[发明专利]一种聚乙烯醇泡沫隔氧材料、其制备方法及用途

说明书

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。