本发明涉及充填材料用泡沫剂技术领域，具体涉及一种采矿充填用发泡剂及其制备方法。
背景技术：
充填采矿是用各种适当的充填料对矿石采出后在地下形成的采空区进行充填的一种采矿方法。充填采空区主要是利用形成的充填体进行地压管理，用以控制围岩崩落和地表下沉，并为回采工作面而创造方便条件和安全条件，保护地表建筑物，缓和大面积地压活动，恢复安全生产。
目前应用于采矿充填的发泡剂主要有松香胶发泡剂、废动物毛发泡剂、树脂皂类发泡剂、水解血胶发泡剂、石油磺酸铝发泡剂等。近几年国内又相继出现的AB复合发泡剂、CCW95型固体发泡剂等由几种复合物组成；憎水型发泡剂除了发泡性能之外还有一定的憎水性，但目前的发泡剂的泡沫力、泡沫稳定性强及抗硬水性良好等性能仍达不到实际应用过程的高质量要求。
技术实现要素：
针对上述问题，本发明的目的是提供一种采矿充填用发泡剂及其制备方法，该发泡剂发泡速度快，泡沫力强，泡沫稳定性高及抗硬水性良好。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种采矿充填用发泡剂，包括如下重量份的组分：脂肪酸甲酯磺酸钠20-30份、十二烷基硫酸钠10-20份、α-烯基磺酸钠10-20份、N-月桂酰基谷氨酸二酯10-15份、月桂酰肌氨酸钠5-10份、月桂酰酯水解蚕丝钠盐5-10份、月桂酰二乙醇胺5-10份、聚丙烯酸钠5-10份、六偏磷酸钠5-10份、环氧树脂5-10份、瓜尔胶5-10份、海藻酸钠5-10份、山梨酸钾2-5份、稳泡剂5-10份和减水剂5-10份。
进一步地，所述采矿充填用发泡剂包括如下重量份的组分：脂肪酸甲酯磺酸钠25份、十二烷基硫酸钠15份、α-烯基磺酸钠15份、N-月桂酰基谷氨酸二酯12份、月桂酰肌氨酸钠8份、月桂酰酯水解蚕丝钠盐8份、月桂酰二乙醇胺8份、聚丙烯酸钠8份、六偏磷酸钠8份、环氧树脂8份、瓜尔胶8份、海藻酸钠6份、山梨酸钾4份、稳泡剂8份和减水剂8份。
进一步地，所述稳泡剂为聚醚改性硅油或硅树脂聚醚乳液。
进一步地，所述减水剂为磺化三聚氰胺树脂、木质素磺酸钙或氨基磺酸钠中的一种或两种以上。
本发明还提供一种所述的采矿充填用发泡剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)称取上述重量份的原料；
(2)将脂肪酸甲酯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、α-烯基磺酸钠、聚丙烯酸钠、月桂酰二乙醇胺和环氧树脂依次加入烧杯中，搅拌均匀，得混合液A；
(3)将N-月桂酰基谷氨酸二酯、月桂酰肌氨酸钠和月桂酰酯水解蚕丝钠盐混合，搅拌均匀，得混合液B；
(4)将混合液B、六偏磷酸钠、瓜尔胶、海藻酸钠、山梨酸钾、稳泡剂和减水剂依次加入混合液A中，继续搅拌均匀，即得到本发明的发泡剂。
优选地，所述搅拌均为磁力搅拌，所述搅拌过程中还伴随加热，所述加热温度为35-50℃。
优选地，所述步骤(3)中的搅拌时间为20-30分钟。
优选地，所述步骤(4)中的搅拌时间为2-3小时。
以下对本发明中的几种组成成分进行介绍：
脂肪酸甲酯磺酸钠：是国际上被公认的替代烷基磺酸钠(LAS)的第三代表面活性剂，由于其安全无毒，抗硬水能力强，可完全生物降解，被誉为真正绿色环保的表面活性剂。MES的主要原料脂肪酸甲酯来源于天然的植物油脂，油脂经甲酯化后得到脂肪酸甲酯。目前用于生产MES的甲酯主要来源于棕榈油及椰子油，属于可再生资源。MES具有原料可再生性、良好的环境相容性、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优良性能。
N-月桂酰基谷氨酸二酯和月桂酰肌氨酸钾：均为氨基酸型表面活性剂，产生的泡沫丰富稳定，性质温和，能降低配方整体的刺激性，且可促进本发明聚醚改性硅油和硅树脂聚醚乳液的吸收，进一步提高泡沫的稳定性。
