CN104671739A - 一种自吸热型煤矿安全用双液注浆材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自吸热型煤矿安全用双液注浆材料及其制备方法。它采用N-羟甲基丙烯酰胺、水玻璃、扩链剂、引发剂、表面活性剂和催化剂组成A组分；多亚甲基多苯基多异氰酸酯和丙烯酸酯组成B组分，再将A、B组分分别搅拌均匀，使用时按体积比混合即可。本发明利用水玻璃和异氰酸酯反应，同时利用其产生的热量引发反应体系中的双键发生聚合，使得浆料固化后的蓄热温度降低，同时大大提高了注浆材料的力学性能。得到了一种内部反应温度低、力学性能优异、阻燃性好、成本低的注浆材料。
Description
技术领域
本发明涉及一种化学注浆材料，特别是一种自吸热型煤矿安全用双液注浆材料及其制备方法。
背景技术
目前，在煤矿开采生产过程中，因为地质情况的复杂多变极易发生安全事故。为了煤矿的安全生产，必须对煤岩体进行注浆加固。目前常用的无机类注浆材料，如水玻璃、水泥等，由于韧性差、粘结力差等原因严重限制它们的使用范围。有机类的注浆材料有环氧树脂类注浆材料、丙烯酰胺类注浆材料、聚氨酯类注浆材料，环氧树脂类注浆材料粘度大、成本高；丙烯酰胺类注浆材料毒性很大。聚氨酯类注浆材料由于粘度适中、固化时间可调、力学性能优异得到了广泛的应用。但是聚氨酯类注浆固化反应放热量大、内部温度高容易发生自燃以及引爆瓦斯。
中国专利CN 102942665 B，公开了煤岩体加固用低温安全型聚氨酯注浆材料及其制备方法，它是利用聚醚多元醇和多异氰酸酯反应生成聚氨酯注浆材料，具有较好的力学性能，但是遇水会发泡且成本高。中国专利CN 102516465 B，还公开了高弹性水性聚氨酯-丙烯酸酯复合树脂及其制备和应用，它是采用多异氰酸酯和聚醚多元醇以及丙烯酸酯单体来制备单组份弹性涂料，得到了很好的力学性能和耐候性，但是不适合注浆。针对煤矿的特殊条件发明了自吸热型煤矿安全用双液注浆材料，采用水玻璃和多异氰酸酯反应生成复杂的网状结构，水玻璃可以吸收反应过程产生的CO2和部分热量使得反应不发泡，同时热量会引发反应体系中的双键发生聚合，使得整个反应的网状结构相互交联形成一个密实整体。双键聚合也可以吸收反应体系放出的部分热量，从而有效地降低了注浆材料的内部蓄热温度。
发明内容
综上所述，本发明的目的是针对现有技术的不足而提供的一种自吸热型煤矿安全用双液注浆材料及其制备方法，双液注浆材料是一种内部反应温度低、力学性能优异、阻燃性好、成本低的注浆材料，其原料均可从市场购得，制备方法简单，浆液粘度低、固化时间可控、固结体抗压强度>60Mpa，氧指数>49%，最高蓄热温度<90℃。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种自吸热型煤矿安全用双液注浆材料，双液注浆材料是由体积比为：0.9~1.1:1的A组份：B组份混合而成，其中：
A组份是由以下重量份的原料组成的：
N-羟甲基丙烯酰胺 5~10
密度为1.30~1.50g/cm3的水玻璃 80~90
扩链剂 2~4
引发剂 0.5~1
表面活性剂 1~3
催化剂 1~3
B组份是由以下重量份的原料组成的：
多亚甲基多苯基多异氰酸酯 60~90
丙烯酸酯 10~40
进一步，所述的N-羟甲基丙烯酰胺为白色结晶粉末。
进一步，所述的水玻璃为硅酸钠溶液或硅酸钾溶液，其模数为2.5~3.3。
进一步，所述的扩链剂为丁烯二醇。
进一步，所述的引发剂为过硫酸钾或者过硫酸钠。
进一步，所述的表面活性剂为为烷基酚聚氧乙烯醚类表面活性剂OP-10。
进一步，所述的催化剂为五甲基二亚乙基三胺，双(3-二甲氨基丙基)胺，三亚乙基二胺，三乙烯二胺中的一种或几种。
进一步，所述的多亚甲基多苯基多异氰酸酯为PM200。
进一步，所述的丙烯酸酯为二丙二醇二丙烯酸酯，三丙二醇二丙烯酸酯，新戊二醇二丙烯酸酯，1,6-己二醇二丙烯酸酯中的至少一种。
一种自吸热型煤矿安全用双液注浆材料的制备方法，该方法包括如下步骤：
1、制备A组分：称取N-羟甲基丙烯酰胺，水玻璃，丁烯二醇，过硫酸钠，表面活性剂OP-10，五甲基二亚乙基三胺，双(3-二甲氨基丙基)胺搅拌均匀，封装备用；
