用于膨脹延遲型封孔材料的微膠囊制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種用于膨脹延遲型封孔材料的微膠囊，包括如下重量份計的各組分：囊芯0.5?1.5份、囊壁10?12份。本發(fā)明專利技術(shù)材料膨脹性能顯著，延遲膨脹發(fā)生，減少了早期的無效膨脹和膨脹性能的損失。相較于未微膠囊包覆HCSA，最長能延遲膨脹發(fā)生4.93h，漿體的膨脹率由3.01％最大增至3.39％。膨脹性能的提升能導(dǎo)致水泥的密實度提高，進而可以造成強度的提高，且囊芯材料HCSA的膨脹速率適中，能提高封孔材料的抗裂、抗?jié)B性能，提高封孔的質(zhì)量和成功率。

Microencapsulation for Expansion Delayed Sealing Materials

The invention discloses a microcapsule for expanding delayed sealing material, which comprises the following components by weight: 0.5 1.5 parts of the core and 10 12 parts of the wall of the capsule. The material of the invention has remarkable expansion performance, delayed expansion occurrence, and reduced early invalid expansion and loss of expansion performance. Compared with HCSA without microcapsule coating, the maximum delayed expansion time was 4.93 h, and the maximum expansion rate of slurry increased from 3.01% to 3.39%. The increase of expansion performance can lead to the increase of cement density and strength, and the expansion rate of core material HCSA is moderate, which can improve the crack resistance and impermeability of sealing material, and improve the quality and success rate of sealing.

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
用于膨脹延遲型封孔材料的微膠囊
本專利技術(shù)涉及封孔材料
，尤其涉及了一種用于膨脹延遲型封孔材料的微膠囊及其制備方法。
技術(shù)介紹
煤礦是我國的主要能源，然而在開采的過程中往往伴隨著各種災(zāi)害事故的發(fā)生，瓦斯突出是一種嚴(yán)重制約煤礦安全生產(chǎn)的突出問題，鉆孔抽采是治理瓦斯突出的基礎(chǔ)手段，對于鉆孔的密封是關(guān)鍵部分，封孔材料影響著封孔效果。目前最常見的封孔材料主要有三種：粘土封孔材料、水泥砂漿封孔材料、聚氨酯封孔材料。粘土封孔材料軟硬不好控制，封孔長度短，封孔效果不理想；聚氨酯封孔材料對水分比較敏感，不適合應(yīng)用于濕度較高的環(huán)境?，F(xiàn)在井下開采環(huán)境惡劣，高溫高濕的環(huán)境限制了材料的選取范圍。水泥砂漿封孔材料由于它低廉的價格以及原料的廣泛性被大量使用。但同時它也存在著缺點，凝結(jié)時間緩慢，在水化反應(yīng)的后期會發(fā)生自收縮現(xiàn)象導(dǎo)致封孔失敗。井下的高溫高濕的環(huán)境導(dǎo)致水泥砂漿封孔材料早期強度無法滿足煤層增透和瓦斯抽采的要求，且它的自收縮現(xiàn)象會導(dǎo)致密封效果達不到要求。中國專利CN104327240A公開了《一種煤礦井下密封瓦斯用高發(fā)泡倍率高密孔率的聚氨酯材料及制備方法》以高發(fā)泡率、高封孔率被廣泛應(yīng)用。這種材料以聚醚多元醇、表面活性劑、催化劑、成核劑、阻燃劑、發(fā)泡劑等物質(zhì)組成，膨脹倍數(shù)能達到23。