月桂酰酯水解蚕丝钠盐：由天然蚕丝活性小肽和月桂酸缩合而成，其发泡力强，稳泡性良好，在硬水和软水中均具有良好的性能，且与多种表面活性剂和多种添加剂的相容性良好，且安全，对环境友好。
聚丙烯酸钠：起增稠、分散、悬浮、稳定等作用。它有利于产品的增稠、发泡、稳定、乳化、分散、粘合、成膜和保水等性能的发挥，目前主要用于化妆品制造业、医药制造业和牙膏制造业等行业中。
六偏磷酸钠：易溶于水、具有良好的发泡、稳泡、渗透去污、抗硬水等功能，可用作添加剂、泡沫安定剂、助泡剂。属非离子表面活性剂，在阴离子表面活性剂呈酸性时与之配伍增稠效果特别明显，能与多种表面活性剂配伍。
环氧树脂：具有粘接性能，可作为粘接剂，在土建材料中主要用作防腐地坪、环氧砂浆和混凝土制品、高级路面和机场跑道、快速修补材料、加固地基基础的灌浆材料、建筑胶粘剂及涂料等。
瓜尔胶：溶解性在冷水和热水中有出众的分散能力，不会产生结团现象，提高了制造和生产操作的方便；与阴离子、两性离子和表面活性剂有良好的相容性，可用于各类表面活性剂的产品中。在配方中使用时与高分子硅油和去屑剂有携带和协同作用，并提高泡沫的丰满程度和稳定性。
海藻酸钠：可用作纺织品的上浆剂和印花浆，同时作为增稠剂、稳定剂、乳化剂大量应用于食品工业中；也可作乳化稳定剂和增稠剂，我国规定可用于各类食品，按生产需要适量使用。海藻酸钠是一种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键形成的高聚糖醛酸。亲水性强，在冷水和温水中都能溶解，形成非常粘稠的均匀的溶液。
聚醚改性硅油：由于聚醚基团具有亲水性，所以聚醚硅油的亲水性增加，分子中同时具有疏水基团和亲水基团，以至于此类硅油表现出较好的水溶性，使用过程中不会出现破乳、漂油等问题，聚醚硅油的另一主要用途，是作为表面活性剂用于聚氨酯泡沫的稳定剂，也称作匀泡剂。
硅树脂聚醚乳液：作为稳泡剂组分使用在泡沫剂产品中，可用于各种阴离子表面活性剂组合物的泡沫剂配方中，在新型建材、石油开采、泡沫灭火剂领域受到广泛认可。用于直链阴离子表面活性剂的稳泡，表现出了优异的稳泡效果，性能良好，稳泡持久。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果为：本发明通过将多种阴离子表面活性剂、氨基酸型表面活性剂和非离子表面活性剂合理配伍，利用多种表面活性剂优化复配，使本发明具有丰富的泡沫，且发泡力强，稳泡性良好，再配以瓜尔胶、海藻酸钠和聚醚改性硅油等助剂，进一步提高了本发明泡沫的丰满程度和稳定性，最终使本发明的发泡速度快，发泡力强，泡沫稳定，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，泡沫不易开裂。将本发明发泡剂应用于水泥砂浆填充材料时，使水泥砂浆填充材料具有良好的抗压强度和抗折强度等性能。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例1
本实施例的原料及用量为：脂肪酸甲酯磺酸钠20份、十二烷基硫酸钠10份、α-烯基磺酸钠10份、N-月桂酰基谷氨酸二酯10份、月桂酰肌氨酸钠5份、月桂酰酯水解蚕丝钠盐5份、月桂酰二乙醇胺5份、聚丙烯酸钠5份、六偏磷酸钠5份、环氧树脂5份、瓜尔胶5份、海藻酸钠5份、山梨酸钾2份、聚醚改性硅油稳泡剂5份和磺化三聚氰胺树脂减水剂5份。
本实施例所述的采矿充填用发泡剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)称取上述重量份的原料；
(2)将脂肪酸甲酯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、α-烯基磺酸钠、聚丙烯酸钠、月桂酰二乙醇胺和环氧树脂依次加入烧杯中，在温度为35℃下进行磁力搅拌，搅拌均匀，得混合液A；
