一种矿用防治煤炭自燃的水基泡沫及其制备方法
【专利摘要】本发明公开一种矿用防治煤炭自燃的水基泡沫，包括以下组分及重量份，十二烷基硫酸钠10-20份，牛蹄角水解物0.5-4份，羟丙基甲基纤维素1-2份，十二醇2-4份，阳离子瓜尔胶1-2份，聚苯乙烯-丙烯酸乳胶颗粒0.1-0.5份，氯化钠0.5-2份，水700-1500份；该水基泡沫的制备步骤为：将发泡剂用水稀释，加入稳定调节剂形成预混泡沫液，向发泡器内通压强为100-200kPa的压缩空气，待发泡器出口有稳定的气流，往其内注入稀释后的预混泡沫液,压缩空气与预混泡沫液在发泡器内产生湍流涡旋，湍流涡旋不断增强形成水基泡沫。本发明制备的水基泡沫发泡倍数高、稳定时间长且排液率低，充分满足泡沫体材料的性能需要，同时其也可以单独对高温火源点进行隔氧降温。
【专利说明】一种矿用防治煤炭自燃的水基泡沬及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种水基泡沫及其制备方法，特别涉及一种矿用防治煤炭自燃的水基泡沫及其制备方法，属于煤矿防灭火【技术领域】。
【背景技术】
[0002]煤炭自燃是煤矿安全生产面临的主要灾害之一。煤炭自燃不仅给国家带来重大的经济损失，也严重威胁煤矿人员的安全。目前矿井煤炭的自燃主要由井下漏风引起，因此封堵井下漏风点来减少或者杜绝氧气供给，以阻止煤氧复合是防治煤炭自燃的关键。泡沫体材料由于其在裂隙中良好的流动性，能向上堆积封堵高位裂隙且具有显著的隔热性能，已经成为矿井防治煤炭自燃材料的新方向。目前常用的矿井防治煤炭自燃泡沫体材料有三相泡沫(CN1776195A)、高水充填材料(CN102173730B)、无机喷涂材料(CN101619187B)、泡沫水泥(CN1075474C)等，上述这些泡沫体材料从制备工艺来看，都是由基材(黄泥、水泥、粉煤灰等)、水基泡沫以及外加剂混合搅拌而成，作为基材载体的水基泡沫，其发泡倍数与稳定性直接影响了泡沫体材料的最终性能和应用范围。
[0003]通常水基泡沫的形成与表面活性剂的两亲性质以及液相表面张力的降低有关，同时水基泡沫又会因重力排液、表面张力排液以及歧化作用而发生坍落破裂，因此为了确保水基泡沫具有良好的发泡性和泡沫稳定性，就需选用合适的表面活性剂和稳泡剂，同时使用合理的制备工艺来有效控制发泡过程中的液膜排液率及液膜强度。但现有工艺制备的水基泡沫发泡倍数较低、稳定时间短、排液率较高，导致水基泡沫的性能不能满足泡沫体材料的性能需要。
【发明内容】
[0004]针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种矿用防治煤炭自燃的水基泡沫及其制备方法，制备的水基泡沫发泡倍数高、稳定时间长且排液率低，充分满足泡沫体材料的性能需要，同时其也可以单独对高温火源点进行隔氧降温。
[0005]为了实现上述目的，本发明采用的一种矿用防治煤炭自燃的水基泡沫，包括以下组分及重量份，十二烷基硫酸钠10-20份，牛蹄角水解物0.5-4份，羟丙基甲基纤维素1-2份，十二醇2-4份，阳离子瓜尔胶1-2份，聚苯乙烯-丙烯酸乳胶颗粒0.1-0.5份，氯化钠
0.5-2 份，水 700-1500 份。
[0006]进一步的，聚苯乙烯-丙烯酸乳胶颗粒的粒径为8-13 μ m。
[0007]优选的，聚苯乙烯-丙烯酸乳胶颗粒的粒径为10 μ m。
