CN105154042B - 一种多功能添加剂、制备方法及其在煤矿加固材料中的应用 - Google Patents
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Abstract
一种多功能添加剂、制备方法及其在煤矿加固材料中的应用，属于煤矿加固材料技术领域，具体涉及一种用于煤矿加固材料的多功能添加剂、其制备方法及其在煤矿加固材料中的应用。涉及一种多功能添加剂，其目的是为了降低加固材料的最高反应温度，并可改善加固材料脆性力学性能。本发明的一种多功能添加剂，按质量百分比包括的组成有：2％‑15％磷酸三酯、5％‑40％邻苯二甲酸酯和45％‑75％高级脂肪酸甲酯；本发明的制备方法，包括以下步骤：称取各原料；混合搅拌均匀即可。本发明的制备方法简单，可用于制备煤矿用加固材料，材料具有低于100℃的最高反应温度，基本不降低材料的力学性能，且改善了材料的韧性。
Description
技术领域
本发明属于煤矿加固材料技术领域，具体涉及一种用于煤矿加固材料的多功能添加剂及应用。
背景技术
随着煤矿开采深度的增加和复杂地形的出现，因断层破碎带和不稳定地层此引发的顶板冒、片帮等危险事故，不仅影响煤矿企业的生产效率，而且还严重威胁矿工的生命安全。因此，在煤矿生产过程中，一般都要进行注浆加固。目前应用最多的有机高分子注浆加固材料包含聚氨酯类和脲醛、酚醛类等。虽然脲醛、酚醛类加固材料具有渗透性好、凝胶速度可调、成本低等优点，但材料强度低、脆性等劣势使其不能得到广泛认可。聚氨酯类材料具有固化速度可调，抗压、粘结强度高以及韧性好等优点，但材料本身成本高且可燃，再加上材料反应放热量大，近年来因聚氨酯加固材料引发的安全生产事故多达几十起。比如，兖煤赵楼煤矿、霍州矿业三交河煤矿、淮北临涣矿、晋煤集团长平矿、赵庄矿等都发生因材料放热量过多引起材料、煤体燃烧，给煤矿的安全生产带来严重危害和损失；为此，近年来出现了无机-有机复合加固材料，但材料的反应温度仍然较高(200毫升总体积下材料的最高反应温度一般为110℃-130℃之间)，而且材料力学性能呈脆性，给煤矿的安全生产仍带来较大危害。
目前改善加固材料放热性的途径主要添加惰性稀释剂或吸热组分，可以实现最高反应温度降低在110℃左右。但这样处理一方面造成材料力学性能的损失，另一方面容易造成材料的不均匀性，造成加固材料的分层影响施工等问题。为此，选择合适的多功能添加剂产品，不仅能显著降低材料的最高反应温度，而且能改善材料的脆性力学性能是一个有利的方向。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术问题，提供一种多功能添加剂，并将其应用在煤矿加固材料中。本发明的多功能添加剂，不仅能显著降低加固材料的最高反应温度，而且能改善材料力学脆性，制得具有韧性的煤矿加固材料。本发明的多功能添加剂以磷酸三酯、邻苯二甲酸酯、高级脂肪酸甲酯等为原料组成，且该添加剂与煤矿加固材料的相容性好，在加固材料的组分中稳定性好。
本发明所述的一种多功能添加剂，其特征在于，其组成如下：
所述多功能添加剂包括2％-15％磷酸三酯、5％-40％邻苯二甲酸酯和45％-75％高级脂肪酸甲酯；
以上为重量百分含量。
其中，所述磷酸三酯优选为磷酸三丁酯、磷酸三乙酯、磷酸三苯酯中的任一种或几种的混合，优选溶液型磷酸三乙酯、磷酸三丁酯中的一种或二者混合；进一步优选磷酸三丁酯。
所述邻苯二甲酸酯优选为邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛酯的一种或二者混合，优选邻苯二甲酸二丁酯。
所述高级脂肪酸甲酯优选为油酸甲酯、硬脂酸甲酯、亚油酸甲酯、棕榈酸甲酯中的任一种或几种的混合，优选油酸甲酯和亚油酸甲酯中的一种或二者混合。
本发明所述的一种多功能添加剂是由磷酸三酯、邻苯二甲酸酯和高级脂肪酸酯组合而成，可以用于有机-无机复合加固材料中，能显著降低材料的最高反应温度，改善材料的韧性。
本发明所述的一种多功能添加剂制备方法，包含以下步骤：
1)按以下质量百分比称取原料：2％-15％磷酸三酯、5％-40％邻苯二甲酸酯和45％-75％高级脂肪酸甲酯；
2)将步骤1)中各原料混合，用搅拌机常温下搅拌5min-10min，混合均匀即可。
本发明所述添加剂在有机-无机煤矿加固材料中的应用，其特征在于，采取以下步骤：直接将多功能添加剂与煤矿加固材料中的异氰酸酯类组分以重量比3:7混合，搅拌混合均匀构成A组分；将A组分与包含催化剂和硅酸钠溶液的煤矿加固材料中剩下的组分等体积混合，即可制得具有低放热性的加固材料。
