一种低温环境中快速还原型液压支架用浓缩液及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种低温环境中快速还原型液压支架用浓缩液及其制备方法，属于煤矿液压支架用传动介质领域。
背景技术
液压支架传动介质被誉为液压支架的“血液”，其对煤矿液压支架运行的稳定性和可靠性至关重要。按高含水液压液的类型通常分为乳化油和浓缩液两大类。液压支架用浓缩液可以在水中溶解，形成溶液型稀释液的液态物质。一般由水、水溶性防锈剂、防腐蚀剂、润滑剂等添加剂组成。液压支架由高含水液压液(由乳化油与95％以上的水配成的水包油型乳化液或由浓缩液与95％以上的水配成的溶液型稀释液)、立柱、千斤顶、控制元件、顶梁、掩护梁、底座等组成，主要依靠高含水液压液、立柱和千斤顶实现升架、降架、推溜、移架四个基本动作。液压支架用乳化油或浓缩液质量的优劣直接影响到液压支架动作的精准性，若高含水液压液冬季出现凝结后难以复原的异常现象(析油、析皂、絮状物、沉淀物、果冻状物质)，造成管路系统堵塞，出现“血栓”现象，影响到煤矿的安全、高效和高产。
液压支架浓缩液适用于液压支架、外注式单体液压支柱等液压设备，在传递动力的同时，起到润滑、防锈等作用，能够为液压系统提供有效的保护。液压传动介质对煤矿液压支架运行的稳定性和可靠性至关重要；位于西北和东北部的煤矿冬季室外环境温度较低，液压支架传动介质在运输和存储(部分煤矿露天存放或冬季库房无供暖设施)的过程中，难免会出现凝结现象，为防止传动介质凝结后不影响产品的正常使用，对此MT/T 76-2011《液压支架用乳化油、浓缩液及其高含水液压液》规定了液压支架传动介质的耐冻融性，取一定量的样品放入温度为-21℃～-16℃的致冷装置内8h，然后取出，置于温度10℃～35℃下16h，作为一次冻融过程，重复五个循环后，乳化油或浓缩液应能恢复原状。乳化油或浓缩液均含有性能各异的添加剂，如润滑剂、缓蚀剂、降凝剂和缓冲剂等添加剂，各添加剂间的综合作用决定了产品在凝结后的复原能力。复原能力差的产品，严重影响着产品的泵送能力，部分会出现堵塞管路的现象，增加了浓缩液或乳化油不能及时自动补液的风险；针对该情况，矿上通常采用将产品提前下井的办法，借助井下的温度，将产品快速复原；产品生产商通常采用加入降凝剂的办法，降低产品被凝结的程度，用以保障产品的复原性，但所达到的效果有限，本发明通过调整非离子和阴离子基复合偶联剂，并与复合降凝剂配合使用，使产品体系经凝结后在低温环境中能够快速还原，满足不同地域不同矿区产品冬季使用的要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种低温环境中快速还原型液压支架用浓缩液及其制备方法。
本发明提供的一种低温环境中快速还原型液压支架用浓缩液，其由如下质量份的组分制成：
所有组分的总质量份为100份，其中聚合氨基酸5～15份；非离子和阴离子基复合偶联剂4～10份；醇胺型缓冲剂2～6份；有机和无机复合降凝剂13～30份；有色金属和黑色金属复合缓蚀剂6.1～13.7份；霉菌细菌抑制剂1～3份；醇改性聚醚1～3份；余量为水。
本发明中，所述低温环境中快速还原型液压支架用浓缩液，其具体由如下A)-D)中任一项中质量份的组分制成：
