CN102336994B - 一种聚乙烯醇泡沫隔氧材料、其制备方法及用途 - Google Patents
一种聚乙烯醇泡沫隔氧材料、其制备方法及用途 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102336994B CN102336994B CN 201110182699 CN201110182699A CN102336994B CN 102336994 B CN102336994 B CN 102336994B CN 201110182699 CN201110182699 CN 201110182699 CN 201110182699 A CN201110182699 A CN 201110182699A CN 102336994 B CN102336994 B CN 102336994B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- component
- polyvinyl alcohol
- foam
- oxygen barrier
- barrier material
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 title claims abstract description 101
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 title claims abstract description 101
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 93
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 93
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 title claims abstract description 93
- 239000006260 foam Substances 0.000 title claims abstract description 86
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims description 15
- 239000012774 insulation material Substances 0.000 title abstract 4
- 239000003245 coal Substances 0.000 claims abstract description 79
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims abstract description 38
- BTBUEUYNUDRHOZ-UHFFFAOYSA-N Borate Chemical compound [O-]B([O-])[O-] BTBUEUYNUDRHOZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 29
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 claims abstract description 27
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 claims abstract description 27
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 claims abstract description 25
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 24
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 18
- 238000005187 foaming Methods 0.000 claims abstract description 16
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims description 78
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 70
- PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N Glycerine Chemical compound OCC(O)CO PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 27
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims description 23
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 claims description 23
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims description 21
- -1 olefin sulfonate Chemical class 0.000 claims description 20
- 229910021538 borax Inorganic materials 0.000 claims description 17
- UQGFMSUEHSUPRD-UHFFFAOYSA-N disodium;3,7-dioxido-2,4,6,8,9-pentaoxa-1,3,5,7-tetraborabicyclo[3.3.1]nonane Chemical compound [Na+].[Na+].O1B([O-])OB2OB([O-])OB1O2 UQGFMSUEHSUPRD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 17
