CN107236338A - 一种封闭煤层瓦斯用高分子喷涂材料 - Google Patents

一种封闭煤层瓦斯用高分子喷涂材料 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种封闭煤层瓦斯用高分子喷涂材料，由A组分和B组分组成,所述A组分由水玻璃和添加剂组成，所述添加剂的质量为所述水玻璃的质量的0.05～35％；所述B组分由异氰酸酯类物质、调凝剂和增塑剂组成，所述调凝剂的质量为所述异氰酸酯类物质的质量的0.001～17％，所述增塑剂的质量为所述异氰酸酯类物质的质量的0.5～30％，A组分与B组分的体积比＝1∶10～10∶1。由于使用了低成本的水溶性硅酸盐材料，材料的成本大幅降低，具有广阔的推广应用前景。同时由于使用了不燃的水溶性硅酸盐材料，材料的阻燃性能提高，更适用于煤矿井下的应用。

Description

一种封闭煤层瓦斯用高分子喷涂材料
技术领域
本发明涉及一种煤矿喷涂密闭材料，特别是一种封闭煤层瓦斯用喷涂双组分喷涂材料。
背景技术
随着我国经济的持续快速发展，能源危机的出现促使煤矿开采业加速发展，对矿井的生产效率提出了更高的要求。煤矿瓦斯是造成矿难的一个重要因素，通过在煤岩体表面喷涂高分子材料，可以有效地封堵煤岩体漏风裂隙。
现有技术中可用于封堵煤岩体漏风裂隙的高分子材料存在如下技术缺陷：抗拉强度和附着力小、空气透气率高，在瓦斯气体压力较大时不能有效地封堵，造成漏气。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种抗拉强度和附着力大、空气透气率低的封闭煤层瓦斯用高分子喷涂材料。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种封闭煤层瓦斯用高分子喷涂材料，由A组分和B组分组成,所述A组分由水玻璃和添加剂组成，所述添加剂的质量为所述水玻璃的质量的0.05～35％；所述B组分由异氰酸酯类物质、调凝剂和增塑剂组成，所述调凝剂的质量为所述异氰酸酯类物质的质量的0.001～17％，所述增塑剂的质量为所述异氰酸酯类物质的质量的0.5～30％，A组分与B组分的体积比＝1∶10～10∶1。
一种封闭煤层瓦斯用高分子喷涂材料，由A组分和B组分组成,所述A组分由偏铝酸碱金属盐、水玻璃和添加剂组成，所述添加剂的质量为所述水玻璃的质量的0.05～35％，所述偏铝酸碱金属盐的质量为所述水玻璃的质量的0.001～5％；所述B组分由异氰酸酯类物质、调凝剂和增塑剂组成，所述调凝剂的质量为所述异氰酸酯类物质的质量的0.001～17％，所述增塑剂的质量为所述异氰酸酯类物质的质量的0.5～30％，A组分与B组分的体积比＝1∶10～10∶1。
一种封闭煤层瓦斯用高分子喷涂材料，由A组分和B组分组成,所述A组分由硅酸锆、偏铝酸碱金属盐、水玻璃和添加剂组成，所述添加剂的质量为所述水玻璃的质量的0.05～35％，所述偏铝酸碱金属盐的质量为所述水玻璃的质量的0.001～5％，硅酸锆的加入量为所述水玻璃的质量的1～5％；所述B组分由异氰酸酯类物质、调凝剂、增塑剂和改性环糊精组成，所述调凝剂的质量为所述异氰酸酯类物质的质量的0.001～17％，所述增塑剂的质量为所述异氰酸酯类物质的质量的0.5～30％，所述改性环糊精的加入量为所述异氰酸酯类物质的质量的1～10％，A组分与B组分的体积比＝1∶10～10∶1；改性环糊精的制备方法如下：乙醇和环糊精按照质量比(2-3):1混合，60℃下搅拌1-2h，然后加入分子量为300-1500的聚乙二醇单环己醚，聚乙二醇单环己醚与环糊精的物质的量之比为1:1，反应5-10小时；然后升温至80-100℃，按照环糊精与3，5-二叔丁基-4-羟基苯胺按照质量比为(2-3):1，将3，5-二叔丁基-4-羟基苯胺溶解于乙醇中，每克3，5-二叔丁基-4-羟基苯胺量取10mL乙醇，在搅拌下滴加3，5-二叔丁基-4-羟基苯胺的乙醇溶液，滴加完毕之后，升温至500-600℃，反应5-10小时，蒸干溶剂后得改性环糊精。
