CN103694672A - 煤矿用高阻燃低温双组分充填材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于化学合成领域，具体涉及一种煤矿用高阻燃低温双组分充填材料及其制备方法，由A组分和B组分组成，其使用时，A组分和B组分按照体积比1:1.0-1.5混合发泡，其中，A组分是以硅酸盐水溶液为主体的组成物，B组分是以多异氰酸酯为主体的组成物。本发明的充填材料运输方便、粘度低、流动性好、储存稳定性好；原料无污染无腐蚀，不含刺激性挥发溶剂；发泡倍率大，发泡时内部温度低，发泡体阻燃性好并有一定韧性。本发明的制备方法简单易行，对生产及施工人员要求低，生产周期短，对设备无腐蚀，全过程不产生三废，不影响环境。

Description

煤矿用高阻燃低温双组分充填材料及其制备方法

技术领域

本发明属于化学合成领域，具体涉及一种煤矿用高阻燃低温双组分充填材料及其制备方法。

背景技术

随着我国煤矿的大量开采，常常遇到巷道及采煤工作面顶板压力较大，顶煤破碎，在掘进过程中产生塌落的问题，进而对冒顶区上部空洞注入充填材料，再进行巷道周边注浆加固，待巷道冒顶和片帮处围岩加固后，再进行掘进开采。目前常常使用酚醛类材料或聚氨酯类材料进行充填，前者具有原料腐蚀性大、发泡时产生刺激性气味、储存稳定性不足、泡沫体较酥的问题，后者常常内部温度高，阻燃性不佳。

发明内容

本发明的目的是提供一种煤矿用高阻燃低温双组分充填材料，具有阻燃性能好、内部放热温度低、原料液粘度低、流动性好、储存稳定性好、原料无腐蚀、泡沫韧性的特点；本发明同时提供了煤矿用高阻燃低温双组分充填材料的制备方法，科学合理、简单易行。

本发明所述的煤矿用高阻燃低温双组分充填材料，由A组分和B组分组成，其使用时，A组分和B组分按照体积比1:1.0-1.5混合发泡，其中，

A组分是以硅酸盐水溶液为主体的组成物，以重量份数计，原料组成为：

B组分是以多异氰酸酯为主体的组成物，以重量份数计，原料组成为：

多异氰酸酯                60-90份

增韧剂                    5-15份

发泡剂                    5-25份。

所述的A组分中硅酸盐水溶液是硅酸钠水溶液、硅酸钾水溶液或硅酸锂水溶液中的一种。

硅酸盐水溶液通过酯固化和脱水固化形成硅氧烷键网状架构，是填充材料的主体结构固化物。硅酸盐水溶液优选模数（硅酸钠盐Na₂O与SiO₂的比值）在1.6-3.0的硅酸钠水溶液或模数在2.3-3.3的硅酸钾水溶液，且B组分多异氰酸酯的用量，随着硅酸盐的模数而变化。

所述的A组分中多元醇是2官能度、分子量1000-3000的聚氧化乙烯多元醇或小分子多元醇类化合物。

所述的A组分中醇胺是三乙醇胺、二乙醇胺或三异丙醇胺中的一种或多种。

多元醇、醇胺与多异氰酸酯反应生成有机聚氨酯骨架结构，有利于A、B组分混合反应后形成有机-无机复合固化物，提高材料的力学性能。

所述的A组分中硅油为聚醚改性有机硅类表面活性剂。硅油能够降低体系的表面张力，促进以多异氰酸酯为主的有机组分和硅酸盐水溶液为主的无机组分原料乳化成比较均匀的体系，有利于在A、B两组分混合时提高互溶性，此外，硅油能够有利于发泡体保持和控制均匀的泡孔大小，提高物料的流动性。

所述的A组分中催化剂是叔胺类催化剂或叔胺类催化剂的复配物，优选三亚乙基二胺、双（二甲氨基乙基）醚及其类似物、反应型低气味低雾化胺类催化剂二甲氨基乙氧基乙醇、三甲基羟乙基乙二胺或哌嗪类催化剂二甲基哌嗪中的一种或多种；催化剂用于调整A、B组分的固化速度。

所述的B组分中多异氰酸酯是多苯基多亚甲基多异氰酸酯、碳化二亚胺改性二异氰酸酯或异氰酸酯预聚体中一种或多种，优选多亚甲基多苯基多异氰酸酯PM200（烟台万华）、多亚甲基多苯基多异氰酸酯44V20（拜耳）、多亚甲基多苯基多异氰酸酯M20S（巴斯夫）、碳化二亚胺改性MDI DG5412（山东一诺威公司）中的一种或多种。

