[發明專利]一種抑制煤自燃的改性抗氧化劑及其制備方法

有效

• 申請號: 202110554648.3
• 申請日: 2021-05-21
• 公開（公告）號: CN113372672B
• 公開（公告）日: 2022-05-03
• 發明（設計）人: 黃志安;宋東鴻;高玉坤;張英華;姬玉成;尹義超;權賽南
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: C08L33/02
• 分類號: C08L33/02;C08K5/13;C08K9/04;C08K3/34;C08F220/06;C08F222/38;C09K15/08
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司 11401
• 代理人: 朱艷華

本發明提供一種抑制煤自燃的納米改性抗氧化劑，屬于復合阻化劑，主要包括抗氧化劑、納米阻燃劑、凝膠阻化劑。抗氧化劑為叔丁基對苯二酚；納米阻燃劑為改性制得的O?MMT插層土；凝膠阻化劑為用氫氧化鈉與丙烯酸的中和溶液通過交聯聚合法制備的高分子水凝膠。三種阻化材料采用插層聚合法復合制備為改性抗氧化劑。該阻化劑制備成本較低，在具有凝膠流動性及覆蓋性良好、熱穩定性高、保水性能好優點的同時，兼具抗氧化劑良好的抗氧化能力，加入的納米阻燃材料使阻化劑的各物理性能進一步提升。與傳統阻化劑相比較，改性抗氧化劑在井下復雜的環境中有更強的泛用性，阻化性能也更強，為煤自燃的防治提供新的思路，對于煤礦行業發展具有重要的現實意義。

技術領域

本發明涉及復合阻化劑技術領域，特別是指一種抑制煤自燃的改性抗氧化劑。

背景技術

聚丙烯酸鈉是一種高吸水性樹脂。它具有良好的吸水性，可以保持煤體濕潤，并通過水分的蒸發和其自身的化學反應吸收熱量，降低煤的溫度，阻止煤的受熱氧化。但凝膠類阻化劑多數不穩定，失水后容易開裂，失去隔離氧氣的能力，使用壽命不長，在煤體升溫后容易發生熱解，失去阻化作用，甚至在熱解后產生易燃氣體，加劇煤的自燃。

叔丁基對苯二酚是一種較新的酚類油脂抗氧化劑。叔丁基對苯二酚的苯環上有兩個對位酚羥基，其中一個是位阻酚羥基，一個是無位阻酚羥基。這種空間位阻效應使得叔丁基對苯二酚具有較高的抗氧化活性。但叔丁基對苯二酚在高溫下容易受熱揮發分解，失去阻化性能。

聚丙烯酸鈉及叔丁基對苯二酚均為單一性能的阻化劑，即聚丙烯酸鈉僅具有物理阻化性能，叔丁基對苯二酚僅具有化學阻化性能，均存在整體阻化性能不佳的問題。

目前通過納米材料來提高煤礦阻化材料阻化性能的研究還很少，缺少系統成熟的應用方案。同時此類復合材料的凝膠時間不容易控制，給注漿帶來很大的障礙和困難，容易造成原料浪費或延緩滅火速率。

目前實際應用中急需研發一種能較好發揮各成分阻化性能的新型復合阻化劑，其耐熱性，力學性能、阻隔性能等物理性能均優于傳統的聚合物材料，以提高整體阻化效率。

發明內容

本發明的目的是制備一種抑制煤自燃的改性抗氧化劑，將抗氧化劑與凝膠材料相結合，其主要組分包括抗氧化劑、納米阻燃劑、凝膠阻化劑。三種材料通過插層聚合法復合制成改性抗氧化劑，提高其物理性質，使其具有較好的熱穩定性、流動性、粘性、彈性等各項物理性能，同時制備材料經濟、環保，能夠適應井下的復雜環境。

本發明改性抗氧化劑主要包括凝膠阻化劑、抗氧化劑、納米阻燃劑，按與丙烯酸的質量比，抗氧化劑用量為2％-3％，納米阻燃劑用量為20％-30％。

所述凝膠阻化劑是聚丙烯酸鈉。

所述抗氧化劑是叔丁基對苯二酚。

所述納米阻燃劑是O-MMT插層蒙脫土(簡稱插層土)。

上述改性抗氧化劑的制備方法如下：

在恒溫水浴條件下，按與丙烯酸的質量比，抗氧化劑用量2％-3％，納米阻燃劑用量20％-30％，引發劑用量1.5％-2％，交聯劑用量0.5％-2％，蒸餾水余量，在丙烯酸鈉溶液中加入抗氧化劑、引發劑、納米阻燃劑、交聯劑，進行插層溶液聚合反應，制成改性抗氧化劑。

所述插層溶液聚合反應的溫度為65-75℃。

所述納米阻燃劑是O-MMT插層蒙脫土，按質量比CTMAB(十六烷基三甲基溴化銨)/蒙脫土為4％-5％配制得到，即將蒙脫土與溶解于蒸餾水中劇烈攪拌并加熱至65-75℃，加入CTMAB，劇烈攪拌并烘干制得O-MMT插層蒙脫土。

所述聚丙烯酸鈉是使用氫氧化鈉中和丙烯酸，通過交聯聚合制備得聚丙烯酸鈉，中和度為氫氧化鈉/丙烯酸為75％-85％。