權(quán)利要求

1.凝膠三相泡沫材料，其特征在于，主要采用如下重量份數(shù)的組份制成：強(qiáng)堿：1-5份、丙烯酸：1-5份、丙烯酰胺單體：2-6份、N,N'-亞甲基二丙烯酰胺：0.1-0.4份、碳酸氫鹽：1-4份、十二烷基硫酸鹽：0.2-0.4份、硼酸鹽：6-10份、過硫酸鹽：0.3-0.5份、空心TiO 2球：0.1-0.4份和去離子水。2.如權(quán)利要求1所述凝膠三相泡沫材料，其特征在于，所述空心TiO 2球主要采用如下重量份數(shù)的組份制成：葡萄糖碳球：0.5-2份；去離子水：1-2.5份；鈦酸正丁酯0.2-0.6份和乙醇1-2份。 3.如權(quán)利要求2所述凝膠三相泡沫材料，其特征在于，所述葡萄糖碳球主要采用如下重量份數(shù)的組份制成：葡萄糖單體：10-25份和去離子水1-2.5份。 4.如權(quán)利要求1-3任意一項(xiàng)所述凝膠三相泡沫材料，其特征在于，所述強(qiáng)堿為氫氧化鈉，碳酸氫鹽為碳酸氫鈉，十二烷基硫酸為十二烷基硫酸鈉，硼酸鹽為硼酸鈉，過硫酸為過硫酸鈉。 5.權(quán)利要求1-4任意一項(xiàng)所述凝膠三相泡沫材料的制備方法，其特征在于，包括： 將丙烯酸、丙烯酰胺單體、N,N'-亞甲基二丙烯酰胺和碳酸氫鹽溶解于強(qiáng)堿性溶液中，得到組份A； 將十二烷基硫酸鹽、空心TiO 2球、硼酸鹽和過硫酸鹽溶解于去離子水中，得到組份B； 將組份A和組分B混勻，得到凝膠三相泡沫材料。 6.如權(quán)利要求5所述凝膠三相泡沫材料的制備方法，其特征在于，還包括：制備空心TiO 2球； 所述制備空心TiO 2球包括： 將葡萄糖單體溶解于的去離子水中進(jìn)行水熱反應(yīng)，得到葡萄糖碳球； 將鈦酸正丁酯滴入乙醇中混勻，得到混勻液；將混勻液和葡萄糖碳球混合后進(jìn)行溶膠凝膠反應(yīng)，處理后得到葡萄糖碳球@TiO 2； 將葡萄糖碳球@TiO 2在500℃灼燒后，得到空心TiO 2球。 7.如權(quán)利要求6所述凝膠三相泡沫材料的制備方法，其特征在于，水熱反應(yīng)的溫度為150-200℃，時(shí)間為10-20小時(shí)。 8.如權(quán)利要求6所述凝膠三相泡沫材料的制備方法，其特征在于，將鈦酸正丁酯滴入乙醇中混勻，得到混勻液；將混勻液和葡萄糖碳球混合后進(jìn)行溶膠凝膠反應(yīng)，處理后得到葡萄糖碳球@TiO 2；包括： 將鈦酸正丁酯滴入乙醇中混勻，得到混勻液； 將混勻液和葡萄糖碳球混合后，反應(yīng)1-3小時(shí)后，得到第一反應(yīng)物； 向第一反應(yīng)物中加入去離子水，繼續(xù)反應(yīng)1-3小時(shí)后，處理得到葡萄糖碳球@TiO 2。 9.如權(quán)利要求1所述凝膠三相泡沫材料的制備方法，其特征在于，所述將組份A和組分B混勻，得到凝膠三相泡沫材料；包括： 在溫度25-80℃下，以3000-10000rpm將組份A和組分B攪拌1-3min,得到凝膠三相泡沫材料。 10.權(quán)利要求1-4任意一項(xiàng)所述凝膠三相泡沫材料或權(quán)利要求5-9任意一項(xiàng)所述制備方法在制備凝膠泡沫滅火劑中的應(yīng)用。

說明書

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種凝膠三相泡沫材料、制備方法及應(yīng)用。

背景技術(shù)

