[发明专利]防治高温煤火的纳米聚合气凝胶灭火材料及其制备方法

说明书

一种防治高温煤火的纳米聚合气凝胶灭火材料及其制备方法，利用纳米级二氧化硅气凝胶的优异的隔热效果，通过加入丙烯酰胺单体、凹凸棒土，利用交联剂和引发剂丙烯酰胺单体其进行反应，从而形成纳米聚合的气凝胶灭火材料，使得灭火材料具有高吸水性，强粘结性以及优异的隔热性能，本发明的灭火材料在灭火时能有效覆盖在煤体表面，包裹住煤体，从而实现隔氧降温的效果；在本发明的灭火材料中添加的丙三醇，在灭火时受热发生化学反应析出聚合物质，该聚合物具有抑制自由基产生的作用，能够破坏燃烧链，阻断燃烧，实现高效灭火；本发明的灭火材料在矿区现场使用时操作简单方便，而且具有成本低、原料来源丰富的优点。

技术领域

本发明涉及一种灭火材料，具体是一种防治高温煤火的纳米聚合气凝胶灭火材料及其制备方法，属于煤矿防灭火的煤火防治技术领域。

背景技术

矿井火灾危害严重，一方面会产生高温有毒有害气体，严重威胁井下人员的生命安全；另一方面还会诱发瓦斯、煤尘爆炸，造成重大的人员伤亡，限制了开采效率，火区封闭带来重大经济损失。

近年来，矿山对防灭火材料的需求量剧增，普通的凝胶防灭火技术已经成为国内外煤矿自燃火灾防治的一项基本技术，凝胶材料可以弥补其他常规灭火技术的不足，能够快速降低煤层温度隔绝火源，并且具有良好的耐高温性和稳定性。但胶体在应用中还存在着不足，如：成胶材料用量大，井下运输比较困难，制作工艺复杂；在采空区扩散一定范围后就会凝固，因而无法大面积填充；胶体容易被高温快速融化等缺点。因此，需要开发更优质的新型凝胶材料来弥补这些不足。

气凝胶是在不改变凝胶本身三维网络结构的条件下，将其中的液体溶剂用气体置换得到的一种纳米多孔固体凝胶。气凝胶是世界上密度最小的固体，作为世界最轻的固体，已入选吉尼斯世界纪录，其具有超轻的质量，而且非常坚固耐用，可以承受相当于自身质量几千倍的压力。气凝胶是目前世界上热导率最小的固体材料，具有很好耐高温性能，在温度达到1200摄氏度时才会熔化，它的导热性和折射率也很低，因此可以起到很好的隔热性能，气凝胶涂料可以达到建筑防火等级A级。

中国发明专利2017年1月11日公开的一种公开号为CN106310577A的“含气凝胶材料的高效液态组合物灭火剂、其制法及应用”，其公开的灭火剂可以很好的覆盖在基体表面，有效的阻隔热量传递，防止火焰的蔓延和热量的传播，但是起不到很好的灭火效果。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种防治高温煤火的纳米聚合气凝胶灭火材料及其制备方法，成本低、原料来源丰富、制作流程简单、井下运输方便，且能够将降低煤块表面温度和内部温度相结合，进而快速高效的灭掉煤炭火灾。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种防治高温煤火的纳米聚合气凝胶灭火材料，各原料组分及含量按重量百分比计为：二氧化硅气凝胶粉1％-2％、丙三醇3％-6％、丙烯酰胺单体0.5％-2％、十二烷基硫酸钠2％-3％、水85.5％-92％、凹凸棒土0.5％-1.5％、交联剂0.001％-0.02％、引发剂0.04％-0.06％。

本发明中二氧化硅气凝胶粉的平均粒径为10nm-80nm，导热率为0.010W/(m·K)-0.025W/(m·K)，耐热温度为1000℃-1600℃。

本发明中丙三醇的纯度高于99.0％，色度超过10黑曾。

本发明中水为自来水、纯净水、去离子水中的一种，水的PH在6.5-8.5。

本发明中凹凸棒土的单晶直径为10nm-100nm。

本发明中交联剂为亚甲基双丙烯酰胺、季戊四醇三丙烯酸酯、二丙烯酸-1、4-丁二醇酯、二甲基丙烯酸乙二醇酯、丙烯酸丁酯、硅酸乙酯、正硅酸甲酯、三甲氧基硅烷中的一种。

本发明的引发剂为无机过氧化物引发剂，所述无机过氧化物引发剂为过硫酸铵、过硫酸钾、过硫酸钠中的一种。