A)所有组分的总质量份为100份，其中聚合氨基酸15份；非离子和阴离子基复合偶联剂4份；醇胺型缓冲剂2份；有机和无机复合降凝剂15份；有色金属和黑色金属复合缓蚀剂7.1份；霉菌细菌抑制剂3份；醇改性聚醚1份；余量为水；
B)所有组分的总质量份为100份，其中聚合氨基酸10份；非离子和阴离子基复合偶联剂7份；醇胺型缓冲剂3份；有机和无机复合降凝剂20份；有色金属和黑色金属复合缓蚀剂10.1份；霉菌细菌抑制剂2份；醇改性聚醚2份；余量为水；
C)所有组分的总质量份为100份，其中聚合氨基酸6份、非离子和阴离子基复合偶联剂10份、醇胺型缓冲剂6份、有机和无机复合降凝剂30份、有色金属和黑色金属复合缓蚀剂13.7份、霉菌细菌抑制剂1份、醇改性聚醚3份，余量为水；
D)所有组分的总质量份为100份，其中聚合氨基酸6～15份；非离子和阴离子基复合偶联剂4～10份；醇胺型缓冲剂2～6份；有机和无机复合降凝剂15～30份；有色金属和黑色金属复合缓蚀剂7.1～13.7份；霉菌细菌抑制剂1～3份；醇改性聚醚1～3份；余量为水。
上述的浓缩液中，所述非离子和阴离子基复合偶联剂包括质量比为5:1.5～2.5:2～4的水、非离子偶联剂和阴离子偶联剂制成，具体可为5:2:3；
所述非离子和阴离子基复合偶联剂包括如下步骤制备：将所述水和所述阴离子偶联剂混合，再加入所述非离子偶联剂混合即可。
上述的浓缩液中，所述非离子偶联剂包括二丙二醇单甲醚、聚碳酸酯和三乙二醇丁基醚中的至少一种；
所述阴离子偶联剂包括硫酸酯盐、羧酸盐和磺酸盐中的至少一种，其阳离子为常见的阳离子。
上述的浓缩液中，所述有机和无机复合降凝剂包括如下质量份的组份制成：15份水；5～10份无机盐；0～15份多元醇；具体可由15份水、5份无机盐和10份多元醇组份制成；
所述有机和无机复合降凝剂的制备方法包括如下步骤：在反应釜中依次加入所述水、所述无机盐、所述多元醇混合搅拌进行反应，得到所述有机和无机复合降凝剂；
所述反应的温度为60～80℃，时间为15～25min，所述搅拌的转速60～90r/min；
所述有色金属和黑色金属复合缓蚀剂包括如下质量份的组分制成：三氮唑类0.7份、芳香酸盐3～5份、聚三元羧酸3～9份、铵盐溶液10～15份；具体可由三氮唑类0.7份、芳香酸盐3份、聚三元羧酸9份和铵盐溶液15份制成。
上述的浓缩液中，所述无机盐包括硝酸盐、钼酸盐和亚硝酸盐中的至少一种，其阳离子均为常见的铵、碱金属、镁或铊盐；
所述多元醇包括乙二醇、聚乙二醇和丙三醇中的至少一种；
所述三氮唑类包括三唑酮、三唑醇和苯并三氮唑中的至少一种；所述芳香酸盐包括苯甲酸盐、邻苯二甲酸盐和间苯二甲酸盐中的至少一种，其阳离子均为常见的盐类阳离子；所述聚三元羧酸包括L190-B三元聚羧酸、SYS50三元聚羧酸和三嗪聚羧酸防锈剂中的至少一种；所述铵盐溶液包括烷基酚聚氧乙烯醚硫酸铵盐、水解聚丙烯腈铵盐和十二烷基硫酸铵盐溶液中的至少一种。
上述的浓缩液中，所述聚合氨基酸包括聚赖氨酸、聚天冬氨酸和聚谷氨酸中的至少一种；
所述醇胺型缓冲剂包括三异丙醇胺、三乙醇胺和二乙醇单异丙醇胺中的至少一种；
所述霉菌细菌抑制剂包括纳他霉素、辛酰氧肟酸和异噻唑啉酮中的至少一种；
所述醇改性聚醚包括烯丙醇聚氧烷基醚、脂肪醇改性封端聚醚和十二烷基醇聚氧乙烯醚中的至少一种。