本发明所述添加剂在有机-无机煤矿加固材料中的应用，使得制备的煤矿用加固材料，具有低于100℃的最高反应温度。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：(1)本发明提供的多功能添加剂，为均一液体组分，不影响煤矿加固材料的稳定性和现场施工；(2)制备的加固材料具有显著降低的最高反应温度，提高了煤矿生产的安全性；(3)基本不降低材料的力学性能，且改善了材料的韧性。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明做进一步说明，但绝不用来限制本发明的范围。
本发明重点考察加固材料的抗压强度、最高反应温度和材料抗压形变，其中抗压强度和最高反应温度的测试按照AQ1089-2011《煤矿加固煤岩体用高分子材料》标准规定进行，具体性能结果列于表1。
实施例1
准确称量5％的磷酸三丁酯、40％邻苯二甲酸二丁酯、20％油酸甲酯和35％亚油酸甲酯，用搅拌器搅拌10min，混合均匀，即得多功能添加剂。将该添加剂与煤矿加固材料的异氰酸酯组分(聚合MDI，具体牌号为PM-200)以重量比3:7混合，搅拌混合均匀构成A组分；将催化剂三乙醇胺(TEA)、双吗啉二乙基醚(DMDEE)以及助剂乙二醇和50Be°的液体硅酸钠搅拌(其中催化剂三乙醇胺(TEA)、双吗啉二乙基醚(DMDEE)以及助剂乙二醇均为少量，主要为液体硅酸钠搅拌)混合均匀构成B组分。将A组分与B组分等体积混合，即可制得低放热性加固材料。并考察加固材料的最高反应温度、抗压强度和抗压形变。
以下实施例和对比例的加固材料与实施例1的组分相同。
实施例2
准确称量8％的磷酸三丁酯、20％邻苯二甲酸二丁酯、40％油酸甲酯和32％亚油酸甲酯，用搅拌器搅拌10min，混合均匀，即得多功能添加剂。将该添加剂与煤矿加固材料的异氰酸酯组分以3:7混合，搅拌混合均匀构成A组分；将A组分与包含催化剂的液体硅酸钠B组分等体积混合，即可制得约200毫升低放热性加固材料。并考察加固材料的最高反应温度、抗压强度和抗压形变。
对比例1
准确称量100％邻苯二甲酸二丁酯，将该其与煤矿加固材料的异氰酸酯组分以3:7混合，搅拌混合均匀构成A组分；将A组分与与包含催化剂的液体硅酸钠B组分等体积混合，即可制得约200毫升加固材料。并考察加固材料的最高反应温度、抗压强度和抗压形变。
对比例2
将煤矿加固材料的异氰酸酯组分作为A组分与与包含催化剂的液体硅酸钠B组分等体积混合，即可制得约200毫升加固材料。并考察加固材料的最高反应温度、抗压强度和抗压形变。
表1
根据本发明的多功能添加剂可以用于制备煤矿用加固材料，与本领域已知的制备加固材料进行比较，结果显示：制备的加固材料具有显著降低的最高反应温度，提高了煤矿生产的安全性；基本不降低材料的力学性能，且改善了材料的韧性。
虽然本发明给出了具体实施方案，并进行了详细的描述。很明显，本领域技术人员在不改变本发明精神实质和范围的前提下，可以设想出很多变化和替代。
Claims (9)
1.一种多功能添加剂，其特征在于，包括2％-15％磷酸三酯、5％-40％邻苯二甲酸酯和45％-75％高级脂肪酸甲酯；以上为重量百分含量。
2.按照权利要求1的一种多功能添加剂，其特征在于，所述磷酸三酯优选为磷酸三丁酯、磷酸三乙酯、磷酸三苯酯中的任一种或几种的混合。
3.按照权利要求1的一种多功能添加剂，其特征在于，所述磷酸三酯为溶液型磷酸三乙酯、磷酸三丁酯中的一种或二者混合。
4.按照权利要求1的一种多功能添加剂，其特征在于，邻苯二甲酸酯优选为邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛酯的一种或二者混合。
5.按照权利要求1的一种多功能添加剂，其特征在于，高级脂肪酸甲酯优选为油酸甲酯、硬脂酸甲酯、亚油酸甲酯、棕榈酸甲酯中的任一种或几种的混合。
6.按照权利要求1的一种多功能添加剂，其特征在于，高级脂肪酸甲酯优选为油酸甲酯和亚油酸甲酯中的一种或二者混合。
7.一种多功能添加剂制备方法，包含以下步骤：
1)按以下质量百分比称取原料：2％-15％磷酸三酯、5％-40％邻苯二甲酸酯和45％-75％高级脂肪酸甲酯；
2)将步骤1)中各原料混合，用搅拌机常温下搅拌5min-100min，混合均匀即可。
8.权利要求1-6的任一项所述的多功能添加剂用于有机-无机复合加固材料。
9.权利要求1-6的任一项所述的多功能添加剂用于有机-无机复合加固材料的方法，其特征在于，采取以下步骤：直接将多功能添加剂与煤矿加固材料中的异氰酸酯类组分以重量比3:7混合，搅拌混合均匀构成A组分；将A组分与包含催化剂和硅酸钠溶液的煤矿加固材料中剩下的组分等体积混合，即可制得具有低放热性的加固材料。
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