- 235000010339 sodium tetraborate Nutrition 0.000 claims description 17
- 239000004328 sodium tetraborate Substances 0.000 claims description 17
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 17
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 claims description 12
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 claims description 11
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 11
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 11
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000011734 sodium Substances 0.000 claims description 10
- 229920005552 sodium lignosulfonate Polymers 0.000 claims description 7
- DAJSVUQLFFJUSX-UHFFFAOYSA-M sodium;dodecane-1-sulfonate Chemical group [Na+].CCCCCCCCCCCCS([O-])(=O)=O DAJSVUQLFFJUSX-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 7
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 claims description 5
- 150000001340 alkali metals Chemical group 0.000 claims description 5
- 229910052784 alkaline earth metal Inorganic materials 0.000 claims description 5
- JRZJOMJEPLMPRA-UHFFFAOYSA-N olefin Natural products CCCCCCCC=C JRZJOMJEPLMPRA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229940051841 polyoxyethylene ether Drugs 0.000 claims description 5
- 229920000056 polyoxyethylene ether Polymers 0.000 claims description 5
- BDHFUVZGWQCTTF-UHFFFAOYSA-M sulfonate Chemical compound [O-]S(=O)=O BDHFUVZGWQCTTF-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 5
- 238000010992 reflux Methods 0.000 claims description 2
- 238000007789 sealing Methods 0.000 abstract description 2
- 150000002148 esters Chemical class 0.000 abstract 2
- 239000004088 foaming agent Substances 0.000 abstract 2
- 238000005507 spraying Methods 0.000 abstract 2
- 238000013019 agitation Methods 0.000 abstract 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 abstract 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 13
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 13
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 12
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 12
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 11
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 10
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 8
- 239000006261 foam material Substances 0.000 description 5
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 5
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 5
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 4
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 4
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 4