本发明还提供了上述的低温环境中快速还原型液压支架用浓缩液的制备方法，包括如下步骤：1)将所述聚合氨基酸、所述非离子和阴离子基复合偶联剂、所述醇胺型缓冲剂依次加入到水中混合，得到混合液1；
2)将所述有机和无机复合降凝剂、所述有色金属和黑色金属复合缓蚀剂依次加入所述混合液1中混合，得到混合液2；
3)将所述霉菌细菌抑制剂、所述醇改性聚醚依次加入所述混合液2中混合，即得到所述低温环境中快速还原型液压支架用浓缩液。
上述的制备方法中，步骤1)中混合的条件如下：搅拌混合；温度为40～60℃，搅拌的时间为20～40min，搅拌的转速为60～90r/min。
上述的制备方法中，步骤2)中混合的条件如下：搅拌混合；温度为40～60℃，搅拌的时间为30～50min，搅拌的转速为60～90r/min。
上述的制备方法中，步骤3)中混合的条件如下：搅拌混合；温度为室温，搅拌的时间为15～20min，搅拌的转速为60～90r/min；
步骤3)中还包括将所述低温环境中快速还原型液压支架用浓缩液装入储罐中，经过滤灌装得到成品的步骤。
本发明中，所述低温环境中快速还原型液压支架用浓缩液经过低温(-45℃)凝结后，在﹣15℃～0℃环境条件下，放置2h～5h，所述低温环境中快速还原型液压支架用浓缩液能够复原。
本发明具有以下优点：
原料添加非离子和阴离子基复合偶联剂，并与复合降凝剂配合使用，使产品体系经凝结后在低温环境中能够快速还原，原料添加量具有一定的弹性范围，在满足润滑、防锈和防腐蚀的基础上，通过调节非离子和阴离子基复合偶联剂与降凝剂的比例，实现产品在低温凝结后，可在﹣15℃～0℃的环境下快速还原；改善了产品的泵送能力，为自动补加浓缩液产品提供保障，在西北和东北部的煤矿冬季使用中优势更加突出。依据本发明定制的产品可使液压支架供液更可靠，有利于智能化矿山建设。
具体实施方式
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
实施例一、
一种低温环境中快速还原型液压支架用浓缩液，其制备组分的总质量份为100份，其中原料包括：聚合氨基酸(聚赖氨酸和聚天冬氨酸按照质量比1:1混合)15份、非离子和阴离子基复合偶联剂4份、醇胺型缓冲剂(三异丙醇胺和三乙醇胺按照质量比1:1混合)2份、有机和无机复合降凝剂15份、有色金属和黑色金属复合缓蚀剂7.1份、霉菌细菌抑制剂(纳他霉素和异噻唑啉酮按照质量比1:1混合)3份、醇改性聚醚(烯丙醇聚氧烷基醚)1份，余量为水。
在本实施例中，非离子和阴离子基复合偶联剂：水、非离子偶联剂(二丙二醇单甲醚)、阴离子偶联剂(羧酸钠)的质量比为5:2:3，常温搅拌混合至均一透亮。
在本实施例中，有机和无机复合降凝剂的制备，在反应釜中依次加入15份的水、5份无机盐(硝酸钠和钼酸钠按照质量比1:1混合)、10份多元醇(乙二醇和聚乙二醇按照质量比1:1混合)，反应温度控制在60℃，搅拌15min，转速60r/min，得到均一透亮的有机和无机复合降凝剂。
在本实施例中，有色金属和黑色金属复合缓蚀剂，包括三氮唑类(三唑酮和苯并三氮唑按照质量比1:1混合)0.7份、芳香酸盐(苯甲酸钠)3份、聚三元羧酸(L190-B三元聚羧酸)9份、铵盐溶液(烷基酚聚氧乙烯醚硫酸铵)15份。
