一种微胶囊发泡剂及其制备方法及一种矿用发泡充填材料技术

本发明专利技术公开一种微胶囊发泡剂及其制备方法及一种矿用发泡充填材料，该微胶囊发泡剂的制备包括以下步骤：将囊材加入溶剂中，加热搅拌至所述囊材完全溶解；恒温条件下，将发泡剂加入完全溶解后的囊材中，搅拌至所述发泡剂完全溶解后，停止加热，冷却至室温，得到沉淀物；将沉淀物干燥后，制得微胶囊发泡剂。将该微胶囊发泡剂通过简单的干混过程加入至水泥基材料中，制得微胶囊泡沫矿用发泡充填材料，该微胶囊发泡剂在材料加水搅拌过程中不发挥作用，搅拌均匀制成浆体后，发泡剂从微胶囊内被释放出来，浆体通过发泡设备制成水泥基泡沫充填材料时进行作用。该矿用发泡充填材料具备使用便捷、密度小、填充整体性好以及强度高的优点。填充整体性好以及强度高的优点。填充整体性好以及强度高的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种微胶囊发泡剂及其制备方法及一种矿用发泡充填材料


[0001]本专利技术属于煤矿用材料
，涉及一种微胶囊发泡剂及其制备方法及一种矿用发泡充填材料。

技术介绍

[0002]由于高冒区内宜聚集粉尘、瓦斯，且具有适宜的漏风供氧通道和蓄热环境，所以高冒区内极易发生煤层、瓦斯、粉尘爆炸，给煤矿生产安全带来极大的隐患。高冒区的形成主要原因有：巷道顶板为煤层及软弱的伪顶、直接顶，受到工作面超前影响时，破碎的顶煤、伪顶、直接顶易冒落；巷道掘进至断层、陷落柱等构造区时产生冒顶。高冒区的处理方法主要有锚索加图法、喷浆法、注浆加固法、木垛构顶法和充填法，这些方法虽然能够解决高冒巷道稳定性问题，但不能有效防治瓦斯积聚和煤层自燃。
[0003]目前，高冒区充填材料的应用，可以较好地解决高冒区瓦斯积聚以及煤层自燃等安全隐患，常用的煤矿高冒区充填材料主要有破碎矸石、混凝土、木材、有机发泡材料等。破碎矸石作为充填材料，具有较高的强度且成本低，但整体性差，受动荷载后易垮塌，安全隐患大。混凝土作为充填材料，具有较高的强度，且整体性好，但充填成本高。木材作为充填材料，充填工艺简单，充填密度小，便于控制，但对森林资源消耗过大。化学发泡材料作为充填材料，充填整体性好，密度小，但充填过程中大量放热易引发火灾，安全隐患较大。煤矿高冒区充填需要一种整体性好、密度较小、强度较高、充填工艺简单、成本低、充填过程中不产生高温的材料。而发泡水泥具有很好的阻燃与隔热性能，可以很好的满足井下充填材料防火性的条件。现有煤矿用水泥基发泡充填材料是以发泡剂为A组分，以水泥粉料为B组分，施工时使用发泡设备将A组分制成泡沫后，与加水搅拌均匀的B组分混合，制成水泥基发泡充填材料。但是双组分水泥基发泡充填材料存在施工工艺和设备复杂、施工效率较低等问题，不利于煤矿井下推广使用。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种微胶囊发泡剂及其制备方法及一种矿用发泡充填材料及其制备方法，从而获得一种填充整体性好、密度小、强度高、充填工艺简单、成本低、充填过程中不产生高温的充填材料。
[0005]本专利技术是通过以下技术方案来实现：
[0006]一种微胶囊发泡剂的制备方法，包括以下步骤：
[0007]S1：将囊材加入溶剂中，加热搅拌至所述囊材完全溶解；
[0008]S2：恒温条件下，将发泡剂加入步骤S1中完全溶解后的囊材中，搅拌至所述发泡剂分散均匀后，停止加热，冷却至室温，得到沉淀物；
[0009]S3：将步骤S2中的沉淀物干燥后，制得所述微胶囊发泡剂。
[0010]优选的，所述囊材为明胶、乙基纤维素、羟丙甲基纤维素以及阿拉伯胶中的一种或几种的组合。
[0011]优选的，所述溶剂为苯乙烯、环己烷、三氯乙烯以及聚乙烯中的一种或几种的组合。
[0012]优选的，所述发泡剂为脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、十二烷基硫酸钠、全氟壬烯氧基苯磺酸钠和十二烷基苯磺酸钠中的一种或几种的组合。
[0013]优选的，步骤S3中，所述沉淀物干燥之前，还包括采用洗涤剂洗涤所述沉淀物若干次，直至沉淀表面的溶剂被完全去除。
[0014]优选的，所述洗涤剂为环己酮、二甲苯和环己烷中的一种或几种的组合。
[0015]一种微胶囊发泡剂，通过上述的方法制得，所述微胶囊发泡剂的壁材摩尔比为(1:3)～(1:6)，平均粒径为30～70μm。
[0016]一种矿用发泡充填材料，以质量百分数计，包括45％～65％的胶凝材料，25％～45％的煤矸石粉，1％～5％的激发剂，0.1％～1％的悬浮稳定剂以及1％～5％的权利要求7中所述的微胶囊发泡剂。
[0017]优选的，所述胶凝材料为硅酸盐水泥、铝酸盐水泥以及硫铝酸盐水泥中的一种或几种的组合；所述激发剂是季铵碱、片碱、碳酸钠、硅酸钠、硅酸钾以及硫酸钙中的一种或几种的组合；所述悬浮稳定剂为碳酰胺、硅酸镁铝、聚丙烯酰胺、丙烯酰胺和硅酸镁铝中的一种或几种的组合。
