CN115820231B - 一种阻燃抗静电大变形喷涂堵漏风材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及煤矿喷涂堵漏风技术领域,尤其是涉及一种阻燃抗静电大变形喷涂堵漏风材料,包括以下质量份数的原料:聚合物乳液47‑65份、无机填料6‑24份、阻燃剂28‑41份、石墨烯0.02‑0.06份、抗静电剂0.04‑0.08份和外加剂0.9‑2.9份。本发明喷涂堵漏风材料成本低廉、粘结力强、封堵性好,可在煤岩体、混凝土、金属、木材等的表面附着,能够有效封闭矿井下的表面裂隙,隔绝气体流通,且变形量大,不易开裂,对巷道表面动态变形有良好的应变能力,同时还具有优异的阻燃性和抗静电性,安全可靠。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿喷涂堵漏风技术领域,尤其是涉及一种阻燃抗静电大变形喷涂堵漏风材料及其制备方法。
背景技术
随着我国煤炭开采技术水平的快速提高,以“沿空留巷”和“沿空掘巷”为代表的无煤柱充填开采技术得到了迅速发展,节省了大量煤炭资源,而喷涂堵漏风材料是矿井防漏、堵漏中不可或缺的一种材料,喷涂堵漏风材料的性能优劣决定了矿井防漏、堵漏的成功率。
传统的混凝土或砂浆材料喷涂巷道,作业繁重,水泥、砂子等材料的运输量大,不易于井下施工,且喷涂后的巷道容易变形开裂,导致氧气进入采空区,极易引发煤柱和采空区遗煤自燃,甚至还会引发爆炸,存在安全隐患,目前,将高分子材料用于采空区的喷涂堵漏已经成为防治漏风的主要手段。
无机胶凝材料由于其低廉的成本、较好的性价比、简单的制备和养护条件,在煤矿开采中得到广泛的应用,但无机胶凝材料存在韧性小、变形量小、抗疲劳性能差的问题,在实际的喷涂堵漏风应用过程中,容易发生开裂,不能起到良好的密闭效果;聚氨酯材料具有优异的密闭性能,但成本十分昂贵,只适用于局部封堵,难以大范围应用;高分子聚合物乳液具有良好的韧性、变形量大、施工简单、透气率低,能够起到良好的缓冲作用,提高喷涂堵漏风材料的韧性和断裂伸长率,但高分子聚合物乳液的阻燃性能、抗静电性能、热稳定性和耐久性较差,在煤矿开采过程中单独使用存在较大的安全隐患。
基于此,亟需一种经济实用、密封性好、变形量大、阻燃和抗静电性能优异的喷涂堵漏风材料。
发明内容
本发明的目的在于提供一种阻燃抗静电大变形喷涂堵漏风材料,该喷涂堵漏风材料成本低廉、封堵性好,能够有效封闭矿井下的表面裂隙,隔绝气体流通,且变形量大,不易开裂,对巷道表面动态变形有良好的应变能力,同时还具有优异的阻燃性和抗静电性,安全可靠;本发明的第二目的在于提供一种阻燃抗静电大变形喷涂堵漏风材料的制备方法。
本发明提供的一种阻燃抗静电大变形喷涂堵漏风材料,包括以下质量份数的原料:聚合物乳液47-65份、无机填料6-24份、阻燃剂28-41份、石墨烯0.02-0.06份、抗静电剂0.04-0.08份和外加剂0.9-2.9份。
优选地,石墨烯的比表面积为450-500m2/g。
抗静电剂优选聚氨酯抗静电剂,石墨烯和聚氨酯抗静电剂具有良好的导电作用,两者共同作用,能够降低喷涂堵漏风材料的表面电阻,从而减少施工和使用过程中的静电积累,提高喷涂堵漏风材料的抗静电性,以保证施工和使用安全。
优选地,聚合物乳液为苯丙乳液、丙烯酸乳液、纯丙乳液和弹性乳液中的一种或多种;
其中,苯丙乳液的固含量为45-54%、丙烯酸乳液的固含量为47-50%、纯丙乳液的固含量为37-40%、弹性乳液的固含量为37-40%。
苯丙乳液的抗拉强度大于6.00MPa、断裂伸长率大于400%;丙烯酸乳液的抗拉强度大于8.50MPa、断裂伸长率大于25%;纯丙乳液的抗拉强度大于0.35MPa、断裂伸长率大于700%;弹性乳液的抗拉强度大于0.25MPa、断裂伸长率大于100%,聚合物乳液优选苯丙乳液,粘度为2000mPa·s,单体残留量为0.5%,聚合物乳液选用上述乳液,能够提高喷涂堵漏风材料的抗拉强度和断裂伸长率。
