本發明涉及充填材料用泡沫劑技術領域，具體涉及一種采礦充填用發泡劑及其制備方法。
背景技術：
充填采礦是用各種適當的充填料對礦石采出后在地下形成的采空區進行充填的一種采礦方法。充填采空區主要是利用形成的充填體進行地壓管理，用以控制圍巖崩落和地表下沉，并為回采工作面而創造方便條件和安全條件，保護地表建筑物，緩和大面積地壓活動，恢復安全生產。
目前應用于采礦充填的發泡劑主要有松香膠發泡劑、廢動物毛發泡劑、樹脂皂類發泡劑、水解血膠發泡劑、石油磺酸鋁發泡劑等。近幾年國內又相繼出現的AB復合發泡劑、CCW95型固體發泡劑等由幾種復合物組成；憎水型發泡劑除了發泡性能之外還有一定的憎水性，但目前的發泡劑的泡沫力、泡沫穩定性強及抗硬水性良好等性能仍達不到實際應用過程的高質量要求。
技術實現要素：
針對上述問題，本發明的目的是提供一種采礦充填用發泡劑及其制備方法，該發泡劑發泡速度快，泡沫力強，泡沫穩定性高及抗硬水性良好。
為了實現上述目的，本發明采用的技術方案為：
一種采礦充填用發泡劑，包括如下重量份的組分：脂肪酸甲酯磺酸鈉20-30份、十二烷基硫酸鈉10-20份、α-烯基磺酸鈉10-20份、N-月桂酰基谷氨酸二酯10-15份、月桂酰肌氨酸鈉5-10份、月桂酰酯水解蠶絲鈉鹽5-10份、月桂酰二乙醇胺5-10份、聚丙烯酸鈉5-10份、六偏磷酸鈉5-10份、環氧樹脂5-10份、瓜爾膠5-10份、海藻酸鈉5-10份、山梨酸鉀2-5份、穩泡劑5-10份和減水劑5-10份。
進一步地，所述采礦充填用發泡劑包括如下重量份的組分：脂肪酸甲酯磺酸鈉25份、十二烷基硫酸鈉15份、α-烯基磺酸鈉15份、N-月桂酰基谷氨酸二酯12份、月桂酰肌氨酸鈉8份、月桂酰酯水解蠶絲鈉鹽8份、月桂酰二乙醇胺8份、聚丙烯酸鈉8份、六偏磷酸鈉8份、環氧樹脂8份、瓜爾膠8份、海藻酸鈉6份、山梨酸鉀4份、穩泡劑8份和減水劑8份。
進一步地，所述穩泡劑為聚醚改性硅油或硅樹脂聚醚乳液。
進一步地，所述減水劑為磺化三聚氰胺樹脂、木質素磺酸鈣或氨基磺酸鈉中的一種或兩種以上。
本發明還提供一種所述的采礦充填用發泡劑的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
(1)稱取上述重量份的原料；
(2)將脂肪酸甲酯磺酸鈉、十二烷基硫酸鈉、α-烯基磺酸鈉、聚丙烯酸鈉、月桂酰二乙醇胺和環氧樹脂依次加入燒杯中，攪拌均勻，得混合液A；
(3)將N-月桂酰基谷氨酸二酯、月桂酰肌氨酸鈉和月桂酰酯水解蠶絲鈉鹽混合，攪拌均勻，得混合液B；
(4)將混合液B、六偏磷酸鈉、瓜爾膠、海藻酸鈉、山梨酸鉀、穩泡劑和減水劑依次加入混合液A中，繼續攪拌均勻，即得到本發明的發泡劑。
優選地，所述攪拌均為磁力攪拌，所述攪拌過程中還伴隨加熱，所述加熱溫度為35-50℃。
優選地，所述步驟(3)中的攪拌時間為20-30分鐘。
優選地，所述步驟(4)中的攪拌時間為2-3小時。
以下對本發明中的幾種組成成分進行介紹：
脂肪酸甲酯磺酸鈉：是國際上被公認的替代烷基磺酸鈉(LAS)的第三代表面活性劑，由于其安全無毒，抗硬水能力強，可完全生物降解，被譽為真正綠色環保的表面活性劑。MES的主要原料脂肪酸甲酯來源于天然的植物油脂，油脂經甲酯化后得到脂肪酸甲酯。目前用于生產MES的甲酯主要來源于棕櫚油及椰子油，屬于可再生資源。MES具有原料可再生性、良好的環境相容性、生物降解性以及耐硬水性能好、去污力好、配伍性好刺激性低等一系列優良性能。
N-月桂酰基谷氨酸二酯和月桂酰肌氨酸鉀：均為氨基酸型表面活性劑，產生的泡沫豐富穩定，性質溫和，能降低配方整體的刺激性，且可促進本發明聚醚改性硅油和硅樹脂聚醚乳液的吸收，進一步提高泡沫的穩定性。
