PL170916B1 - Mieszanka do wytwarzania zapór lub wypełnień z samospieniających się żywic fenolowych, zwłaszcza w górnictwie - Google Patents

Abstract

Mieszanka do wytwarzania zapór lub wypełnień z samospieniających się żywic fenolowych, zwłaszcza w górnictwie, znamienna tym, że korzystnie zawiera dwa składniki o ponad kilkumiesięcznej trwałości, amianowicie składnik żywicowy złożony z rezolu, wody, wodorowęglanu sodowego, środka tiksotropowego i substancji mineralnych oraz składnik katalityczny złożony z kwasu fenolosulfonowego, kwasu toluenosulfonowego, kwasu benzenosulfonowego, kwasu ksylenosulfonowego, kwasu siarkowego 1 wody.

Description

Przedmiotem wynalazku jest mieszanka do wytwarzania zapór lub wypełnień z samospieniających się żywic fenolowych, zwłaszcza do stosowania w górnictwie, a w szczególności do zamykania chodników lub scalania ścian w kopalniach.

W przemyśle wydobywczym surowców mineralnych, a zwłaszcza w górnictwie węglowym, powszechne zastosowanie znalazły żywice fenolowe, znane jako materiały ognioodporne (wydzielające niewielkie ilości dymu.

W FR-A-2 457 964 opisano różne żywice fenolowe katalizowane licznymi mocnymi kwasami, pęczniejące w wyniku odparowania ciekłego środka spieniającego, którym zwykle jest chlorofluoroalkan, taki jak trichlorotrifluoroetan. Reakcja żywica-katalizator jest reakcją egzotermiczną, a wydzielone w niej ciepło powoduje ogrzanie i odparowanie ciekłego środka spieniającego. Ten znany sposób spieniania, podobnie jak inne sposoby tego typu, wykazuje jednak pewne niedogodności. Uzyskanie spienienia na zimno, to jest w temperaturze 1 - 15°C jest niemożliwe, gdyż ciepło reakcji jest niewystarczające dla ogrzania mieszaniny, to znaczy żywicy i katalizatora, do temperatury odparowania ciekłego środka spieniającego. Produktem reakcji jest słabo skatalizowany duroplast, kruchy i praktycznie nie spieniony. W rezultacie dla otrzymania zadowalającej pianki konieczne jest wstępne ogrzewanie materiałów wyjściowych do temperatury 18 - 20°C. względnie przechowywanie tych materiałów w pomieszczeniach o temperaturze pokojowej.

Ponadto stosowane żywice są na ogół podawane z użyciem pomp dozujących, które mieszanina żywica-katalizator opuszcza, w znanych procesach, w postaci ciekłej, przy czym objętość tej ciekłej mieszaniny nie zwiększa się przed upływem kilku minut trwania reakcji. Dopiero po wystąpieniu efektu masy mieszania ogrzewa się, a następnie, gdy temperatura wewnątrz mieszaniny osiągnie 30 - 60°C, co odpowiada temperaturze wrzenia wybranego typu środka spieniającego, ulega ona spienieniu.

170 916

Taki proces wypełniania pustych przestrzeni piankami wymaga jednak stosowania szczelnego oszalowania dla uniknięcia strat i wycieków użytych produktów, a zatem spienianie i —- * 4- _ 1 a — - ~ 1 r « < λ ,/5^1· TT M r f'4-Λ ł*/-T Γ7 o Ί O /“» C ry 1 7 Lr 1 zestalanie się pianki nie jest wystaiczająco szybkie.

Wszystkie obecnie stosowane żywice fenolowe spieniane in situ poddawane są spienianiu z użyciem środków spieniających typu chlorofluoroalkanów, które przyczyniają się do niszczenia warstwy ozonowej, toteż ich używanie do wszelkich nowych zastosowań będzie zabronione.

Prowadzone w przeszłości próby spieniania z użyciem węglanów zbliżonych do chlorofluoroalkanów zakończyły się niepowodzeniem. Stosowane obecnie preparaty zawierają trzy składniki, to jest żywicę, węglany i katalizator.