但是這種封孔材料原料大部分為有機物，對環(huán)境有危害，且反應(yīng)溫度較高，聚氨酯等發(fā)泡材料反應(yīng)劇烈，封孔長度不好控制且無法現(xiàn)場即配即用，限制了它的使用范圍。聚氨酯價格昂貴，無法進行推廣使用。中國專利CN104387007A公開了《煤礦用低成本速凝膨脹性封孔材料》以它的無毒無害無污染、在保證強度和膨脹性的基礎(chǔ)上，大大降低了生產(chǎn)成本。這種封孔材料以煤氣化細(xì)灰、硫鋁酸鹽水泥、檸檬酸、生石灰、石膏、氫氧化鈉為原料，將封孔材料和水按1：1-1.5攪拌成漿料即可使用。但這種材料的缺點在于生石灰、氫氧化鈉為堿性物質(zhì)需要嚴(yán)格控制用量，且凝結(jié)時間較長。
技術(shù)實現(xiàn)思路
基于
技術(shù)介紹
存在的技術(shù)問題，本專利技術(shù)提出了一種用于膨脹延遲型封孔材料的微膠囊，能在較短的時間內(nèi)達到較高的膨脹性能，減少了早期的無效膨脹和膨脹性能的損失，延遲了膨脹發(fā)生的時間。一種用于膨脹延遲型封孔材料的微膠囊，包括如下重量份計的各組分：囊芯0.5-1.5份、囊壁10-12份。優(yōu)選的，所述囊芯為HCSA膨脹劑。優(yōu)選的，所述囊壁為苯乙烯和丙烯酸酯類共聚物。優(yōu)選的，所述囊壁包括苯乙烯、丙烯酸酯類、分散劑和引發(fā)劑，且苯乙烯：丙烯酸酯類：分散劑體積比為(1-4):1:(4-10)，引發(fā)劑的質(zhì)量占單體苯乙烯和丙烯酸酯類質(zhì)量和的1-5％。優(yōu)選的，所述丙烯酸酯類為丙烯酸丁酯，丙烯酸甲酯，丙烯酸乙酯，甲基丙烯酸甲酯中的一種或兩種。優(yōu)選的，所述分散劑為丙三醇、異丙醇中的一種或多種。優(yōu)選的，所述引發(fā)劑使為偶氮二異丁腈、過氧化苯甲酰、過硫酸鹽中的一種或多種。優(yōu)選的，所述囊壁采用溶液聚合法制備，反應(yīng)溫度為70-90℃，反應(yīng)時間為4-6h。本專利技術(shù)提出的一種膨脹延遲型封孔材料，包括如下重量份計的各組分：微膠囊1-12份、水20-30份、硅酸鹽水泥60-70份。本專利技術(shù)提出的一種膨脹延遲型封孔材料應(yīng)用于煤礦瓦斯抽采或深孔爆破過程中對鉆孔進行密封，也可應(yīng)用于其他縫隙進行封堵。作用原理：軟單體丙烯酸丁酯玻璃化溫度較低，賦予了聚合物的粘接性能，硬單體苯乙烯玻璃化溫度較高，賦予了聚合物的內(nèi)聚力，且丙烯酸丁酯與苯乙烯在異丙醇中的溶解度較大，可以提高共聚物的產(chǎn)率，引發(fā)劑偶氮二異丁腈反應(yīng)穩(wěn)定，是一級反應(yīng)，沒有副反應(yīng)，較易控制。丙烯酸丁酯和苯乙烯溶解在異丙醇中，在偶氮二異丁腈的引發(fā)劑作用下，進行加熱攪拌發(fā)生聚合反應(yīng)形成苯乙烯-丙烯酸丁酯共聚物。在加入HCSA膨脹劑的情形下，對其進行包覆，從而最終形成微膠囊膨脹劑。微膠囊的囊芯HCSA在早期強度不夠高的情形下被包覆在囊壁中，不會與水泥發(fā)生反應(yīng)，囊壁耐水性較好，水分不會立即滲透到微膠囊內(nèi)部。在水化反應(yīng)后期水分滲透到微膠囊中，沖破囊壁導(dǎo)致囊芯釋放出來，發(fā)揮膨脹效應(yīng)，將膨脹發(fā)生時間推遲了接近5h，最大程度發(fā)揮有效膨脹。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)具有的有益效果在于：本專利技術(shù)提出的一種用于膨脹延遲型封孔材料的微膠囊制備得到的膨脹延遲封孔材料，在實際應(yīng)用中只有少量水分能夠通過滲透壓的作用進入微膠囊內(nèi)部，延遲了膨脹劑與水泥生成鈣礬石的時間；在水化后期，強度得到了發(fā)展，囊壁已經(jīng)破裂，囊芯HCSA全部暴露在水泥漿體的液相中，它們迅速和液相中的活性物質(zhì)反應(yīng)，形成了大量鈣礬石和氧化硅，填充在水泥空隙內(nèi)，發(fā)揮有效的膨脹性能，所以提升了膨脹性能。膨脹率增大能有效補償水化后期水泥自收縮引起的體積減小的問題。材料中的所有組分全部來源于市售材料，方便獲取，價格低廉，環(huán)保無污染，實現(xiàn)了本專利技術(shù)的目的。本專利技術(shù)材料膨脹性能顯著，延遲膨脹發(fā)生，減少了早期的無效膨脹和膨脹性能的損失。相較于未微膠囊包覆HCSA，最長能延遲膨脹發(fā)生4.93h，漿體的膨脹率由3.01％最大增至3.39％。