技术涉及凝胶泡沫
，特别是指一种抑制煤自燃的抗氧化型凝胶泡沫。
技术介绍
凝胶泡沫是一种新型防治煤自燃的材料，将聚合物分散在含有发泡剂的溶液中，在气体的作用下发泡形成的气相分散体系。凝胶泡沫利用凝胶的固水特性和泡沫堆积、延展特性来防治煤炭自燃。目前，单纯的凝胶材料在井下应用时成本高、在采空区流动性能差、渗透范围小，泡沫材料保存时间和作用时间有限，凝胶泡沫材料有效地改善了两者的性能，但是在高温条件下凝胶泡沫结构发生改变时，阻化效果会有一定下降。因此，提高阻化技术抑制煤自燃的效果，改善凝胶泡沫材料的性能，对于煤矿井下抑制煤炭自燃，减少经济损失有着重要的意义。本专利技术旨在通过将抗氧化阻化剂与凝胶泡沫材料相结合，制成抗氧化型凝胶泡沫的复合材料，再对该材料各组分的配比进行优化，获得最佳的阻化效果。该材料经红外光谱试验官能团分析，抑煤自燃的效果较好，且各组分选材的成本较低，可改善传统抗氧化阻化剂和凝胶泡沫材料的不足，获得更好的应用效果。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种抑制煤自燃的抗氧化型凝胶泡沫，将聚丙烯酸钠、魔芋胶、十二烷基硫酸钠和α-烯基磺酸钠、改性硅树脂聚醚微乳液、蒙脱土和叔丁基对苯二酚等材料按一定比例混和，制作出具有优异抗氧化型能的凝胶泡沫材料，能有效隔绝煤氧接触，其中的抗氧化组分可以惰化煤中活性基团的活性，能够有效地抑制煤的氧化自燃。该材料成本较低，且能适应各种复杂的井下环境。该泡沫包括胶凝剂、交联剂、发泡剂、稳泡剂、抗氧化阻化剂和蒸馏水，其中，按质量比，胶凝剂占1-3％，交联剂占0.1-0.3％，发泡剂占0.1-0.3％，稳泡剂占0.2-0.6％，抗氧化阻化剂占1-3％，蒸馏水余量。具体的，胶凝剂为聚丙烯酸钠，交联剂为魔芋胶，发泡剂为十二烷基硫酸钠和α烯基磺酸钠的混合物，混合质量比例为3:2，稳泡剂为改性硅树脂聚醚微乳液，抗氧化阻化剂为蒙脱土和叔丁基对苯二酚的混合物，混合质量比例为1:1。本专利技术通过加入抗氧化组分，使该材料拥有抗氧化阻化剂和凝胶泡沫材料两者的优点，改善了单纯的抗氧化阻化剂高温条件下液膜易破裂，凝胶材料成本高、流动性差，泡沫材料弹性力差、吸热能力不足等问题，提高煤自燃防治水平。本专利技术首先确定抗氧化组分、胶凝剂、交联剂、发泡剂和稳泡剂等各组分材料的选取，并通过单因素试验确定每个组分合适的添加比例。再采用响应面分析法设计实验方案，进行程序升温实验测试响应值交叉点温度，利用二次多项式模型对各组分的添加配比进行优化并验证，最终得出各组分的最优配比。按照最优配比制备出抗氧化型凝胶泡沫样品，并与原煤样混合均匀后进行原位漫反射傅里叶红外光谱实验。通过对煤中主要活性官能团脂肪族甲基和亚甲基、游离羟基、羧基和醛基等的变化规律进行分析，验证了抗氧化型凝胶泡沫对煤的氧化自燃有较好的抑制效果。本专利技术的上述技术方案的有益效果如下：本专利技术具有凝胶泡沫材料结构稳定、扩散范围大、保水性能好、热稳定性高、能有效隔绝煤氧接触等优点，其中的抗氧化组分又具有良好的抗氧化性能，使得抗氧化型凝胶泡沫能有效抑制煤的氧化自燃，且相比于传统的阻化剂，更能适应复杂的井下环境，为防治煤自燃领域的研究提供了新的思路，对煤矿井下安全生产有重要的现实意义。附图说明图1为本专利技术的泡沫高度随发泡剂添加量变化的关系图；图2为本专利技术的泡沫半衰期随稳泡剂添加量变化的关系图；图3为本专利技术的CO释放量随阻化剂添加量变化的关系图；图4(a)为本专利技术的甲基标准化峰面积随煤温变化的规律图；图4(b)为本专利技术的亚甲基标准化峰面积随煤温变化的规律图；图5为本专利技术的游离羟基吸收峰面积随煤温变化的规律图；图6为本专利技术的羧基吸收峰面积随煤温变化的规律；图7为本专利技术的醛基吸收峰面积随煤温变化的规律。具体实施方式为使本专利技术要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。本专利技术提供一种抑制煤自燃的抗氧化型凝胶泡沫。