2、制备B组份：称取多亚甲基多苯基多异氰酸酯PM200，三丙二醇二丙烯酸酯搅拌均匀，封装备用；
3、混合固化：将A组份和B组份按体积比混合均匀，常温反应固化即为双液注浆材料成品。
本发明的有益效果：
1、本发明采用水玻璃使得注浆材料的阻燃性好、成本低，同时水玻璃中的部分水分在材料反应过程中蒸发可以带走部分热量，避免事故发生。
2、本发明采用N-羟甲基丙烯酰胺和丁烯二醇与多异氰酸酯发生交联反应，生成复杂的网状结构。丙烯酸酯起到增韧作用，同时在温度和引发剂的作用下丙烯酸酯中的双键与N-羟甲基丙烯酰胺和丁烯二醇中的双键相互发生聚合，使得整个反应的网状结构相互交联形成一个密实整体。双键聚合可以吸收反应体系放出的部分热量，有效地降低了注浆材料的内部蓄热温度。
3、本发明的原料均可从市场购得，其制备方法简单，浆液粘度低、固化时间可控、固结体抗压强度>60Mpa，氧指数>49%，最高蓄热温度<90℃。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步阐述本发明，以下实施例中所用的原材料，如无特别说明，均为市售。
实施例1
一种自吸热型煤矿安全用双液注浆材料，制备方法如下：
制备A组份：称取5份N-羟甲基丙烯酰胺，85.5份模数为2.7的水玻璃，4份丁烯二醇，0.5份过硫酸钠，2份表面活性剂OP-10，1份五甲基二亚乙基三胺，2份双(3-二甲氨基丙基)胺搅拌均匀，封装备用；
制备B组份：称取80份多亚甲基多苯基多异氰酸酯PM200，20份三丙二醇二丙烯酸酯搅拌均匀，封装备用；
将A组份和B组份按照体积比A:B=1:1混合均匀，常温反应固化。
测试材料的产品指标如下：
| 抗压强度(Mpa) | 64.9 |
| 膨胀倍数 | 1 |
| 氧指数(%) | 51.2 |
| 最高蓄热温度(℃) | 85.3 |
实施例2
一种自吸热型煤矿安全用双液注浆材料，制备方法如下：
制备A组份：称取8份N-羟甲基丙烯酰胺，84.2份模数为2.5的水玻璃，2份丁烯二醇，0.8份过硫酸钾，3份表面活性剂OP-10，2份三亚乙基二胺搅拌均匀，封装备用；
制备B组份：称取70份多亚甲基多苯基多异氰酸酯PM200，10份三丙二醇二丙烯酸酯，20份二丙二醇二丙烯酸酯搅拌均匀，封装备用；
将A组份和B组份按照体积比A:B=0.9:1混合均匀，常温反应固化。
测试材料的产品指标如下：
| 抗压强度(Mpa) | 66.8 |
| 膨胀倍数 | 1 |
| 氧指数(%) | 49.6 |
| 最高蓄热温度(℃) | 82.6 |
实施例3
一种自吸热型煤矿安全用双液注浆材料，制备方法如下：
制备A组份：称取10份N-羟甲基丙烯酰胺，80份模数为2.9的水玻璃，4份丁烯二醇，1份过硫酸钾，3份表面活性剂OP-10，1份双(3-二甲氨基丙基)胺，1份三乙烯二胺搅拌均匀，封装备用；
制备B组份：称取90份多亚甲基多苯基多异氰酸酯PM200，10份三丙二醇二丙烯酸酯搅拌均匀，封装备用；
将A组份和B组份按照体积比A:B=1:1混合均匀，常温反应固化。
测试材料的产品指标如下：
| 抗压强度(Mpa) | 63.2 |
| 膨胀倍数 | 1 |
| 氧指数(%) | 50.3 |
| 最高蓄热温度(℃) | 86.3 |
实施例4
一种自吸热型煤矿安全用双液注浆材料，制备方法如下：
制备A组份：称取5份N-羟甲基丙烯酰胺，89.4份模数为3.3的水玻璃，2份丁烯二醇，0.6份过硫酸钠，1份表面活性剂OP-10，1份三亚乙基二胺，1份双(3-二甲氨基丙基)胺搅拌均匀，封装备用；
制备B组份：称取60份多亚甲基多苯基多异氰酸酯PM200，20份三丙二醇二丙烯酸酯，20份新戊二醇二丙烯酸酯搅拌均匀，封装备用；
将A组份和B组份按照体积比A:B=1:1混合均匀，常温反应固化。
测试材料的产品指标如下：
| 抗压强度(Mpa) | 66.3 |
| 膨胀倍数 | 1 |
| 氧指数(%) | 53.1 |
| 最高蓄热温度(℃) | 84.1 |
实施例5