优选地,无机填料包括以下质量百分比的原料:水泥50-70%、石英粉15-30%和渣土15-30%。
优选地,水泥为硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥和矿渣硅酸盐水泥中的一种或多种;
石英粉为轻烧石英粉和/或熔融石英粉,石英粉的粒径为48-200μm;
渣土由机制砂、河砂或山砂中水洗得到,渣土的粒径小于0.15mm。
水泥为32.5、42.5和52.5强度等级中的一种或几种混合,通过在喷涂堵漏风材料中添加水泥,水泥水化产生的氢氧化钙能够和聚合物乳液中的酯基反应,使聚合物乳液中的聚合物链相互交联,形成以Ca2+为中心的螯合体,从而进一步提高喷涂堵漏风材料的抗拉强度,且氢氧化钙含量的降低,还有助于提高喷涂堵漏风材料的耐久性,此外,石英粉能够促进原料的分散,使各原料均匀混合在一起,且石英粉和渣土能够在喷涂堵漏风材料成型过程中填充聚合物乳液与水泥浆的空隙,使制备的喷涂堵漏风材料更加致密,提高喷涂堵漏风材料的力学性能,且渣土为机制砂、河砂或山砂水洗后的产物,为工业废弃物,价格低廉,降低了喷涂堵漏风材料的生产成本。
优选地,阻燃剂包括以下质量百分比的原料:氢氧化铝80-90%、聚磷酸铵3-15%和三聚氰胺3-15%;
其中,氢氧化铝的细度为400-1200目,聚磷酸铵的聚合度为30-50、细度为400-1200目,三聚氰胺的细度为400-1200目。
氢氧化铝在加热过程中能够分解吸收热量,氢氧化铝分解产生的氧化铝沉积在喷涂堵漏风材料的表面,起到隔氧、隔热和抑烟的作用;聚磷酸铵受热脱水后生产聚磷酸强脱水剂,能够促使喷涂堵漏风材料表面脱水形成碳化物,且生成的聚磷酸及非挥发性磷的氧化物覆盖在喷涂堵漏风材料表面,能够起到隔绝空气的作用,同时,聚磷酸铵受热分解,释放出的二氧化碳、氮气和氨气等能够阻挡氧的供应,避免燃烧的持续进行,此外,聚磷酸铵燃烧过程生成的PO·和HPO·自由基,能够捕捉·OH和·O·自由基,从而中断燃烧的链式反应;三聚氰胺在加热过程中,能够通过吸热来降低喷涂堵漏风材料表面的温度,并以此隔绝空气,带走空气中的热量和可燃物,改变热氧将解,还能够快速炭化,在喷涂堵漏风材料的表面生成不燃炭质,阻断喷涂堵漏风材料与空气的接触,同时还能够防止可燃物的溢出,避免喷涂堵漏风材料继续燃烧,此外,三聚氰胺分解产生的不燃气体能够使喷涂堵漏风材料膨胀,以形成膨胀层,大大降低热传导性,有利于喷涂堵漏风材料的离火自熄,上述原料协同作用,能够大大提高喷涂堵漏风材料的阻燃性能。
优选地,外加剂包括以下质量百分比的原料:消泡剂34-50%、硅烷偶联剂5-17%和聚羧酸盐减水剂34-50%。
优选地,消泡剂为乙二醇硅氧烷和/或聚二甲基硅氧烷;
聚羧酸盐减水剂的固含量为35-40%。
消泡剂能够减少喷涂堵漏风材料中的气泡,从而降低喷涂堵漏风材料的缺陷,提高喷涂堵漏风材料的力学性能;硅烷偶联剂能够一端连接聚合物乳液,一端连接无机填料和阻燃剂,使各原料的连接更加紧密,进一步提高喷涂堵漏风材料的抗拉强度;聚羧酸盐减水剂能够提高喷涂堵漏风材料的流动性,有利于喷涂施工。
本发明提供的一种阻燃抗静电大变形喷涂堵漏风材料的制备方法,包括以下步骤:
S1.将石墨烯、抗静电剂、外加剂和聚合物乳液混合,获得A组分;
S2.将阻燃剂与无机填料混合,获得B组分;
S3.将A组分和B组分混合,获得阻燃抗静电大变形喷涂堵漏风材料。
优选地,步骤S3中,A组分与B组分的质量比为1:1-2:1。
本发明的有益效果:
(1)本发明喷涂堵漏风材料成本低廉、粘结力强、封堵性好,可在煤岩体、混凝土、金属、木材等的表面附着,能够有效封闭矿井下的表面裂隙,隔绝气体流通,且变形量大,不易开裂,对巷道表面动态变形有良好的应变能力,同时还具有优异的阻燃性和抗静电性,安全可靠。
(2)本发明喷涂堵漏风材料中,石墨烯和聚氨酯抗静电剂具有良好的导电作用,两者共同作用,能够降低喷涂堵漏风材料的表面电阻,提高喷涂堵漏风材料的抗静电性。
(3)本发明喷涂堵漏风材料中,水泥水化产生的氢氧化钙能够和聚合物乳液中的酯基反应,形成以Ca2+为中心的螯合体,从而进一步提高喷涂堵漏风材料的抗拉强度,同时,石英粉能够促进原料的分散,使各原料均匀混合在一起,且石英粉和渣土能够在喷涂堵漏风材料成型过程中填充聚合物乳液与水泥浆的空隙,使制备的喷涂堵漏风材料更加致密,提高喷涂堵漏风材料的力学性能。
(4)本发明喷涂堵漏风材料中,氢氧化铝受热分解产生的氧化铝能够沉积在喷涂堵漏风材料的表面,起到隔氧、隔热和抑烟的作用;聚磷酸铵受热产生的聚磷酸及非挥发性磷的氧化物能够覆盖在喷涂堵漏风材料表面,起到隔绝空气的作用,且释放出的二氧化碳、氮气和氨气等能够阻挡氧的供应,避免燃烧的持续进行,此外,聚磷酸铵燃烧过程生成的PO·和HPO·自由基,能够捕捉·OH和·O·自由基,从而中断燃烧的链式反应;三聚氰胺在加热过程中吸收热量,并在喷涂堵材料的表面生成不燃炭质,阻断喷涂堵材料与空气的接触,同时能够防止可燃物的溢出,此外,三聚氰胺分解产生的不燃气体能够使喷涂堵材料膨胀,大大降低热传导性,上述原料协同作用,能够大大提高喷涂堵漏风材料的阻燃性能。
(5)本申请喷涂堵漏风材料的表干时间≤2h、实干时间≤6h、抗拉强度≥2.0MPa,拉断伸长率≥30%、粘结强度≥1.5MPa、氧指数≥28.0%、表面电阻≤3×108Ω,满足煤矿AQ1088-2011《煤矿喷涂堵漏风用高分子材料技术条件》的技术标准要求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案,下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施方式,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的附图。
图1为本发明实施例1中阻燃抗静电大变形喷涂堵漏风材料的表面形貌。
具体实施方式
应该指出,以下详细说明都是例示性的,旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明,本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是,这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式,而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的,除非上下文另外明确指出,否则单数形式也包括复数形式,此外,还应当理解的是,当在本说明中使用术语“包含”和/或“包括”时,其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种阻燃抗静电大变形喷涂堵漏风材料,包括以下质量份数的原料:聚合物乳液47份、无机填料6份、阻燃剂28份、石墨烯0.02份、抗静电剂0.04和外加剂0.9份;
其中,聚合物乳液包括以下质量份数的原料:苯丙乳液34份、丙烯酸乳液13份;
无机填料包括以下质量份数的原料:普通硅酸盐水泥3份、石英粉1.5份和渣土1.5份,普通硅酸盐水泥的强度为32.5;
阻燃剂包括以下质量份数的原料:氢氧化铝23份、聚磷酸铵4份和三聚氰胺1份;
抗静电剂为聚氨酯抗静电剂;
