一种氮磷硅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，具体公开了一种氮磷硅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：0.08～0.12份磷系阻燃剂，0.10～0.14份含氮硅烷偶联剂，0.01～0.05份醛类化合物，100.0～200.0份溶剂，0.18～0.36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，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。使用醛类化合物将含氮硅烷偶联剂接枝在磷系阻燃剂分子上，然后将其水解并与硅系阻燃剂上的表面羟基通过羟基间脱水反应得到氮磷硅协同阻燃剂，最后与天然高分子、单体、丙三醇、表面活性剂等抑尘组分通过高分子自由基聚合反应有机结合在同一体系中，使其同时兼具阻燃和抑尘两种性能。

【技术实现步骤摘要】
一种氮磷硅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的
，特别涉及一种氮磷硅协同煤炭阻燃抑尘剂及其制备方法。
技术介绍
我国是煤炭资源消耗大国，在煤炭的开采、运输、储存、燃烧过程中会产生大量的粉尘，不仅会造成煤炭资源的严重浪费，还会给周围的环境造成较大的污染，过量的煤尘还会引起粉尘爆炸，给人们的生命安全带来威胁。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。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，且其成本较高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种氮磷硅协同煤炭阻燃抑尘剂及其制备方法，成本低廉、成膜柔韧、抑尘性能强，兼具阻燃和抑尘两种性能。本专利技术是通过以下技术方案来实现：一种氮磷硅协同煤炭阻燃抑尘剂，以质量份数计，其原料包括以下组分：0.08～0.12份磷系阻燃剂，0.10～0.14份含氮硅烷偶联剂，0.01～0.05份醛类化合物，100.0～200.0份溶剂，0.18～0.36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，含氮硅烷偶联剂为γ―氨丙基三乙氧基硅烷。进一步，醛类化合物为对苯二甲醛、苯甲醛、甲醛、戊二醛和对羟基苯甲醛中的至少一种。进一步，硅系阻燃剂为纳米SiO2、高岭土、硅藻土、蒙脱土、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、壳聚糖中的至少一种。进一步，pH调节剂为乙酸和盐酸中的至少一种；pH缓冲剂为氢氧化钠；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；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、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氮磷硅协同煤炭阻燃抑尘剂的制备方法，包括以下步骤：(1)将0.10-0.14份含氮硅烷偶联剂、0.01-0.05份醛类化合物和30.0-60.0份溶剂混合，在60-120℃反应4-8h，得到溶液A；将0.08-0.12份磷系阻燃剂和20.0-40.0份溶剂混合，得到溶液B；将溶液B滴入溶液A中，在60-120℃下反应8-16h得到粗产物；将粗产物洗涤后抽滤，在60-80℃干燥12-24h，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值至3.0-4.0，超声水解1-2h，得到溶液C；向溶液C中通入惰性气体，并加入50.0-100.0份溶剂和0.18-0.36份硅系阻燃剂，于70-120℃反应8-24h后，洗涤除去未反应物，抽滤并于60-80℃干燥得到阻燃剂；(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，即氮磷硅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：本专利技术公开了一种氮磷硅协同煤炭阻燃抑尘剂，包括磷系阻燃剂、含氮硅烷偶联剂、醛类化合物、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。使用醛类化合物将含氮硅烷偶联剂接枝在磷系阻燃剂分子上，然后将其水解并与硅系阻燃剂上的表面羟基通过羟基间脱水反应得到氮磷硅协同阻燃剂，最后与天然高分子、单体、增塑剂、表面活性剂等抑尘组分通过高分子自由基聚合反应有机结合在同一体系中，使其同时兼具阻燃和抑尘两种性能。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。传统的磷系阻燃剂具有良好的成炭性和自熄性，但添加量大造成与材料相容性不好；氮系阻燃剂一般与磷系阻燃剂协同使用；硅系阻燃剂大多来源于二氧化硅等矿物具有资源丰富、成本低、阻燃效率高、绿色环保等特点，且与材料相容性好、机械性能影响小。本阻燃抑尘剂中引入了氮、磷、硅元素，是一种高效的氮磷硅协同阻燃体系，能克服单一阻燃剂阻燃级别较低、极限氧指数小、添加量大、成本高的缺点，具有优良的阻燃性能，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氮磷硅协同煤炭阻燃抑尘剂的制备方法，首先用醛类化合物将含氮硅烷偶联剂接枝在磷系阻燃剂分子上得到阻燃中间体，然后将其水解并与硅系阻燃剂上的表面羟基通过羟基间脱水反应得到氮磷硅协同阻燃剂；最后将阻燃剂与天然高分子、单体、丙三醇、表面活性剂等抑尘组分通过高分子自由基聚合反应有机结合在同一体系中，使其同时兼具阻燃和抑尘两种性能。本专利技术的阻燃剂是几种阻燃剂成分通过反应先得到阻燃中间体，最终制备得到阻燃剂，与材料相容性更好。进一步，制备溶液A时，通入惰性气体是为了本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氮磷硅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：/n0.08～0.12份磷系阻燃剂，0.10～0.14份含氮硅烷偶联剂，0.01～0.05份醛类化合物，100.0～200.0份溶剂，0.18～0.36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】
1.一种氮磷硅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：
0.08～0.12份磷系阻燃剂，0.10～0.14份含氮硅烷偶联剂，0.01～0.05份醛类化合物，100.0～200.0份溶剂，0.18～0.36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所述的氮磷硅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所述的氮磷硅协同煤炭阻燃抑尘剂，其特征在于，含氮硅烷偶联剂为γ―氨丙基三乙氧基硅烷。


4.根据权利要求1所述的氮磷硅协同煤炭阻燃抑尘剂，其特征在于，醛类化合物为对苯二甲醛、苯甲醛、甲醛、戊二醛和对羟基苯甲醛中的至少一种。


5.根据权利要求1所述的氮磷硅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、凹凸棒土中的至少一种。


6.根据权利要求1所述的氮磷硅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、壳聚糖中的至少一种。


7.根据权利要求1所述的氮磷硅协同煤炭阻燃抑尘剂，其特征在于，pH调节剂为乙酸和盐酸中的至少一种；
pH缓冲剂为氢氧化钠；
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；
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、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...

【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