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 4
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 3
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 108010025899 gelatin film Proteins 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 238000009775 high-speed stirring Methods 0.000 description 3
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 3
- 238000013112 stability test Methods 0.000 description 3
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 3
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 125000000129 anionic group Chemical group 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 239000003063 flame retardant Substances 0.000 description 2
- 238000001879 gelation Methods 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 2
- 238000010792 warming Methods 0.000 description 2
- 229920005830 Polyurethane Foam Polymers 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 230000003044 adaptive effect Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 238000000280 densification Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000013100 final test Methods 0.000 description 1
- 238000004817 gas chromatography Methods 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 125000004435 hydrogen atom Chemical group [H]* 0.000 description 1
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 1
- 229910017053 inorganic salt Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 229920006327 polystyrene foam Polymers 0.000 description 1
- 239000011496 polyurethane foam Substances 0.000 description 1
- 239000004800 polyvinyl chloride Substances 0.000 description 1
- 229920000915 polyvinyl chloride Polymers 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 238000006479 redox reaction Methods 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 239000000779 smoke Substances 0.000 description 1
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 1
- 238000012430 stability testing Methods 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002341 toxic gas Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Solid Fuels And Fuel-Associated Substances (AREA)
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
Abstract
一种聚乙烯醇泡沫隔氧材料,它包含组分(A)和组分(B),其中组分(A)包含溶剂和以组分(A)和(B)中所含溶剂的总量为100wt%计3-8wt%的聚乙烯醇、0.5-1.5wt%的直链烃有机醇或酯和0.04-0.10wt%的发泡剂,组分(B)包含溶剂和以组分(A)和(B)中所含溶剂的总量为100wt%计0.1-0.3wt%的硼酸盐;组分(A)和组分(B)中所含溶剂的质量比为5-9∶1。制备所述聚乙烯醇泡沫隔氧材料的方法包括:在70-95℃的恒定温度下,将聚乙烯醇溶解于溶剂中,回流搅拌30-60分钟,冷却至室温,再加入直链烃有机醇或酯和发泡剂,得组分(A);将硼酸盐加入溶剂中,得组分(B)。将组分(A)经发泡后喷洒至煤炭表面,然后喷洒组分(B),形成泡沫凝胶隔氧材料层,对煤炭表面起到较好的密封隔氧作用。
Description
技术领域
本发明涉及一种防火材料,尤其涉及一种用于防止煤炭自燃的聚乙烯醇(PVA)隔氧材料。
背景技术
