CN104277203A - 煤矿安全用水玻璃改性聚氨酯填充材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的是提供一种煤矿安全用水玻璃改性聚氨酯填充材料及其制备方法，该材料由A、B组分聚合而成，以质量百分数计，A组份包括10～20％聚醚多元醇、60～80％水玻璃、2～5％增溶剂、1～2％泡沫稳定剂、1～3％催化剂和5～15％阻燃剂，B组份包括60～75％多亚甲基多苯基多异氰酸酯、20～30％二苯甲烷二异氰酸酯和10～20％增塑剂。材料中水玻璃起到了“阻燃剂”的作用，大大提高了安全性；该填充材料对岩煤体具有良好的粘结性，粘合后抗剪切性及韧性好，并且相关原料低气味、不含有挥发性溶剂，不产生任何有毒气体，满足煤矿加固材料的使用和环保要求。

Description

煤矿安全用水玻璃改性聚氨酯填充材料及其制备方法
技术领域
本发明属于聚氨酯材料领域，具体涉及一种煤矿安全用水玻璃改性聚氨酯填充材料及其制备方法。 
背景技术
煤矿井下采掘施工过程中，高冒区煤岩空峒、各种裂缝、漏风通道、采空区容易成为井下瓦斯气体的涌出通道及聚集区域，带来一定安全隐患。煤矿用填充材料具有良好的隔气性和发泡性，广泛应用于煤矿和隧道的永久(临时)密闭，特别适用于填充高冒区煤岩空峒、各种裂隙及漏风通道，以及封堵工作面上下隅角防治漏风及采空区瓦斯气体涌出。 
目前使用的填充材料主要为酚醛类及聚氨酯类材料。酚醛类填充材料具有突出的阻燃性但其固化剂为强酸性物质，在使用过程中容易给施工人员带来一定伤害，比如漏料粘到皮肤上可引起红肿、发痒，接触到眼睛严重可导致失明；另外，酚醛树脂内的残留甲醛也给井下环境带来一定污染，酚醛材料的力学性能较差容易被风化。聚氨酯类填充材料具有良好的可发性和力学性能，无挥发性、腐蚀性，使用安全可靠，但其阻燃性较差，反应时容易聚热(其内部温度可达160℃以上)，在一定条件下甚至会发烟、自燃。 
发明内容
本发明的目的是提供一种煤矿安全用水玻璃改性聚氨酯填充材料，使用水玻璃对其改性，同时加入聚醚多元醇及增溶剂使该填充材料阻燃性提高，并兼具良好韧性和力学性能，本发明同时提供其制备方法。 
本发明所述的煤矿安全用水玻璃改性聚氨酯填充材料由A组分和B组分聚合而成，其中： 
A组份的原料以质量百分数计，配比如下： 
B组份的原料以质量百分数计，配比如下： 
多亚甲基多苯基多异氰酸酯：  60～75％ 
二苯甲烷二异氰酸酯：        15～30％ 
增塑剂：                    10～20％ 
A、B组分的重量比优选1:1。 
所述聚醚多元醇优选官能度为5、分子量为3500的聚环氧丙烷醚多元醇； 
所述水玻璃优选模数为3～4，波美度为30～42度； 
所述增溶剂选取烷基酚聚氧乙烯基醚类非离子型表面活性剂，优选OP-10； 
所述泡沫稳定剂选取Si-C类表面活性剂，优选江苏美思德化工股份有限公司生产的AK-8872。 
所述催化剂选取有机胺类催化剂，优选2,4,6-三(二甲胺基甲基)苯酚和五甲基二亚乙基三胺，二者之间的质量比为0.5～1.5:1～2； 
所述阻燃剂选取磷酸酯类阻燃剂，优选TCPP。 
所述增塑剂优选DDP增塑剂。 
本发明所述的煤矿安全用水玻璃改性聚氨酯填充材料，其制备方法主要包括以下步骤： 