月桂酰酯水解蠶絲鈉鹽：由天然蠶絲活性小肽和月桂酸縮合而成，其發泡力強，穩泡性良好，在硬水和軟水中均具有良好的性能，且與多種表面活性劑和多種添加劑的相容性良好，且安全，對環境友好。
聚丙烯酸鈉：起增稠、分散、懸浮、穩定等作用。它有利于產品的增稠、發泡、穩定、乳化、分散、粘合、成膜和保水等性能的發揮，目前主要用于化妝品制造業、醫藥制造業和牙膏制造業等行業中。
六偏磷酸鈉：易溶于水、具有良好的發泡、穩泡、滲透去污、抗硬水等功能，可用作添加劑、泡沫安定劑、助泡劑。屬非離子表面活性劑，在陰離子表面活性劑呈酸性時與之配伍增稠效果特別明顯，能與多種表面活性劑配伍。
環氧樹脂：具有粘接性能，可作為粘接劑，在土建材料中主要用作防腐地坪、環氧砂漿和混凝土制品、高級路面和機場跑道、快速修補材料、加固地基基礎的灌漿材料、建筑膠粘劑及涂料等。
瓜爾膠：溶解性在冷水和熱水中有出眾的分散能力，不會產生結團現象，提高了制造和生產操作的方便；與陰離子、兩性離子和表面活性劑有良好的相容性，可用于各類表面活性劑的產品中。在配方中使用時與高分子硅油和去屑劑有攜帶和協同作用，并提高泡沫的豐滿程度和穩定性。
海藻酸鈉：可用作紡織品的上漿劑和印花漿，同時作為增稠劑、穩定劑、乳化劑大量應用于食品工業中；也可作乳化穩定劑和增稠劑，我國規定可用于各類食品，按生產需要適量使用。海藻酸鈉是一種高粘性的高分子化合物，其具有羧基，是β-D-甘露糖醛酸的醛基以苷鍵形成的高聚糖醛酸。親水性強，在冷水和溫水中都能溶解，形成非常粘稠的均勻的溶液。
聚醚改性硅油：由于聚醚基團具有親水性，所以聚醚硅油的親水性增加，分子中同時具有疏水基團和親水基團，以至于此類硅油表現出較好的水溶性，使用過程中不會出現破乳、漂油等問題，聚醚硅油的另一主要用途，是作為表面活性劑用于聚氨酯泡沫的穩定劑，也稱作勻泡劑。
硅樹脂聚醚乳液：作為穩泡劑組分使用在泡沫劑產品中，可用于各種陰離子表面活性劑組合物的泡沫劑配方中，在新型建材、石油開采、泡沫滅火劑領域受到廣泛認可。用于直鏈陰離子表面活性劑的穩泡，表現出了優異的穩泡效果，性能良好，穩泡持久。
綜上所述，由于采用了上述技術方案，本發明的有益效果為：本發明通過將多種陰離子表面活性劑、氨基酸型表面活性劑和非離子表面活性劑合理配伍，利用多種表面活性劑優化復配，使本發明具有豐富的泡沫，且發泡力強，穩泡性良好，再配以瓜爾膠、海藻酸鈉和聚醚改性硅油等助劑，進一步提高了本發明泡沫的豐滿程度和穩定性，最終使本發明的發泡速度快，發泡力強，泡沫穩定，泌水量少，抗硬水性好，且具有良好的分散性和粘度，粘稠效果良好，泡沫不易開裂。將本發明發泡劑應用于水泥砂漿填充材料時，使水泥砂漿填充材料具有良好的抗壓強度和抗折強度等性能。
具體實施方式
下面對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。
實施例1
本實施例的原料及用量為：脂肪酸甲酯磺酸鈉20份、十二烷基硫酸鈉10份、α-烯基磺酸鈉10份、N-月桂酰基谷氨酸二酯10份、月桂酰肌氨酸鈉5份、月桂酰酯水解蠶絲鈉鹽5份、月桂酰二乙醇胺5份、聚丙烯酸鈉5份、六偏磷酸鈉5份、環氧樹脂5份、瓜爾膠5份、海藻酸鈉5份、山梨酸鉀2份、聚醚改性硅油穩泡劑5份和磺化三聚氰胺樹脂減水劑5份。
本實施例所述的采礦充填用發泡劑的制備方法，包括以下步驟：
(1)稱取上述重量份的原料；
