【摘要】：煤炭自燃是影響礦井安全開采的主要災害之一，控制漏風是防治煤炭自燃的關(guān)鍵手段。有機固化泡沫依靠其施工速度快，密封效果好等特點在國內(nèi)外廣泛應用于煤礦充填堵漏風。然而，現(xiàn)有的有機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、且燃燒釋放出有毒煙氣，酚醛泡沫脆性大、成本較高，脲醛泡沫的抗壓強度低等。本文針對現(xiàn)有礦用有機固化泡沫的不足，研制了一種充填堵漏風新型復合泡沫，該泡沫具有密閉性好、抗壓強度高、難燃、成本低等優(yōu)點。 本文以苯酚、脲素和多聚甲醛為聚合單體通過一步法創(chuàng)新性的合成了酚-脲-醛樹脂。采用正交試驗分析了脲素用量、催化劑用量、反應溫度、反應時間對樹脂發(fā)泡性能的影響規(guī)律，得出了酚-脲-醛樹脂合成的最佳條件。通過紅外光譜和核磁共振碳譜分析了酚-脲-醛樹脂的化學結(jié)構(gòu)，揭示了酚-脲-醛共聚樹脂的合成機理。 為優(yōu)化酚-脲-醛樹脂的催化體系，論文研究了不同固化劑、表面活性劑、發(fā)泡劑等對泡沫固化行為、力學性能和微觀結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律，找出了最優(yōu)的固化劑、表面活性劑、發(fā)泡劑配比及用量，揭示了固化劑和表面活性劑對泡沫的作用機理，探討了酚-脲-醛樹脂的成泡和固化機制。 針對酚-脲-醛泡沫韌性差的問題，通過添加聚乙二醇（PEG）對酚-脲-醛泡沫進行改性，研究了不同分子量的PEG對酚-脲-醛泡沫的基本性能、力學特性、燃燒性能的影響規(guī)律，揭示了聚乙二醇的增韌機理，找到了聚乙二醇的最優(yōu)添加量。PEG中的-OH與樹脂中的-OH能夠形成部分氫鍵，在樹脂中導入長的柔性醚鏈，從而提高了泡沫的韌性和沖擊強度，，降低了粉化率。 為了提高泡沫的阻燃性和承壓強度，通過玻璃纖維與納米粘土對酚-脲-醛泡沫進行改性，制備了玻璃纖維/納米粘土復合泡沫，研究了玻璃纖維和納米粘土對泡沫的力學特性、密封性能、熱穩(wěn)定性和阻燃性的影響規(guī)律，探討了玻璃纖維與納米粘土對酚-脲-醛泡沫的阻燃、增強機理。玻璃纖維與納米粘土表現(xiàn)出良好的協(xié)同作用，能顯著提高泡沫的壓縮強度、熱穩(wěn)定性和阻燃性，降低泡沫的粉化率和收縮率，并改善復合泡沫的泡孔結(jié)構(gòu)，提高泡沫的密封性能。 為了驗證實驗室制備復合泡沫的性能，本文對比分析了酚醛泡沫、聚氨酯泡沫、脲醛泡沫與復合泡沫的綜合性能。實驗表明：四種泡沫中復合泡沫具有最低的發(fā)泡溫度和收縮率，最高的抗壓強度、阻燃性和熱穩(wěn)定性，但是，其發(fā)泡倍數(shù)和粉化率略低于聚氨酯泡沫。煤礦井下的工程實踐表明，復合泡沫具有充填密閉效果好、施工簡單、安全可靠、成本低等特點，極具廣泛的應用前景。
【圖文】：

發(fā)泡樹脂的理化性能測試1）發(fā)泡樹脂粘度的測定[63]燒杯取約 200g 樹脂，冷卻至室溫 25 ℃，將旋轉(zhuǎn)粘度的探針插入樹脂液面下與液面齊平，待指針穩(wěn)定后讀數(shù)，并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)(粘度單位為 mPa.s)。2）樹脂固含量的測定用稱量法測定樹脂的固含量[64]。3）樹脂中游離酚含量測定用溴化法測定樹脂中游離酚的含量[65]。4）樹脂中游離醛含量測定用鹽酸羥胺法測定樹脂中游離醛的含量[66]。5）樹脂結(jié)構(gòu)及羥甲基指數(shù)測定[67-68]用NICOLET380型傅立葉變換紅外光譜儀對苯酚-脲素-甲醛樹脂進行紅外光譜圖 2-2 制備的樹脂F(xiàn)igure2-2 Resin prepared

圖 2-20 苯酚-脲素-甲醛共縮聚樹脂的13C NMR 圖譜(δ = 40~180 區(qū)域)Figure 2-2013C NMR of Phenol-urea-formaldehyde resin (δ = 40~180)圖 2-21 酚醛樹脂的13C NMR 圖譜(δ = 40~180 區(qū)域)Figure 2-2113C NMR of Phenol formaldehyde resin (δ = 40~180)
【學位授予單位】：中國礦業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：TD75;TB33

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本文編號：2567454