Ponadto te preparaty wymagają stałego mieszania żywicy z węglanem dla uniknięcia sedymentacji, która powoduje zanik lub brak spieniania.

Te znane sposoby nie nadają się do stosowania w górnictwie, gdzie konieczne jest użycie materiałów prostych i wytrzymałych, dających pianę o jednolitej strukturze, a zwłaszcza tworzących rezole, które zachowują wytrzymałość przez kilka miesięcy.

Nieoczekiwanie okazało się, że wad znanych sposobów można uniknąć dzięki mieszance według wynalazku.

Cechą zgodnego z wynalazkiem sposobu wytwarzania zapór lub wypełnień z samospieniających się żywic fenolowych, zwłaszcza do stosowania w górnictwie, jest to, że wytwarza się dwuskładnikową mieszankę złożoną ze zdolnej do tworzenia pianki żywicy zawierającej wodorowęglan sodowy jako środek spieniający i z katalizatora, korzystnie typu kwasów sulfonowych, po czym prowadzi się, ewentualnie w niskiej temperaturze, niemal natychmiastową przemianę w piankę bardzo szybko zwiększającą swą objętość, bez konieczności stosowania szczelnego oszalowania z połączonych ze sobą elementów.

Wodorowęglan sodowy ulega po zetknięciu się z katalizatorem reakcji z kwasami sulfonowymi lub ich analogami i w trakcie tej reakcji uwalnia gazowy CO2.

Tak uwolniony gaz umożliwia niemal natychmiastowe zwiększenie objętości mieszaniny żywica-katalizator i jej przemianę w piankę bez względu na temperaturę materiałów wyjściowych, jako że chemiczna reakcja kwasu z wodorowęglanem zachodzi niezależnie od temperatury.

Jest to cecha szczególnie interesująca w przypadku górnictwa, gdyż w pewnych strefach o niskiej temperaturze, np. w szybach wentylacyjnych i położonych płytko chodnikach, stosowanie pianek z żywic fenolowych spienianych chlorofluoroalkanami jest niemożliwe, ponieważ w tych miejscach temperatura mieszaniny żywica-katalizator nie może osiągnąć wartości temperatury, w której paruje chlorofluoroalkan.

Ponadto otrzymana z mieszanki według wynalazku pianka jest niepalna i nie ulega wtórnemu zapaleniu, toteż ulegającą spienianiu mieszankę można kierować bezpośrednio na skałę, węgiel i wszelkie inne materiały, które odcina ona od dostępu ciepła, gazów i powietrza.

Co więcej, reakcja żywicy fenolowej z udziałem wodorowęglanu i katalizatora typu kwasu zachodzi praktycznie natychmiast, toteż mieszanka opuszczająca urządzenie dozujące tworzy piankę i zastyga bardzo szybko, dzięki czemu można uniknąć konstruowania szczelnego oszalowania, z reguły kosztownego, a także strat produktu na skutek wycieku przy wypełnianiu dużych szczelin.

Inna zasadnicza zaleta wynalazku polega na tym, że pianka z żywicy fenolowej, powstająca natychmiast, ma pewną określoną początkową objętość, która ulega stopniowemu zwiększeniu aż do pełnego zobojętnienia wodorowęglanu. Ta właściwość, polegająca na występowaniu wtórnego rozrostu, ma ogromne znaczenie w górnictwie. Powstająca natychmiastowo pianka wypełnia częściowo pusty obszar, natomiast wtórny jej rozrost zapewnia całkowite wypełnienie tego obszaru materiałem wywierającym pewne ciśnienie, co zapewnia idealną gazoszczelność.

Zdolna do spienienia mieszanka według wynalazku jest korzystnie mieszanką dwuskładnikową, która zawiera składniki o ponad kilkumiesięcznej trwałości, a mianowicie składnik żywicowy złożony z rezolu, wody, wodorowęglanu sodowego, środka tiksotropowego i substancji mineralnych oraz składnik katalityczny złożony z kwasu fenolosulfonowego, kwasu toluenosulfonowego, kwasu benzenosulfonowego, kwasu ksylenosulfonowego, kwasu siarkowego i wody.

