[发明专利]一种吸水性树脂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种吸水性树脂的制备方法，特别是涉及一种应用于煤矿防火、灭火用的吸水性树脂的制备方法。

背景技术

煤炭是我国的主要能源，我国煤矿自然条件差，地质条件复杂。我国大陆是由众多小型地块多幕次汇聚形成的，主要煤田经受了多期次、多方向、强度较大的改造，造成煤田地质条件复杂，伴生的灾害多，其中，煤层具有自燃发火危险的矿井就占55％之多。我国在煤炭开采过程中，防止煤层自燃是一个十分重要的安全问题。

在煤矿火灾防治的安全技术方面，有灌泥浆注水的防灭火方法，但该方法存在灌浆注水的水易泄漏流失、设备投资大和封堵效率低等问题；有加注氮气、二氧化碳等惰性气体防灭火方法，但该方法存在操作不易、成本较高的缺点。

高吸水性树脂是一种含有许多亲水基团、轻度三维交联的功能高分子材料，能在短时间内吸收其自身质量几百倍的水，并具有良好的保水性能，如何将高吸水性树脂作为成胶材料的灌浆技术应用于防治煤矿火灾和煤层自燃发火方面是本领域急待解决的一个技术问题。

众所周知，高吸水性树脂根据不同的用途，对其性能有不同的要求。当高吸水性树脂作为煤矿防灭火的灌浆技术中的成胶材料时，要达到理想的煤矿防灭火效果，要求高吸水性树脂和水混合后能快速形成凝胶，在一定压力作用下，压注到破碎煤体或空顶中，可密实填充煤体裂隙或空顶区、堵塞漏风供氧通道、降低煤体温度、阻止碎煤体氧化燃烧。

因此，作为煤矿防灭火的灌浆技术中的成胶材料，对高吸水性树脂有以下要求：优良的黏附性，即吸水树脂凝胶对煤壁及其缝隙应具有优良的黏附、填充作用，从而起到良好的隔绝氧气作用；良好的热稳定性，即在高温下应失水缓慢、脱水后可再生，并具有在煤体中有效期长、无毒、无味、无腐蚀性的特点，不会出现水煤气爆炸现象；高效的灌浆效率，即吸水树脂应吸水量大、用量少，吸水速度快、成胶时间短，配方简易、不需促凝剂，灌浆效率高，井下运输方便。

然而，现有技术中应用于日用卫生制品、农林、电缆等方面的高吸水性树脂的性能是不能满足上述要求的，特别是不能满足高温热稳定性和与煤层的黏附性这两个方面的性能要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种吸水能力强、成胶速度快、热稳定性好、与煤块黏结性优良的高吸水性树脂的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采取以下技术方案：一种吸水性树脂的制备方法，其特征在于包括以下制备步骤：

(1)制备凝胶产物，所述凝胶产物是通过在水中将多种乙烯类单体与一次交联剂混合后用碱溶液中和，然后用过氧化物引发聚合而制得的；

(2)将所述凝胶产物经切割、干燥、粉碎后得到吸水树脂初品；

(3)所述吸水树脂初品经二次交联处理后得到吸水树脂产品。

所述高吸水性树脂的制备方法，是根据自由基共聚合原理，采用溶液聚合工艺，在吸水树脂高分子链中引入-COOH、-CONH2、-OH等功能基团，从而保证由所述方法制得的产品具有高吸水能力、高粘结性；同时，所述方法采用聚合活性与丙烯酸单体相当的一次交联剂，保证吸水树脂形成完善的三维网状结构，并提高了吸水树脂的热稳定性；另外，采用二次交联剂与水溶性表面活性剂对吸水树脂进行改性的复合后处理工艺，提高吸水树脂粒子表面润湿性能和凝胶化速度，有效提高吸水树脂的成胶速度。

具体实施方式

本发明所述的应用于煤矿防火、灭火用高吸水性树脂的制备方法，包括以下制备步骤：

第一步，首先在水中混合丙烯酸、丙烯酰胺和羟甲基丙烯酰胺三种乙烯类单体，然后，在水中再混合三羟甲基丙基丙烯酸酯一次交联剂，从而形成混合反应体系，其中，丙烯酸、丙烯酰胺、羟甲基丙烯酰胺分别占所述三种乙烯类单体总质量的60-90％、39-9％、20-1％，三羟甲基丙基丙烯酸酯用量为所述三种乙烯类单体总质量的0.01-0.1％；接着，用氢氧化钠中和，以调整所述反应体系的酸值，用过氧化物引发聚合反应，即加入自由基聚合引发剂发生自由基四元共聚反应，所述聚合反应的温度为50-100℃、反应时间为2-4小时，最后得到凝胶产物。

第二步，将所述凝胶产物经切割、干燥、粉碎、过筛后得到吸水树脂初品；

第三步，所述吸水树脂初品经二次交联处理，得到吸水树脂产品；合适的二次交联剂包括乙二醇、甘油、环氧氯丙烷等。