目前應(yīng)用于煤礦的防火滅火技術(shù)主要有預(yù)防性注漿技術(shù)、凝膠技術(shù)、惰性氣體、物理阻火技術(shù)、均壓堵漏風(fēng)滅火技術(shù)、三相泡沫阻火技術(shù)等。然而，這些傳統(tǒng)技術(shù)也由于其有效持續(xù)時(shí)間短、堆疊能力弱、流動(dòng)性差、成本高而存在相應(yīng)的缺點(diǎn)。

凝膠和泡沫在煤礦防火方面各有優(yōu)缺點(diǎn)，將二者結(jié)合使用可得到防火性能較好的凝膠泡沫。維諾格拉多夫等人通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)凝膠泡沫比凝膠具有更好的性能。任萬興等人研究了凝膠泡沫的防火性能和煤自燃的防治機(jī)理。張雷林開發(fā)了一種新型凝膠泡沫，并在此基礎(chǔ)上研究了凝膠泡沫的流動(dòng)性。陸新曉等人使用煤自燃?xì)怏w測(cè)定實(shí)驗(yàn)裝置測(cè)試不同泡沫凝膠處理的煤樣，分析隨煤溫升高釋放的特征氣體，研究凝膠泡沫的防火性能。研究表明，凝膠泡沫在礦區(qū)的滅火性能優(yōu)于普通注漿。郭勤等人對(duì)凝膠時(shí)間、發(fā)泡倍數(shù)、失水率等評(píng)價(jià)凝膠泡沫材料滅火性能的關(guān)鍵因素進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。3D-X射線實(shí)驗(yàn)表明，泡沫凝膠的結(jié)構(gòu)與純泡沫相似，凝膠骨架可以保持泡沫凝膠的完整性，增強(qiáng)穩(wěn)定性，提高熱容。

然而，目前的凝膠泡沫存在穩(wěn)定性不足，凝膠流動(dòng)性較差，注入采空區(qū)后擴(kuò)散性不足，達(dá)不到大范圍擴(kuò)散堆積的要求，且容易堵塞注漿管道。

發(fā)明內(nèi)容

為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的凝膠泡沫穩(wěn)定性和擴(kuò)散性不足的技術(shù)問題，本發(fā)明實(shí)施例提供一種凝膠三相泡沫材料、制備方法及應(yīng)用。

本發(fā)明實(shí)施例通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供一種凝膠三相泡沫材料，主要采用如下重量份數(shù)的組份制成：強(qiáng)堿：1-5份、丙烯酸：1-5份、丙烯酰胺單體：2-6份、N,N'-亞甲基二丙烯酰胺：0.1-0.4份、碳酸氫鹽：1-4份、十二烷基硫酸鹽：0.2-0.4份、硼酸鹽：6-10份、過硫酸鹽：0.3-0.5份、空心TiO 2球：0.1-0.4份和去離子水。

進(jìn)一步的，所述空心TiO 2球主要采用如下重量份數(shù)的組份制成：葡萄糖碳球：0.5-2份；去離子水：1-2.5份；鈦酸正丁酯0.2-0.6份和乙醇1-2份。

