一种用于矿井下堵漏风用无机柔性喷涂材料及其应用制造技术

技术编号：40326732 阅读：11 留言：0更新日期：2024-02-09 14:20

本发明专利技术公开了一种用于矿井下堵漏风用无机柔性喷涂材料及其应用，喷涂材料包含：改性聚合物胶粉20～40份，无机填充材料10～40份，胶凝材料20～40份，促凝剂0.1～0.5份，阻燃剂1～10份以及助剂0.1～10份。所述改性聚合物胶粉为经过扩链改性的聚丙烯酸盐粉体(分子量Mw为182～2825)，采用的丙烯酸盐单体为丙烯酸镁、丙烯酸钙、丙烯酸锌、衣康酸镁、衣康酸钙、衣康酸锌中的一种或多种的混合物。无机喷涂材料在现场与水混合搅拌均匀，混合比例为质量比2～3：1，静置后进行喷涂。本发明专利技术制备的无机柔性喷涂材料聚合速度快，基本无反应温度，阻燃性能好，具有抗压能力和良好的柔性，能够保障施工安全。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及矿井巷道支护，更具体地，本专利技术涉及一种用于矿井下堵漏风用无机柔性喷涂材料及其应用。

技术介绍

1、国内煤矿开采已有多年的历史，矿井下支护、开采、安全等技术也日新月异。在煤矿开采的过程中，为了避免自燃等重大事故发生，需要进行堵漏，水泥浆喷涂密闭材料是传统堵漏材料。水泥浆喷涂密闭材料，施工难度大，施工环境差，井下污染严重，施工后密闭墙容易开裂，封堵瓦斯以及一氧化碳的能力差，需重复施工，工作效率低下。因此，最近些年，各个厂家也不断提出和开发出新型的高分子材料，以代替传统的水泥浆喷涂密闭材料。为规范高分子材料在井下的应用，国家相关单位提出了井下高分子材料的分类及管理办法。目前，就井下巷道等区域的瓦斯封闭应用而言，市场上使用的材料主要包括pu(f)和pu·sixoy两大类。其中，pu(f)是指聚氨基甲酸酯，pu·sixoy是指硅酸盐改性聚氨酯。

2、实际应用时，pu(f)体系发泡反应温度太高，个别情况会超过标准规定值，甚至达到120℃以上，在井下高温持续不散，产生燃烧现象，且其阻燃性能仍然得不到保证，氧指数小于28。pu·sixoy体系所存在的问题与pu(f)类似。此外，虽然其他技术也在发展，但作为有机反应高分子体系来说，其聚合反应都会产生高温，温度基本在80～100℃左右，这种情况对于井下喷涂的安全带来了一定的隐患。正是由于行业内的产品质量参差不齐，且实际施工的质量和风险得不到把控，为了满足井下的喷涂作业，更需要一种聚合速度快、不产生反应温度、环保阻燃，且与煤层粘接效果好的综合性能的无机喷涂材料。