在本实施例中，浓缩液的具体制备方法包括以下步骤：
1)非离子和阴离子基复合偶联剂的制备；依次加入水、阴离子偶联剂和非离子偶联剂，常温(25℃)环境下分别搅拌10min，得到复合偶联剂，取样观察，液体应均一透亮。
2)向反应釜中加入适量的水，将15份聚合氨基酸、4份非离子和阴离子基复合偶联剂、2份醇胺型缓冲剂依次加入到水中，在40℃条件下搅拌20min，转速60r/min，得到混合液1，取样观察，液体应均一透亮。
3)有机和无机复合降凝剂添加；将15份有机和无机复合降凝剂、7.1份有色金属和黑色金属复合缓蚀剂依次加入到混合液1中，在40℃条件下搅拌30min，转速60r/min，得到混合液2，取样观察，液体应均一透亮。
4)将3份霉菌细菌抑制剂、1份醇改性聚醚依次加入混合液2中，在自然条件下((25℃，无需升降温操作)搅拌15min，转速60r/min，得到低温环境中快速还原型液压支架用浓缩液，取样观察，液体应均一透亮；
5)将步骤4)得到的浓缩液打入到储罐中，经过滤灌装，记为Ⅰ号产品。
在本实施例中，低温快速还原型液压支架用浓缩液Ⅰ号产品、市面上同类产品(对照组)分别经低温(-45℃)凝结后，将产品统一放在0℃环境条件下，每小时观察一次，观察记录产品复原(无分层、无析油、无析皂、无絮状物、无沉淀物、无果冻状物质)所需时间，当复原时间＞8h时，统一记录为9h，重复五个循环后，取复原时间的平均值，记作复原时间，复原时间如表1所示，同时测定了产品的润滑性、防锈性和防腐蚀性。
表1中，对照组Ⅰ、对照组Ⅱ、对照组Ⅲ为市售产品，作为对照组。
由表1可知，本发明的Ⅰ号产品与目前市售的产品(对照组Ⅰ、对照组Ⅱ、对照组Ⅲ)润滑性、防锈性和防腐蚀性均符合技术要求，且润滑性相对较优；在﹣15℃～0℃的低温环境下，本发明的Ⅰ号产品复原时间明显短于目前市售产品的复原时间，主要是因为产品配方采用了“聚合氨基酸+非离子和阴离子复合偶联+有机和无机复合降凝”复配协同技术。
表1低温快速还原型浓缩液Ⅰ号产品与市售产品的凝结还原时间比较
实施例二、
一种低温环境中快速还原型液压支架用浓缩液，其制备组分的总质量份为100份，其中原料包括：聚合氨基酸(聚天冬氨酸和聚谷氨酸按照质量比1:1混合)10份、非离子和阴离子基复合偶联剂7份、醇胺型缓冲剂(三乙醇胺和二乙醇单异丙醇胺按照质量比1:1混合)3份、有机和无机复合降凝剂20份、有色金属和黑色金属复合缓蚀剂10.1份、霉菌细菌抑制剂(辛酰氧肟酸和异噻唑啉酮按照质量比1:1混合)2份、醇改性聚醚(具体可为脂肪醇改性封端聚醚，商购于上海坚永实业有限公司，货号CF-18)2份，余量为水。
在本实施例中，非离子和阴离子基复合偶联剂，水、非离子偶联剂(聚碳酸酯和三乙二醇丁基醚按照质量比1:1混合)和阴离子偶联剂(羧酸钠和磺酸钠按照质量比1:1混合)的质量比为5:2:3，常温搅拌混合至均一透亮。
在本实施例中，有机和无机复合降凝剂的制备，在反应釜中依次加入15份的水、8份无机盐(钼酸钠和亚硝酸钠按照质量比1:1混合)、12份多元醇(乙二醇和丙三醇按照质量比1:1混合)，反应温度控制在70℃，搅拌20min，转速70r/min，得到均一透亮的有机和无机复合降凝剂。