(2)將脂肪酸甲酯磺酸鈉、十二烷基硫酸鈉、α-烯基磺酸鈉、聚丙烯酸鈉、月桂酰二乙醇胺和環氧樹脂依次加入燒杯中，在溫度為35℃下進行磁力攪拌，攪拌均勻，得混合液A；
(3)將N-月桂酰基谷氨酸二酯、月桂酰肌氨酸鈉和月桂酰酯水解蠶絲鈉鹽混合，攪拌20分鐘至混合均勻，得混合液B；
(4)將混合液B、六偏磷酸鈉、瓜爾膠、海藻酸鈉、山梨酸鉀、聚醚改性硅油和磺化三聚氰胺樹脂依次加入混合液A中，繼續攪拌2小時至攪拌均勻，即得到本實施例的發泡劑。
實施例2
本實施例的原料及用量為：脂肪酸甲酯磺酸鈉30份、十二烷基硫酸鈉20份、α-烯基磺酸鈉20份、N-月桂酰基谷氨酸二酯15份、月桂酰肌氨酸鈉10份、月桂酰酯水解蠶絲鈉鹽10份、月桂酰二乙醇胺10份、聚丙烯酸鈉10份、六偏磷酸鈉10份、環氧樹脂10份、瓜爾膠10份、海藻酸鈉10份、山梨酸鉀5份、硅樹脂聚醚乳液穩泡劑10份和木質素磺酸鈣減水劑10份。
本實施例所述的采礦充填用發泡劑的制備方法，包括以下步驟：
(1)稱取上述重量份的原料；
(2)將脂肪酸甲酯磺酸鈉、十二烷基硫酸鈉、α-烯基磺酸鈉、聚丙烯酸鈉、月桂酰二乙醇胺和環氧樹脂依次加入燒杯中，在溫度為50℃下進行磁力攪拌，攪拌均勻，得混合液A；
(3)將N-月桂酰基谷氨酸二酯、月桂酰肌氨酸鈉和月桂酰酯水解蠶絲鈉鹽混合，攪拌30分鐘至混合均勻，得混合液B；
(4)將混合液B、六偏磷酸鈉、瓜爾膠、海藻酸鈉、山梨酸鉀、硅樹脂聚醚乳液和木質素磺酸鈣依次加入混合液A中，繼續攪拌3小時至攪拌均勻，即得到本實施例的發泡劑。
實施例3
本實施例的原料及用量為：脂肪酸甲酯磺酸鈉25份、十二烷基硫酸鈉15份、α-烯基磺酸鈉15份、N-月桂酰基谷氨酸二酯12份、月桂酰肌氨酸鈉8份、月桂酰酯水解蠶絲鈉鹽8份、月桂酰二乙醇胺8份、聚丙烯酸鈉8份、六偏磷酸鈉8份、環氧樹脂8份、瓜爾膠8份、海藻酸鈉6份、山梨酸鉀4份、聚醚改性硅油穩泡劑8份和木質素磺酸鈣與氨基磺酸鈉按1:1的重量比混合而成的減水劑8份。
本實施例所述的采礦充填用發泡劑的制備方法，包括以下步驟：
(1)稱取上述重量份的原料；
(2)將脂肪酸甲酯磺酸鈉、十二烷基硫酸鈉、α-烯基磺酸鈉、聚丙烯酸鈉、月桂酰二乙醇胺和環氧樹脂依次加入燒杯中，在溫度為40℃下進行磁力攪拌，攪拌均勻，得混合液A；
(3)將N-月桂酰基谷氨酸二酯、月桂酰肌氨酸鈉和月桂酰酯水解蠶絲鈉鹽混合，攪拌25分鐘至混合均勻，得混合液B；
(4)將混合液B、六偏磷酸鈉、瓜爾膠、海藻酸鈉、山梨酸鉀、聚醚改性硅油穩泡劑和木質素磺酸鈣與氨基磺酸鈉按1:1的重量比混合而成的減水劑依次加入混合液A中，繼續攪拌2.5小時至攪拌均勻，即得到本實施例的發泡劑。
應用實施例
申請人還將本發明獲得的發泡劑應用于水泥砂漿材料中，應用方法與現有的普通方法相同，將本發明實施例發泡劑和水泥砂漿材料充分混合攪拌后制成標準砂漿試塊，同時還設計了對照組，對照組采用現有的松香膠發泡劑與和水泥砂漿材料按與實施例相同的配比充分混合攪拌后制成標準砂漿試塊，并分別于7天和28天后對兩種測試塊的抗壓強度和抗折強度進行測試，測試結果如下表所示：
通過上述測試結果可知，分別將本發明獲得的發泡劑和傳統發泡劑應用于水泥砂漿填充材料，應用本發明發泡劑的水泥砂漿填充材料的抗壓強度比應用傳統發泡劑的泥砂漿填充材料的抗壓強度高3MPa以上，抗折強度高2MPa以上，表明將本發明發泡劑應用于水泥砂漿填充材料時，水泥砂漿填充材料具有良好的抗壓強度和抗折強度等性能。
上述說明是針對本發明較佳可行實施例的詳細說明，但實施例并非用以限定本發明的專利申請范圍，凡本發明所提示的技術精神下所完成的同等變化或修飾變更，均應屬于本發明所涵蓋專利范圍。