Состав для упрочнения трещиноватых горных пород Советский патент 1991 года по МПК E21D21/00 

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при креплении подземных выработок посредством быстро- твердеющих составов на основе карбамидных смол.

Целью изобретения является повышение адгезионной прочности состава к горным породам и снижение токсичности.

Состав включает карбамидную смолу КФ-Ж, пластификатор - комплексное вещество латекс-лигносульфонат в соотношении

1:1, отвердитель - 10%-ный раствор соли поливалентного металла (сульфата алюминия, сульфата железа, четыреххлористого титана, нитрата хрома), воду при следующем соотношении компонентов, мае. ч.:

Карбамидная смола марки КФ-Ж Пластификатор Отвердитель Вода

58-62 15-30 5-8 15-30

Состав для упрочнения горных пород приготавливают следующим образом.

Вначале карбамидную смолу растворяют в воде в соотношении смола - вода 2:1, 3:1, 4:1, потом вводят комплексный пластификатор (латекс-лигносульфонат 1:1) в количестве 15-30 мае. ч. и тщательно перемешивают 2-3 мин до получения однородной системы, после чего в раствор при непрерывном перемешивании добавляют 10%-ный раствор соли поливалентного металла в количестве 5-8 мае. ч.

Карбамидный олигомер марки КФ-Ж и полимеры на его основе представляют собой не однородные по молекулярной массе вещества.

После отверждения карбамидных оли- гомеров часть метилольных групп сохраняется в полимере в свободном состоянии, поэтому он остается по-прежнему функциональным соединением.

Степень структурообразования увеличивается при добавке к готовым олигомер- ным продуктам реакционно-способных веществ, вступающих в химическое взаимодействие с функциональными группами полимера.

Для пластификации смол используются латекс марки СКС-65Гц и лигносульфонат марки ЛСТ, содержащие функциональные группы, способные к взаимодействию со смолой.

При совмещении карбамидных смол с латексом дисперсные частицы равномерно распределяются в растворе смолы, нарушают непрерывность ее структуры. Наличие в цепях двойных связей при взаимодействии альдегидов с латексами свободные альдегиды им альдегиды, выделяющиеся при отверждении, присоединяются к ненасыщенным звеньям, в молекуле латекса появляются реакционно-способные гидроксильные группы. При отверждении такого состава происходит реакция поликонденсации оли- гомеров и реакция между продуктами взаимодействия латекса и формальдегида и производными мочевины с образованием длинных гибких молекул.

Лигносульфонаты представляют собой ароматическое ядро, соединенное пропано- выми остатками в неполярные цепочки с включенными в них полярными сульфогруп- пами, карбонильными, карбоксильными, гидроксильными группами.

Такое строение определяет реакционную способность при совмещении лигносульфо- ната со смолой и дипольный характер коллоидных частиц и обусловливает проявление ими поверхностно-активных свойств.

Наибольшую реакционную способность лигносульфоната проявляют сульфогруппы, которые при введении в состав способствуют снижению рН и могут вступать в реакции

с амино- и метилольными группами карбамидных смол и активными компонентами сополиконденсации всего состава.

При этом также увеличивается молекулярная масса карбамидных олигомеров,

0 снижается количество низкомолекулярных фракций, густоты сшивки макромолекулы.

Анализ такой композиции показал, что применение лигносульфоната приводит к более глубокому отверждению состава, что

5 характеризуется уменьшением количества метилольных групп и веществ, экстрагируемых водой.

Кроме того, наличие комплексных ионов лигносульфоната на поверхности пород и

0 руд повышает взаимодействие минеральных частиц с карбамидными составами за счет смачивания и обменных катионов пород и состава.

Таким образом, пластификация карба5 мидных олигомеров с комплексными пластификаторамисопровождаетсяуменьшением количества низкомолекулярных фракций, сокращением количества метилольных групп и увеличением густоты

0 сшивки макромолекулы в процессе отверждений.

Перечисленные факторы влияют не только на токсичность, но и на гидролитическую устойчивость полимеров и их физико5 химические свойства.

(504)з, FeCIs, TiCk Ре2(504)з, Сг(МОз)з - апротонные кислоты относятся к типу катализатора катионной полимеризации, требуют присутствия сокатализатора 0 донора протона, которым является вода.