(1)制备A组份料：先将称量好的聚醚多元醇、水玻璃、增溶剂装入混合釜中搅拌，然后加入称量好的泡沫稳定剂、催化剂、阻燃剂，在常温下搅拌均匀； 
(2)制备B组份料：将称量好的多亚甲基多苯基多异氰酸酯、二苯甲烷二异氰酸酯和增塑剂装入混合釜中搅拌均匀； 
(3)将A、B组份料按A:B＝1:1的重量比混合均匀发泡后即可得到煤矿安全用水玻璃改性聚氨酯填充材料。 
单纯使用水玻璃制备的填充材料，虽然其内部反应温度低、阻燃型性能良好，但由于水玻璃本身的脆性，在制备发泡倍率较高(如大于5倍)的填充材料时所制得的填充材料强度极低且无韧性、易酥化，这使得该材料虽然获得了良好的阻燃性能但同时牺牲了其力学性能，使得其使用价值降低。 
本发明所述的煤矿安全用水玻璃改性聚氨酯填充材料，在聚氨酯填充材料基础上一方面使用水玻璃对其改性，提高聚氨酯填充材料的阻燃性，另一方面结合聚醚多元醇和增溶剂，使得制备的填充材料具有良好的韧性和力学性能。 
本发明的有益效果： 
(1)本发明所述的聚氨酯填充材料中由于水玻璃中大量水分的存在使得聚氨酯材料在反应过程中的反应热被水气带走，经测试该材料内部的最高反应温度小于85度；由于反应过程中水玻璃中的硅酸盐不断析出后起到了一定“阻燃剂”的作用，这就使得该材料成为一种难燃材料，大大提高了使用过程中的安全性。 
(2)本发明所述的聚氨酯填充材料不但能够满足井下施工对材料燃烧性能的要求，同时材料本身获得了良好的力学性能，大大提高了使用价值。 
(3)本发明所述的聚氨酯填充材料对岩煤体具有良好的粘结性，粘合后抗剪切性及韧性好，耐冲击，并且相关原料低气味、不含有挥发性溶剂，不产生任何有毒气体，完全满足煤矿加固材料的使用和环保要求。 
具体实施方式
以下结合实施例对本发明做进一步说明。 
其中各实施例中的聚醚多元醇采用官能度为5、分子量为3500的聚环氧丙烷醚多元醇；实施例1中的水玻璃的模数为3，波美度为30度，实施例2中的水玻璃的模数为4，波美度为35度，实施例3中的水玻璃的模数为4，波美度为42度。 
实施例1： 
制备A组份料107公斤，分别称量：聚醚多元醇15公斤，水玻璃75公斤，增溶剂OP-103公斤，装入混合釜中搅拌均匀；加入泡沫稳定剂AK-88722公斤，2,4,6-三(二甲胺基甲基)苯酚1公斤，五甲基二亚乙基三胺1公斤，阻燃剂TCPP 10公斤，搅拌均匀。 
制备B组份料100公斤：将称量好的多亚甲基多苯基多异氰酸酯75公斤、二苯甲烷二异氰酸酯15公斤、DDP增塑剂20公斤，装入混合釜中搅拌均匀。 
将A、B组份料按A:B＝1:1的重量比混合均匀发泡后即可得到煤矿安全用水玻璃改性聚氨酯填充材料，检测产品指标。 
模塑芯密度：      60kg/m3
发泡倍数：        20 
阻燃抗静电性能    符合MT113-1995标准 
实施例2： 
制备A组份料122公斤，分别称量：聚醚多元醇20公斤，水玻璃80公斤，增溶剂OP-103公斤，装入混合釜中搅拌均匀；加入泡沫稳定剂AK-88722公斤，2,4,6-三(二甲胺基甲基)苯酚1公斤，五甲基二亚乙基三胺1公斤，阻燃剂TCPP 15公斤，搅拌均匀。 
制备B组份料100公斤：将称量好的多亚甲基多苯基多异氰酸酯70公斤、二苯甲烷二异氰酸酯20公斤、DDP增塑剂10公斤，装入混合釜中搅拌均匀。 
将A、B组份料按A:B＝1:1的重量比混合均匀发泡后即可得到煤矿安全用水玻璃改性聚氨酯填充材料，检测产品指标。 