该泡沫包括胶凝剂、交联剂、发泡剂、稳泡剂、抗氧化阻化剂和蒸馏水，其中，按质量比，胶凝剂占1-3％，交联剂占0.1-0.3％，发泡剂占0.1-0.3％，稳泡剂占0.2-0.6％，抗氧化阻化剂占1-3％，蒸馏水余量。胶凝剂为聚丙烯酸钠，聚丙烯酸钠作为一种新型的功能高分子材料，是一种白色或略带浅黄色的固态粉末。由丙烯酸和丙烯酸的酯类经水溶液聚合得到的。具有加热至300℃仍然不会分解，且质地较为均匀，弹性较好的优点。单因素实验确定合适添加比例2％，响应面优化最优比例1.24％。交联剂为魔芋胶，魔芋胶溶于水后可以形成弹性凝胶，这种凝胶是一种热不可逆凝胶。由于其具有能形成热不可逆凝胶的特点，有利于改善凝胶的性能，能提高凝胶在不同温度条件下的稳定性。单因素实验确定合适添加比例0.2％，响应面优化最优比例0.21％。发泡剂为十二烷基硫酸钠和α烯基磺酸钠的混合物，混合质量比例为3:2，十二烷基硫酸钠是一种发泡性能十分优异的发泡剂，具有良好的乳化性能、水溶性能，并且起泡性能优越，耐碱、耐硬水。在正常pH值范围内的都具有优异的稳定性。α-烯基磺酸钠具有优异的发泡能力、抗硬水能力和溶解能力。十二烷基硫酸钠：α-烯基磺酸钠＝3：2。单因素实验确定合适添加比例0.2％，响应面优化最优比例0.24％。稳泡剂为改性硅树脂聚醚微乳液，改性硅树脂聚醚微乳液，能够控制气泡液膜的结构稳定性，使表面活性剂分子在气泡的液膜有秩序的分布，赋予泡沫良好的弹性和自修复能力，提高泡沫的稳定性。单因素实验确定合适添加比例0.4％，响应面优化最优比例0.54％。抗氧化阻化剂为蒙脱土和叔丁基对苯二酚的混合物，混合质量比例为1:1，蒙脱土具有很强的吸附能力和阳离子交换性能，在水介质中具有很好的分散能力，易分散成细小的颗粒，形成连续网络结构。叔丁基对苯二酚热稳定性能好，抗氧化能力强。蒙脱土：叔丁基对苯二酚＝1：1。单因素实验确定合适添加比例2％，响应面优化最优比例2.55％。在具体应用中，首先，根据井下防煤自燃的实际情况，考虑实验效果和经济成本等多方面因素，筛选抗氧化阻化剂、凝胶和泡沫材料。胶凝剂、交联剂、发泡剂、稳泡剂以及抗氧化阻化剂等五个组分选取的材料分别为聚丙烯酸钠、魔芋胶、十二烷基硫酸钠和α-烯基磺酸钠的混合物、改性硅树脂聚醚微乳液、蒙脱土和对叔丁基二苯酚的混合物。然后进行单因素实验，确定每一个组分的合适添加比例。单因素实验分为三部分：凝胶性能测试实验、发泡性能测试实验以及测试阻化剂阻化率的程序升温实验。得出胶凝剂、交联剂、发泡剂、稳泡剂和抗氧化阻化剂的合适添加比例分别为2％、0.2％、0.2％、0.4％、2％。接下来在单因素实验基础上运用响应面分析法设计实验方案，进行程序升温实验测试交叉点温度，对抗氧化型凝胶泡沫主要组分的配比进行优化。得出胶凝剂、交联剂、发泡剂、稳泡剂和抗氧化阻化剂的最优配比为1.24％、0.本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种抑制煤自燃的抗氧化型凝胶泡沫，其特征在于：包括胶凝剂、交联剂、发泡剂、稳泡剂、抗氧化阻化剂和蒸馏水，其中，按质量比，胶凝剂占1-3％，交联剂占0.1-0.3％，发泡剂占0.1-0.3％，稳泡剂占0.2-0.6％，抗氧化阻化剂占1-3％，蒸馏水余量。/n

【技术特征摘要】
1.一种抑制煤自燃的抗氧化型凝胶泡沫，其特征在于：包括胶凝剂、交联剂、发泡剂、稳泡剂、抗氧化阻化剂和蒸馏水，其中，按质量比，胶凝剂占1-3％，交联剂占0.1-0.3％，发泡剂占0.1-0.3％，稳泡剂占0.2-0.6％，抗氧化阻化剂占1-3％，蒸馏水余量。


2.根据权利要求1所述的抑制煤自燃的抗氧化型凝胶泡沫，其特征在于：所述胶凝剂为聚丙烯酸钠。


3.根据权利要求1所述的抑制煤自燃的抗氧化型凝胶泡沫，其特征在于：所述交联剂为魔芋胶。


4.根据权利要求1所述的抑制煤自燃的抗氧化型凝胶泡沫，其特征在于：所述发泡剂为十...

【专利技术属性】
技术研发人员：高玉坤，权赛南，姬玉成，黄志安，张英华，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：北京;11