При введении в реакционную систему ионы поливалентных металлов создают благоприятные условия для ориентации глобулы смолы, латекса, лигносульфоната и

5 увеличивается жизнеспособность с отвер- дителем.

При отверждении ионы поливалентных металлов Al , , Сг+3, TI44 образуют координационную связь с метилольными

0 группами карбамидной смолы, ускоряют и углубляют процессы поликонденсации без уменьшений числа химических межмолекулярных связей, сокращают расход отверди- телей и приводят к некоторому снижению

5 выделения формальдегида.

Результаты исследований состава с различным содержанием компонентов представлены в табл. 1 и 2.

Из сопоставления результатов, приведенных в табл. 1 и 2,видно, что с увеличением количества вводимого пластификатора в состав увеличивается адгезия составов к породам при изгибе до определенного предела, причем количество введенного пластификатора 15 - 20 мае. ч. наибольшее (табл. 1).

Такое же повышении адгезии наблюдается и в соотношениях смола - вода 3:1, 4:1 при введении пластификатора от 20 до 25 и от 25 до 30 мае. ч., адгезия состава к породам при изгибе составляет 5,9-6,4 и 6,5-6,9 МПа соответственно.

Кроме того, количество выделившегося формальдегида снижается до 0,31-0,42 в зависимости от количества введенного пластификатора.

Такое же снижение количества выделившегося формальдегида при отверждении состава сохраняется и в соотношениях смола - вода 3:1,4:1 в зависимости от количества введенного пластификатора, т. е. 0,57%, 0,72% соответственно.

Как видно из табл. 1 и 2, каталитическая актуальность поливалентных отвердителей снижается по ряду (504)з, FeCIa, TICU, Fe2(S04)3, CrfN03)3.

При отверждении состава сульфатом алюминия достигнута наиболее высокая адгезия к породам при изгибе.

На основе результатов исследований можно заключить, что составы имеют повы

шенную адгезию к породам в соотношении компонентов, мае. ч,:

смола - водапластификатор

2:115:20

3:120:25

4:125:30

и могут быть использованы для упрочнения трещиноватых горных пород кровли и междукамерных целиков.

Формула изобретения

Состав для упрочнения трещиноватых горных пород, включающий карбамидную смолу, отвердитель, пластификатор и воду, отличающийся тем, что, с целью повышения адгезионных свойств к горным породам и снижения токсичности, он в качестве пластификатора содержит комплекс- ное вещество латекс-лигносульфонат в соотношении 1:1, а в качестве отвердителя - 10%-ный раствор соли поливалентного металла при следующем соотношении компонентов, мае. ч.: Карбамидная смола

марки КФ-Ж58-62

Латекс-лигносульфонат в соотношении 1:115-30

10%-ный раствор соли поливалентного металла5-8

Вода15-30

Изобретение относится к горному делу и предназначено для крепления горных выработок посредством быстротвердеющих составов на основе карбамидных смол. Цель изобретения - повышение адгезионной прочности и снижение токсичности. Состав содержит следующие компоненты при соотношении, мае. ч.: карбамидная смола марки КФ-Ж 58-62, пластификатор (латекс-лигно- сульфонат 1:1) 15-30, отвердитель - 10%ный раствор соли поливалентного металла (сульфат алюминия, сульфат железа, четы- реххлористый титан, нитрат хрома) 4-8, вода 15-30. Пластификация (модификация) карбамидных олигомеров с латексно-лигно- сульфонатными комплексными добавками сопровождается уменьшением количества низких фракций, сокращением количества метилольных групп и увеличением частоты сшивки макромолекул в процессе отверждения. Уменьшение количества относительно низкомолекулярных фракций приводит к улучшению степени структурования смол и повышению адгезионной прочности к горным породам и к меньшему выделению формальдегида при отверждении состава. При введении в состав соли поливалентного металла повышается скорость реакции в период смешивания смолы с отвердителем. При этом повышается скорость расходования метилольных групп, что приводит к быстрому уменьшению выделяющего формальдегида в связующем. Общий комплекс сил взаимодействия систем приводит к усилению адгезионной способности состава с поверхностью горных пород. 2 табл. w fe Os 00

Таблица 1