上述封闭煤层瓦斯用高分子喷涂材料，所述异氰酸酯类物质为异氰酸酯、异氰酸酯预聚物或异氰酸酯和异氰酸酯预聚物的混合物；
所述异氰酸酯为下述物质中的任意一种或任意两种及两种以上的混合物：
(1)二苯基甲烷二异氰酸酯；
(2)环己基二异氰酸酯；
(3)多亚甲基多苯基异氰酸酯；
(4)萘二异氰酸酯；
(5)甲基环己基二异氰酸酯；
(6)二环己基甲烷二异氰酸酯；
(7)己二异氰酸酯；
(8)异佛尔酮二异氰酸酯；
所述异氰酸酯预聚物为下述物质中的任意一种或任意两种及两种以上的混合物：
(a)二苯基甲烷二异氰酸酯的预聚物，分子量为1000～2000；
(b)环己基二异氰酸酯的预聚物，分子量为500～1500；
(c)多亚甲基多苯基异氰酸酯的预聚物，分子量为1500～4000；
(d)萘二异氰酸酯的预聚物，分子量为1200～4000；
(e)甲基环己基二异氰酸酯的预聚物，分子量为900～3000；
(f)二环己基甲烷二异氰酸酯的预聚物，分子量为1500～3000；
(g)己二异氰酸酯的预聚物，分子量为900～2000；
(h)异佛尔酮二异氰酸酯的预聚物，分子量为1200～4000。
上述封闭煤层瓦斯用高分子喷涂材料，所述添加剂由甲组分和/或乙组分组成，甲组分为乙二醇、三乙烯二胺、丙三醇、聚酯多元醇、聚醚多元醇和聚醚胺中的一种或多种，乙组分为粉状氧化锌和/或粉状氧化铜。
上述封闭煤层瓦斯用高分子喷涂材料，聚醚多元醇为下述物质中的任意一种或任意两种及两种以上的混合物：
(1)以木糖醇为起始剂、羟值为300～360mgKOH/g的聚环氧乙烷/环氧丙烷/环氧丁烷聚醚；
(2)以麦芽糖为起始剂、羟值为320～380mgKOH/g的聚环氧乙烷/环氧丙烷/环氧丁烷聚醚；
(3)以果糖为起始剂、羟值为300～340mgKOH/g的聚环氧乙烷/环氧丙烷/环氧丁烷聚醚；
(4)以葡萄糖为起始剂、羟值为320～360mgKOH/g的聚环氧乙烷/环氧丙烷/环氧丁烷聚醚；
聚醚胺为下述物质中的任意一种或任意两种及两种以上的混合物：
(5)以乙烯醇丁二胺为起始剂、羟值为340～380mgKOH/g的聚环氧乙烷/环氧丙烷/环氧丁烷聚醚胺；
(6)以乙烯醇丁三胺为起始剂、羟值为340～380mgKOH/g的聚环氧乙烷/环氧丙烷/环氧丁烷聚醚胺；
(7)以乙烯醇丁四胺为起始剂、羟值为340～380mgKOH/g的聚环氧乙烷/环氧丙烷/环氧丁烷聚醚胺。
上述封闭煤层瓦斯用高分子喷涂材料，所述调凝剂为硅油、改性硅油、PC-41、DMP-30、脂肪族羧酸锂盐、芳香族羧酸锂盐、叔胺类催化剂和有机金属类催化剂中的任意一种或任意两种及两种以上的混合物。
上述封闭煤层瓦斯用高分子喷涂材料，所述水玻璃为钠水玻璃、钾水玻璃和锂水玻璃中的任意一种、任意两种或三种，所述水玻璃的模数为1.8～3.0，所述水玻璃在20℃时的粘度为200～500mPa·s。
上述封闭煤层瓦斯用高分子喷涂材料，所述偏铝酸碱金属盐为偏铝酸锂或偏铝酸钠或偏铝酸钾或以上三种偏铝酸盐中任意两种或三种的混合物。
上述封闭煤层瓦斯用高分子喷涂材料，所述增塑剂为磷酸三甲苯酯、磷酸三丁酯和亚磷酸酯中的任意一种或任意两种及两种以上的混合物。
本发明的有益效果是：
1.由于本发明封闭煤层瓦斯用高分子喷涂材料采用低成本的水溶性硅酸盐作为材料的组成部分，材料成本大幅度的降低，使得本发明具有广阔的推广应用前景。
2.由于水溶性硅酸盐为不可燃材料，在材料中加入水溶性硅酸盐使得材料的阻燃性能得到了提高，从而使更适用于煤矿井下环境。
3.水溶性硅酸盐可与聚异氰酸酯发生固化反应，而通过配比的调整以及调凝剂、增塑剂和添加剂的掺入，改善了材料的可操作性能及力学性能，使得满足煤矿井下瓦斯封堵的需要。
4.偏铝酸碱金属盐的加入可以提高本发明封闭煤层瓦斯用高分子喷涂材料硬化后的抗压强度和抗弯强度，明显改善硬化后的封堵材料的使用性能。
5.硅酸锆和改性环糊精的加入，可以有效地提高抗拉强度和附着力，降低空气透气率。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步的详细说明。
实施例1.
