具有碳添加剂的树脂体系 |
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| 申请号 | CN201080057580.8 | 申请日 | 2010-11-02 | 公开(公告)号 | CN102656251A | 公开(公告)日 | 2012-09-05 |
| 申请人 | J-洛克公司; | 发明人 | 理查德·沃顿; 沃尔特·尼尔·西蒙斯; 约翰·G·奥尔德森; | ||||
| 摘要 | 可通过提供与催化剂组分分开的 树脂 组分，来控制注浆体系的凝胶时间，其中该催化剂组分中包含 碳 组分。所述催化剂组分可包含诸如酚类化合物之类的 抑制剂 ，并且/或者所述树脂组分可包含诸如苯胺化合物之类的促进剂。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种矿用加强件注浆体系，包括： |
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| 说明书全文 | 具有碳添加剂的树脂体系[0001] 相关申请 [0002] 本申请要求2009年11月2日提交的名称为“具有碳添加剂的树脂体系（Resin System With Carbon Additive）”的美国临时专利申请No.61/257,176的优先权，其全部内容以引用的方式并入本文。 技术领域背景技术[0004] 目前可获得的、用于对地下矿井中的加强部件进行锚固的树脂灌浆通常被装在细长的双室药包（cartridge）内，该双室药包中含有：(1)可固化的聚酯树脂组合物；以及(2)催化剂（例如，过氧化苯甲酰）。所述药包通常由可破碎的薄膜制得。在钻出锚固锚杆用的钻孔后，将药包插入钻孔的封闭端。当将锚固锚杆插入钻孔并旋转时，药包破碎从而使得这两种组分混合，并开始发生固化反应。固化反应的凝胶时间或凝固时间通常为若干秒至若干分钟不等。根据树脂凝胶时间的不同，通常使锚固锚杆以100转/分钟的转速旋转3秒至10秒（通常为20转至60转）。 [0005] 本文所使用的术语“注浆”、“注浆体系”、“灌浆”和“灌浆体系”是指硬化以锚固空间中的加强部件的物质。例如，可以采用药包的形式来提供注浆，该药包具有填装聚酯树脂的室和填装催化剂的室，这样一来，当药包破碎从而使树脂与催化剂混合时，便可以将加强部件锚固在空间中。如Bivens等人的美国专利No.4,280,943（其全部内容以引用方式并入本文）中所定义的那样，凝胶时间表示由反应性组分的混合至混合物中的树脂硬化或僵化所经历的时间。树脂的凝胶时间被认为是树脂凝固所需的时间，例如，凝胶时间通常为10秒至2分钟，在美国通常为10秒、30秒、60秒、或120秒。 [0006] 在美国，人们通常会购买处于预抑制和/或预促进状态下的矿顶加强部件用树脂灌浆。例如，主剂树脂（base resin）的凝胶时间通常可能为20分钟，可以通过加入抑制剂和促进剂来调节其凝胶时间。这样，人们会购买具有所需凝胶时间的聚酯树脂，该凝胶时间可以通过使用抑制剂和促进剂以分别减慢或加快凝胶时间来进行调节。当温度较高并且/或者促进剂含量较高时，凝胶时间较短，反之亦然。 [0007] 题为“Standard Specification for Roof and Rock Bolts and Accessories”（顶部和岩石用锚杆及配件的标准规定）的ASTM编号F 432–04针对化学注浆材料规定了速度指数，该指数表示在试验时，由混合完成至达到4000磅的锚固水平所经历的时间，该试验是根据该标准规定的实验室试验来进行的。根据该标准，依照下表I中的速度指数分类体系来鉴定注浆，其中，最大固化时间为达到4000磅的试验负荷所花费的时间。 [0008] 表I [0009]速度指数 最大固化时间（秒） 15 15 30 30 60 60 240 240 600 600 1000 >600 [0010] 在美国，通常从厂商购买处于预促进状态的聚酯树脂。所购得的树脂具有特定的凝胶时间，该凝胶时间可以在购买之后，由购买者利用促进剂或抑制剂加快或减慢凝胶时间来调节，从而满足预期的需要。例如，速度指数标为240的配制物的最大固化时间为240秒，但购买者可以将促进剂加入配制物，从而使速度指数改变为180，这相当于最大固化时间为180秒。由此便以分批的方式完成了这种利用促进剂来实施的速度指数调节（通常与凝胶时间调节相关联），这种调节在再次改变凝胶时间之前需要消耗整批的树脂。此外，凝胶时间可能还依赖于树脂与催化剂的相对量。这样，如果催化剂含量越高，那么凝胶时间越快，相反，如果催化剂含量越低，那么凝胶时间越慢。 [0011] 树脂灌浆的凝胶时间可为（例如）10秒至20分钟不等。矿区作业人员通常需要这样的树脂灌浆，每个树脂药包中的树脂灌浆均具有一致的凝胶时间，并且该树脂灌浆会在具体的矿顶支护方案可接受的时间内发生胶凝。例如，矿顶支护方案可包括每隔四英尺安装矿顶锚杆，并在一定时间段内完成安装，即，每个已安装锚杆的树脂灌浆必须在规定时间段内完全胶凝。