(3)将N-月桂酰基谷氨酸二酯、月桂酰肌氨酸钠和月桂酰酯水解蚕丝钠盐混合，搅拌20分钟至混合均匀，得混合液B；
(4)将混合液B、六偏磷酸钠、瓜尔胶、海藻酸钠、山梨酸钾、聚醚改性硅油和磺化三聚氰胺树脂依次加入混合液A中，继续搅拌2小时至搅拌均匀，即得到本实施例的发泡剂。
实施例2
本实施例的原料及用量为：脂肪酸甲酯磺酸钠30份、十二烷基硫酸钠20份、α-烯基磺酸钠20份、N-月桂酰基谷氨酸二酯15份、月桂酰肌氨酸钠10份、月桂酰酯水解蚕丝钠盐10份、月桂酰二乙醇胺10份、聚丙烯酸钠10份、六偏磷酸钠10份、环氧树脂10份、瓜尔胶10份、海藻酸钠10份、山梨酸钾5份、硅树脂聚醚乳液稳泡剂10份和木质素磺酸钙减水剂10份。
本实施例所述的采矿充填用发泡剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)称取上述重量份的原料；
(2)将脂肪酸甲酯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、α-烯基磺酸钠、聚丙烯酸钠、月桂酰二乙醇胺和环氧树脂依次加入烧杯中，在温度为50℃下进行磁力搅拌，搅拌均匀，得混合液A；
(3)将N-月桂酰基谷氨酸二酯、月桂酰肌氨酸钠和月桂酰酯水解蚕丝钠盐混合，搅拌30分钟至混合均匀，得混合液B；
(4)将混合液B、六偏磷酸钠、瓜尔胶、海藻酸钠、山梨酸钾、硅树脂聚醚乳液和木质素磺酸钙依次加入混合液A中，继续搅拌3小时至搅拌均匀，即得到本实施例的发泡剂。
实施例3
本实施例的原料及用量为：脂肪酸甲酯磺酸钠25份、十二烷基硫酸钠15份、α-烯基磺酸钠15份、N-月桂酰基谷氨酸二酯12份、月桂酰肌氨酸钠8份、月桂酰酯水解蚕丝钠盐8份、月桂酰二乙醇胺8份、聚丙烯酸钠8份、六偏磷酸钠8份、环氧树脂8份、瓜尔胶8份、海藻酸钠6份、山梨酸钾4份、聚醚改性硅油稳泡剂8份和木质素磺酸钙与氨基磺酸钠按1:1的重量比混合而成的减水剂8份。
本实施例所述的采矿充填用发泡剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)称取上述重量份的原料；
(2)将脂肪酸甲酯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、α-烯基磺酸钠、聚丙烯酸钠、月桂酰二乙醇胺和环氧树脂依次加入烧杯中，在温度为40℃下进行磁力搅拌，搅拌均匀，得混合液A；
(3)将N-月桂酰基谷氨酸二酯、月桂酰肌氨酸钠和月桂酰酯水解蚕丝钠盐混合，搅拌25分钟至混合均匀，得混合液B；
(4)将混合液B、六偏磷酸钠、瓜尔胶、海藻酸钠、山梨酸钾、聚醚改性硅油稳泡剂和木质素磺酸钙与氨基磺酸钠按1:1的重量比混合而成的减水剂依次加入混合液A中，继续搅拌2.5小时至搅拌均匀，即得到本实施例的发泡剂。
应用实施例
申请人还将本发明获得的发泡剂应用于水泥砂浆材料中，应用方法与现有的普通方法相同，将本发明实施例发泡剂和水泥砂浆材料充分混合搅拌后制成标准砂浆试块，同时还设计了对照组，对照组采用现有的松香胶发泡剂与和水泥砂浆材料按与实施例相同的配比充分混合搅拌后制成标准砂浆试块，并分别于7天和28天后对两种测试块的抗压强度和抗折强度进行测试，测试结果如下表所示：
通过上述测试结果可知，分别将本发明获得的发泡剂和传统发泡剂应用于水泥砂浆填充材料，应用本发明发泡剂的水泥砂浆填充材料的抗压强度比应用传统发泡剂的泥砂浆填充材料的抗压强度高3MPa以上，抗折强度高2MPa以上，表明将本发明发泡剂应用于水泥砂浆填充材料时，水泥砂浆填充材料具有良好的抗压强度和抗折强度等性能。
上述说明是针对本发明较佳可行实施例的详细说明，但实施例并非用以限定本发明的专利申请范围，凡本发明所提示的技术精神下所完成的同等变化或修饰变更，均应属于本发明所涵盖专利范围。