A组分：
钾水玻璃，模数为2.3，20℃时的粘度为280mPa·s，密度为1.50g/cm3，其所占A组分总质量百分比为85％；
乙二醇，其所占A组分总质量百分比为10％，密度1.12g/cm3；
丙三醇，其所占A组分总质量百分比为5％。
B组分：
多亚甲基多苯基异氰酸酯，多亚甲基多苯基异氰酸酯中异氰酸酯的含量(质量百分比)为30～35％，20℃时的粘度为200mPa·s，密度为1.22g/cm3，多亚甲基多苯基异氰酸酯所占B组分总质量百分比为70％；
多亚甲基多苯基异氰酸酯的预聚物，分子量为1500～4000；多亚甲基多苯基异氰酸酯的预聚物中异氰酸酯的含量(质量百分比)为8％，40℃时的粘度为3000mPa·s，密度为1.20g/cm3，多亚甲基多苯基异氰酸酯的预聚物所占B组分总质量百分比为25％；
磷酸三丁酯，其所占B组分总质量百分比为5％。
A组分、B组分的各成分通过混合搅拌后成为两种均相的液体，使用时A组分和B组分按体积比1:1配制并喷涂在煤岩体漏风裂隙处即可。
本实施例封闭煤层瓦斯用高分子喷涂材料的抗拉强度为2.3MPa，附着力为1.7MPa，空气透气率为0.05L/s·m2【依据AQ1088-2011测试】。
实施例2.
A组分：
钠水玻璃，模数为2.5，20℃时的粘度为300mPa·s，密度为1.55g/cm3，其所占A组分总质量百分比为75％；
偏铝酸钾，其所占A组分总质量百分比为10％；
以葡萄糖为起始剂，羟值为320～360mgKOH/g的聚环氧丁烷聚醚，20℃时的粘度为360mPa·s，密度为1.08g/cm3，其所占A组分总质量百分比为10％；
以乙烯醇丁三胺为起始剂，羟值为340～380的聚环氧乙烷聚醚胺，20℃时的粘度为380mPa·s，密度为1.06g/cm3，其所占A组分总质量百分比为5％；B组分：
萘二异氰酸酯，萘二异氰酸酯中异氰酸酯的含量(质量百分比)为36～42％，20℃时的粘度为15mPa·s，密度为1.45g/cm3，萘二异氰酸酯所占B组分总质量百分比为70％；
萘二异氰酸酯的预聚物，分子量为1200～4000，萘二异氰酸酯的预聚物中异氰酸酯的含量(质量百分比)为8％，40℃时的粘度为3000mPa·s，密度为1.52g/cm3，萘二异氰酸酯的预聚物所占B组分总质量百分比为20％；
DMP-30，其所占B组分总质量百分比为6％；
亚磷酸三苯酯，其所占B组分总质量百分比为4％。
A组分、B组分的各成分通过混合搅拌后成为两种均相的液体，使用时A组分和B组分按体积比1：2配制并喷涂在煤岩体漏风裂隙处即可。
本实施例封闭煤层瓦斯用高分子喷涂材料的抗拉强度为2.4MPa，附着力为1.7MPa，空气透气率为0.05L/s·m2【依据AQ1088-2011测试】。
实施例3.