<p>3、除了上述两种主要材料外，丙烯酸盐也是本领域可选择的材料。关于堵漏用丙烯酸盐，国内进行了一些研究，其中，高吸水性树脂(聚丙烯酸或聚丙烯酸盐)在堵漏密封材料中的使用较多。比如，公开号为cn 111621273 b的专利申请《适用于低温的快速溶解暂堵剂及其制备方法》中，介绍了一种用于在石油化工领域的材料，是在压裂过程中加入暂堵剂，暂堵老缝或已加砂缝隙，通过破裂压力、裂缝延伸压力的变化使流体发生转向，从而造出新缝，达到提升油气采收率的目的，该技术方案中使用了聚丙烯酸盐类高吸水树脂。公开号为cn 115651594 a的专利申请《一种快速固化双组份聚氨酯遇水膨胀密封胶及其制备方法》，专利技术了一种用于建筑市政地下工程堵漏的聚氨酯发泡材料，其中会用到1,4-丁二醇、3,5-二甲硫基甲苯二胺(dmtda)和3,5-二乙基甲苯二胺(detda)等扩链剂，同时也使用了聚丙烯酸盐类高吸水树脂。这两个文献中使用的聚丙烯酸盐类高吸水树脂仅指的是聚丙烯酸钠聚合物。高吸水树脂是通过丙烯酸和氢氧化钠反应时，在反应釜中加入引发剂，引发整个丙烯酸体系的化学反应，形成以钠离子为交联点的聚合物，最终碎化、干燥形成的颗粒或者粉末，由于自由基已经完全反应，不具有反应活性。cn 115651594 a中的扩链剂可以用于聚氨酯体系，但不适用于水性丙烯酸盐体系。因为本专利中，聚丙烯酸钠聚合物(即高吸水树脂)的作用为遇水后可吸收体积倍数4倍以上的水分，从而体积膨胀，从内部支撑聚氨酯发泡材料，避免材料在受外力的条件下坍塌，影响效果。其使用的扩链剂为二胺类扩链剂，如dmtda、detda，这两类扩链剂为有机溶剂，在水中的溶解度很低，难以与水互溶；而1,4-丁二醇的急性毒性强，不适合添加在矿井下喷涂的材料体系中。因此，cn 115651594 a专利中的三类扩链剂，由于环保和职业卫生健康问题，均不适用于本专利技术的选择范围内。公开号为cn109796941 b的专利申请《一种膨胀堵漏剂及其制备方法和微胶囊型堵漏剂以及水基钻井液及其应用》中介绍了用于石油化工的堵漏剂，在其生产工艺中，将酸度中和剂与丙烯酸进行中和反应得到丙烯酸盐；在交联剂和引发剂存在的条件下，将第一丙烯酸、丙烯酰胺、丙烯酸盐、强度提升材料和糊化胶体进行聚合反应，其酸度中和剂为氢氧化钠。与上述cn111621273 b一样，实际生产的是一种含有已经在引发剂作用下完全反应掉的聚丙烯酸钠高吸水树脂的堵漏剂。经过引发剂引发的聚丙烯酸钠高吸水树脂，由于含有大量的亲水性基团，可以吸收数倍于本体的水分，体积膨胀而起到堵漏作用，因而具有吸水率高特点，使其在堵漏剂里面得以应用，实现膨胀堵漏。但是由于在反应釜内，已经添加了引发剂完成了链式反应，最终的颗粒或者粉末不保留自由基，没有任何活性，后续不会与其他物质发生化学反应。因此，该技术中的聚丙烯酸钠高吸水树脂在后期仅具有物理的吸水膨胀特性，而不具备反应特性，若将其作为主要物质添加到矿用无机喷涂材料中，则其固化时间将无限长，远远大于24小时，在矿井下巷道顶部则会产生滴落。

技术实现思路

1、本专利技术根据煤矿井下作业的要求，提供了一种用于矿井下堵漏风用无机喷涂材料，本技术解决了以下问题：

2、本技术提供了一种经过扩链剂改性的丙烯酸盐粉体。在生产液体时对丙烯酸盐的单体进行了预聚合，将小分子的丙烯酸盐单体(如丙烯酸钙单体分子量为182.1874)，通过扩链剂变成了大分子的丙烯酸盐预聚物(分子量mw不低于182)，降低了整体的自由基的含量(保留部分自由基)，使得最终在与其他胶凝物质相互作用时，降低了反应的活性和剧烈程度，从而大大降低了温度。

3、一种用于矿井下堵漏风用无机柔性喷涂材料，是一种单组分无机粉体材料，按照重量份进行计量，喷涂材料包含：

4、改性聚合物胶粉20～40份，无机填充材料10～40份，胶凝材料20～40份，促凝剂0.1～0.5份，阻燃剂1～10份以及助剂0.1～10份。

5、可选地，无机柔性喷涂材料包含：改性聚合物胶粉20～25份，无机填充材料20～40份，胶凝材料20～30份，促凝剂0.1～0.5份，阻燃剂1～10份以及助剂0.1～2份。

6、其中，所述改性聚合物胶粉为经过扩链改性的聚丙烯酸盐粉体(分子量mw为182～2825)，其基础物(即丙烯酸盐单体)可为丙烯酸镁、丙烯酸钙、丙烯酸锌、衣康酸镁、衣康酸钙、衣康酸锌中的一种或多种的混合物。扩链剂选自甲基丙烯酸甲酯与甲基丙烯酸缩水甘油酯和苯乙烯的聚合物、ug-4040(松金国际贸易南通有限公司)、聚甘油丙烯酸酯中的一种或多种的混合物。优选改性聚合物胶粉为经过扩链改性的mw为710～2825的聚丙烯酸盐粉体。

7、其中，所述无机填充材料为无机粉体，选自硅微粉、碳酸钙、石英砂中的任意一种或者几种的混合物。

8、其中，所述胶凝材料为白水泥，即白色硅酸盐水泥。

9、其中，所述促凝剂为帮助无机喷涂材料固化的物质，选自过氧化钠、过氧化钾、过硫酸钠、过硫酸钾、亚硫酸钠、亚硫酸氢钠中的一种或多种的混合物。

10、其中，所述阻燃剂选自氢氧化镁、氢氧化铝中的一种或者两种的混合物。

11、其中，助剂为减水剂，体系为聚羧酸盐体系的高效减水剂，目的为降低施工现场时的掺水量，保证黏度，避免喷涂侧壁和顶部时的流挂。

12、所述改性聚合物胶粉的制备方法包括以下步骤：

13、s1：在反应釜中加本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种用于矿井下堵漏风用无机柔性喷涂材料，其特征在于，按照重量份进行计量，包含：