[0008]本发明还提供了一种矿用防治煤炭自燃的水基泡沫的制备方法，包括以下步骤:首先将发泡剂用水稀释，然后加入稳定调节剂形成预混泡沫液，再往发泡器内通压强为100-200kPa的压缩空气，待发泡器出口有稳定的气流，往其内注入稀释5-30倍的预混泡沫液，压缩空气与预混泡沫液在发泡器内产生湍流涡旋，湍流涡旋不断增强形成水基泡沫。
[0009]进一步的，预混泡沫液包括以下组分及重量份，十二烷基硫酸钠10-20份，牛蹄角水解物0.5-4份，羟丙基甲基纤维素1-2份，十二醇2-4份，阳离子瓜尔胶1-2份，聚苯乙烯-丙烯酸乳胶颗粒0.1-0.5份，氯化钠0.5-2份，水70-80份。
[0010]进一步的，预混泡沫液的制备步骤如下:
[0011](I)在70-80份的水中加入10-20份的十二烷基硫酸钠、0.5_4份的牛蹄角水解物，并搅拌形成表面活性剂稀释液；
[0012](2)向步骤(I)的稀释液中加入1-2份的羟丙基甲基纤维素、2-4份的十二醇、1-2份的阳离子瓜尔胶、0.1-0.5份的聚苯乙烯-丙烯酸乳胶颗粒、0.5-2份氯化钠，并搅拌形成预混泡沫液。
[0013]进一步的，发泡器为孔隙式发泡器。
[0014]进一步的，孔隙式发泡器的压缩空气入口与预混泡沫液入口呈20-30°夹角。
[0015]进一步的，孔隙式发泡器的腔内填塞钢丝球、金属筛网或玻璃微球，且由原料入口到水基泡沫出口，填充介质的孔隙率逐级增大。
[0016]本发明制备的矿用防治煤炭自燃的水基泡沫，发泡倍数高、稳定时间长且排液率低，是由于采用了复配的预混泡沫液和孔隙式发泡器。
[0017]复配的预混泡沫液具有如下特点:以稀释后的十二烷基硫酸钠和少量牛蹄角水解物作为起泡溶液，十二烷基硫酸钠具有优异的起泡能力，但稳定性稍差，牛蹄角水解物可明显改善其稳定性，同时不影响其发泡倍数，将十二烷基硫酸钠和牛蹄角水解物作为发泡剂，可以稳定起泡；十二醇、氯化钠均与十二烷基硫酸钠有协同作用，可降低十二烷基硫酸钠的临界胶束浓度，有利于表面活性剂胶束的形成，从而提高起泡能力与泡沫稳定性；阳离子瓜尔胶具有很好的成胶性，可在泡沫壁形成保护胶体，阻止泡沫排液，防止泡沫歧化，延长泡沫稳定时间；羟丙基甲基纤维素可提高预混泡沫液粘度，使泡沫壁增厚而不易排液；聚苯乙烯-丙烯酸乳胶颗粒可以吸附体相中自由的表面活性剂分子，增加液膜的分层稳定性。综合羟丙基甲基纤维素、十二醇、阳离子瓜尔胶、聚苯乙烯-丙烯酸乳胶颗粒、氯化钠作为稳定调节剂，可以使本发明的水基泡沫性能良好，本发明采用的试剂成本低廉、原料易得，便于规模生产。
[0018]本发明采用的孔隙式发泡器的压缩空气入口与预混泡沫液入口呈20-30°夹角，可以减弱气流对液流的冲击作用，腔内可以填塞钢丝球、金属筛网或玻璃微球，组成多孔介质，压缩空气与预混泡沫液在孔隙式发泡器内产生湍流涡旋，受多孔介质的阻挡，湍流涡旋不断增强而形成水基泡沫，确保该制备方法的顺利进行。本发明制备的水基泡沫具有气泡细小均匀，呈奶油状，且所用原材料易得，常温下生产方便，工艺简单。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1为本发明的制备工艺图；
[0020]图中:1、空气压缩机，2、泡沫液泵，3、孔隙式发泡器。
【具体实施方式】
[0021]下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
[0022]一种矿用防治煤炭自燃的水基泡沫，包括以下组分及重量份，十二烷基硫酸钠10-20份，牛蹄角水解物0.5-4份，羟丙基甲基纤维素1-2份，十二醇2-4份，阳离子瓜尔胶1-2份，聚苯乙烯-丙烯酸乳胶颗粒0.1-0.5份，氯化钠0.5-2份，水700-1500份。