170 916

Dla zapewnienia bardzo szybkiego spieniania mieszanki tworzącej piankę wodorowęglan sodowy powinien korzystnie mieć następujący skład granulometryczny:

/-»<-» o ί 0/4 ΓΊ mm

V* OlUUlilvj VłkX \J ,\J~r\J illlll cząstki o średnicy 0,041 - 0,100 mm 60 - 40%.

Przykładowa korzystna dwuskładnikowa mieszanka tworząca piankę ma następujący skład:

składnik żywicowy:

rezol 60 - 80%, woda 0 - 10%, wodorowęglan sodowy 5 - 105%, środek tiksotropowy (krzemionka) 0,5 - 3%, substancje mineralne 0-10%;

składnik katalityczny:

kwas fenolosulfonowy 40 - 60%, kwas toluenosulfonowy 10 - 20%, kwas benzenosulfonowy 0-10%.

kwas ksylenosulfonowy 0 - 10%, kwas siarkowy 10 - 25%, woda 10 - 20%.

Mieszanka według wynalazku umożliwia wytwarzanie zapór lub wypełnień z samospieniających się żywic fenolowych ulegających bardzo szybkiemu spienianiu i nie zawierających chlorofluoroalkanów, uzytecznych zwłaszcza w górnictwie.

Ponadto mieszankę według wynalazku można stosować nawet w stosunkowo niskiej temperaturze, np. około 2°C, bez konieczności stosowania oszalowania z elementów połączonych.

Co więcej, mieszankę według wynalazku można stosować z użyciem oszalowania prowizorycznego, którego szczelność jest względna, wykonanego z nie oheblowanych, nie połączonych desek, ewentualnie pokrytych nieszczelnym płótnem, a wówczas przenikanie zwiększającej swą objętość pianki przez nie połączone z sobą części oszalowania jest ograniczone bardzo nieznacznie i spienianie następuje bardzo szybko.

Wynalazek nie jest oczywiście ograniczony do opisanego tu trybu jego realizacji i można stosować różne jego warianty, zwłaszcza jeśli chodzi o skład stosowanych mieszanin, bez wychodzenia poza zastrzegany zakres ochrony.

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz.

Cena 2,00 zł

Claims (3)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Mieszanka do wytwarzania zapór lub wypełnień z samospieniających się żywic fenolowych, zwłaszcza w górnictwie, znamienna tym, że korzystnie zawiera dwa składniki o ponad kilkumiesięcznej trwałości, a mianowicie składnik żywicowy złożony z rezolu, wody, wodorowęglanu sodowego, środka tiksotropowego i substancji mineralnych oraz składnik katalityczny złożony z kwasu fenolosulfonowego, kwasu toluenosulfonowego, kwasu benzenosulfonowego, kwasu ksylenosulfonowego, kwasu siarkowego i wody.
2. 2. Mieszanka według zastrz. 1, znamienna tym, że zawiera wodorowęglan sodowy złożony w 40 - 60% z cząstek o średnicy do 0,040 mm i w 60 - 40% z cząstek o średnicy 0,041 - 0,100 mm.
3. 3. Mieszanka według zastrz. 1 albo 2, znamienna tym, że ma następujący skład: składnik żywicowy: rezol 60 - 80%, woda 0 - 10%, wodorowęglan sodowy 5 - 15%, środek tiksotropowy (krzemionka) 0,5 - 3%, substancje mineralne 0 - 10%;

   składnik katalityczny: kwas fenolosulfonowy 40 - 60%, kwas toluenosulfonowy 10 - 20%, kwas benzenosulfonowy 0 - 10%, kwas ksylenosulfonowy 0 - 10%, kwas siarkowy 10 - 25%, woda 10 - 20%.