A组分：
钠水玻璃，模数为2.5，20℃时的粘度为300mPa·s，密度为1.55g/cm3，其所占A组分总质量百分比为42％；
钾水玻璃，模数为2.3，20℃时的粘度为280mPa·s，密度为1.50g/cm3，其所占A组分总质量百分比为30％；
偏铝酸钾，其所占A组分总质量百分比为2％；
偏铝酸钠，其所占A组分总质量百分比为3％；
氧化铜，其所占A组分总质量百分比为2％；
氧化锌，其所占A组分总质量百分比为3％；
以葡萄糖为起始剂，羟值为320～360mgKOH/g的聚环氧丁烷聚醚，20℃时的粘度为360mPa·s，密度为1.08g/cm3，其所占A组分总质量百分比为5％；
以乙烯醇丁三胺为起始剂，羟值为340～380的聚环氧乙烷聚醚胺，20℃时的粘度为380mPa·s，密度为1.06g/cm3，其所占A组分总质量百分比为8％；
硅酸锆粉末，过200目筛，其所占A组分总质量百分比为5％；
B组分：
萘二异氰酸酯，萘二异氰酸酯中异氰酸酯的含量(质量百分比)为36～42％，20℃时的粘度为15mPa·s，密度为1.45g/cm3，萘二异氰酸酯所占B组分总质量百分比为15％；
多亚甲基多苯基异氰酸酯的预聚物，分子量为1500～4000，多亚甲基多苯基异氰酸酯的预聚物中异氰酸酯的含量(质量百分比)为8％，40℃时的粘度为3000mPa·s，密度为1.20g/cm3，多亚甲基多苯基异氰酸酯的预聚物所占B组分总质量百分比为15％；
己二异氰酸酯的预聚物，分子量为900～2000，己二异氰酸酯的预聚物中异氰酸酯的含量(质量百分比)为6％，40℃时的粘度为2400mPa·s，密度为1.15g/cm3，己二异氰酸酯的预聚物所占B组分总质量百分比为20％；
异佛尔酮二异氰酸酯的预聚物，分子量为1200～4000，异佛尔酮二异氰酸酯的预聚物中异氰酸酯的含量(质量百分比)为10％，40℃时的粘度为3500mPa·s，密度为1.12g/cm3，异佛尔酮二异氰酸酯的预聚物所占B组分总质量百分比为10％；
硅油，其所占B组分总质量百分比为5％；
二丁基二甲氧基锡，其所占B组分总质量百分比为5％；
磷酸三丁酯，其所占B组分总质量百分比为5％；
亚磷酸三苯酯，其所占B组分总质量百分比为5％；
DMP-30，其所占B组分总质量百分比为5％；
邻苯二甲酸锂，其所占B组分总质量百分比为5％；
改性环糊精，其所占B组分总质量百分比为10％；改性环糊精的制备方法如下：乙醇和环糊精按照质量比2:1混合，60℃下搅拌2h，然后加入分子量为300-1500的聚乙二醇单环己醚，聚乙二醇单环己醚与环糊精的物质的量之比为1:1，反应5-10小时；然后升温至100℃，按照环糊精与3，5-二叔丁基-4-羟基苯胺按照质量比为3:1，将3，5-二叔丁基-4-羟基苯胺溶解于乙醇中，每克3，5-二叔丁基-4-羟基苯胺量取10mL乙醇，在搅拌下滴加3，5-二叔丁基-4-羟基苯胺的乙醇溶液，滴加完毕之后，升温至600℃，反应5-10小时，蒸干溶剂后得改性环糊精。
A组分、B组分的各成分通过混合搅拌后成为两种均相的液体，使用时A组分和B组分按体积比5：2配制并喷涂在煤岩体漏风裂隙处即可。
本实施例封闭煤层瓦斯用高分子喷涂材料的抗拉强度为3.1MPa，附着力为2.2MPa，空气透气率为0.01L/s·m2【依据AQ1088-2011测试】。
上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明创造所作的举例，而并非对本发明创造具体实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所引伸出的任何显而易见的变化或变动仍处于本发明创造权利要求的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种封闭煤层瓦斯用高分子喷涂材料，其特征在于，由A组分和B组分组成,所述A组分由水玻璃和添加剂组成，所述添加剂的质量为所述水玻璃的质量的0.05～35％；所述B组分由异氰酸酯类物质、调凝剂和增塑剂组成，所述调凝剂的质量为所述异氰酸酯类物质的质量的0.001～17％，所述增塑剂的质量为所述异氰酸酯类物质的质量的0.5～30％，A组分与B组分的体积比＝1∶10～10∶1。
