CN111302698A - 一种用于制作无机固化材料的泡沫剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种用于制作无机固化材料的泡沫剂，属于矿井防灭火技术领域，该泡沫剂是由下述重量份配比的原料制成：脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠200～400份，黄原胶1～10份，苯甲酸钠1～6份，甲酸钙5～20份，水200～600份。制备方法如下：按上述重量份配比配制好混合液，将混合液通过混合液入口装入高压罐中，关闭入口阀门和混合器出口阀门；打开与高压罐相连的电动空气泵，当压力达到一定数值后，打开混合器出口阀门，泡沫剂流经液路和混合器，从泡沫出口喷出。本发明制备的泡沫剂具有生物降解性好、液膜弹性和表面粘度高、表面张力低、稳定性高、发泡倍数高等优点，可用于生产无机发泡材料，从而用于煤矿采空区火灾治理和充填。
Description
技术领域
本发明涉及矿井防灭火领域，具体地说是涉及一种矿井防灭火无机固化材料用泡沫剂，以及该泡沫剂的制备方法。
背景技术
煤炭自燃火灾是直接威胁我国矿井安全生产的主要灾害之一。据不完全统计，我国国有煤矿中，有自然发火危险的矿井占60％以上，煤炭自燃而引起的火灾占矿井火灾总数的90～94％，其中采空区自燃占内因火灾的60％。煤炭自燃导致的优质煤损失量已达42亿t以上，现在仍以每年2000～3000万t的速度增加，每年造成数十亿元的经济损失。另外，采空区煤体自燃还可能引起瓦斯爆炸，造成大量的人员伤亡和巨大的经济损失。
2008年以后山西等地煤矿资源整合，整合矿井存在大面积房柱式采空区，采空区复采存在火区治理、井下空巷充填等难题。为保证灭火和充填效果，材料应具备良好的阻化性、流动性、渗透性，既保证采空区火区治理效果又提高空巷充填后的整体接顶效果、增强围岩强度，对上覆岩层起到很好的支撑效果。无机发泡材料由于其不发热、轻质、隔热、耐火、有合适支撑强度等性能，在矿井防灭火领域获得较好的应用。泡沫剂的质量是影响无机发泡材料阻化、发泡性能的主要因素。
经文献检索，有关泡沫剂的专利大部分集中在洗消、石化、建筑行业，专利体现形式大多为泡沫型成品，专门以泡沫剂形式申请的专利鲜见。例如：公开号为CN110467743A的一种泡沫材料及其制备方法，属于高分子材料的技术领域，包括将聚乳酸与有机溶剂混合，制得油相溶液；将分散剂与水混合，制得水相溶液；将所述油相溶液与所述水相溶液进行乳化,制得乳酸微球溶液；将所述乳酸微球溶液干燥，制得泡沫材料，材料制备步骤复杂。公开号为CN109024941A的一种泡沫塑料复合水泥保温板及其制备方法，其泡沫塑料为尿素三聚氰胺改性酚醛泡沫塑料，酚醛树脂注入到多孔水泥板中，放置到模具中进行微波发泡，将发泡完成的多孔水泥板从模具中取出，去除表面多余泡沫，该材料制出的成品为固态泡沫，不可用于浆液混合。公开号为CN110078865A的一种耐高温泡沫剂及其制备方法，涉及油田三次采油技术领域，主要侧重于泡沫的耐高温性能，用于热水、蒸汽及高温烟道气环境。
泡沫剂在矿井防灭火领域也有少量专利公开，如公开号为CN103964766B的防治煤炭自燃的粉煤灰-水泥泡沫材料及其制备方法，其中所用的发泡剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠和皂素，增稠剂为羧甲基纤维素钠，速凝剂为氟化钠、三聚氰胺和硫酸铝。公开号为CN109758710A的一种无机胶凝泡沫防灭火材料及使用方法，该防灭火材料包括硫铝酸盐水泥、石膏、十二烷基硫酸钠以及十二烷基苯磺酸钠，其中十二烷基硫酸钠和十二烷基苯磺酸钠起协同发泡的作用。
我国20世纪90年代开始进行了泡沫剂的技术研究，取得了一些成果。但存在泡沫剂成本高、质量低、稳定性差、发泡倍速低、发泡装备不配套、施工不便等问题，直接影响到无机发泡材料的整体性能，造成材料强度低，质量不稳定，在工程上也没有大面积的应用。
发明内容
基于上述技术问题，本发明提出一种新的用于制作无机固化材料的泡沫剂，以及该泡沫剂的制备方法。
本发明所采用的技术解决方案是：
一种用于制作无机固化材料的泡沫剂，其是由下述重量份配比的原料制成：脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠200～400份，黄原胶1～10份，苯甲酸钠1～6份，甲酸钙5～40份，水200～600份。