所述的B组分中增韧剂是不与异氰酸酯发生反应，同时促进硅酸盐凝固的酯类化合物；优选磷酸酯类、柠檬酸酯、醋酸酯、邻苯二甲酸酯类增韧剂。增韧剂能够在硅酸盐碱性作用下水解，促进硅酸盐组分凝固，有利于形成硅氧烷-聚氨酯固结体。同时，能够降低B组分的粘度和提高发泡体的韧性。

所述的B组分中发泡剂是低沸点物理发泡剂，优选CFC-11、HCFC-141b、环戊烷、异戊烷、环异戊烷混合物、HFC-365mfc、HFC-365mfc/227或者HFC-245fa中的一种或多种，由于CFC-11的臭氧消耗潜值（ODP）较高、环戊烷及其混合物具有爆炸危险性，HFC-365mfc是可燃液体，因此更优选HCFC-141b、HFC-365mfc/227或HFC-245fa中的一种或多种。

本发明所述的煤矿用高阻燃低温双组分充填材料的制备方法，步骤如下：

（1）A组分的制备：将硅酸盐水溶液、多元醇、醇胺、硅油、催化剂加入反应釜，室温下混合1-2小时，抽样检测合格后出料，密封包装；

（2）B组分的制备：将多异氰酸酯、增韧剂、发泡剂加入反应釜，室温条件下混合1-2小时，混合过程及反应釜中为无水环境，抽样检测合格后出料，氮气置换包装。

本发明在使用时将A组分和B组分混合，采用气动双液或三液注浆泵注入煤矿高冒顶空洞及采空区的空洞中发泡固化即可。

本发明材料物料粘度低（A组分和B组分的粘度范围为100-250mPa·s/25℃），流动性及泵送性好，固化速度和倍率可调，施工方便。发泡固化过程中，内部最高发热温度不超过100℃。

本发明材料在空气中不燃，符合MT113-1995煤矿井下用聚合物阻燃性能要求；热分解温度达450℃；A、B组分储存稳定性好，材料泡沫体具有较好的韧性。

本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：

本发明的原料为液体，原料液体通过泵送混合系统注入特定区域后开始发泡，该充填材料原料液运输方便、粘度低、流动性好、储存稳定性好；原料无污染无腐蚀，不含刺激性挥发溶剂；发泡倍率大，发泡时内部温度低，发泡体阻燃性好并有一定韧性，避免了酚醛类材料腐蚀性大、储存期短、泡沫质地酥脆以及聚氨酯类材料内部发热大、阻燃性有限的弊端，非常适合煤矿处理高冒顶充填及采空区充填等用途。本发明材料的制备方法简单易行，对生产及施工人员要求低，生产周期短，对设备无腐蚀，全过程不产生三废，不影响环境。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明做进一步描述。

实施例1

（1）A组分的制备

将准确计量的硅酸钠水溶液（水玻璃模数为1.5，波美度为50）65份、多元醇（官能度为2，分子量为2000）20份、乙二醇10份、三乙醇胺5份、硅油3份、催化剂三亚乙基二胺1份，投入反应釜中，搅拌混合1小时，抽样检测合格后出料、密封包装；

（2）B组分的制备

将准确计量的多亚甲基多苯基多异氰酸酯44V20（拜耳）90份、增韧剂三（氯异丙基）磷酸酯5份、发泡剂HCFC-141b5份；按次序投入反应釜，搅拌混合1小时，抽样合格后出料，氮气置换密封包装。检测产品指标如表1所示。

实施例2

（1）A组分的制备

将准确计量的硅酸钠水溶液（水玻璃模数为2.5，波美度为48）90份、多元醇（官能度为2，分子量为3000）10份、硅油2份、复配催化剂[三亚乙基二胺与双（二甲氨基乙基）醚以1:1比例复配]2份，投入反应釜中，搅拌混合1.5小时，抽样检测合格后出料、密封包装；

（2）B组分的制备

将准确计量的多亚甲基多苯基多异氰酸酯M20S（巴斯夫）70份、增韧剂柠檬酸酯15份、发泡剂HCFC-141b15份；按次序投入反应釜，搅拌混合2小时，抽样合格后出料，氮气置换密封包装。检测产品指标如表1所示。

实施例3

（1）A组分的制备

将准确计量的硅酸钠水溶液（水玻璃模数为2.0，波美度为50）75份、多元醇（官能度为2，分子量为2000）22份、二乙醇胺3份、硅油3份、催化剂三亚乙基二胺3份，投入反应釜中，搅拌混合2小时，抽样检测合格后出料、密封包装；

（2）B组分的制备

将准确计量的多亚甲基多苯基多异氰酸酯PM200（烟台万华）55份、改性MDI DG5412（山东一诺威公司）5份、增韧剂甘油三醋酸酯15份、发泡剂HCFC-141b25份；按次序投入反应釜，搅拌混合1.5小时，抽样合格后出料，氮气置换密封包装。检测产品指标如表1所示。