煤炭自燃是威胁煤矿和煤运安全的重大灾害之一。在我国国有重点煤矿中存在自然发火危险的矿井约占51.3%,由于煤炭自燃引起的火灾占总火灾数的90%以上,严重地威胁着人民的生命财产安全。煤炭自燃产生大量的SO2、H2S、CO和CO2气体,严重污染环境。煤与空气中的氧发生氧化还原反应是煤自热、自燃的主要原因,因此控制煤和氧的反应过程是预防煤的自热、自燃的重要手段。通过阻隔煤与空气中氧的接触、降低煤堆内的氧气的浓度,可以抑制和减缓煤的氧化放热速率,从而有效抑制煤温升高,达到预防煤堆自热、自燃的目的。目前正在使用的用于阻止煤炭氧化自燃的阻化剂种类主要有无机盐(例如CaCl2、MgCl2、NaCl等)水溶液、Ca(OH)2溶液、硅凝胶等,采用这些阻化剂对于煤炭矿井的自燃的防治起到了一定的作用,但在煤炭的长期储存以及长途运输过程中存在材料稳定差、适应面小等缺点,因此对于煤炭的长期储存和长途运输过程中煤炭自燃的防治并不理想,并且所述阻化剂会导致煤炭中的灰分增加,影响煤炭的质量。另外,在煤炭堆放和运输的过程中,由于重力等因素影响可能会出现煤层滑动,因此还要求覆盖在煤炭表面的隔氧材料具有较好的力学性能。目前在市场上占主导地位的有机泡沫阻燃材料,如聚苯乙烯泡沫、聚氯乙烯泡沫、聚氨酯泡沫等耐热温度低,燃烧后放出大量热量,产生黑烟毒气,既造成环境污染,也成为火灾中造成人员伤亡的主要因素之一,因此不适于用作在煤炭长途运输过程中防止煤炭自燃的材料。
本申请的发明人经研究发现,聚乙烯醇(PVA)作为一种高分子聚合物,具有极小的透氧系数,较好的成膜性,对环境无污染,因此可以选取聚乙烯醇为基料,开发一种防止煤炭自燃用的聚乙烯醇隔氧覆盖材料。本发明人进一步研究发现,将通过添加改性剂和发泡剂配制而成的聚乙烯醇改性发泡溶液经发泡装置发泡后喷洒在煤炭表面时,虽然可以获得一定的隔氧效果,但是形成的泡沫材料极不稳定,容易破裂,无法用于煤炭的长期储存和长途运输过程;考虑到聚乙烯醇对硼酸盐很敏感,容易引起凝胶化,将通过添加改性剂和硼酸盐作为促凝剂配制而成的改性聚乙烯醇隔氧凝胶材料喷洒在煤炭表面上,可以在煤层表面形成凝胶膜,但是这样的隔氧凝胶材料由于流动性差,导致当在煤炭表面覆盖一定厚度的凝胶膜时,隔氧材料的使用量较大,使用成本增加。因此,为了克服上述技术缺陷,需要开发一种稳定性强、隔氧性能高的聚乙烯醇隔氧材料,不仅能够有效地抑制煤炭在长期储运过程中的自燃问题,而且在覆盖相同面积的煤炭表面以及获得相同厚度的密封隔氧层的前提下,能够降低隔氧材料的使用成本。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种新型的聚乙烯醇泡沫隔氧材料。
本发明的另一目的是提供一种制备聚乙烯醇泡沫隔氧材料的方法。
本发明所提供的聚乙烯醇泡沫隔氧材料包含组分(A)和组分(B),其中,所述组分(A)中包含溶剂和以组分(A)和(B)中所含溶剂的总量为100wt%计3-8wt%的聚乙烯醇、0.5-1.5wt%的直链烃有机醇和0.04-0.10wt%的发泡剂,所述组分(B)中包含溶剂和以组分(A)和(B)中所含溶剂的总量为100wt%计0.1-0.3wt%的硼酸盐,并且所述组分(A)中所含的溶剂和组分(B)中所含的溶剂的质量比为5-9∶1。
根据本发明所提供的聚乙烯醇泡沫隔氧材料的一个优选实施方式,所述直链烃有机醇的碳原子数为3-6且羟基数为3-6,更优选所述直链烃有机醇的碳原子数为3-6且羟基数为3,进一步优选所述直链烃有机醇为丙三醇。
根据本发明所提供的聚乙烯醇泡沫隔氧材料的一个优选实施方式,组分(A)和(B)中所含的溶剂为水,进一步优选为去离子水。
在本发明提供的聚乙烯醇泡沫隔氧材料中,所述发泡剂为本领域常用的阴离子型发泡剂,例如十二烷基磺酸钠、α-烯基磺酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚磺酸钠、木质素磺酸钠等。
根据本发明所提供的聚乙烯醇泡沫隔氧材料的一个优选实施方式,所述硼酸盐为碱金属硼酸盐或碱土金属硼酸盐,更优选为碱金属硼酸盐,进一步优选为硼酸钠。
在本发明所提供的制备如上所述的聚乙烯醇泡沫隔氧材料的方法中,所述组分(A)通过如下步骤制得:在70-95℃的恒定温度下,将聚乙烯醇溶解在溶剂中,回流搅拌30-60分钟,冷却至室温,再加入直链烃有机醇或直链烃有机酯,搅拌均匀,然后加入发泡剂,即得组分(A);所述组分(B)通过如下步骤制得:将硼酸盐加入溶剂中,搅拌均匀,即得组分(B)。
在本发明所提供的聚乙烯醇泡沫隔氧材料的制备方法中,在两个独立的步骤中分别制备组分(A)和(B),对于组分(A)和(B)的制备顺序无特殊要求,并且制得的组分(A)和组分(B)互相分隔时具有无限期的储存稳定性。在组分(A)和组分(B)的使用过程中,组分(A)经发泡后,一旦与组分(B)组合就会快速形成凝胶,提供本发明所述的聚乙烯醇泡沫隔氧材料。
根据本发明所提供的制备方法的一个优选实施方式,所述直链烃有机醇的碳原子数为3-6且羟基数为3-6,更优选所述直链烃有机醇的碳原子数为3-6且羟基数为3,进一步优选所述直链烃有机醇为丙三醇。
根据本发明所提供的制备方法的一个优选实施方式,组分(A)和组分(B)中所含的溶剂为水,更优选为去离子水;组分(A)中所含的发泡剂为本领域常用的阴离子型发泡剂,例如十二烷基磺酸钠、α-烯基磺酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚磺酸钠、木质素磺酸钠等。
根据本发明所提供的制备方法的一个优选实施方式,所述硼酸盐为碱金属硼酸盐或碱土金属硼酸盐,更优选为碱金属硼酸盐,进一步优选为硼酸钠。
在本发明中,术语“直链烃有机醇”是指直链烃分子中饱和碳原子上的氢原子被羟基取代所形成的化合物。
此外,本发明还提供了所述聚乙烯醇泡沫隔氧材料用于防止煤炭自燃的用途。具体而言,将所述组分(A)经发泡装置发泡后得到的泡沫喷洒至煤炭表面上,形成泡沫表面,然后将所述组分(B)喷洒至所述泡沫表面上,形成聚乙烯醇泡沫隔氧材料。
在本发明中,对于发泡装置的类型没有要求,优选组分(A)经所述发泡装置发泡后得到的泡沫的泡孔直径在1.0-3.0mm的范围内。本申请的发明人经研究发现,如果经发泡装置发泡后得到的泡孔直径较大,则制得的泡沫极不稳定,容易发生破裂的现象;如果经过发泡装置发泡后得到的泡孔直径太小,则发泡阻力较大,发泡困难。当组分(A)经发泡后得到的泡沫的泡孔直径为1.0-3.0mm时,最终形成的聚乙烯醇泡沫隔氧材料的性能稳定,防自燃效果更好。
