灰粉/CMC复合凝胶耐温防火特性的研究

2022-01-05常建军

江西化工 2021年6期

常建军

(山西宁武大运华盛老窑沟煤业有限公司，山西宁武 036700)

引言

消防安全是大型工矿企业、生产制造及加工类企业日常工作中的重中之重，化工企业的产品制造、石油及煤炭资源的开采同样也会涉及到高温耐火材料的使用。灰分/CMC复合凝胶是一种新型的防火材料，CMC即羧甲基纤维素钠，是一种纤维素胶，遇水会形成透明的胶体，通过与灰粉相配比，复合而形成新的固液混合物凝胶，该胶体具有耐高温、防灭火的性能[1]。通过对该复合凝胶封堵效果、热稳定性、阻化性等性能的研究，对其实际的使用效果进行分析。

1 灰粉/CMC复合凝胶的封堵特性

煤炭、石油以及硝化棉等化工产品具有高温自燃的特征，如果长期暴露在温度较高的空间内并与氧气充分接触则容易达到着火点，发生自燃现象。灰粉/CMC复合凝胶则具有较高的粘度，通过与自燃体表面的充分包裹可以有效降低与氧气的接触面积防止物体自燃[2]。

1.1 复合凝胶的渗流性能分析

特别容易自燃的化工用品及煤炭资源长期安置在密闭空间内，且由于较为碎小，常规方法难以快速隔绝氧气，此时需要对该产品与空气进行注胶隔绝，因此灰粉/CMC复合凝胶的流动性能就显得很重要[3]。

试验方法：如图1，以煤炭为例，将直径为2 cm-5 cm的散煤碎块放入2 L的玻璃容器内，待散落均匀后倒入复合凝胶，观测凝胶的流动情况并记录填满所有煤体所需要的时间。

图1 复合凝胶充填效果

试验发现，将配比为2.5%CMC复合凝胶填满2 L容器约需要5 min，说明凝胶具有良好的流动性和充填性，在实际使用中可以高效地达到预防着火的目的。

1.2 复合凝胶填充封闭性分析

灰粉/CMC复合凝胶可以更加快速地包裹自燃体的表面，并且不易掉落，减少自燃物体与氧气接触反应的时间。

2 复合凝胶的阻化性

复合凝胶主要的固相材料是灰粉，煤灰粉中含有氧化钙、氧化镁等化学物质，经过一系列化学反应生成的产物，能够有效填充碎煤之间的缝隙，减少了煤氧接触面积，进而降低了煤吸附氧的能力和速度，从而抑制了煤自身的氧化反应。复合凝胶结合了灰粉良好的阻煤氧化效果，兼具凝胶良好的流动性和充填、堵漏性。

2.1 复合凝胶的阻化实验

灰粉作为复合凝胶的主要固相材料，由于其本身含有比例较高的氧化钙、氧化镁等矿物质，在经过与CMC化学反应后可以对可燃体的表面缝隙进行填补，抑制氧化反应。蓄热环境中，胶体的阻化过程将通过试验来完成。

如图2，蓄热环境的模拟装置主体为由聚四氟乙烯制成的不锈钢瓶体(可承受最高温度250 ℃)，瓶内主要三部分为：压紧瓶盖、氟化硅垫片和取气孔。瓶体由鼓风恒温箱均匀加热，瓶内其他含量由GC-950型气体分析仪记录。

图2 蓄热环境的模拟

2.2 试验过程

本次试验将以容易自燃的硝化棉为样品进行研究，同时一起对比CMC凝胶与水玻璃凝胶、普通泡沫凝胶的阻化性能。实验方法如下：等分同质量的硝化棉样品18组，每6组与一种凝胶混合均匀后置入80 ℃的恒温箱中加热(全程恒温 80 ℃)3 h，每间隔30 min取出1组样品再测试恒温箱中CO和O2的气体浓度。

2.3 试验结果分析

在对CMC复合凝胶与水玻璃凝胶、泡沫凝胶的阻化试验中，分别记录恒温箱在不同时间点CO与O2的浓度后得到图3(a)(b)。如图所示，在3 h的加热过程中，恒温箱内O2浓度均出现不同程度的下降，其中CMC复合凝胶O2的降幅最小，最后剩余量为17.8%，说明复合凝胶组内的硝化棉自燃的耗氧量最小，其次为水玻璃凝胶和普通泡沫凝胶。CO方面，初期1 h内水玻璃凝胶和CMC复合凝胶的生成量基本相同，为0.018 mL，普通泡沫凝胶则远高于二者，高达0.04 mL；随着氧化反应的继续，CMC复合凝胶箱内的CO含量的上升也较为平缓，至实验结束为0.035 mL，低于水玻璃和普通泡沫凝胶。说明复合凝胶阻化效果优秀，可以在一定时间内惰化硝化棉内活化官能团并隔绝氧气。