矿用充填堵漏风新型复合泡沫的研制

发布时间：2019-11-29 12:05

【摘要】：煤炭自燃是影响矿井安全开采的主要灾害之一，控制漏风是防治煤炭自燃的关键手段。有机固化泡沫依靠其施工速度快，密封效果好等特点在国内外广泛应用于煤矿充填堵漏风。然而，现有的有机固化泡沫都存在不同程度的缺陷，如聚氨酯泡沫成本高、易燃、且燃烧释放出有毒烟气，酚醛泡沫脆性大、成本较高，脲醛泡沫的抗压强度低等。本文针对现有矿用有机固化泡沫的不足，研制了一种充填堵漏风新型复合泡沫，该泡沫具有密闭性好、抗压强度高、难燃、成本低等优点。 本文以苯酚、脲素和多聚甲醛为聚合单体通过一步法创新性的合成了酚-脲-醛树脂。采用正交试验分析了脲素用量、催化剂用量、反应温度、反应时间对树脂发泡性能的影响规律，得出了酚-脲-醛树脂合成的最佳条件。通过红外光谱和核磁共振碳谱分析了酚-脲-醛树脂的化学结构，揭示了酚-脲-醛共聚树脂的合成机理。 为优化酚-脲-醛树脂的催化体系，论文研究了不同固化剂、表面活性剂、发泡剂等对泡沫固化行为、力学性能和微观结构的影响规律，找出了最优的固化剂、表面活性剂、发泡剂配比及用量，揭示了固化剂和表面活性剂对泡沫的作用机理，探讨了酚-脲-醛树脂的成泡和固化机制。 针对酚-脲-醛泡沫韧性差的问题，通过添加聚乙二醇（PEG）对酚-脲-醛泡沫进行改性，研究了不同分子量的PEG对酚-脲-醛泡沫的基本性能、力学特性、燃烧性能的影响规律，揭示了聚乙二醇的增韧机理，找到了聚乙二醇的最优添加量。PEG中的-OH与树脂中的-OH能够形成部分氢键，在树脂中导入长的柔性醚链，从而提高了泡沫的韧性和冲击强度，，降低了粉化率。 为了提高泡沫的阻燃性和承压强度，通过玻璃纤维与纳米粘土对酚-脲-醛泡沫进行改性，制备了玻璃纤维/纳米粘土复合泡沫，研究了玻璃纤维和纳米粘土对泡沫的力学特性、密封性能、热稳定性和阻燃性的影响规律，探讨了玻璃纤维与纳米粘土对酚-脲-醛泡沫的阻燃、增强机理。玻璃纤维与纳米粘土表现出良好的协同作用，能显著提高泡沫的压缩强度、热稳定性和阻燃性，降低泡沫的粉化率和收缩率，并改善复合泡沫的泡孔结构，提高泡沫的密封性能。 为了验证实验室制备复合泡沫的性能，本文对比分析了酚醛泡沫、聚氨酯泡沫、脲醛泡沫与复合泡沫的综合性能。实验表明：四种泡沫中复合泡沫具有最低的发泡温度和收缩率，最高的抗压强度、阻燃性和热稳定性，但是，其发泡倍数和粉化率略低于聚氨酯泡沫。煤矿井下的工程实践表明，复合泡沫具有充填密闭效果好、施工简单、安全可靠、成本低等特点，极具广泛的应用前景。
【图文】：

发泡树脂的理化性能测试1）发泡树脂粘度的测定[63]烧杯取约 200g 树脂，冷却至室温 25 ℃，将旋转粘度的探针插入树脂液面下与液面齐平，待指针稳定后读数，并记录相关数据(粘度单位为 mPa.s)。2）树脂固含量的测定用称量法测定树脂的固含量[64]。3）树脂中游离酚含量测定用溴化法测定树脂中游离酚的含量[65]。4）树脂中游离醛含量测定用盐酸羟胺法测定树脂中游离醛的含量[66]。5）树脂结构及羟甲基指数测定[67-68]用NICOLET380型傅立叶变换红外光谱仪对苯酚-脲素-甲醛树脂进行红外光谱图 2-2 制备的树脂Figure2-2 Resin prepared

图 2-20 苯酚-脲素-甲醛共缩聚树脂的13C NMR 图谱(δ = 40~180 区域)Figure 2-2013C NMR of Phenol-urea-formaldehyde resin (δ = 40~180)图 2-21 酚醛树脂的13C NMR 图谱(δ = 40~180 区域)Figure 2-2113C NMR of Phenol formaldehyde resin (δ = 40~180)
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TD75;TB33

【参考文献】

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本文编号：2567454