与现有技术相比,本发明的优点和有益效果如下:
(1)在本发明中,作为制备隔氧材料的基料的聚乙烯醇具有极小的透氧系数,较好的成膜性,对环境无污染。因此,由其制得的隔氧材料具有极好的隔氧性能,并且聚乙烯醇的用量很少(基于组分(A)和(B)中所含溶剂的总量,即基于聚乙烯醇隔氧材料中所含溶剂的量,聚乙烯醇的含量为3-8wt%),燃烧后对煤质的影响可以忽略,并且对环境无污染。
(2)在本发明中,采用直链烃有机醇或直链烃有机酯作为改性剂对聚乙烯醇进行改性,可以使羟基的量显著增加,增加氢键的缔合程度,一方面能显著地提高聚乙烯醇膜的塑性,满足煤炭运输过程中对覆盖在煤炭表面的聚乙烯醇膜的力学要求,另一方面,当在聚乙烯醇改性溶液中加入发泡剂并通过发泡装置使其形成泡沫喷洒在煤炭表面时,所形成的聚乙烯醇泡沫与块煤具有较强的结合力,能够很好地粘附在煤炭表面。
(3)在本发明中,利用了聚乙烯醇水溶液对硼酸盐很敏感、容易引起凝胶化的原理,采用硼酸盐作为促凝剂,将硼酸盐喷洒在聚乙烯醇泡沫表面上,形成泡沫凝胶层,消除了泡沫材料因性能不稳定而容易破裂的现象,并且凝胶层的韧性好,质地致密,能够更好地抑制氧气进入煤炭中,降低煤和氧的低温氧化反应速率,减少氧化放热,实现在煤炭长期储存以及长途运输过程中防止煤炭自燃的目的。
(4)在本发明中,以组分(A)和(B)中所含溶剂的总量为100wt%计,组分(A)中的聚乙烯醇的含量为3-8wt%,组分(B)中的硼酸盐的含量为0.1-0.3wt%,当将包含上述含量的硼酸盐的组分(B)喷洒在由包含上述含量的聚乙烯醇的组分(A)形成的泡沫表面上时,所述聚乙烯醇泡沫材料在很短的时间(约5-10秒内)全部不可逆地形成泡沫凝胶层,从而使得隔氧材料能够均匀地覆盖在煤炭表面。另外,将所述硼酸盐喷洒在所述聚乙烯醇泡沫材料上所形成的泡沫凝胶层的流动性较好。因此,相比于仅仅通过添加改性剂和促凝剂配制而成的聚乙烯醇凝胶隔氧材料,在覆盖相同面积的煤炭表面并形成相同厚度的隔氧层时,本发明隔氧材料的用量更少,从而降低了在煤炭长期储存和长途运输过程中防止煤炭自燃的防治成本。
附图说明
图1是用作本发明的隔氧性能测试装置中的煤样室的箱体示意图,其中A、B为加热面,点1-5是气体的采集点,点1的坐标为(250,300,450),点2的坐标为(50,300,300),点3的坐标为(250,300,300),点4的坐标为(450,300,300),点5的坐标为(250,300,50)。
具体实施方式
下面通过具体的实施例进一步描述本发明,但不应理解为对本发明保护范围的限制。只要不偏离本发明的基本构思和限定的范围,利用本领域普通技术知识和惯用手段所做的修改、替换、变更均落入本发明的保护范围。
实施例和对比例所用的易自燃煤样为神华煤,其煤质数据列于表1。
实施例和对比例中所用的原料来源如下:
聚乙烯醇颗粒(购自国药集团化学试剂有限公司,分析纯)
丙三醇(购自国药集团化学试剂有限公司,分析纯)
硼酸钠(购自国药集团化学试剂有限公司,分析纯)
十二烷基磺酸钠(购自国药集团化学试剂有限公司,分析纯)
木质素磺酸钠(购自国药集团化学试剂有限公司,分析纯)
表1易自燃煤样的煤质分析
力学性能测试
按照GB/T 1040-92塑料拉伸性能检验方法中的试样标准制备试样。在室温条件下在WDW-20微机控制电子万能试验机上进行拉伸试验,试验速度为100mm/min。
热稳定性能测试
将聚乙烯醇隔氧材料制成长×宽×厚=100mm×100mm×1mm的试样,然后在室温下,以2℃/min的速率将其升温至60℃,分别测量并记录试样的长度和宽度变化率;然后以相同的升温速率继续升温至90℃,分别测量并记录试样的长度和宽度变化率。
隔氧性能测试
隔氧性能的检测在模拟船运过程中的船舱自制的实验装置中进行,所述实验装置由煤样室、测温元件、GC-9160气相色谱和计算机组成。用作所述煤样室的箱体的尺寸为600mm×600mm×600mm,在煤样室的箱体内装入130kg易自燃块煤(粒度为20-50cm的神华煤),采用自然堆积方式,煤炭表面完全覆盖约5mm厚的聚乙烯醇隔氧材料,如图1所示,选取箱体内的5个不同测试点,每隔2天取气样在GC-9160气相色谱仪上检测煤样室中的O2浓度变化,取5个测试点的平均值作为最终的测试结果,共进行40天的隔氧性能测试。
实施例1
在90℃的恒定温度下,在高速搅拌的160kg去离子水中加入8kg聚乙烯醇颗粒,使其完全溶解,配制成均相聚乙烯醇水溶液,降至室温后,加入2kg丙三醇并搅拌使其完全溶解,添加0.08kg十二烷基磺酸钠,缓慢搅拌均匀,配制成聚乙烯醇改性发泡溶液;在30kg去离子水中加入0.3kg硼酸钠,搅拌至均匀,配制成硼酸钠水溶液。将配制好的聚乙烯醇改性发泡溶液在发泡装置中进行发泡,并通过泵以及直径为80mm的钢管将其输送喷洒至煤堆表面,形成泡沫表面,然后通过泵将硼酸钠水溶液均匀喷洒至泡沫表面,约5-10秒内在煤堆的表面形成一层厚度约为5mm的PVA隔氧泡沫材料1,并且覆盖单位面积的煤炭表面所需的聚乙烯醇改性发泡溶液和硼酸钠水溶液的总重量为0.56kg/m2。
实施例2
在80℃的恒定温度下,在高速搅拌的160kg的去离子水中,加入8kg聚乙烯醇颗粒,使其完全溶解,配制成均相聚乙烯醇水溶液,降至室温后,加入2kg丙三醇并搅拌使其完全溶解,添加0.1kg木质素磺酸钠,缓慢搅拌均匀,配制成聚乙烯醇改性发泡溶液;在30kg去离子水中加入0.6kg硼酸钠,搅拌至均匀,配制成硼酸钠水溶液。将配制好的聚乙烯醇改性发泡溶液在发泡装置中进行发泡,并通过泵以及直径为80mm的钢管将其输送喷洒至煤堆表面,形成泡沫表面,然后通过泵将硼酸钠水溶液均匀喷洒至泡沫表面,约5-10秒内在煤堆的表面形成一层厚度约5mm的PVA泡沫隔氧材料2,并且覆盖单位面积的煤炭表面所需的聚乙烯醇改性发泡溶液和硼酸钠水溶液的总量为0.56kg/m2。
对比例