在本实施例中，有色金属和黑色金属复合缓蚀剂，包括三氮唑类(三唑醇和苯并三氮唑按照质量比1:1混合)0.7份、芳香酸盐(邻苯二甲酸钠)4份、聚三元羧酸(SYS50三元聚羧酸)6份、铵盐溶液(水解聚丙烯腈铵)12份。
在本实施例中，浓缩液的具体制备方法包括以下步骤：
1)非离子和阴离子基复合偶联剂的制备；依次加入水、阴离子偶联剂和非离子偶联剂，常温环境下分别搅拌15min，得到复合偶联剂，取样观察，液体应均一透亮。
2)向反应釜中加入适量的水，将10份聚合氨基酸、7份非离子和阴离子基复合偶联剂、3份醇胺型缓冲剂依次加入到水中，在50℃条件下搅拌30min，转速70r/min，得到混合液1，取样观察，液体应均一透亮。
3)有机和无机复合降凝剂添加；将20份有机和无机复合降凝剂、10.1份有色金属和黑色金属复合缓蚀剂依次加入到混合液1中，在50℃条件下搅拌40min，转速70r/min，得到混合液2，取样观察，液体应均一透亮。
4)将2份霉菌细菌抑制剂、2份醇改性聚醚依次加入混合液2中，在自然条件(25℃)下(无需升降温操作)搅拌15min，转速70r/min，得到浓缩液，取样观察，液体应均一透亮；
5)将步骤4)得到的浓缩液打入到储罐中，经过滤灌装，记为Ⅱ号产品。
在本实施例中，低温快速还原型液压支架用浓缩液Ⅱ号产品、市面上同类产品(对照组)分别经低温(-45℃)凝结后，将产品统一放在﹣5℃环境条件下，每小时观察一次，观察记录产品复原(无分层、无析油、无析皂、无絮状物、无沉淀物、无果冻状物质)所需时间，当复原时间＞8h时，统一记录为9h，重复五个循环后，取复原时间的平均值，记作复原时间，复原时间如表2所示，同时测定了产品的润滑性、防锈性和防腐蚀性。
由表2可知，本发明的Ⅱ号产品与目前市售的产品(对照组Ⅰ、对照组Ⅱ、对照组Ⅲ)润滑性、防锈性和防腐蚀性均符合技术要求，且润滑性与对照组Ⅲ一样，相对较优；在﹣15℃～0℃的低温环境下，本发明的Ⅱ号产品复原时间明显短于目前市售产品的复原时间，主要是因为产品配方采用了“聚合氨基酸+非离子和阴离子复合偶联+有机和无机复合降凝”复配协同技术，且Ⅱ号产品中的非离子和阴离子复合偶联剂相对较多，进一步促进了低温下的快速复原。
表2低温快速还原型浓缩液Ⅱ号产品与市售产品的凝结还原时间比较
实施例三、
一种低温环境中快速还原型液压支架用浓缩液，其总质量份为100份，其中原料包括：聚合氨基酸(聚赖氨酸和聚谷氨酸按照质量比1:1混合)6份、非离子和阴离子基复合偶联剂10份、醇胺型缓冲剂(三乙醇胺和二乙醇单异丙醇胺按照质量比1:1混合)6份、有机和无机复合降凝剂30份、有色金属和黑色金属复合缓蚀剂13.7份、霉菌细菌抑制剂(纳他霉素、辛酰氧肟酸按照质量比1:1混合)1份、醇改性聚醚(十二烷基醇聚氧乙烯醚)3份，余量为水。
在本实施例中，非离子和阴离子基复合偶联剂，水、非离子偶联剂(二丙二醇单甲醚和三乙二醇丁基醚按照质量比1:1混合)和阴离子偶联剂(羧酸钠和磺酸钠按照质量比1:1混合)的质量比为5:2:3，常温(25℃)搅拌混合至均一透亮。
在本实施例中，有机和无机复合降凝剂的制备，在反应釜中依次加入15份的水、10份无机盐(硝酸钠、钼酸钠和亚硝酸钠按照质量比1:1:1混合)、15份多元醇(乙二醇、聚乙二醇和丙三醇按照质量比1:1:1混合)，反应温度控制在80℃，搅拌25min，转速90r/min，得到均一透亮的有机和无机复合降凝剂。