進(jìn)一步的，所述葡萄糖碳球主要采用如下重量份數(shù)的組份制成：葡萄糖單體：10-25份和去離子水1-2.5份。

進(jìn)一步的，所述強(qiáng)堿為氫氧化鈉，碳酸氫鹽為碳酸氫鈉，十二烷基硫酸為十二烷基硫酸鈉，硼酸鹽為硼酸鈉，過硫酸為過硫酸鈉。

第二方面，本發(fā)明實(shí)施例提供一種凝膠三相泡沫材料的制備方法，包括：

將丙烯酸、丙烯酰胺單體、N,N'-亞甲基二丙烯酰胺和碳酸氫鹽溶解于強(qiáng)堿性溶液中，得到組份A；

將十二烷基硫酸鹽、空心TiO 2球、硼酸鹽和過硫酸鹽溶解于去離子水中，得到組份B；

將組份A和組分B混勻，得到凝膠三相泡沫材料。

進(jìn)一步的，還包括：制備空心TiO 2球；

所述制備空心TiO 2球包括：

將葡萄糖單體溶解于的去離子水中進(jìn)行水熱反應(yīng)，得到葡萄糖碳球；

將鈦酸正丁酯滴入乙醇中混勻，得到混勻液；將混勻液和葡萄糖碳球混合后進(jìn)行溶膠凝膠反應(yīng)，處理后得到葡萄糖碳球@TiO 2；

將葡萄糖碳球@TiO 2在500℃灼燒后，得到空心TiO 2球。

進(jìn)一步的，水熱反應(yīng)的溫度為150-200℃，時(shí)間為10-20小時(shí)。

進(jìn)一步的，將鈦酸正丁酯滴入乙醇中混勻，得到混勻液；將混勻液和葡萄糖碳球混合后進(jìn)行溶膠凝膠反應(yīng)，處理后得到葡萄糖碳球@TiO 2；包括：

將鈦酸正丁酯滴入乙醇中混勻，得到混勻液；

將混勻液和葡萄糖碳球混合后，反應(yīng)1-3小時(shí)后，得到第一反應(yīng)物；

向第一反應(yīng)物中加入去離子水，繼續(xù)反應(yīng)1-3小時(shí)后，處理得到葡萄糖碳球@TiO 2。

進(jìn)一步的，所述將組份A和組分B混勻，得到凝膠三相泡沫材料；包括：

在溫度25-80℃下，以3000-10000rpm將組份A和組分B攪拌1-3min,得到凝膠三相泡沫材料。

第三方面，本發(fā)明實(shí)施例提供一種所述凝膠三相泡沫材料或所述制備方法在制備凝膠泡沫滅火劑中的應(yīng)用。

本發(fā)明實(shí)施例與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下的優(yōu)點(diǎn)和有益效果：

本發(fā)明實(shí)施例的一種凝膠三相泡沫材料、制備方法及應(yīng)用，通過丙烯酸、丙烯酰胺單體、N,N'-亞甲基二丙烯酰胺、碳酸氫鹽和強(qiáng)堿制備的組分A和通過十二烷基硫酸鹽、空心TiO 2球、硼酸鹽和過硫酸鹽制備的組分B，最終得到泡沫穩(wěn)定性能和耐高溫性能較好的凝膠三相泡沫材料，從性能測(cè)試可知，該凝膠三相泡沫材料的析液半衰期遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通市售兩相泡沫滅火劑，具有良好的泡沫穩(wěn)定性能；該凝膠三相泡沫材料的凝膠時(shí)間可達(dá)18min，能保障泡沫態(tài)凝膠充分?jǐn)U散至采空區(qū)和儲(chǔ)煤區(qū)，且不會(huì)在凝膠前破裂，從而避免現(xiàn)有的凝膠泡沫穩(wěn)定性和擴(kuò)散性不足的缺陷。

本發(fā)明實(shí)施例的凝膠三相泡沫材料通過中所添加的無機(jī)物具有防火性能，不僅降低了凝膠的成本，而且能與有機(jī)聚合物形成三維網(wǎng)絡(luò)，增強(qiáng)了凝膠的彈性和耐高溫性。當(dāng)凝膠中的水分全部蒸發(fā)時(shí)，凝膠骨架和二氧化鈦可以包裹和密封高溫火源，具有較高的成膜性和密閉性，能有效降低再次發(fā)生火災(zāi)的可能性。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明示例性實(shí)施方式的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，應(yīng)當(dāng)理解，以下附圖僅示出了本發(fā)明的某些實(shí)施例，因此不應(yīng)被看作是對(duì)范圍的限定，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他相關(guān)的附圖。

圖1為凝膠三相泡沫材料的制備方法的流程示意圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，下面結(jié)合實(shí)施例和附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，本發(fā)明的示意性實(shí)施方式及其說明僅用于解釋本發(fā)明，并不作為對(duì)本發(fā)明的限定。

在以下描述中，為了提供對(duì)本發(fā)明的透徹理解闡述了大量特定細(xì)節(jié)。然而，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員顯而易見的是：不必采用這些特定細(xì)節(jié)來實(shí)行本發(fā)明。在其他實(shí)施例中，為了避免混淆本發(fā)明，未具體描述公知的結(jié)構(gòu)、電路、材料或方法。