在90℃的恒定温度下,在高速搅拌的160kg去离子水中加入8kg聚乙烯醇颗粒,使其完全溶解,配制成均相聚乙烯醇水溶液,降至室温后,加入2kg丙三醇并搅拌使其完全溶解,缓慢搅拌均匀,配制成聚乙烯醇改性水溶液;在30kg去离子水中加入0.3kg硼酸钠,搅拌至均匀,配制成硼酸钠水溶液。将配制好的聚乙烯醇改性水溶液与硼酸钠水溶液等体积互混,搅拌均匀,即得PVA凝胶,然后通过泵以及直径为80mm的钢管将其输送喷洒至煤堆表面,形成厚度约5mm的PVA凝胶膜,其中覆盖单位面积的煤炭表面所需的PVA凝胶的量为5.0kg/m2。
对PVA泡沫隔氧材料1-2及PVA凝胶分别进行力学性能测试,获得的测试结果分别列于表2中,PVA泡沫隔氧材料1和2的热稳定性能测试结果列于表3中,PVA泡沫隔氧材料1的隔氧性能测试结果列于表4中。
表2力学性能测试结果
性能指标 | PVA泡沫隔氧材料1 | PVA泡沫隔氧材料2 | PVA凝胶 |
拉伸强度/MPa | 7.08 | 10.83 | 32.71 |
拉伸断裂应力/MPa | 6.63 | 10.52 | 28.06 |
拉伸屈服应力/MPa | / | / | 14.41 |
断裂伸长率/% | 279 | 353 | 202 |
表3热稳定性能测试结果
表4隔氧性能测试结果
在覆盖相同面积的煤炭表面并形成相同厚度的隔氧材料层的前提下,通过本发明实施例1和2制得的PVA泡沫隔氧材料的用量(0.56kg/m2)明显低于通过对比例制得的PVA凝胶(5.0kg/m2)的用量,大大减少了在煤炭长期储存和长途运输过程中防止煤炭自燃的防治成本。另外,由表2的力学性能测试结果可见:通过本发明制得的PVA泡沫隔氧材料表现出较好的塑性,可以满足煤炭长途运输过程中对覆盖在煤炭表面的隔氧胶膜的力学性能要求。由表3的热稳定性测试结果可见:在温度为60℃时,由本发明的PVA泡沫隔氧材料1制得的试样的长度变化率为5.25%,宽度变化率为5.41%;在温度为90℃时,该试样的长度变化率为7.20%,宽度变化率为7.49%,即温度上升30℃,材料的尺寸变化率不到2%,因此本发明的PVA泡沫隔氧材料具有良好的热稳定性,能够满足大气环境下的使用要求。由表4的隔氧性能测试结果可见:将本发明的PVA泡沫隔氧材料覆盖在煤炭表面,可以使煤层中的氧气浓度从约21v%降至约5v%,并且从实验的第4天开始直至实验周期(40天)结束,这段时间内的氧气浓度均控制在6v%以下,并且煤堆表面的隔氧材料层无破损,说明本发明的聚乙烯醇隔氧材料的稳定性可以满足在煤炭长途运输过程中防止煤炭自燃的要求。
Claims (32)
1.一种聚乙烯醇泡沫隔氧材料,其特征在于,所述泡沫隔氧材料包含组分(A)和组分(B),所述组分(A)中包含溶剂和以组分(A)和(B)中所含溶剂的总量为100wt%计3-8wt%的聚乙烯醇、0.5-1.5wt%的直链烃有机醇和0.04-0.10wt%的发泡剂,所述组分(B)中包含溶剂和以组分(A)和(B)中所含溶剂的总量为100wt%计0.1-0.3wt%的硼酸盐,并且组分(A)和组分(B)中所含溶剂的质量比为5-9:1;
将所述组分(A)经发泡装置发泡后得到的泡沫喷洒至煤炭表面上,形成泡沫表面,然后将所述组分(B)喷洒至所述泡沫表面上,形成聚乙烯醇泡沫隔氧材料;
其中,组分(A)经发泡后得到的泡沫的泡孔直径为1.0-3.0mm。
2.根据权利要求1所述的聚乙烯醇泡沫隔氧材料,其特征在于,所述直链烃有机醇的碳原子数为3-6且羟基数为3-6。
3.根据权利要求2所述的聚乙烯醇泡沫隔氧材料,其特征在于,所述直链烃有机醇的碳原子数为3-6且羟基数为3。
4.根据权利要求2所述的聚乙烯醇泡沫隔氧材料,其特征在于,所述直链烃有机醇为丙三醇。
5.根据权利要求2所述的聚乙烯醇泡沫隔氧材料,其特征在于,所述组分(A)和(B)中所含的溶剂为水。
6.根据权利要求5所述的聚乙烯醇泡沫隔氧材料,其特征在于,所述组分(A)和(B)中所含的溶剂为去离子水。
7.根据权利要求5所述的聚乙烯醇泡沫隔氧材料,其特征在于,所述发泡剂选自十二烷基磺酸钠、α-烯基磺酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚磺酸钠或木质素磺酸钠。
8.根据权利要求7所述的聚乙烯醇泡沫隔氧材料,其特征在于,所述硼酸盐为碱金属硼酸盐或碱土金属硼酸盐。
9.根据权利要求7所述的聚乙烯醇泡沫隔氧材料,其特征在于,所述硼酸盐为碱金属硼酸盐。
10.根据权利要求7所述的聚乙烯醇泡沫隔氧材料,其特征在于,所述硼酸盐为硼酸钠。
11.一种制备如权利要求1所述的聚乙烯醇泡沫隔氧材料的方法,其特征在于,所述组分(A)通过如下步骤制得:在70-95℃的恒定温度下,将聚乙烯醇溶解于溶剂中,回流搅拌30-60分钟,冷却至室温,再加入直链烃有机醇,搅拌均匀,然后加入发泡剂,即得组分(A);所述组分(B)通过如下步骤制得:将硼酸盐加入溶剂中,搅拌均匀,即得组分(B);
将所述组分(A)经发泡装置发泡后得到的泡沫喷洒至煤炭表面上,形成泡沫表面,然后将所述组分(B)喷洒至所述泡沫表面上,形成聚乙烯醇泡沫隔氧材料。
12.根据权利要求11所述的制备方法,其特征在于,所述直链烃有机醇的碳原子数为3-6且羟基数为3-6。
13.根据权利要求12所述的制备方法,其特征在于,所述直链烃有机醇的碳原子数为3-6且羟基数为3。
14.根据权利要求12所述的制备方法,其特征在于,所述直链烃有机醇为丙三醇。
15.根据权利要求12所述的制备方法,其特征在于,所述组分(A)和(B)中所含的溶剂为水。
16.根据权利要求15所述的制备方法,其特征在于,所述组分(A)和(B)中所含的溶剂为去离子水。
17.根据权利要求15所述的制备方法,其特征在于,所述发泡剂选自十二烷基磺酸钠、α-烯基磺酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚磺酸钠或木质素磺酸钠。
18.根据权利要求17所述的聚乙烯醇泡沫隔氧材料,其特征在于,所述硼酸盐为碱金属硼酸盐或碱土金属硼酸盐。
19.根据权利要求17所述的聚乙烯醇泡沫隔氧材料,其特征在于,所述硼酸盐为碱金属硼酸盐。
20.根据权利要求17所述的聚乙烯醇泡沫隔氧材料,其特征在于,所述硼酸盐为硼酸钠。