2.根据权利要求1所述的用于矿井下堵漏风用无机柔性喷涂材料，其特征在于，所述改性聚合物胶粉由丙烯酸盐预聚合而成，分子量Mw不低于182。

3.根据权利要求2所述的用于矿井下堵漏风用无机柔性喷涂材料，其特征在于，所述改性聚合物胶粉为：丙烯酸盐单体经过扩链剂扩链至Mw为710～2825的聚丙烯酸盐粉体。

4.根据权利要求1所述的用于矿井下堵漏风用无机柔性喷涂材料，其特征在于，所述改性聚合物胶粉的制备方法包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的用于矿井下堵漏风用无机柔性喷涂材料，其特征在于，所述二价碱金属氧化物或氢氧化物选自氢氧化钙、氢氧化镁、氧化锌中的任意一种或多种；制备丙烯酸盐单体水溶液时，使用的丙烯酸、二价碱金属氧化物或氢氧化物、水的质量之比为(0.98～3.5)：(0.5～1.8):1。

6.根据权利要求4所述的用于矿井下堵漏风用无机柔性喷涂材料，其特征在于，所述聚合抑制剂选自N-甲基吡咯烷酮、对苯二酚、对苯二甲醚、对甲氧基苯酚、2，6

7.根据权利要求4所述的用于矿井下堵漏风用无机柔性喷涂材料，其特征在于，所述扩链剂选自甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯和苯乙烯的聚合物、UG-4040、聚甘油丙烯酸酯中的一种或多种的混合物；制备丙烯酸盐水溶液的过程中，扩链剂的用量比例为丙烯酸盐单体水溶液质量的24％～54％。

8.根据权利要求1所述的用于矿井下堵漏风用无机柔性喷涂材料，其特征在于，所述无机填充材料选自硅微粉、碳酸钙、石英砂中的任意一种或者几种的混合物；所述胶凝材料为白水泥；所述促凝剂选自过氧化钠、过氧化钾、过硫酸钠、过硫酸钾、亚硫酸钠、亚硫酸氢钠中的一种或多种的混合物；所述阻燃剂选自氢氧化镁、氢氧化铝中的一种或者两种的混合物；所述助剂为减水剂。

9.根据权利要求1所述的用于矿井下堵漏风用无机柔性喷涂材料，其特征在于，按照重量份进行计量，包含：改性聚合物胶粉20～25份，无机填充材料20～40份，胶凝材料20～30份，促凝剂0.1～1份，阻燃剂1～10份以及助剂0.1～2份。

10.权利要求1所述的用于矿井下堵漏风用无机柔性喷涂材料的应用，其特征在于，将所述无机柔性喷涂材料与水混合搅拌均匀，混合比例为无机柔性喷涂材料与水的质量比2～3：1，静置后，采用空气喷涂设备进行喷涂。

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【技术特征摘要】

1.一种用于矿井下堵漏风用无机柔性喷涂材料，其特征在于，按照重量份进行计量，包含：

2.根据权利要求1所述的用于矿井下堵漏风用无机柔性喷涂材料，其特征在于，所述改性聚合物胶粉由丙烯酸盐预聚合而成，分子量mw不低于182。

3.根据权利要求2所述的用于矿井下堵漏风用无机柔性喷涂材料，其特征在于，所述改性聚合物胶粉为：丙烯酸盐单体经过扩链剂扩链至mw为710～2825的聚丙烯酸盐粉体。

4.根据权利要求1所述的用于矿井下堵漏风用无机柔性喷涂材料，其特征在于，所述改性聚合物胶粉的制备方法包括以下步骤：

6.根据权利要求4所述的用于矿井下堵漏风用无机柔性喷涂材料，其特征在于，所述聚合抑制剂选自n-甲基吡咯烷酮、对苯二酚、对苯二甲醚、对甲氧基苯酚、2，6-二叔丁基苯酚、吩噻嗪、亚甲蓝、铜盐如二丁基二硫代氨基甲酸铜、硝基化合物、亚硝基化合物、n-氧基化合物中的一种或者多种的混合物；聚合抑制剂的用量为：丙烯酸盐单体水溶...

【专利技术属性】
技术研发人员：张斌，张裔伟，马丹，
申请(专利权)人：上海无忧树新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：

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