在整個(gè)說明書中，對(duì)“一個(gè)實(shí)施例”、“實(shí)施例”、“一個(gè)示例”或“示例”的提及意味著：結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性被包含在本發(fā)明至少一個(gè)實(shí)施例中。因此，在整個(gè)說明書的各個(gè)地方出現(xiàn)的短語“一個(gè)實(shí)施例”、“實(shí)施例”、“一個(gè)示例”或“示例”不一定都指同一實(shí)施例或示例。此外，可以以任何適當(dāng)?shù)慕M合和、或子組合將特定的特征、結(jié)構(gòu)或特性組合在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中。此外，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在此提供的示圖都是為了說明的目的，并且示圖不一定是按比例繪制的。這里使用的術(shù)語“和/或”包括一個(gè)或多個(gè)相關(guān)列出的項(xiàng)目的任何和所有組合。

在本發(fā)明的描述中，術(shù)語“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“豎直”、“水平”、“高”、“低”“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制。

實(shí)施例

為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的凝膠泡沫穩(wěn)定性和擴(kuò)散性不足的技術(shù)問題，本發(fā)明實(shí)施例提供一種凝膠三相泡沫材料、制備方法及應(yīng)用。

本發(fā)明實(shí)施例通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供一種凝膠三相泡沫材料，主要采用如下重量份數(shù)的組份制成：強(qiáng)堿：1-5份、丙烯酸：1-5份、丙烯酰胺單體：2-6份、N,N'-亞甲基二丙烯酰胺：0.1-0.4份、碳酸氫鹽：1-4份、十二烷基硫酸鹽：0.2-0.4份、硼酸鹽：6-10份、過硫酸鹽：0.3-0.5份、空心TiO 2球：0.1-0.4份和去離子水。

凝膠三相泡沫材料的實(shí)現(xiàn)原理為：采用空心TiO 2球無機(jī)物與有機(jī)聚合物形成三維網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)凝膠中的水分全部蒸發(fā)時(shí)，凝膠骨架和二氧化鈦可以包裹和密封高溫火源，具有較高的成膜性和密閉性，再加上TiO 2本身具有的防火性能，從而有效降低再次發(fā)生火災(zāi)的可能性。

本發(fā)明實(shí)施例的一種凝膠三相泡沫材料、制備方法及應(yīng)用，通過丙烯酸、丙烯酰胺單體、N,N'-亞甲基二丙烯酰胺、碳酸氫鹽和強(qiáng)堿制備的組分A和通過十二烷基硫酸鹽、空心TiO 2球、硼酸鹽和過硫酸鹽制備的組分B，最終得到泡沫穩(wěn)定性能和耐高溫性能較好的凝膠三相泡沫材料，從性能測(cè)試可知，該凝膠三相泡沫材料的析液半衰期遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通市售兩相泡沫滅火劑，具有良好的泡沫穩(wěn)定性能；該凝膠三相泡沫材料的凝膠時(shí)間可達(dá)18min，能保障泡沫態(tài)凝膠充分?jǐn)U散至采空區(qū)和儲(chǔ)煤區(qū)，且不會(huì)在凝膠前破裂，從而避免現(xiàn)有的凝膠泡沫穩(wěn)定性和擴(kuò)散性不足的缺陷。

進(jìn)一步的，所述空心TiO 2球主要采用如下重量份數(shù)的組份制成：葡萄糖碳球：0.5-2份；去離子水：1-2.5份；鈦酸正丁酯0.2-0.6份和乙醇1-2份。

進(jìn)一步的，所述葡萄糖碳球主要采用如下重量份數(shù)的組份制成：葡萄糖單體：10-25份和去離子水1-2.5份。

進(jìn)一步的，所述強(qiáng)堿為氫氧化鈉，碳酸氫鹽為碳酸氫鈉，十二烷基硫酸為十二烷基硫酸鈉，硼酸鹽為硼酸鈉，過硫酸為過硫酸鈉。

第二方面，本發(fā)明實(shí)施例提供一種凝膠三相泡沫材料的制備方法，包括：

將丙烯酸、丙烯酰胺單體、N,N'-亞甲基二丙烯酰胺和碳酸氫鹽溶解于強(qiáng)堿性溶液中，得到組份A；

將十二烷基硫酸鹽、空心TiO 2球、硼酸鹽和過硫酸鹽溶解于去離子水中，得到組份B；

將組份A和組分B混勻，得到凝膠三相泡沫材料。

進(jìn)一步的，還包括：制備空心TiO 2球；

所述制備空心TiO 2球包括：

將葡萄糖單體溶解于的去離子水中進(jìn)行水熱反應(yīng)，得到葡萄糖碳球；

將鈦酸正丁酯滴入乙醇中混勻，得到混勻液；將混勻液和葡萄糖碳球混合后進(jìn)行溶膠凝膠反應(yīng)，處理后得到葡萄糖碳球@TiO 2；

將葡萄糖碳球@TiO 2在500℃灼燒后，得到空心TiO 2球。

進(jìn)一步的，水熱反應(yīng)的溫度為150-200℃，時(shí)間為10-20小時(shí)。

進(jìn)一步的，將鈦酸正丁酯滴入乙醇中混勻，得到混勻液；將混勻液和葡萄糖碳球混合后進(jìn)行溶膠凝膠反應(yīng)，處理后得到葡萄糖碳球@TiO 2；包括：

將鈦酸正丁酯滴入乙醇中混勻，得到混勻液；

將混勻液和葡萄糖碳球混合后，反應(yīng)1-3小時(shí)后，得到第一反應(yīng)物；

向第一反應(yīng)物中加入去離子水，繼續(xù)反應(yīng)1-3小時(shí)后，處理得到葡萄糖碳球@TiO 2。

進(jìn)一步的，所述將組份A和組分B混勻，得到凝膠三相泡沫材料；包括：

在溫度25-80℃下，以3000-10000rpm將組份A和組分B攪拌1-3min,得到凝膠三相泡沫材料。

第三方面，本發(fā)明實(shí)施例提供一種所述凝膠三相泡沫材料或所述制備方法在制備凝膠泡沫滅火劑中的應(yīng)用。

實(shí)施例1

二氧化鈦空心球體的制備：稱重10g的葡萄糖單體，溶解在1質(zhì)量份的去離子水中，徹底攪拌后，將溶液轉(zhuǎn)移到水熱釜中。將水熱釜放入烘箱，在150℃下進(jìn)行反應(yīng)10小時(shí)。反應(yīng)結(jié)束后，用乙醇和去離子水交替洗滌反應(yīng)產(chǎn)物，過濾至濾清，干燥濾餅干燥得到葡萄糖碳球。將1質(zhì)量份的乙醇加入到三頸燒瓶中，置于80℃下的油浴中。稱取0.5g的葡萄糖碳球，并加入到三頸燒瓶中。稱取0.2g的鈦酸正丁酯，滴入少量乙醇中，加入到三頸燒瓶中。當(dāng)反應(yīng)進(jìn)行20分鐘后，向三頸燒瓶中加入少量的去離子水。反應(yīng)1小時(shí)后，將油浴溫度升高，并繼續(xù)反應(yīng)1小時(shí)后結(jié)束，用乙醇洗滌溶液，離心并干燥，得到葡萄糖碳球@TiO 2樣品。將葡萄糖碳球@TiO 2置于馬弗爐中高溫下灼燒3小時(shí)，得到空心TiO 2球。

凝膠三相泡沫的制備：稱重1質(zhì)量份的氫氧化鈉，完全溶解在置于冰水浴中的去離子水中。分別稱量2g、3g、0.1g和4g的丙烯酸、丙烯酰胺單體、MBA和碳酸氫鈉，并完全溶解到氫氧化鈉溶液中，并將此溶液命名為組分A。分別稱量0.2g、8g和0.3g的十二烷基硫酸鈉，硼酸鈉和過硫酸鉀，并完全溶解在50mL的去離子水中，并將此溶液命名為組分B。將凝膠組分B倒入組分A中，加入適量去離子水至100ml溶液，在25℃下徹底攪拌溶液直至完全混合均勻。將混合均勻的凝膠溶液倒入攪拌機(jī)中，在3000rpm下機(jī)械攪拌3min，得到凝膠三相泡沫。

實(shí)施例2

二氧化鈦空心球體的制備：稱重20g的葡萄糖單體，溶解在2g的去離子水中，徹底攪拌后，將溶液轉(zhuǎn)移到水熱釜中。將水熱釜放入烘箱，在160℃下進(jìn)行反應(yīng)17小時(shí)。反應(yīng)結(jié)束后，用乙醇和去離子水交替洗滌反應(yīng)產(chǎn)物，過濾至濾清，干燥濾餅干燥得到葡萄糖碳球。將1.5g的乙醇加入到三頸燒瓶中，置于85℃下的油浴中。稱取1.5g的葡萄糖碳球，并加入到三頸燒瓶中。稱取0.5g的鈦酸正丁酯，滴入少量乙醇中，加入到三頸燒瓶中。當(dāng)反應(yīng)進(jìn)行20分鐘后，向三頸燒瓶中加入少量的去離子水。反應(yīng)2小時(shí)后，將油浴溫度升高，并繼續(xù)反應(yīng)2小時(shí)后結(jié)束，用乙醇洗滌溶液，離心并干燥，得到葡萄糖碳球@TiO 2樣品。將葡萄糖碳球@TiO 2置于馬弗爐中高溫下灼燒4小時(shí)，得到空心TiO 2球。

凝膠三相泡沫的制備：稱重4g的氫氧化鈉，完全溶解在置于冰水浴中的去離子水中。分別稱量4g、5g、0.4g和2g的丙烯酸、丙烯酰胺單體、MBA和碳酸氫鈉，并完全溶解到氫氧化鈉溶液中，并將此溶液命名為組分A。分別稱量0.35g、7g和0.25g的十二烷基硫酸鈉，硼酸鈉和過硫酸鉀，并完全溶解在0.45g的去離子水中，并將此溶液命名為組分B。將凝膠組分B倒入組分A中，加入適量去離子水至100ml溶液，在50℃下徹底攪拌溶液直至完全混合均勻。將混合均勻的凝膠溶液倒入攪拌機(jī)中，在8000rpm下機(jī)械攪拌1min，得到凝膠三相泡沫。

實(shí)施例3

二氧化鈦空心球體的制備：稱重25g的葡萄糖單體，溶解在2.5g的去離子水中，徹底攪拌后，將溶液轉(zhuǎn)移到水熱釜中。將水熱釜放入烘箱，在200℃下進(jìn)行反應(yīng)14小時(shí)。反應(yīng)結(jié)束后，用乙醇和去離子水交替洗滌反應(yīng)產(chǎn)物，過濾至濾清，干燥濾餅干燥得到葡萄糖碳球。將2g的乙醇加入到三頸燒瓶中，置于90℃下的油浴中。稱取2g的葡萄糖碳球，并加入到三頸燒瓶中。稱取0.6g的鈦酸正丁酯，滴入少量乙醇中，加入到三頸燒瓶中。當(dāng)反應(yīng)進(jìn)行20分鐘后，向三頸燒瓶中加入少量的去離子水。反應(yīng)3小時(shí)后，將油浴溫度升高，并繼續(xù)反應(yīng)3小時(shí)后結(jié)束，用乙醇洗滌溶液，離心并干燥，得到葡萄糖碳球@TiO 2樣品。將葡萄糖碳球@TiO 2置于馬弗爐中高溫下灼燒5小時(shí)，得到空心TiO 2球。

凝膠三相泡沫的制備：稱重5g的氫氧化鈉，完全溶解在置于冰水浴中的去離子水中。分別稱量1g、2g、0.1g和4g的丙烯酸、丙烯酰胺單體、MBA和碳酸氫鈉，并完全溶解到氫氧化鈉溶液中，并將此溶液命名為組分A。分別稱量0.4g、10g和0.4g的十二烷基硫酸鈉，硼酸鈉和過硫酸鉀，并完全溶解在0.35g的去離子水中，并將此溶液命名為組分B。將凝膠組分B倒入組分A中，加入適量去離子水至100ml溶液，在80℃下徹底攪拌溶液直至完全混合均勻。將混合均勻的凝膠溶液倒入攪拌機(jī)中，在10000rpm下機(jī)械攪拌2min，得到凝膠三相泡沫。

實(shí)施例4

一種凝膠三相泡沫材料，采用如下重量份數(shù)的組份制成：氫氧化鈉：1份、丙烯酸：1份、丙烯酰胺單體：2份、N,N'-亞甲基二丙烯酰胺：0.1份、碳酸氫鈉：1份、十二烷基硫酸鈉：0.2份、硼酸鈉6份、過硫酸鈉：0.3份、空心TiO 2球：0.1份和去離子水；空心TiO 2球采用如下重量份數(shù)的組份制成：葡萄糖碳球：0.5份；去離子水：1份；鈦酸正丁酯0.2份和乙醇1份；葡萄糖碳球采用如下重量份數(shù)的組份制成：葡萄糖單體：10份和去離子水1份。

制備空心TiO 2球：包括：將葡萄糖單體溶解于的去離子水中在150℃進(jìn)行水熱反應(yīng)10小時(shí)，得到葡萄糖碳球；

將鈦酸正丁酯滴入乙醇中混勻，得到混勻液；將混勻液和葡萄糖碳球混合后，反應(yīng)1小時(shí)后，得到第一反應(yīng)物；向第一反應(yīng)物中加入去離子水，繼續(xù)反應(yīng)1小時(shí)后，處理得到葡萄糖碳球@TiO 2；將葡萄糖碳球@TiO 2在500℃灼燒后，得到空心TiO 2球。

一種凝膠三相泡沫材料的制備方法，包括：

將丙烯酸、丙烯酰胺單體、N,N'-亞甲基二丙烯酰胺和碳酸氫鹽溶解于強(qiáng)堿性溶液中，得到組份A；

將十二烷基硫酸鹽、空心TiO 2球、硼酸鹽和過硫酸鹽溶解于去離子水中，得到組份B；

在溫度25℃下，以3000rpm將組份A和組分B攪拌3min,得到凝膠三相泡沫材料。

實(shí)施例5

一種凝膠三相泡沫材料，采用如下重量份數(shù)的組份制成：氫氧化鈉：5份、丙烯酸：5份、丙烯酰胺單體：6份、N,N'-亞甲基二丙烯酰胺：0.4份、碳酸氫鈉：4份、十二烷基硫酸鈉：0.4份、硼酸鈉10份、過硫酸鈉：0.5份、空心TiO 2球：0.4份和去離子水；空心TiO 2球采用如下重量份數(shù)的組份制成：葡萄糖碳球：2份；去離子水：2.5份；鈦酸正丁酯0.6份和乙醇1-2份；葡萄糖碳球采用如下重量份數(shù)的組份制成：葡萄糖單體：25份和去離子水2.5份。

制備空心TiO 2球：包括：將葡萄糖單體溶解于的去離子水中在200℃進(jìn)行水熱反應(yīng)20小時(shí)，得到葡萄糖碳球；

將鈦酸正丁酯滴入乙醇中混勻，得到混勻液；將混勻液和葡萄糖碳球混合后，反應(yīng)3小時(shí)后，得到第一反應(yīng)物；向第一反應(yīng)物中加入去離子水，繼續(xù)反應(yīng)3小時(shí)后，處理得到葡萄糖碳球@TiO 2；將葡萄糖碳球@TiO 2在500℃灼燒后，得到空心TiO 2球。

一種凝膠三相泡沫材料的制備方法，包括：

將丙烯酸、丙烯酰胺單體、N,N'-亞甲基二丙烯酰胺和碳酸氫鹽溶解于強(qiáng)堿性溶液中，得到組份A；

將十二烷基硫酸鹽、空心TiO 2球、硼酸鹽和過硫酸鹽溶解于去離子水中，得到組份B；

在溫度80℃下，以10000rpm將組份A和組分B攪拌1min,得到凝膠三相泡沫材料。

實(shí)施例6

一種凝膠三相泡沫材料，采用如下重量份數(shù)的組份制成：氫氧化鈉：2份、丙烯酸：3份、丙烯酰胺單體：3份、N,N'-亞甲基二丙烯酰胺：0.2份、碳酸氫鈉：3份、十二烷基硫酸鈉：0.3份、硼酸鈉7份、過硫酸鈉：0.4份、空心TiO 2球：0.2份和去離子水；空心TiO 2球采用如下重量份數(shù)的組份制成：葡萄糖碳球：0.8份；去離子水：1.8份；鈦酸正丁酯0.4份和乙醇1.8份；葡萄糖碳球采用如下重量份數(shù)的組份制成：葡萄糖單體：15份和去離子水1.8份。

制備空心TiO 2球：包括：將葡萄糖單體溶解于的去離子水中在180℃進(jìn)行水熱反應(yīng)15小時(shí)，得到葡萄糖碳球；

將鈦酸正丁酯滴入乙醇中混勻，得到混勻液；將混勻液和葡萄糖碳球混合后，反應(yīng)2小時(shí)后，得到第一反應(yīng)物；向第一反應(yīng)物中加入去離子水，繼續(xù)反應(yīng)1.5小時(shí)后，處理得到葡萄糖碳球@TiO 2；將葡萄糖碳球@TiO 2在500℃灼燒后，得到空心TiO 2球。

一種凝膠三相泡沫材料的制備方法，包括：

將丙烯酸、丙烯酰胺單體、N,N'-亞甲基二丙烯酰胺和碳酸氫鹽溶解于強(qiáng)堿性溶液中，得到組份A；

將十二烷基硫酸鹽、空心TiO 2球、硼酸鹽和過硫酸鹽溶解于去離子水中，得到組份B；

在溫度65℃下，以7000rpm將組份A和組分B攪拌2min,得到凝膠三相泡沫材料。

將本發(fā)明制備的凝膠三相泡沫材料、水系滅火劑及市售的兩相泡沫滅火劑(水成膜泡沫滅火劑和抗溶性泡沫滅火劑)的泡沫性能進(jìn)行測(cè)試，具體測(cè)試結(jié)果如下表1。

表1本發(fā)明的產(chǎn)品與市售兩相泡沫滅火劑的泡沫性能對(duì)比

由表1可知，凝膠三相泡沫的析液半衰期遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通市售兩相泡沫滅火劑?？芍z三相泡沫具有很高的穩(wěn)定性。因此在針對(duì)煤礦類等火災(zāi)時(shí)，凝膠三相泡沫能有效提高滅火效率，增加滅火的有效率以及減少滅火時(shí)間。

由表1可知凝膠三相泡沫具有良好的擴(kuò)散性。泡沫屬于熱力學(xué)不穩(wěn)定體系，如果聚合物交聯(lián)反應(yīng)時(shí)間太晚，甚至超過穩(wěn)定時(shí)間，就會(huì)破裂脫水。此時(shí)，即使發(fā)生了交聯(lián)反應(yīng)，也不能形成泡沫凝膠。因此，最好的凝膠時(shí)間是溶液發(fā)泡和破裂之前?？紤]到煤礦采用管道運(yùn)輸，時(shí)間控制在10-20min之間。本發(fā)明凝膠時(shí)間適中，能保障泡沫態(tài)凝膠充分?jǐn)U散至采空區(qū)和儲(chǔ)煤區(qū)，且不會(huì)在凝膠前破裂。

另外，市場廣泛使用的凝膠因其主要成分為有機(jī)聚合物而具有較高的成本。相比而言本發(fā)明實(shí)施例的凝膠三相泡沫不僅能減少有機(jī)聚合物的添加量，降低整體成本，還能增強(qiáng)凝膠的穩(wěn)定性和凝膠的機(jī)械強(qiáng)度。

從而，本發(fā)明實(shí)施例的凝膠三相泡沫可快速均勻覆蓋著火點(diǎn)，凝膠時(shí)間適中，并且能有效擴(kuò)散至采空區(qū)和儲(chǔ)煤區(qū)；本發(fā)明實(shí)施例的凝膠三相泡沫其多孔結(jié)構(gòu)對(duì)溫度變化反應(yīng)迅速，可導(dǎo)致高溫下失水迅速，有效冷卻火災(zāi)；本發(fā)明實(shí)施例的凝膠三相泡沫中所添加的無機(jī)物具有防火性能，不僅降低了凝膠的成本，而且能與有機(jī)聚合物形成三維網(wǎng)絡(luò)，增強(qiáng)了凝膠的彈性和耐高溫性。當(dāng)凝膠中的水分全部蒸發(fā)時(shí)，凝膠骨架和二氧化鈦可以包裹和密封高溫火源，具有較高的成膜性和密閉性，能有效降低再次發(fā)生火災(zāi)的可能性。

以上所述的具體實(shí)施方式，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式而已，并不用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。

凝膠三相泡沫材料、制備方法及應(yīng)用.pdf