模塑芯密度：      48kg/m3
发泡倍数：        25 
阻燃抗静电性能  符合MT113-1995标准 
实施例3： 
制备A组份料124.5公斤，分别称量：聚醚多元醇20公斤，水玻璃80公斤，增溶剂OP-105公斤，装入混合釜中搅拌均匀；加入泡沫稳定剂AK-88722公斤，2,4,6-三(二甲胺基甲基)苯酚1.5公斤，五甲基二亚乙基三胺1公斤，阻燃剂TCPP 15公斤，搅拌均匀。 
制备B组份料100公斤：将称量好的多亚甲基多苯基多异氰酸酯70公斤、二苯甲烷二异氰酸酯20公斤、DDP增塑剂10公斤，装入混合釜中搅拌均匀。 
将A、B组份料按A:B＝1:1的重量比混合均匀发泡后即可得到煤矿安全用水玻璃改性聚氨酯填充材料，检测产品指标。 
模塑芯密度：      40kg/m3
发泡倍数：        30 
阻燃抗静电性能    符合MT113-1995标准。 

Claims (10)

1.一种煤矿安全用水玻璃改性聚氨酯填充材料，由A组分和B组分聚合而成，其特征在于：
A组份的原料以质量百分数计，配比如下：
B组份的原料以质量百分数计，配比如下：
多亚甲基多苯基多异氰酸酯：  60～75％
二苯甲烷二异氰酸酯：        15～30％
增塑剂：                    10～20％。
2.根据权利要求1所述的煤矿安全用水玻璃改性聚氨酯填充材料，其特征在于：A、B组分的重量比为1:1。
3.根据权利要求1所述的煤矿安全用水玻璃改性聚氨酯填充材料，其特征在于：聚醚多元醇采用官能度为5、分子量为3500的聚环氧丙烷醚多元醇。
4.根据权利要求1所述的煤矿安全用水玻璃改性聚氨酯填充材料，其特征在于，水玻璃的模数为3～4，波美度为30～42度。
5.根据权利要求1所述的煤矿安全用水玻璃改性聚氨酯填充材料，其特征在于：增溶剂为烷基酚聚氧乙烯基醚类非离子型表面活性剂，采用OP-10。
6.根据权利要求1所述的煤矿安全用水玻璃改性聚氨酯填充材料，其特征在于：泡沫稳定剂采用Si-C类表面活性剂。
7.根据权利要求1所述的煤矿安全用水玻璃改性聚氨酯填充材料，其特征在于：催化剂为有机胺类催化剂，采用2,4,6-三(二甲胺基甲基)苯酚和五甲基二亚乙基三胺，二者之间的质量比为0.5～1.5:1～2。
8.根据权利要求1所述的煤矿安全用水玻璃改性聚氨酯填充材料，其特征在于：阻燃剂采用磷酸酯类阻燃剂。
9.根据权利要求1所述的煤矿安全用水玻璃改性聚氨酯填充材料，其特征在于：增塑剂采用DDP增塑剂。
10.一种权利要求1-9任一权利要求所述的煤矿安全用水玻璃改性聚氨酯填充材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)制备A组份料：先将称量好的聚醚多元醇、水玻璃、增溶剂装入混合釜中搅拌，然后加入称量好的泡沫稳定剂、催化剂、阻燃剂，在常温下搅拌均匀；
(2)制备B组份料：将称量好的多亚甲基多苯基多异氰酸酯、二苯甲烷二异氰酸酯和增塑剂装入混合釜中搅拌均匀；
(3)将A、B组份料按A:B＝1:1的重量比混合均匀发泡后即可得到煤矿安全用水玻璃改性聚氨酯填充材料。
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