[0023]作为本发明的进一步改进，聚苯乙烯-丙烯酸乳胶颗粒的粒径为8-13 μ m，优选为10 μ m，颗粒能有效吸附体相中自由的表面活性剂分子，增加液膜的分层稳定性。
[0024]如图1所示，本发明的一种矿用防治煤炭自燃的水基泡沫的制备方法，包括以下步骤:
[0025](I)在70-80份的水中加入10-20份的十二烷基硫酸钠、0.5_4份的牛蹄角水解物，并搅拌形成表面活性剂稀释液；
[0026](2)向步骤(I)的稀释液中加入1-2份的羟丙基甲基纤维素、2-4份的十二醇、1-2份的阳离子瓜尔胶、0.1-0.5份的聚苯乙烯-丙烯酸乳胶颗粒、0.5-2份氯化钠，并搅拌形成预混泡沫液；
[0027]( 3 )通过在发泡器腔内填塞钢丝球、金属筛网或玻璃微球，且由原料入口到水基泡沫出口，填充介质的孔隙率逐级增大，制成需要的孔隙式发泡器3，再通过空气压缩机I向孔隙式发泡器3内通压强为100-200kPa的压缩空气，待发泡器出口有稳定的气流后，将步骤(2)得到的预混泡沫液稀释5-30倍，通过泡沫液泵2向发泡器内注入稀释后的泡沫液，压缩空气与预混泡沫液在发泡器内产生湍流涡旋，湍流涡旋不断增强形成水基泡沫。
[0028]实施例一
[0029]一种矿用防治煤炭自燃的水基泡沫，按重量份数计，该水基泡沫按如下步骤制备:
[0030](I)在80份的水中加入由10份的十二烷基硫酸钠和4份的牛蹄角水解物组成的发泡剂，并充分搅拌，形成表面活性剂稀释液；
[0031](2)向步骤(I)的稀释液中加入由1.5份的羟丙基甲基纤维素、2份的十二醇、I份的阳离子瓜尔胶、0.5份的聚苯乙烯-丙烯酸乳胶颗粒(粒径为10 μ m)和0.5份氯化钠组成的稳定调节剂，并搅拌形成预混泡沫液；
[0032](3)通过在发泡器腔内填塞钢丝球，且由原料入口到水基泡沫出口，填充介质的孔隙率逐级增大，制成需要的孔隙式发泡器3，孔隙式发泡器3的压缩空气入口与预混泡沫液入口呈25°夹角，再通过空气压缩机I向孔隙式发泡器3内通压强为IOOkPa的压缩空气，待发泡器出口有稳定的气流，将步骤(2)得到的预混泡沫液稀释5倍，通过泡沫液泵2向发泡器内注入稀释后的泡沫液，压缩空气与预混泡沫液在发泡器内产生湍流涡旋，湍流涡旋不断增强形成水基泡沫，制备的水基泡沫的性能如表I。
[0033]实施例二
[0034]一种矿用防治煤炭自燃的水基泡沫，按重量份数计，该水基泡沫按如下步骤制备:
[0035](I)在78份的水中加入由12份的十二烷基硫酸钠和3份的牛蹄角水解物组成的发泡剂，并充分搅拌，形成表面活性剂稀释液；
[0036](2)向步骤(I)的稀释液中加入由2份的羟丙基甲基纤维素、2.5份的十二醇、I份的阳离子瓜尔胶、0.3份的聚苯乙烯-丙烯酸乳胶颗粒(粒径为ΙΟμπι)和1.2份氯化钠组成的稳定调节剂，并搅拌形成预混泡沫液；
[0037](3)通过在发泡器腔内填塞钢丝球，且由原料入口到水基泡沫出口，填充介质的孔隙率逐级增大，制成需要的孔隙式发泡器3，孔隙式发泡器3的压缩空气入口与预混泡沫液入口呈25。夹角，再通过空气压缩机I向孔隙式发泡器3内通压强为120kPa的压缩空气，待发泡器出口有稳定的气流，将步骤(2)得到的预混泡沫液稀释10倍，通过泡沫液泵2向发泡器内注入稀释后的泡沫液，压缩空气与预混泡沫液在发泡器内产生湍流涡旋，湍流涡旋不断增强形成水基泡沫，制备的水基泡沫的性能如表1。
[0038]实施例三
[0039]一种矿用防治煤炭自燃的水基泡沫，按重量份数计，该水基泡沫按如下步骤制备:
[0040](I)在76份的水中加入由14份的十二烷基硫酸钠和2.5份的牛蹄角水解物组成的发泡剂，并充分搅拌，形成表面活性剂稀释液；
[0041](2)向步骤(1)的稀释液中加入由1.5份的羟丙基甲基纤维素、3份的十二醇、1.5份的阳离子瓜尔胶、0.1份的聚苯乙烯-丙烯酸乳胶颗粒(粒径为Ι?μπι)和1.4份氯化钠组成的稳定调节剂，并搅拌形成预混泡沫液；
[0042](3)通过在发泡器腔内填塞金属筛网，且由原料入口到水基泡沫出口，填充介质的孔隙率逐级增大，制成 需要的孔隙式发泡器3，孔隙式发泡器3的压缩空气入口与预混泡沫液入口呈25°夹角，再通过空气压缩机I向孔隙式发泡器3内通压强为140kPa的压缩空气，待发泡器出口有稳定的气流，将步骤(2)得到的预混泡沫液稀释15倍，通过泡沫液泵2向发泡器内注入稀释后的泡沫液，压缩空气与预混泡沫液在发泡器内产生湍流涡旋，湍流涡旋不断增强形成水基泡沫，制备的水基泡沫的性能如表1。
[0043]实施例四
[0044]一种矿用防治煤炭自燃的水基泡沫，按重量份数计，该水基泡沫按如下步骤制备:
[0045](I)在74份的水中加入由16份的十二烷基硫酸钠和2份的牛蹄角水解物组成的发泡剂，并充分搅拌，形成表面活性剂稀释液；
[0046](2)向步骤(1)的稀释液中加入由1份的羟丙基甲基纤维素、3份的十二醇、2份的阳离子瓜尔胶、0.4份的聚苯乙烯-丙烯酸乳胶颗粒(粒径为10 μ m)和1.6份氯化钠组成的稳定调节剂，并搅拌形成预混泡沫液；
[0047](3)通过在发泡器腔内填塞钢丝球，且由原料入口到水基泡沫出口，填充介质的孔隙率逐级增大，制成需要的孔隙式发泡器3，孔隙式发泡器3的压缩空气入口与预混泡沫液入口呈25°夹角，再通过空气压缩机I向孔隙式发泡器3内通压强为160kPa的压缩空气，待发泡器出口有稳定的气流，将步骤(2)得到的预混泡沫液稀释20倍，通过泡沫液泵2向发泡器内注入稀释后的泡沫液，压缩空气与预混泡沫液在发泡器内产生湍流涡旋，湍流涡旋不断增强形成水基泡沫，制备的水基泡沫的性能如表1。
[0048]实施例五
[0049]一种矿用防治煤炭自燃的水基泡沫，按重量份数计，该水基泡沫按如下步骤制备:
[0050](I)在72份的水中加入由18份的十二烷基硫酸钠和1.5份的牛蹄角水解物组成的发泡剂，并充分搅拌，形成表面活性剂稀释液；
[0051](2)向步骤(1)的稀释液中加入由1份的羟丙基甲基纤维素、3.5份的十二醇、2份的阳离子瓜尔胶、0.2份的聚苯乙烯-丙烯酸乳胶颗粒(粒径为8 μ m)和1.8份氯化钠组成的稳定调节剂，并搅拌形成预混泡沫液；
[0052](3)通过在发泡器腔内填塞玻璃微球，且由原料入口到水基泡沫出口，填充介质的孔隙率逐级增大，制成需要的孔隙式发泡器3，孔隙式发泡器3的压缩空气入口与预混泡沫液入口呈25°夹角，再通过空气压缩机I向孔隙式发泡器3内通压强为ISOkPa的压缩空气，待发泡器出口有稳定的气流，将步骤(2)得到的预混泡沫液稀释25倍，通过泡沫液泵2向发泡器内注入稀释后的泡沫液，压缩空气与预混泡沫液在发泡器内产生湍流涡旋，湍流涡旋不断增强形成水基泡沫，制备的水基泡沫的性能如表1。
[0053]实施例六
[0054]一种矿用防治煤炭自燃的水基泡沫，按重量份数计，该水基泡沫按如下步骤制备:
[0055](I)在70份的水中加入由20份的十二烷基硫酸钠和0.5份的牛蹄角水解物组成的发泡剂，并充分搅拌，形成表面活性剂稀释液；
[0056](2)向步骤(1)的稀释液中加入由1份的羟丙基甲基纤维素、4份的十二醇、1.5份的阳离子瓜尔胶、0.5份的聚苯乙烯-丙烯酸乳胶颗粒(粒径为13 μ m)和2份氯化钠组成的稳定调节剂，并搅拌形成预混泡沫液；