在本实施例中，有色金属和黑色金属复合缓蚀剂，包括三氮唑类(三唑酮、三唑醇和苯并三氮唑按照质量比1:1:1混合)0.7份、芳香酸盐(间苯二甲酸钠)5份、聚三元羧酸(三嗪聚羧酸防锈剂)3份、铵盐溶液(十二烷基硫酸铵)10份。
在本实施例中，浓缩液的具体制备方法包括以下步骤：
1)非离子和阴离子基复合偶联剂的制备；依次加入水、阴离子偶联剂和非离子偶联剂，常温环境下分别搅拌15min，得到复合偶联剂，取样观察，液体应均一透亮。
2)向反应釜中加入适量的水，将6份聚合氨基酸、10份非离子和阴离子基复合偶联剂、6份醇胺型缓冲剂依次加入到水中，在60℃条件下搅拌40min，转速90r/min，得到混合液1，取样观察，液体应均一透亮。
3)有机和无机复合降凝剂添加；将30份有机和无机复合降凝剂、13.7份有色金属和黑色金属复合缓蚀剂依次加入到混合液1中，在60℃条件下搅拌50min，转速90r/min，得到混合液2，取样观察，液体应均一透亮。
4)将1份霉菌细菌抑制剂、3份醇改性聚醚依次加入混合液2中，在自然条件下(无需升降温操作)搅拌20min，转速90r/min，得到浓缩液，取样观察，液体应均一透亮；
5)将步骤4)得到的浓缩液打入到储罐中，经过滤灌装，记为Ⅲ号产品。
在本实施例中，低温快速还原型液压支架用浓缩液Ⅲ号产品、市面上同类产品(对照组)分别经低温(-45℃)凝结后，将产品统一放在﹣15℃环境条件下，每小时观察一次，观察记录产品复原(无分层、无析油、无析皂、无絮状物、无沉淀物、无果冻状物质)所需时间，当复原时间＞8h时，统一记录为9h，重复五个循环后，取复原时间的平均值，记作复原时间，复原时间如表3所示，同时测定了产品的润滑性、防锈性和防腐蚀性。
由表3可知，本发明的Ⅲ号产品与目前市售的产品(对照组Ⅰ、对照组Ⅱ、对照组Ⅲ)润滑性、防锈性和防腐蚀性均符合技术要求，润滑性处于中等水平；在﹣15℃～0℃的低温环境下，本发明的Ⅲ号产品复原时间明显短于目前市售产品的复原时间，主要是因为产品配方采用了“聚合氨基酸+非离子和阴离子复合偶联+有机和无机复合降凝”复配协同技术，且Ⅲ号产品中的非离子和阴离子复合偶联剂+有机和无机复合降凝剂相对较多，保持了低温下的快速复原。
表3低温快速还原型浓缩液Ⅲ号产品与市售产品的凝结还原时间比较
根据上述实施例一、二、三分别得到低温快速还原型浓缩液，取市面上同类产品作为对照组。从表1、表2和表3可知，本发明低温快速还原型液压Ⅰ号产品、Ⅱ号产品、Ⅲ号产品支架用浓缩液在满足润滑、防锈和防腐蚀的基础上，经过低温(-45℃)凝结后，在﹣15℃～0℃环境条件下，放置2h～5h，本发明产品能够复原，且复原时间明显短于目前市售产品(对照组Ⅰ、对照组Ⅱ、对照组Ⅲ)的复原时间，主要是因为本发明产品采用了“聚合氨基酸+非离子和阴离子复合偶联+有机和无机复合降凝”复配协同技术，保持了产品低温下的快速复原，有助于扩大产品适用气候范围，冬季使用复原效果相对更显著。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
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