优选的，各原料的重量份配比为：脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠300～400份，黄原胶2～7份，苯甲酸钠4～6份，甲酸钙5～30份，水400～600份。
优选的，各原料的重量份配比为：脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠320～350份，黄原胶4～6份，苯甲酸钠4～5份，甲酸钙5～10份，水400～500份。
一种如上所述的泡沫剂的制备方法，采用泡沫剂制备装置，该装置包括高压罐、电动空气泵和混合器，高压罐上设置有混合液入口，在混合液入口处设置有混合液入口阀门，高压罐通过液路与混合器一端进口相连通；所述电动空气泵通过气路与液路相连通；混合器的另一端为泡沫出口，在泡沫出口处设置有混合器出口阀门；
该泡沫剂的制备方法包括以下步骤：
(1)按上述重量份配比称取各原料，然后将脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、黄原胶、苯甲酸钠、甲酸钙和水混合均匀，得到混合液；
(2)打开混合液入口阀门，将混合液通过混合液入口装入高压罐中，关闭混合液入口阀门和混合器出口阀门；打开电动空气泵，当压力达到一定数值后，打开混合器出口阀门，所形成的泡沫剂从泡沫出口喷出。
上述泡沫剂可应用于制备矿井防灭火无机固化材料中。
本发明的有益技术效果是：
本发明提供一种新的泡沫剂的制备方法，该泡沫剂中脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠是制造泡沫的主要原料；黄原胶起增稠作用，延长泡沫稳定时间，稳泡机理是黄原胶能增加泡沫壁的厚度和韧性；苯甲酸钠是稳定剂，消除异味，延长泡沫保质时间；甲酸钙有利于泡沫与无机发泡材料结合后缩短凝固时间，在无机材料表面形成一层胶束层，降低无机材料颗粒对水的吸附，并增加胶结体的泡沫壁的致密度，使泡沫体强度增加。
本发明制备的泡沫剂具有生物降解性好、液膜弹性和表面粘度高、表面张力低、稳定性高、发泡倍数高等优点，可用于生产无机发泡材料，从而用于煤矿采空区火灾治理和充填。
下面对本发明发泡剂的性能及特点进行更为具体地说明：
本发明复合发泡剂是用特定的成分加工制得的一种无污染的强力发泡剂，具有良好的发泡能力，为中性，与水有很好的亲和性，能在无机胶凝材料浆体中产生大量的气泡，气泡相互独立并均匀分布在浆体中，形成大量封闭的孔隙。主要原料黄原胶为动物蛋白质油和植物油，无论是对生产者还是使用者以及环境都无污染。
(1)复合发泡剂的特点：
1)泡沫稳定性：发泡剂所制取的泡沫，其液膜坚韧，机械强度好，不易在浆体挤压下破灭或过度变形，长时间不破灭，不易形成连通孔。
2)泡沫均匀性：泡沫的泡径均匀，在0.1-1mm之间。
3)泌水率：泡沫的泌水率低，更好地保证了泡沫中的气泡数量和矿用发泡充填材料内部的气孔率与低密度。
4)对无机胶凝材料的负作用小：无机胶凝材料是无机发泡材料强度的主要来源，本发泡剂所制取的泡沫加入无机胶凝材料后，不会降低无机发泡材料的强度。
(2)复合型发泡剂的功能特点，如下表1。
表1
| 产品类别 | 复合发泡剂 |
| 有效成分℅ | ≥65 |
| 单位发泡量ml/g | ＞800 |
| 发泡倍数 | ＞50 |
| 发泡高度mm | ＞400 |
| 泡沫稳定性(泡消时间)h | ＞20 |
| 沉降距1h内mm | ＜40 |
| 泌水量1h内ml | ＜2 |
附图说明
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明：
图1为本发明中所采用泡沫剂制备装置的结构原理示意图。
图中：1.电动空气泵，2.混合液入口，3.混合液入口阀门，4.高压罐，5.液路，6.气路，7.混合器，8.混合器出口阀门，9.泡沫出口。
具体实施方式
实施例1
一种用于制作无机固化材料的泡沫剂，其是由下述重量份配比的原料制成：脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠320份，黄原胶4份，苯甲酸钠5份，甲酸钙8份，水400份。
泡沫剂制备采用如图1所示的泡沫剂制备装置，该装置包括高压罐4、电动空气泵1和混合器7，高压罐4上设置有混合液入口2，在混合液入口2处设置有混合液入口阀门3，高压罐4通过液路5与混合器7一端进口相连通。所述电动空气泵1通过气路6与液路5相连通。混合器7的另一端为泡沫出口9，在泡沫出口9处设置有混合器出口阀门8。
该泡沫剂的制备方法包括以下步骤：