膨脹性能的提升能導(dǎo)致水泥的密實度提高，進而可以造成強度的提高，且囊芯材料HCSA的膨脹速率適中，能提高封孔材料的抗裂、抗?jié)B性能，提高封孔的質(zhì)量和成功率。本專利技術(shù)材料可以有效補償水泥自收縮引起的體積減小，提高氣密性，提高封孔效率，封孔質(zhì)量得到極大提高，瓦斯抽采更加平穩(wěn)，深孔爆破更加安全可靠，可以在現(xiàn)場配制使用，方便快捷，無毒無污染。具體實施方式下面結(jié)合具體實施例對本專利技術(shù)作進一步解說。實施例1一種用于膨脹延遲型封孔材料的微膠囊，包括如下重量的各組份：囊芯0.5-1.份、囊壁10份，囊芯為HCSA膨脹劑，囊壁為苯乙烯和丙烯酸酯類共聚物。囊壁包括苯乙烯、丙烯酸酯類、分散劑和引發(fā)劑，且苯乙烯：丙烯酸酯類：分散劑體積比為1:1:4，引發(fā)劑的質(zhì)量占單體苯乙烯和丙烯酸酯類質(zhì)量和的1％。丙烯酸酯類為丙烯酸丁酯；分散劑為丙三醇；引發(fā)劑使為偶氮二異丁腈。囊壁采用溶液聚合法制備，反應(yīng)溫度為70℃，反應(yīng)時間為4h。一種膨脹延遲型封孔材料，包括如下重量份計的各組分：微膠囊1份、水20份、硅酸鹽水泥60份。實施例2一種用于膨脹延遲型封孔材料的微膠囊，包括如下重量的各組份：囊芯1.5份、囊壁12份，囊芯為HCSA膨脹劑，囊壁為苯乙烯和丙烯酸酯類共聚物。囊壁包括苯乙烯、丙烯酸酯類、分散劑和引發(fā)劑，且苯乙烯：丙烯酸酯類：分散劑體積比為4:1:10，引發(fā)劑的質(zhì)量占單體苯乙烯和丙烯酸酯類質(zhì)量和的5％。丙烯酸酯類為丙烯酸甲酯；分散劑為異丙醇；引發(fā)劑使為過氧化苯甲酰。囊壁采用溶液聚合法制備，反應(yīng)溫度為90℃，反應(yīng)時間為6h。一種膨脹延遲型封孔材料，包括如下重量份計的各組分：微膠囊12份、水30份、硅酸鹽水泥70份。實施例3一種用于膨脹延遲型封孔材料的微膠囊，包括如下重量的各組份：囊芯1份、囊壁11份，囊芯為HCSA膨脹劑，囊壁為苯乙烯和丙烯酸酯類共聚物。囊壁包括苯乙烯、丙烯酸酯類、分散劑和引發(fā)劑，且苯乙烯：丙烯酸酯類：分散劑體積比為2:1:5，引發(fā)劑的質(zhì)量占單體苯乙烯和丙烯酸酯類質(zhì)量和的3％。丙烯酸酯類為丙烯酸乙酯；分散劑為丙三醇和異丙醇按質(zhì)量比1：2配制；引發(fā)劑使為過硫酸鉀。囊壁采用溶液聚合法制備，反應(yīng)溫度為80℃，反應(yīng)時間為5h。一種膨脹延遲型封孔材料，包括如下重量份計的各組分：微膠囊7份、水25份、硅酸鹽水泥6本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
1.一種用于膨脹延遲型封孔材料的微膠囊，其特征在于，包括如下重量份計的各組分：囊芯0.5?1.5份、囊壁10?12份。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種用于膨脹延遲型封孔材料的微膠囊，其特征在于，包括如下重量份計的各組分：囊芯0.5-1.5份、囊壁10-12份。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于膨脹延遲型封孔材料的微膠囊，其特征在于，所述囊芯為HCSA膨脹劑。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于膨脹延遲型封孔材料的微膠囊，其特征在于，所述囊壁為苯乙烯和丙烯酸酯類共聚物。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種用于膨脹延遲型封孔材料的微膠囊，其特征在于，所述囊壁包括苯乙烯、丙烯酸酯類、分散劑和引發(fā)劑，且苯乙烯：丙烯酸酯類：分散劑體積比為(1-4):1:(4-10)，引發(fā)劑的質(zhì)量占單體苯乙烯和丙烯酸酯類質(zhì)量和的1-5％。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用于膨脹延遲型封孔材料的微膠囊，其特征在于，所述丙烯酸酯類為丙烯酸丁酯，丙烯酸甲酯，丙烯酸乙酯，甲基丙...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：吉小利，劉健，馬夢曉，羅麒，盧婷，范春陽，
申請(專利權(quán))人：安徽理工大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：安徽,34