因而需要控制（调整）树脂灌浆的凝胶时间。因此，为了调节矿顶支护注浆体系的凝胶时间，已知可以将促进剂注入树脂中。还已知的是，分别制备两种不同批次的树脂，其中各批次具有不同的凝胶时间，并且分别将两种树脂泵送入薄膜药包，从而获得双速注浆体系药包。为了对代表特定树脂速度的端部加以区分，通常将染料加入至少一种树脂中，但遗憾的是，树脂颜色略深，因此难以看出颜料的加入。 发明内容[0012] 本发明包括一种矿用加强件注浆体系，包括：树脂组分和与该树脂组分分开的催化剂组分，其中该催化剂组分包含催化剂和碳组分。本发明还包括一种控制注浆体系的凝胶时间的方法，其中，提供树脂组分和与该树脂组分分开的催化剂组分，并向所述催化剂组分中加入碳组分。在另一实施方案中，本发明包括一种使树脂催化剂注浆体系的凝胶时间稳定的方法，该灌浆体系包括与催化剂组分分开的树脂组分，其中所述催化剂组分包含过氧化物催化剂和抑制剂，所述过氧化物催化剂会生成自由基，所述抑制剂将由过氧化物催化剂生成的自由基钝化，并且其中所述催化剂组分还包含能够进一步钝化由催化剂生成的自由基的稳定剂。 具体实施方式[0013] 通常通过在矿顶支护用聚酯树脂体系的树脂组分中使用促进剂或抑制剂，从而实现对树脂灌浆凝胶时间的控制。促进剂和抑制剂均可被加入树脂中以调整凝胶时间。例如，在常规的树脂注浆体系中，在两室药包中分开放置树脂组分和催化剂组分，其中树脂组分包含含有交联物质的可聚合聚酯树脂，催化剂组分包含过氧化物催化剂。这种催化剂的非限定性例子包括：过氧化苯甲酰（BPO）、过氧化环异己酮（cyclohexone peroxide）、羟基庚基过氧化物、1-羟基环己基氢过氧化物-1、叔丁基氢过氧化物、过氧化2,4-二氯苯甲酰等、过氧化甲乙酮、以及单独的无机过氧化物（例如，过碳酸钠、过氧化钙、过氧化钠）或其与有机过氧化物的混合。可向树脂组分中加入过氧化物催化剂的促进剂和/或聚合反应的抑制剂。常用的促进剂包括（但不限于）：苯胺促进剂，如二甲基苯胺、二乙基苯胺或二正丙基苯胺。合适的抑制剂通常包括不会加速树脂组分聚合的自由基，如McLean的题为“Rock Bolting”（岩石锚杆支护）的美国专利No.3,324,663（其全部内容以引用的方式并入本文）中所列出的那样，所述抑制剂包括（但不限于）酚类化合物，例如：萘醌（NQ）和氢醌、单烷基酚（包括单叔丁基酚、单叔丁基氢醌、邻甲酚、间甲酚、对甲酚）、高级烷基酚、多元酚（包括邻苯二酚、间苯二酚）和部分烷基化多元酚（包括丁香酚、愈创木酚）及其混合物。本文所用的术语“催化剂”是指引发聚合反应并任选地在聚合反应过程中被消耗的物质。最近，如2009年1月20日提交的题为“Anchoring Systems and Methods of Use Thereof”（锚固体系及其使用方法）的美国专利申请No.12/356,454（其全部内容以引用的方式并入本文）所公开的那样，抑制剂已经被加入了催化剂组分中。 [0014] 本发明的矿用加强件注浆体系可以在催化剂组分含有抑制剂（被抑制的催化剂）、或者催化剂组分不含抑制剂（未被抑制的催化剂）的情况下使用，在这两种情况中的任意一种情况下，树脂组分或催化剂组分中可包含或不包含促进剂。然而，出乎意料的是，已经发现，在双组分树脂-催化剂矿用加强件注浆体系的催化剂组分中，可进一步包含稳定剂。稳定剂是指能够钝化由催化剂生成的自由基（且未被抑制剂钝化）、并且也能够促进催化剂的活性的物质。合适的稳定剂为含碳材料，这里称为碳组分，如炭黑、无定形碳和/或石墨碳，其通常以8nm至1000nm的微粒形式引入。碳粒可为购自Cabot公司（美国马萨诸塞州Boston市）的Vulcan72。合适的石墨可为购自SGL集团公司（德国威斯巴登市）的Ecophit。 所述碳组分可分散在液体（水或溶剂）载体中。在一个非限定性实施方案中，碳组分与催化剂的重量比为约0.1-1比1000。此外，可通过包含黑色氧化亚铁（FeO）从而进一步稳定催化剂。已经发现碳组分可以以多种模式起作用，这取决于促进剂和抑制剂的存在及其含量。 [0015] 据信，碳组分是通过将自由基至少吸附至碳颗粒的表面，从而起到催化活性抑制剂的作用（特别是对本文所述的树脂/催化剂体系而言更是如此）。预计其对二芳酰基过氧化物（例如过氧化二苯甲酰）的抑制效果特别强烈，这是由于二芳酰基过氧化物在碳表面上的吸附性很强。据信，碳可能是通过将过氧化物吸附于其表面而防止和/或减慢过氧化物与树脂间的反应，从而首先起到抑制剂的作用。然而，当同时存在促进剂，特别是苯胺促进剂时，碳也起到吸附促进剂的作用。过氧化物和促进剂均被吸附至碳表面会造成过氧化物极快地分解，从而产生促进作用。可以看出，通过恰当地调整碳或促进剂的量，可获得抑制、促进或净零效应。 [0016] 因而，在本发明的一个实施方案中，矿用加强件注浆体系包括树脂组分和与该树 |
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