21.一种聚乙烯醇泡沫隔氧材料用于防止煤炭自燃的用途,其特征在于,所述泡沫隔氧材料包含组分(A)和组分(B),所述组分(A)中包含溶剂和以组分(A)和(B)中所含溶剂的总量为100wt%计3-8wt%的聚乙烯醇、0.5-1.5wt%的直链烃有机醇和0.04-0.10wt%的发泡剂,所述组分(B)中包含溶剂和以组分(A)和(B)中所含溶剂的总量为100wt%计0.1-0.3wt%的硼酸盐,并且组分(A)和组分(B)中所含溶剂的质量比为5-9:1;
将所述组分(A)经发泡装置发泡后得到的泡沫喷洒至煤炭表面上,形成泡沫表面,然后将所述组分(B)喷洒至所述泡沫表面上,形成聚乙烯醇泡沫隔氧材料;
其中,组分(A)经发泡后得到的泡沫的泡孔直径为1.0-3.0mm。
22.根据权利要求21所述的用途,其特征在于,所述直链烃有机醇的碳原子数为3-6且羟基数为3-6。
23.根据权利要求22所述的用途,其特征在于,所述直链烃有机醇的碳原子数为3-6且羟基数为3。
24.根据权利要求22所述的用途,其特征在于,所述直链烃有机醇为丙三醇。
25.根据权利要求22所述的用途,其特征在于,所述组分(A)和(B)中所含的溶剂为水。
26.根据权利要求25所述的用途,其特征在于,所述组分(A)和(B)中所含的溶剂为去离子水。
27.根据权利要求25所述的用途,其特征在于,所述发泡剂选自十二烷基磺酸钠、α-烯基磺酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚磺酸钠或木质素磺酸钠。
28.根据权利要求27所述的用途,其特征在于,所述硼酸盐为碱金属硼酸盐或碱土金属硼酸盐。
29.根据权利要求27所述的用途,其特征在于,其特征在于,所述硼酸盐为碱金属硼酸盐。
30.根据权利要求27所述的用途,其特征在于,其特征在于,所述硼酸盐为硼酸钠。
31.根据权利要求21所述的用途,其特征在于,将所述组分(A)经发泡装置发泡后得到的泡沫的泡孔直径为1.0-3.0mm。
32.根据权利要求21所述的用途,其特征在于,将所述组分(A)经发泡装置发泡后得到的泡沫的泡孔直径为1.0-2.5mm。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN 201110182699 CN102336994B (zh) | 2011-06-30 | 2011-06-30 | 一种聚乙烯醇泡沫隔氧材料、其制备方法及用途 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN 201110182699 CN102336994B (zh) | 2011-06-30 | 2011-06-30 | 一种聚乙烯醇泡沫隔氧材料、其制备方法及用途 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN102336994A CN102336994A (zh) | 2012-02-01 |
CN102336994B true CN102336994B (zh) | 2013-07-24 |
Family
ID=45512966
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN 201110182699 Active CN102336994B (zh) | 2011-06-30 | 2011-06-30 | 一种聚乙烯醇泡沫隔氧材料、其制备方法及用途 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN102336994B (zh) |
Families Citing this family (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
AU2013243504B2 (en) * | 2012-04-04 | 2016-12-15 | Nalco Company | Chemical additives to inhibit the air oxidation and spontaneous combustion of coal |
CN103602339B (zh) * | 2013-11-15 | 2015-05-06 | 华电电力科学研究院 | 一种抑制褐煤煤堆自燃的高分子基阻化剂及其制备方法 |
CN103967512B (zh) * | 2014-03-31 | 2016-08-17 | 中国矿业大学 | 一种矿用防治煤炭自燃的水基泡沫及其制备方法 |
CN108203518A (zh) * | 2016-12-16 | 2018-06-26 | 北京林业大学 | 一种木质素增强pva发泡材料的制备方法 |
CN109899104A (zh) * | 2019-01-21 | 2019-06-18 | 山东科技大学 | 一种防治煤炭自燃的经济环保型凝胶泡沫 |
CN109912911B (zh) * | 2019-03-05 | 2021-10-29 | 中原工学院 | 一种聚合物微纳米纤维增强聚乙烯醇发泡材料的制备方法 |
CN109957434B (zh) * | 2019-03-27 | 2021-08-10 | 中国矿业大学 | 一种抑制提质褐煤堆储过程中自燃的抑制剂及其制备、使用方法 |
CN115594877B (zh) * | 2022-10-27 | 2023-09-19 | 华南理工大学 | 具有自修复与可回收性能的阻燃涂层及其制备方法与应用 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101144388A (zh) * | 2007-09-18 | 2008-03-19 | 刘长飞 | 防止煤炭自燃的聚乙烯醇环保高分子阻化剂 |
CN101476479A (zh) * | 2009-01-20 | 2009-07-08 | 中国科学技术大学 | 一种防治矿井煤自燃的泡沫型阻化剂及其使用方法 |
CN101793160A (zh) * | 2010-01-29 | 2010-08-04 | 北京工业大学 | 一种用于防治煤炭自燃的环保阻燃高分子阻化剂 |