[0018]优选的，所述矿用发泡充填材料的比表面积为300～400m2/kg；当水灰比为1.0～1.4时，采用所述矿用发泡充填材料制得的泡沫水泥的密度为78～380kg/m3。
[0019]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：
[0020]一种微胶囊发泡剂的制备方法，通过囊材溶解后再包裹的简单过程实现发泡剂的有效包裹，该发泡剂制备工艺设计合理，操作简单。
[0021]进一步的，溶剂为苯乙烯、环己烷、三氯乙烯以及聚乙烯中的一种或几种的组合，该溶剂一方面可以有效降低囊材的溶解温度，使得实验操作过程更加便捷安全，另一方面，可以作为引发剂，使得溶解的囊材稳定沉淀在发泡剂表面，实现发泡剂的有效包裹。
[0022]一种微胶囊发泡剂，该微胶囊发泡剂的壁材摩尔比为(1:3)～(1:6)，平均粒径为30～70μm，可以有效确保微胶囊内部发泡剂的释放时间稳定在1min～10min。
[0023]一种矿用发泡充填材料，通过简单的干混过程，将本专利技术中制得的微胶囊发泡剂加入至水泥基材料(即胶凝材料、煤矸石粉、激发剂以及悬浮稳定剂)中，制得单组分微胶囊泡沫充填材料，该微胶囊发泡剂在材料加水搅拌过程中不发挥作用，搅拌均匀制成浆体后，发泡剂从微胶囊内被释放出来，浆体通过发泡设备制成水泥基泡沫充填材料时进行作用。充填材料凝结硬化后为一整体，无裂缝无连通孔，且孔隙率低，有利于防止有害气体聚集，填充整体性好；同时，水泥基材料为充填材料的骨架，其良好的水化程度有效决定了材料较好的强度。该单组分矿用发泡充填材料简化了施工工艺和设备、提高了施工效率，有利于煤矿井下推广使用。通过控制适当微胶囊发泡剂的掺入量及使用过程中的水灰比，可有效控制泡沫水泥材料的密度，发泡剂掺量越大，材料密度越小，水灰比越大，材料密度越小，通过调节相应的参数，有效保证了充填材料较小的密度。
附图说明
[0024]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附
图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0025]图1为本专利技术中一种微胶囊发泡剂的制备方法的流程示意图。
具体实施方式
[0026]为使本领域技术人员可了解本专利技术的特点及效果，以下谨就说明书及权利要求书中提及的术语及用语进行一般性的说明及定义。除非另有指明，否则文中使用的所有技术及科学上的字词，均为本领域技术人员对于本专利技术所了解的通常意义，当有冲突情形时，应以本说明书的定义为准。
[0027]本文描述和公开的理论或机制，无论是对或错，均不应以任何方式限制本专利技术的范围，即本
技术实现思路
可以在不为任何特定的理论或机制所限制的情况下实施。
[0028]本文中，所有以数值范围或百分比范围形式界定的特征如数值、数量、含量与浓度仅是为了简洁及方便。据此，数值范围或百分比范围的描述应本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微胶囊发泡剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：将囊材加入溶剂中，加热搅拌至所述囊材完全溶解；S2：恒温条件下，将发泡剂加入步骤S1中完全溶解后的囊材中，搅拌至所述发泡剂分散均匀后，停止加热，冷却至室温，得到沉淀物；S3：将步骤S2中的沉淀物干燥后，制得所述微胶囊发泡剂。2.根据权利要求1所述的一种微胶囊发泡剂的制备方法，其特征在于，所述囊材为明胶、乙基纤维素、羟丙甲基纤维素以及阿拉伯胶中的一种或几种的组合。3.根据权利要求1所述的一种微胶囊发泡剂的制备方法，其特征在于，所述溶剂为苯乙烯、环己烷、三氯乙烯以及聚乙烯中的一种或几种的组合。4.根据权利要求1所述的一种微胶囊发泡剂的制备方法，其特征在于，所述发泡剂为脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、十二烷基硫酸钠、全氟壬烯氧基苯磺酸钠和十二烷基苯磺酸钠中的一种或几种的组合。5.根据权利要求1所述的一种微胶囊发泡剂的制备方法，其特征在于，步骤S3中，所述沉淀物干燥之前，还包括采用洗涤剂洗涤所述沉淀物若干次，直至沉淀表面的溶剂被完全去除。6.根据权利要求5所述的一种微胶囊发泡剂的制备方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：张江波，胡国和，张俊涛，刘莎，徐自冲，李建军，
申请(专利权)人：渭南陕煤启辰科技有限公司，
类型：发明
国别省市：