(1)按上述重量份配比称取各原料，然后将脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、黄原胶、苯甲酸钠、甲酸钙和水混合均匀，得到混合液。
(2)打开混合液入口阀门3，将混合液通过混合液入口2装入高压罐4中，关闭混合液入口阀门3和混合器出口阀门8。打开与高压罐4相连的电动空气泵1，当压力达到一定数值后，打开混合器出口阀门8，所形成的泡沫剂流经液路5和混合器7，从泡沫出口9喷出。
实施例2
一种用于制作无机固化材料的泡沫剂，其是由下述重量份配比的原料制成：脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠300份，黄原胶3份，苯甲酸钠4份，甲酸钙30份，水400份。
制备方法同实施例1。
实施例3
一种用于制作无机固化材料的泡沫剂，其是由下述重量份配比的原料制成：脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠400份，黄原胶6份，苯甲酸钠4份，甲酸钙40份，水500份。
制备方法同实施例1。
实施例4
一种用于制作无机固化材料的泡沫剂，其是由下述重量份配比的原料制成：脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠200份，黄原胶10份，苯甲酸钠6份，甲酸钙5份，水400份。
制备方法同实施例1。
实施例5
一种用于制作无机固化材料的泡沫剂，其是由下述重量份配比的原料制成：脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠350份，黄原胶4份，苯甲酸钠5份，甲酸钙5份，水450份。
制备方法同实施例1。
对实施例1-5所制得的泡沫剂进行性能测试，结果如下表2所示。
表2
以上实施例所制得的泡沫剂可用于矿井防灭火无机固化材料的制备，下面给出一个具体的应用实例。
选取水、水泥、粉煤灰和本发明泡沫剂为原料，配比为水、水泥、粉煤灰、泡沫剂按45∶50∶50∶1，以重量份计。先将水、水泥、粉煤灰按45∶50∶50的重量份比例在搅拌机中制成水泥浆，将1份泡沫剂加入发泡机中发泡，然后把水泥浆和泡沫群混合得到泡沫水泥浆，制得的材料体积密度600kg/m3，抗压强度2.8MPa，材料应用于采空区充填灭火，取得良好效果。
Claims (5)
1.一种用于制作无机固化材料的泡沫剂，其特征在于它是由下述重量份配比的原料制成：脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠200～400份，黄原胶1～10份，苯甲酸钠1～6份，甲酸钙5～40份，水200～600份。
2.根据权利要求1所述的一种用于制作无机固化材料的泡沫剂，其特征在于各原料的重量份配比为：脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠300～400份，黄原胶2～7份，苯甲酸钠4～6份，甲酸钙5～30份，水400～600份。
3.根据权利要求2所述的一种用于制作无机固化材料的泡沫剂，其特征在于各原料的重量份配比为：脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠320～350份，黄原胶4～6份，苯甲酸钠4～5份，甲酸钙5～10份，水400～500份。
4.如权利要求1～3中任一权利要求所述的泡沫剂的制备方法，其特征在于采用泡沫剂制备装置，该装置包括高压罐、电动空气泵和混合器，高压罐上设置有混合液入口，在混合液入口处设置有混合液入口阀门，高压罐通过液路与混合器一端进口相连通；所述电动空气泵通过气路与液路相连通；混合器的另一端为泡沫出口，在泡沫出口处设置有混合器出口阀门；
该泡沫剂的制备方法包括以下步骤：
(1)按上述重量份配比称取各原料，然后将脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、黄原胶、苯甲酸钠、甲酸钙和水混合均匀，得到混合液；
(2)打开混合液入口阀门，将混合液通过混合液入口装入高压罐中，关闭混合液入口阀门和混合器出口阀门；打开电动空气泵，当压力达到一定数值后，打开混合器出口阀门，所形成的泡沫剂从泡沫出口喷出。
5.如权利要求1～3中任一权利要求所述的泡沫剂在制备矿井防灭火无机固化材料中的应用。
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