CN102464971A (zh) * | 2010-11-02 | 2012-05-23 | 山东科技大学 | 一种新型煤炭抑尘阻燃覆盖剂及其制备方法 |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5925871A (ja) * | 1982-08-04 | 1984-02-09 | Nippon Shokubai Kagaku Kogyo Co Ltd | 粉塵防止剤 |
-
2011
- 2011-06-30 CN CN 201110182699 patent/CN102336994B/zh active Active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101144388A (zh) * | 2007-09-18 | 2008-03-19 | 刘长飞 | 防止煤炭自燃的聚乙烯醇环保高分子阻化剂 |
CN101476479A (zh) * | 2009-01-20 | 2009-07-08 | 中国科学技术大学 | 一种防治矿井煤自燃的泡沫型阻化剂及其使用方法 |
CN101793160A (zh) * | 2010-01-29 | 2010-08-04 | 北京工业大学 | 一种用于防治煤炭自燃的环保阻燃高分子阻化剂 |
CN102464971A (zh) * | 2010-11-02 | 2012-05-23 | 山东科技大学 | 一种新型煤炭抑尘阻燃覆盖剂及其制备方法 |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
孟献梁等.防止煤炭自燃用聚乙烯醇隔氧凝胶的实验室制备及性能研究.《煤炭工程》.2009,(第09期), |
防止煤炭自燃用聚乙烯醇隔氧凝胶的实验室制备及性能研究;孟献梁等;《煤炭工程》;20090920(第09期);102-105 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN102336994A (zh) | 2012-02-01 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN102336994B (zh) | 一种聚乙烯醇泡沫隔氧材料、其制备方法及用途 | |
Xue et al. | Fire prevention and control using gel-stabilization foam to inhibit spontaneous combustion of coal: Characteristics and engineering applications | |
RU2757302C1 (ru) | Экологически безвредный вспененный гель для предотвращения самовозгорания угля и борьбы с таким самовозгоранием | |
CN103450761B (zh) | 一种具有净化空气功能的隔热保温水性涂料 | |
CN101496940B (zh) | A类泡沫灭火剂浓缩液及其制备方法 | |
Shi et al. | Experimental investigation of the flow and extinguishment characteristics of gel-stabilized foam used to control coal fire | |
CN102675762B (zh) | 无卤阻燃聚苯乙烯泡沫材料及其制备方法 | |
CN102531467B (zh) | 硬泡聚氨酯-膨胀玻化微珠复合保温阻燃板及其制备方法 | |
CN103756291A (zh) | 一种聚氨酯-水玻璃复合灌浆材料及其制备方法与应用 | |
CN101559270A (zh) | 一种环保水系灭火剂 | |
Zhang et al. | Preparation and flame retardant property of nano-aluminum hydroxide foam for preventing spontaneous coal combustion | |
Ma et al. | Preparation and characterization of antioxidant gel foam for preventing coal spontaneous combustion | |
CN108992830A (zh) | 一种高粘附性水凝胶灭火剂及其制备方法 | |
CN110812771A (zh) | 一种泡沫防灭火材料及其制备方法和应用 | |
CN102258836B (zh) | 一种煤矿专用阻燃灭火剂 | |
CN111334195A (zh) | 一种防火液及其制备方法和防火玻璃 | |
CN109265130A (zh) | 一种利用花岗岩尾矿制备的花岗岩板及方法 | |
Liu et al. | Research on the fire extinguishing performance of new gel foam for preventing and controlling the spontaneous combustion of coal gangue | |
CN102775690A (zh) | 阻燃型聚苯乙烯保温材料及其制备方法 | |
CN103739809A (zh) | 一种聚氨酯保温材料及其制备方法 | |
CN112999558A (zh) | 一种煤矿井下防灭火材料及其制备工艺 | |
CN103554893B (zh) | 一种用于硬质聚氨酯泡沫的复合阻燃剂 | |
CN104672415A (zh) | 聚氨酯-岩棉保温防火材料及其制备方法 | |
CN103243823A (zh) | 聚合板及其制造方法 | |
CN106833259A (zh) | 一种塑料表面阻燃涂层及其制备方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant |