煤礦充填密閉用高分子發(fā)泡材料的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種煤礦充填密閉用高分子發(fā)泡材料，包括相互獨立的組分A和組分B，組分A與組分B的體積比為1∶1～4∶1，其中，組分A按重量百分比計，包括70％-80％的酚醛樹脂、5％-10％的脲醛樹脂、0.5％-2％的發(fā)泡劑、2％-5％的增稠劑、1％-5％的填料、3％-10％的穩(wěn)泡劑，余量為水；所述組分B為催化劑，按重量百分比計，包含20％～60％的強酸、10％～30％的中強酸、0～30％的有機酸，余量為水。本發(fā)明所提供的高分子發(fā)泡材料，耐火性好、反應(yīng)快速、發(fā)泡倍數(shù)高、力學(xué)性能好，環(huán)保無污染，材料性能穩(wěn)定、反應(yīng)時間及膨脹率、抗壓強度可根據(jù)需要靈活調(diào)節(jié)控制，可對井下空穴空洞等位置進行快捷高效的填充處理，而且所用材料成本低廉，經(jīng)濟性較好。
【專利說明】煤礦充填密閉用高分子發(fā)泡材料
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種煤礦充填密閉用高分子發(fā)泡材料，用于對煤礦井下空穴、空洞的填充、封堵，進行井下防火及治理瓦斯災(zāi)害。
【背景技術(shù)】 [0002]瓦斯災(zāi)害是制約煤礦高效集約化開采技術(shù)發(fā)展和安全生產(chǎn)的重要因素。瓦斯超限引起的瓦斯爆炸產(chǎn)生的有毒有害氣體、高溫火焰、以及高壓氣體形成的沖擊波，不僅造成大量人員傷亡，嚴重還會摧毀井巷等設(shè)施。治理瓦斯超限最有效的措施是進行瓦斯抽放。瓦斯抽放的技術(shù)很多，如底板穿層鉆孔瓦斯抽放技術(shù)、高位瓦斯抽放巷道抽放技術(shù)和高位鉆孔瓦斯抽放技術(shù)等，但各種瓦斯抽采技術(shù)在高瓦斯及突出礦井應(yīng)用后，遺留了大量的鉆場，如果不對這些鉆場進行充填，很容易造成瓦斯積聚同時也可能引起煤炭自然發(fā)火，形成安全隱患。另外在采煤工作面的上隅角、采空區(qū)及廢棄的井巷等空硐也存在上述問題，采取一定的充填封閉措施可以有效地防治井下瓦斯積聚以及煤炭自燃。
[0003]目前煤礦井下空穴常用的充填方式有:水泥漿充填、木垛充填、煤炭充填、有機材料充填和凝膠充填等，水泥漿充填使用普遍且效果好，但建設(shè)周期長，勞動強度大；而木垛充填和煤炭充填又存在充填不嚴實、浪費能源等缺點。
[0004]近年來，高分子充填密閉泡沫材料已開始應(yīng)用于煤礦防滅火和瓦斯治理。高分子充填密閉泡沫材料具有膨脹率高、抗?jié)B性好、密封性好、耐腐蝕、輕質(zhì)，對電、熱具有良好的絕緣性等特點，在煤礦火災(zāi)防治、通風(fēng)控制、瓦斯治理等安全問題中有廣泛的應(yīng)用前景，但目前該應(yīng)用還處在研究探索階段，相關(guān)技術(shù)還不成熟，存在材料性能不夠穩(wěn)定、反應(yīng)時間及膨脹率、抗壓強度不易控制等問題，且采用的材料價格較高、使用不夠經(jīng)濟。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種價格低廉、力學(xué)性能較好、阻燃性高、發(fā)泡倍數(shù)高且膨脹率可根據(jù)需要靈活調(diào)節(jié)控制的煤礦充填密閉用高分子發(fā)泡材料，以解決困擾井下施工的瓦斯治理問題，對井下空穴空洞等位置進行快捷高效經(jīng)濟的處理，為井下安全高效的生產(chǎn)施工提供有力保障。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0007]一種煤礦充填密閉用高分子發(fā)泡材料，包括相互獨立的組分A和組分B，組分A與組分B的體積比為1:1~4: 1，其中，
[0008]所述組分A包括70% -80%的酚醛樹脂、5% -10%的脲醛樹脂、0.5% _2%的發(fā)泡劑、2% -5%的增稠劑、I % -5%的填料、3% -10%的穩(wěn)泡劑，余量為水；
[0009]所述組分B為催化劑，包含20 %~60 %的強酸、10 %~30 %的中強酸、0~30 %的有機酸，余量為水；
[0010]所述百分比為重量百分比。
[0011]上述高分子發(fā)泡材料中，所述組分A中的酚醛樹脂為水溶性酚醛樹脂或改性酚醛樹脂。
[0012]所述水溶性酚醛樹脂可采用以下物質(zhì)中的至少一種:苯酚、或甲醛、或二甲醛、或間苯甲醛、或雙酚A與甲醛、或乙醛、或糠醛、或多聚甲醛在氨水、或氫氧化鈉、或氫氧化鋇、或氧化鎂、或苯胺催化下制備的酚醛樹脂；
[0013]所述改性酚醛樹脂采用橡膠改性酚醛樹脂，或熱塑性樹脂改性酚醛樹脂，或耐熱改性酚醛樹脂；其中，
[0014]所述橡膠改性酚醛樹脂為天然橡膠，或丁基橡膠，或丁晴橡膠，或丁苯橡膠，或聚氧化乙烯類橡膠，或丙烯酸酯類橡膠，或聚氨酯類橡膠改性酚醛樹脂； [0015]所述熱塑性樹脂改性酚醛樹脂為聚乙烯醇，或聚乙烯醇縮醛，或聚酰胺，或聚苯氧基樹脂，或聚(甲基)丙烯酸酯，或聚醚醇丙烯酸酯，或聚醚醇磷酸酯改性酚醛樹脂；
[0016]所述耐熱改性酚醛樹脂為硼改性酚醛樹脂，或鑰改性酚醛樹脂，或磷改性酚醛樹月旨，或胺類改性酚醛樹脂，或三聚氰胺改性酚醛樹脂，或二甲苯甲醛樹脂改性酚醛樹脂，或馬來酰亞胺改性酚醛樹脂，或含有炔基的酚醛樹脂，或有機硅改性酚醛樹脂，或嗪類改性酚醛樹脂，或焦油改性酚醛樹脂。
[0017]上述高分子發(fā)泡材料中，所述脲醛樹脂由尿素和甲醛在堿性催化劑或酸性催化劑的催化下制備，所述堿性催化劑為氫氧化鈉，或六亞甲基四胺，或氨水，或三乙醇胺，或亞硫酸鈉，或硼酸鈉，所述酸性催化劑為氯化銨，或硫酸銨，或甲酸，或乙酸，或氯化鋅。
[0018]上述高分子發(fā)泡材料中，所述發(fā)泡劑采用正戊烷、異戊烷、正己烷、環(huán)戊烷、石油醚及二氯一氟乙烷中的一種，或多種混合。
[0019]上述高分子發(fā)泡材料中，所述填料采用碳酸鈣、高嶺土、分子篩粉末、滑石粉、硅灰石粉、鈦白粉、重晶石粉中的至少一種。
[0020]上述高分子發(fā)泡材料中，所述增稠劑采用無機增稠劑、纖維素醚、天然高分子或其衍生物、合成高分子中的至少一種；其中，
[0021]所述無機增稠劑為氣相法白炭黑，或鈉基膨潤土，或有機膨潤土，或硅藻土，或凹凸棒石土，或分子篩，或硅凝膠；
[0022]所述纖維素醚為甲基纖維素，或羥丙基甲基纖維素，或羧甲基纖維素鈉，或羥乙基纖維素；
[0023]所述天然高分子為淀粉，或明膠，或海藻酸鈉，或干酪素，或瓜爾膠，或甲殼胺，或阿拉伯樹膠，或黃原膠，或大豆蛋白膠，或天然橡膠，或羊毛脂，或瓊脂；或上述物質(zhì)的衍生物；
[0024]所述合成高分子為聚丙烯酰胺，或聚乙烯醇，或聚乙烯吡咯烷酮，或聚氧化乙烯，或卡波樹脂，或聚丙烯酸，或聚丙烯酸鈉，或聚丙烯酸酯共聚乳液，或順丁橡膠，或丁苯橡膠，或聚氨酯，或改性聚脲，或低分子聚乙烯蠟。
[0025]上述高分子發(fā)泡材料中，所述穩(wěn)泡劑采用以下物質(zhì)中的至少一種:聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、蛋白、多肽、淀粉、纖維素、聚二甲基硅氧烷、聚山梨酯、蓖麻油聚氧乙烯醚、脂肪醇和脂肪酸類。
[0026]上述高分子發(fā)泡材料中，所述組分B中的強酸為鹽酸或硫酸，中強酸為磷酸或碳酸，有機酸為苯磺酸，或苯甲酸，或草酸。
[0027]本發(fā)明所提供的高分子發(fā)泡材料，耐火性好、反應(yīng)快速、發(fā)泡倍數(shù)高、力學(xué)性能好，環(huán)保無污染，材料性能穩(wěn)定、反應(yīng)時間及膨脹率、抗壓強度可根據(jù)需要靈活調(diào)節(jié)控制，可對井下空穴空洞等位置進行快捷高效的填充處理，不僅能有效解決困擾井下施工的瓦斯治理問題，避免瓦斯災(zāi)害，為井下安全高效的生產(chǎn)施工提供有力保障，而且所用材料成本低廉，經(jīng)濟性較好。
【具體實施方式】
[0028]以下通過具體實施例對本發(fā)明進一步說明。所有實施例用于解釋本發(fā)明但不作為對本
【發(fā)明內(nèi)容】
的限定。
[0029]本發(fā)明所提供的高分子發(fā)泡材料，包括相互獨立的組分A和組分B，為方便說明，以下對組分A和組分B分別通過實施例進行說明。
[0030]組分A包括70% -80%的酚醛樹脂、5% -10%的脲醛樹脂、0.5% _2%的發(fā)泡劑、2% -5%的增稠劑、I % -5%的填料、3% -10%的穩(wěn)泡劑，余量為水。其中酚醛樹脂和脲醛樹脂是形成泡沫骨架的主要材料，具有阻燃性優(yōu)，有一定韌性等優(yōu)點(優(yōu)選酚醛樹脂)；發(fā)泡劑作為發(fā)泡氣體來源，對應(yīng)于發(fā)泡倍數(shù)，不同發(fā)泡倍數(shù)用量從0.5%~2%不等；增稠劑主要用于增稠防沉降，具體視材料粘度及固體料含量定；填料用以降低成本，視具體泡沫材料強度要求酌情添加；穩(wěn)泡劑用于穩(wěn)定泡沫，一般視發(fā)泡倍數(shù)定。
[0031]組分A實施例1
[0032]按重量百分比 ，取70%的酚醛樹脂、10%的脲醛樹脂、0.5%的二氯一氟乙烷、2%的明膠、5%的高嶺土、10%的纖維素，及余量的水，將酚醛樹脂、脲醛樹脂、明膠、纖維素依次加入到攪拌釜中攪拌均勻，再加入二氯一氟乙烷和高嶺土及水，使用剪切攪拌混合至形成均勻混合物。
[0033]組分A實施例2
[0034]按重量百分比，取75%的酚醛樹脂、8%的脲醛樹脂、1%的二氯一氟乙烷、3%的明膠、3%的高嶺土、8%的纖維素，及余量的水，將酚醛樹脂、脲醛樹脂、明膠、纖維素依次加入到攪拌釜中攪拌均勻，再加入二氯一氟乙烷和高嶺土及水，使用剪切攪拌混合至形成均勻混合物。
[0035]組分A實施例3
[0036]按重量百分比，取78%的酚醛樹脂、7%的脲醛樹脂、1.5%的二氯一氟乙烷、4%的明膠、2%的高嶺土、6%的纖維素，及余量的水的水，將酚醛樹脂、脲醛樹脂、明膠、纖維素依次加入到攪拌釜中攪拌均勻，再加入二氯一氟乙烷和高嶺土及水，使用剪切攪拌混合至形成均勻混合物。
[0037]組分A實施例4
[0038]按重量百分比，取80 %的酚醛樹脂、5 %的脲醛樹脂、2 %的二氯一氟乙烷、5 %的明膠、I %的高嶺土、3%的纖維素、及余量的水，將酚醛樹脂、脲醛樹脂、明膠、纖維素依次加入到攪拌釜中攪拌均勻，再加入二氯一氟乙烷和高嶺土及水，使用剪切攪拌混合至形成均勻混合物。
[0039]上述實施例中，所述酚醛樹脂可采用水溶性酚醛樹脂或改性酚醛樹脂。
[0040]所述水溶性酚醛樹脂可采用以下物質(zhì)中的至少一種，或任意幾種的混合物:苯酚、或甲醛、或二甲醛、或間苯甲醛、或雙酚A與甲醛、或乙醛、或糠醛、或多聚甲醛在氨水、或氫氧化鈉、或氫氧化鋇、或氧化鎂、或苯胺催化下制備的酚醛樹脂；
[0041]所述改性酚醛樹脂可采用橡膠改性酚醛樹脂，或熱塑性樹脂改性酚醛樹脂，或耐熱改性酚醛樹脂；其中，
[0042]所述橡膠改性酚醛樹脂可采用天然橡膠，或丁基橡膠，或丁晴橡膠，或丁苯橡膠，或聚氧化乙烯類橡膠，或丙烯酸酯類橡膠，或聚氨酯類橡膠改性酚醛樹脂；
[0043]所述熱塑性樹脂改性酚醛樹脂可采用聚乙烯醇，或聚乙烯醇縮醛，或聚酰胺，或聚苯氧基樹脂，或聚(甲基)丙烯酸酯，或聚醚醇丙烯酸酯，或聚醚醇磷酸酯改性酚醛樹脂；
[0044]所述耐熱改性酚醛樹脂為硼改性酚醛樹脂，或鑰改性酚醛樹脂，或磷改性酚醛樹月旨，或胺類改性酚醛樹脂，或三聚氰胺改性酚醛樹脂，或二甲苯甲醛樹脂改性酚醛樹脂，或馬來酰亞胺改性酚醛樹脂，或含有炔基的酚醛樹脂，或有機硅改性酚醛樹脂，或嗪類改性酚醛樹脂，或焦油改性酚醛樹脂。
[0045]上述實施例中，所述脲醛樹脂由尿素和甲醛在堿性催化劑或酸性催化劑的催化下制備，所述堿性催化劑為氫氧化鈉，或六亞甲基四胺，或氨水，或三乙醇胺，或亞硫酸鈉，或硼酸鈉，所述酸性催化劑為氯化銨，或硫酸銨，或甲酸，或乙酸，或氯化鋅。
[0046]上述實施例中，所述發(fā)泡劑采用的是二氯一氟乙烷，也可采用正戊烷、異戊烷、正己烷、環(huán)戊烷、石油醚中的一種或任意幾種的混合物。
[0047]上述實施例中，所述填料采用的是高嶺土，也可采用碳酸鈣、分子篩粉末、滑石粉、硅灰石粉、鈦白粉、重晶石粉中的一種或任意幾種的混合物。
[0048]上述實施例中，所述增稠劑采用的是明膠，也可采用其它無機增稠劑、纖維素醚、天然高分子或其衍生物、合成高分子中的一種或任意幾種的混合物；其中:
[0049]所述無機增稠劑可以是氣相法白炭黑，或鈉基膨潤土，或有機膨潤土，或硅藻土，或凹凸棒石土，或分子篩，或娃凝膠；
[0050]所述纖維素醚可以是甲基纖維素，或羥丙基甲基纖維素，或羧甲基纖維素鈉，或羥乙基纖維素；
[0051]所述天然高分子可以是淀粉，或海藻酸鈉，或干酪素，或瓜爾膠，或甲殼胺，或阿拉伯樹膠，或黃原膠，或大豆蛋白膠，或天然橡膠，或羊毛脂，或瓊脂；或上述物質(zhì)的衍生物；
[0052]所述合成高分子可以是聚丙烯酰胺，或聚乙烯醇，或聚乙烯吡咯烷酮，或聚氧化乙烯，或卡波樹脂，或聚丙烯酸，或聚丙烯酸鈉，或聚丙烯酸酯共聚乳液，或順丁橡膠，或丁苯橡膠，或聚氨酯，或改性聚脲，或低分子聚乙烯蠟。
[0053]上述實施例中，所述穩(wěn)泡劑采用的是纖維素，也可采用以下物質(zhì)中的一種或任意幾種的混合物:聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、蛋白、多肽、淀粉、聚二甲基硅氧烷、聚山梨酯、蓖麻油聚氧乙烯醚、脂肪醇和脂肪酸類。
[0054]為以下敘述方便，將上述組分A實施例1到實施例4制備的組分A分別以編號Al、A2、A3、A4 標記。
[0055]表1為組分A的4個實施例中各種成分的含量一覽表。
[0056]
【權(quán)利要求】
1.一種煤礦充填密閉用高分子發(fā)泡材料，其特征在于:所述高分子發(fā)泡材料包括相互獨立的組分A和組分B，組分A與組分B的體積比為1:1~4: I，其中， 所述組分A包括70% -80%的酚醛樹脂、5% -10%的脲醛樹脂、0.5% -2%的發(fā)泡劑、2% -5%的增稠劑、I % -5%的填料、3% -10%的穩(wěn)泡劑，余量為水； 所述組分B為催化劑，包含20 %~60 %的強酸、10 %~30 %的中強酸、0~30 %的有機酸，余量為水； 所述百分比為重量百分比。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤礦充填密閉用高分子發(fā)泡材料，其特征在于:所述組分A中的酚醛樹脂為水溶性酚醛樹脂或改性酚醛樹脂。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的煤礦充填密閉用高分子發(fā)泡材料，其特征在于:所述水溶性酚醛樹脂采用以下物質(zhì)中的至少一種:苯酚、或甲醛、或二甲醛、或間苯甲醛、或雙酚A與甲醛、或乙醛、或糠醛、或多聚甲醛在氨水、或氫氧化鈉、或氫氧化鋇、或氧化鎂、或苯胺催化下制備的酚醛樹脂。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的煤礦充填密閉用高分子發(fā)泡材料，其特征在于: 所述改性酚醛樹脂采用橡膠改性酚醛樹脂，或熱塑性樹脂改性酚醛樹脂，或耐熱改性酚醛樹脂； 所述橡膠改性酚醛樹脂為天然橡膠，或丁基橡膠，或丁晴橡膠，或丁苯橡膠，或聚氧化乙烯類橡膠，或丙烯酸 酯類橡膠，或聚氨酯類橡膠改性酚醛樹脂； 所述熱塑性樹脂改性酚醛樹脂為聚乙烯醇，或聚乙烯醇縮醛，或聚酰胺，或聚苯氧基樹月旨，或聚(甲基)丙烯酸酯，或聚醚醇丙烯酸酯，或聚醚醇磷酸酯改性酚醛樹脂； 所述耐熱改性酚醛樹脂為硼改性酚醛樹脂，或鑰改性酚醛樹脂，或磷改性酚醛樹脂，或胺類改性酚醛樹脂，或三聚氰胺改性酚醛樹脂，或二甲苯甲醛樹脂改性酚醛樹脂，或馬來酰亞胺改性酚醛樹脂，或含有炔基的酚醛樹脂，或有機硅改性酚醛樹脂，或嗪類改性酚醛樹月旨，或焦油改性酚醛樹脂。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤礦充填密閉用高分子發(fā)泡材料，其特征在于:所述脲醛樹脂由尿素和甲醛在堿性催化劑或酸性催化劑的催化下制備，所述堿性催化劑為氫氧化鈉，或六亞甲基四胺，或氨水，或三乙醇胺，或亞硫酸鈉，或硼酸鈉；所述酸性催化劑為氯化銨，或硫酸銨，或甲酸，或乙酸，或氯化鋅。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤礦充填密閉用高分子發(fā)泡材料，其特征在于:所述發(fā)泡劑采用正戊烷、異戊烷、正己烷、環(huán)戊烷、石油醚及二氯一氟乙烷中的至少一種。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤礦充填密閉用高分子發(fā)泡材料，其特征在于:所述填料采用碳酸鈣、高嶺土、分子篩粉末、滑石粉、硅灰石粉、鈦白粉、重晶石粉中的至少一種。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤礦充填密閉用高分子發(fā)泡材料，其特征在于: 所述增稠劑采用無機增稠劑、纖維素醚、天然高分子或其衍生物、合成高分子中的至少一種； 所述無機增稠劑為氣相法白炭黑，或鈉基膨潤土，或有機膨潤土，或硅藻土，或凹凸棒石土，或分子篩，或硅凝膠； 所述纖維素醚為甲基纖維素，或羥丙基甲基纖維素，或羧甲基纖維素鈉，或羥乙基纖維素；所述天然高分子為淀粉，或明膠，或海藻酸鈉，或干酪素，或瓜爾膠，或甲殼胺，或阿拉伯樹膠，或黃原膠，或大豆蛋白膠，或天然橡膠，或羊毛脂，或瓊脂；或上述物質(zhì)的衍生物； 所述合成高分子為聚丙烯酰胺，或聚乙烯醇，或聚乙烯吡咯烷酮，或聚氧化乙烯，或卡波樹脂，或聚丙烯酸，或聚丙烯酸鈉，或聚丙烯酸酯共聚乳液，或順丁橡膠，或丁苯橡膠，或聚氨酯，或改性聚脲，或低分子聚乙烯蠟。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤礦充填密閉用高分子發(fā)泡材料，其特征在于:所述穩(wěn)泡劑采用以下物質(zhì)中的至少一種:聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、蛋白、多肽、淀粉、纖維素、聚二甲基硅氧烷、聚山梨酯、蓖麻油聚氧乙烯醚、脂肪醇和脂肪酸類。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤礦充填密閉用高分子發(fā)泡材料，其特征在于:所述組分B中的強酸為鹽酸或硫 酸，中強酸為磷酸或碳酸，有機酸為苯磺酸，或苯甲酸，或草酸。
【文檔編號】C08K3/34GK103627136SQ201210297270
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2012年8月21日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月21日
【發(fā)明者】劉鵬, 郭茹, 張寧寧, 王紅雷 申請人:山東固安特新材料科技股份有限公司