一种自吸热型煤矿安全用双液注浆材料，制备方法如下：
制备A组份：称取6份N-羟甲基丙烯酰胺，88.1份模数为2.9的水玻璃，3份丁烯二醇，0.9份过硫酸钠，1份表面活性剂OP-10，1份双(3-二甲氨基丙基)胺搅拌均匀，封装备用；
制备B组份：称取70份多亚甲基多苯基多异氰酸酯PM200，20份三丙二醇二丙烯酸酯，10份1,6-己二醇二丙烯酸酯搅拌均匀，封装备用；
将A组份和B组份按照体积比A:B=1:1混合均匀，常温反应固化。
测试材料的产品指标如下：
| 抗压强度(Mpa) | 68.5 |
| 膨胀倍数 | 1 |
| 氧指数(%) | 52.3 |
| 最高蓄热温度(℃) | 84.0 |
实施例6
一种自吸热型煤矿安全用双液注浆材料，制备方法如下：
制备A组份：称取9份N-羟甲基丙烯酰胺，82.4份模数为2.5的水玻璃，4份丁烯二醇，0.6份过硫酸钾，1份表面活性剂OP-10，1份双(3-二甲氨基丙基)胺，2份三乙烯二胺搅拌均匀，封装备用；
制备B组份：称取60份多亚甲基多苯基多异氰酸酯PM200，30份三丙二醇二丙烯酸酯，10份1,6-己二醇二丙烯酸酯搅拌均匀，封装备用；
将A组份和B组份按照体积比A:B=1.1:1混合均匀，常温反应固化。
测试材料的产品指标如下：
| 抗压强度(Mpa) | 64.8 |
| 膨胀倍数 | 1 |
| 氧指数(%) | 53.2 |
| 最高蓄热温度(℃) | 83.8 |
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (10)
1.一种自吸热型煤矿安全用双液注浆材料，其特征在于：双液注浆材料是由体积比为：0.9~1.1:1的A组份：B组份混合而成，其中：
A组份是由以下重量份的原料组成的：
N-羟甲基丙烯酰胺 5~10
密度为1.30~1.50g/cm3的水玻璃 80~90
扩链剂 2~4
引发剂 0.5~1
表面活性剂 1~3
催化剂 1~3
B组份是由以下重量份的原料组成的：
多亚甲基多苯基多异氰酸酯 60~90
丙烯酸酯 10~40 。
2.根据权利要求1所述的一种自吸热型煤矿安全用双液注浆材料，其特征在于：所述的N-羟甲基丙烯酰胺为白色结晶粉末。
3.根据权利要求1所述的一种自吸热型煤矿安全用双液注浆材料，其特征在于：所述的水玻璃为硅酸钠溶液或硅酸钾溶液，其模数为2.5~3.3。
4.根据权利要求1所述的一种自吸热型煤矿安全用双液注浆材料，其特征在于：所述的扩链剂为丁烯二醇。
5.根据权利要求1所述的一种自吸热型煤矿安全用双液注浆材料，其特征在于：所述的引发剂为过硫酸钾或者过硫酸钠。
6.根据权利要求1所述的一种自吸热型煤矿安全用双液注浆材料，其特征在于：所述的表面活性剂为为烷基酚聚氧乙烯醚类表面活性剂OP-10。
7.根据权利要求1所述的一种自吸热型煤矿安全用双液注浆材料，其特征在于：所述的催化剂为五甲基二亚乙基三胺、双(3-二甲氨基丙基)胺、三亚乙基二胺、三乙烯二胺中的一种或几种。
8.根据权利要求1所述的一种自吸热型煤矿安全用双液注浆材料，其特征在于：所述的多亚甲基多苯基多异氰酸酯为PM200。
9.根据权利要求1所述的一种自吸热型煤矿安全用双液注浆材料，其特征在于：所述的丙烯酸酯为二丙二醇二丙烯酸酯、三丙二醇二丙烯酸酯、新戊二醇二丙烯酸酯、1,6-己二醇二丙烯酸酯中的至少一种。
10.根据权利要求1-9任一项所述的一种自吸热型煤矿安全用双液注浆材料的制备方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：
（1）制备A组分：称取N-羟甲基丙烯酰胺，水玻璃，丁烯二醇，过硫酸钠，表面活性剂OP-10，五甲基二亚乙基三胺，双(3-二甲氨基丙基)胺搅拌均匀，封装备用；
（2）制备B组份：称取多亚甲基多苯基多异氰酸酯PM200，三丙二醇二丙烯酸酯搅拌均匀，封装备用；
（3）混合固化：将A组份和B组份按体积比混合均匀，常温反应固化即为双液注浆材料成品。
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