实施例4

（1）A组分的制备

将准确计量的硅酸钾水溶液（水玻璃模数为2.3，波美度为50）65份、多元醇（官能度为2，分子量为1000）20份、乙二醇10份、二乙醇胺5份、硅油8份、复配催化剂[双（二甲氨基乙基）醚与二甲氨基乙氧基乙醇按照1:1复配]0.5份，投入反应釜中，搅拌混合1小时，抽样检测合格后出料、密封包装；

（2）B组分的制备

将准确计量的多亚甲基多苯基多异氰酸酯PM200（烟台万华）60份、改性MDI DG5412（山东一诺威公司）10份、增韧剂三（氯异丙基）磷酸酯15份、发泡剂HFC-245fa15份；按次序投入反应釜，搅拌混合1小时，抽样合格后出料，氮气置换密封包装。检测产品指标如表1所示。

实施例5

（1）A组分的制备

将准确计量的硅酸钾水溶液（水玻璃模数为3.3，波美度为45）85份、多元醇（官能度为2，分子量为1000）10份、三异丙醇胺5份、硅油6份、复配催化剂[双（二甲氨基乙基）醚与二甲氨基乙氧基乙醇按照1:1复配]0.2份，投入反应釜中，搅拌混合1小时，抽样检测合格后出料、密封包装；

（2）B组分的制备

将准确计量的多亚甲基多苯基多异氰酸酯PM200（烟台万华）70份、改性MDI DG5412（山东一诺威公司）5份、增韧剂三（氯异丙基）磷酸酯15份、发泡剂HFC-245fa10份；按次序投入反应釜，搅拌混合1小时，抽样合格后出料，氮气置换密封包装。检测产品指标如表1所示。

表1实施例1-5的产品指标

备注：上表中数据检测的环境温度为20-22℃。

Claims (10)

1.一种煤矿用高阻燃低温双组分充填材料，其特征在于由A组分和B组分组成，其使用时，A组分和B组分按照体积比1:1.0-1.5混合发泡，其中，

A组分是以硅酸盐水溶液为主体的组成物，以重量份数计，原料组成为：

B组分是以多异氰酸酯为主体的组成物，以重量份数计，原料组成为：

多异氰酸酯                60-90份

增韧剂                    5-15份

发泡剂                    5-25份。

2.根据权利要求1所述的煤矿用高阻燃低温双组分充填材料，其特征在于所述的A组分中硅酸盐水溶液是硅酸钠水溶液、硅酸钾水溶液或硅酸锂水溶液中的一种。

3.根据权利要求2所述的煤矿用高阻燃低温双组分充填材料，其特征在于所述的A组分中硅酸盐水溶液是模数在1.6-3.0的硅酸钠水溶液或模数在2.3-3.3的硅酸钾水溶液。

4.根据权利要求1所述的煤矿用高阻燃低温双组分充填材料，其特征在于所述的A组分中多元醇是2官能度、分子量1000-3000的聚氧化乙烯多元醇或小分子多元醇类化合物。

5.根据权利要求1所述的煤矿用高阻燃低温双组分充填材料，其特征在于所述的A组分中醇胺是三乙醇胺、二乙醇胺或三异丙醇胺中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的煤矿用高阻燃低温双组分充填材料，其特征在于所述的A组分中催化剂是叔胺类催化剂或叔胺类催化剂的复配物。

7.根据权利要求1所述的煤矿用高阻燃低温双组分充填材料，其特征在于所述的B组分中多异氰酸酯是多苯基多亚甲基多异氰酸酯、碳化二亚胺改性二异氰酸酯或异氰酸酯预聚体中的一种或多种。

8.根据权利要求1所述的煤矿用高阻燃低温双组分充填材料，其特征在于所述的B组分中增韧剂是不与异氰酸酯发生反应，同时促进硅酸盐凝固的酯类化合物。

9.根据权利要求1所述的煤矿用高阻燃低温双组分充填材料，其特征在于所述的B组分中发泡剂是低沸点物理发泡剂。

10.一种权利要求1-9任一所述的煤矿用高阻燃低温双组分充填材料的制备方法，其特征在于步骤如下：

（1）A组分的制备：将硅酸盐水溶液、多元醇、醇胺、硅油、催化剂加入反应釜，室温下混合1-2小时，抽样检测合格后出料，密封包装；

（2）B组分的制备：将多异氰酸酯、增韧剂、发泡剂加入反应釜，室温条件下混合1-2小时，混合过程及反应釜中为无水环境，抽样检测合格后出料，氮气置换包装。