[0057](3)通过在发泡器腔内填塞钢丝球，且由原料入口到水基泡沫出口，填充介质的孔隙率逐级增大，制成需要的孔隙式发泡器3，孔隙式发泡器3的压缩空气入口与预混泡沫液入口呈25°夹角，再通过空气压缩机I向孔隙式发泡器3内通压强为200kPa的压缩空气，待发泡器出口有稳定的气流，将步骤(2)得到的预混泡沫液稀释30倍，通过泡沫液泵2向发泡器内注入稀释后的泡沫液，压缩空气与预混泡沫液在发泡器内产生湍流涡旋，湍流涡旋不断增强形成水基泡沫，制备的水基泡沫的性能如表1。
[0058]表1各实施例水基泡沫制备参数及泡沫性能
[0059]
【权利要求】
1.一种矿用防治煤炭自燃的水基泡沫，其特征在于，包括以下组分及重量份，十二烷基硫酸钠10-20份，牛蹄角水解物0.5-4份，羟丙基甲基纤维素1-2份，十二醇2-4份，阳离子瓜尔胶1-2份，聚苯乙烯-丙烯酸乳胶颗粒0.1-0.5份，氯化钠0.5-2份，水700-1500份。
2.根据权利要求1所述的矿用防治煤炭自燃的水基泡沫，其特征在于，所述的聚苯乙烯-丙烯酸乳胶颗粒的粒径为8-13 μ m。
3.根据权利要求1或2所述的矿用防治煤炭自燃的水基泡沫，其特征在于，所述的聚苯乙烯-丙烯酸乳胶颗粒的粒径为?ο μ m。
4.一种权利要求1-3任一项所述的矿用防治煤炭自燃的水基泡沫的制备方法，其特征在于，包括以下步骤:首先将发泡剂用水稀释，然后加入稳定调节剂形成预混泡沫液，再往发泡器内通压强为100-200kPa的压缩空气，待发泡器出口有稳定的气流，往其内注入稀释5-30倍的预混泡沫液，压缩空气与预混泡沫液在发泡器内产生湍流涡旋，湍流涡旋不断增强形成水基泡沫。
5.根据权利要求4所述的矿用防治煤炭自燃的水基泡沫的制备方法，其特征在于，所述的预混泡沫液包括以下组分及重量份，十二烷基硫酸钠10-20份，牛蹄角水解物0.5-4份，羟丙基甲基纤维素1-2份，十二醇2-4份，阳离子瓜尔胶1-2份，聚苯乙烯-丙烯酸乳胶颗粒0.1-0.5份，氯化钠0.5-2份，水70-80份。
6.根据权利要求5所述的矿用防治煤炭自燃的水基泡沫的制备方法，其特征在于，所述的预混泡沫液的制备步骤如下: (1)在70-80份的水中加入10-20份的十二烷基硫酸钠、0.5-4份的牛蹄角水解物，并搅拌形成表面活性剂稀释液； (2)向步骤(1)的稀释液中加入1-2份的羟丙基甲基纤维素、2-4份的十二醇、1-2份的阳离子瓜尔胶、0.1-0.5份的聚苯乙烯-丙烯酸乳胶颗粒、0.5-2份氯化钠，并搅拌形成预混泡沫液。
7.根据权利要求4所述的矿用防治煤炭自燃的水基泡沫的制备方法，其特征在于，所述的发泡器为孔隙式发泡器(3)。
8.根据权利要求7所述的矿用防治煤炭自燃的水基泡沫的制备方法，其特征在于，所述的孔隙式发泡器(3)的压缩空气入口与预混泡沫液入口呈20-30°夹角。
9.根据权利要求7或8所述的矿用防治煤炭自燃的水基泡沫的制备方法，其特征在于，所述的孔隙式发泡器(3)的腔内填塞钢丝球、金属筛网或玻璃微球，且由原料入口到水基泡沫出口，填充介质的孔隙率逐级增大。
【文档编号】E21F5/06GK103967512SQ201410127215
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年3月31日 优先权日:2014年3月31日
【发明者】秦波涛, 李方磊, 鲁义, 贾玉威, 史全林 申请人:中国矿业大学