外加剂包括以下质量份数的原料:消泡剂0.4份、硅烷偶联剂0.1份和聚羧酸盐减水剂0.4份。
上述阻燃抗静电大变形喷涂堵漏风材料的制备方法,包括以下步骤:
S1.将石墨烯、聚氨酯抗静电剂、外加剂与聚合物乳液混合,获得A组分;
S2.将阻燃剂与无机填料混合,获得B组分;
S3.将A组分和B组分按质量比1:1混合,获得阻燃抗静电大变形喷涂堵漏风材料。
实施例2-54
一种阻燃抗静电大变形喷涂堵漏风材料,其制备方法与实施例1相同,原料和配比如表1所示。
表1
对比例1
一种阻燃抗静电大变形喷涂堵漏风材料,其原料和制备方法与实施例1基本相同,唯一不同之处在于:采用聚乙烯醇代替聚合物乳液。
对比例2
一种阻燃抗静电大变形喷涂堵漏风材料,其原料和制备方法与实施例1基本相同,唯一不同之处在于:采用滑石粉、云母粉和渣土代替无机填料。
对比例3
一种阻燃抗静电大变形喷涂堵漏风材料,其原料和制备方法与实施例1基本相同,唯一不同之处在于:采用水玻璃和烷醇胺代替石墨烯和聚氨酯抗静电剂。
对比例4
一种阻燃抗静电大变形喷涂堵漏风材料,其原料和制备方法与实施例1基本相同,唯一不同之处在于:采用硼酸锌代替阻燃剂。
测试例
采用AQ 1088-2011《煤矿喷涂堵漏风用高分子材料技术条件》对实施1-54和对比例1-4制备的阻燃抗静电大变形喷涂堵漏风材料进行检测,测试结果如表2所示。
表2
最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (5)
1.一种阻燃抗静电大变形喷涂堵漏风材料,其特征在于,由以下质量份数的原料组成:聚合物乳液47-65份、无机填料6-24份、阻燃剂28-41份、石墨烯0.02-0.06份、抗静电剂0.04-0.08份和外加剂0.9-2.9份;
阻燃剂由以下质量百分比的原料组成:氢氧化铝80-90%、聚磷酸铵3-15%和三聚氰胺3-15%;
其中,氢氧化铝的细度为400-1200目,聚磷酸铵的聚合度为30-50、细度为400-1200目,三聚氰胺的细度为400-1200目;
石墨烯的比表面积为450-500m2/g;
聚合物乳液为苯丙乳液、丙烯酸乳液、纯丙乳液和弹性乳液中的一种或多种;
其中,苯丙乳液的固含量为45-54%、丙烯酸乳液的固含量为47-50%、纯丙乳液的固含量为37-40%、弹性乳液的固含量为37-40%;
无机填料包括以下质量百分比的原料:水泥50-70%、石英粉15-30%和渣土15-30%;
水泥为硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥和矿渣硅酸盐水泥中的一种或多种;
石英粉为轻烧石英粉和/或熔融石英粉,石英粉的粒径为48-200µm;
渣土由机制砂、河砂或山砂水洗得到,渣土的粒径小于0.15mm。
2.根据权利要求1所述的阻燃抗静电大变形喷涂堵漏风材料,其特征在于,外加剂包括以下质量百分比的原料:消泡剂34-50%、硅烷偶联剂5-17%和聚羧酸盐减水剂34-50%。
3.根据权利要求2所述的阻燃抗静电大变形喷涂堵漏风材料,其特征在于,消泡剂为乙二醇硅氧烷和/或聚二甲基硅氧烷;
聚羧酸盐减水剂的固含量为35-40%。
4.一种权利要求1-3任一所述阻燃抗静电大变形喷涂堵漏风材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1.将石墨烯、抗静电剂、外加剂和聚合物乳液混合,获得A组分;
S2.将阻燃剂与无机填料混合,获得B组分;
S3.将A组分和B组分混合,获得阻燃抗静电大变形喷涂堵漏风材料。
5.根据权利要求4所述的制备方法,其特征在于,步骤S3中,A组分与B组分的质量比为1:1-2:1。
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