2.一种封闭煤层瓦斯用高分子喷涂材料，其特征在于，由A组分和B组分组成,所述A组分由偏铝酸碱金属盐、水玻璃和添加剂组成，所述添加剂的质量为所述水玻璃的质量的0.05～35％，所述偏铝酸碱金属盐的质量为所述水玻璃的质量的0.001～5％；所述B组分由异氰酸酯类物质、调凝剂和增塑剂组成，所述调凝剂的质量为所述异氰酸酯类物质的质量的0.001～17％，所述增塑剂的质量为所述异氰酸酯类物质的质量的0.5～30％，A组分与B组分的体积比＝1∶10～10∶1。
3.一种封闭煤层瓦斯用高分子喷涂材料，其特征在于，由A组分和B组分组成,所述A组分由硅酸锆、偏铝酸碱金属盐、水玻璃和添加剂组成，所述添加剂的质量为所述水玻璃的质量的0.05～35％，所述偏铝酸碱金属盐的质量为所述水玻璃的质量的0.001～5％，所述硅酸锆的加入量为所述水玻璃的质量的1～5％；所述B组分由异氰酸酯类物质、调凝剂、增塑剂和改性环糊精组成，所述调凝剂的质量为所述异氰酸酯类物质的质量的0.001～17％，所述增塑剂的质量为所述异氰酸酯类物质的质量的0.5～30％，所述改性环糊精的加入量为所述异氰酸酯类物质的质量的1～10％，A组分与B组分的体积比＝1∶10～10∶1；改性环糊精的制备方法如下：乙醇和环糊精按照质量比(2-3):1混合，60℃下搅拌1-2h，然后加入分子量为300-1500的聚乙二醇单环己醚，聚乙二醇单环己醚与环糊精的物质的量之比为1:1，反应5-10小时；然后升温至80-100℃，按照环糊精与3，5-二叔丁基-4-羟基苯胺按照质量比为(2-3):1，将3，5-二叔丁基-4-羟基苯胺溶解于乙醇中，每克3，5-二叔丁基-4-羟基苯胺量取10mL乙醇，在搅拌下滴加3，5-二叔丁基-4-羟基苯胺的乙醇溶液，滴加完毕之后，升温至500-600℃，反应5-10小时，蒸干溶剂后得改性环糊精。
4.根据权利要求1-3任一所述的封闭煤层瓦斯用高分子喷涂材料，其特征在于，所述异氰酸酯类物质为异氰酸酯、异氰酸酯预聚物或异氰酸酯和异氰酸酯预聚物的混合物；
所述异氰酸酯为下述物质中的任意一种或任意两种及两种以上的混合物：
(1)二苯基甲烷二异氰酸酯；
(2)环己基二异氰酸酯；
(3)多亚甲基多苯基异氰酸酯；
(4)萘二异氰酸酯；
(5)甲基环己基二异氰酸酯；
(6)二环己基甲烷二异氰酸酯；
(7)己二异氰酸酯；
(8)异佛尔酮二异氰酸酯；
所述异氰酸酯预聚物为下述物质中的任意一种或任意两种及两种以上的混合物：
(a)二苯基甲烷二异氰酸酯的预聚物，分子量为1000～2000；
(b)环己基二异氰酸酯的预聚物，分子量为500～1500；
(c)多亚甲基多苯基异氰酸酯的预聚物，分子量为1500～4000；
(d)萘二异氰酸酯的预聚物，分子量为1200～4000；
(e)甲基环己基二异氰酸酯的预聚物，分子量为900～3000；
(f)二环己基甲烷二异氰酸酯的预聚物，分子量为1500～3000；
(g)己二异氰酸酯的预聚物，分子量为900～2000；
(h)异佛尔酮二异氰酸酯的预聚物，分子量为1200～4000。
5.根据权利要求1-3任一所述的封闭煤层瓦斯用高分子喷涂材料，其特征在于，所述添加剂由甲组分和/或乙组分组成，甲组分为乙二醇、三乙烯二胺、丙三醇、聚酯多元醇、聚醚多元醇和聚醚胺中的一种或多种，乙组分为粉状氧化锌和/或粉状氧化铜。
6.根据权利要求5所述的封闭煤层瓦斯用高分子喷涂材料，其特征在于，聚醚多元醇为下述物质中的任意一种或任意两种及两种以上的混合物：
(1)以木糖醇为起始剂、羟值为300～360mgKOH/g的聚环氧乙烷/环氧丙烷/环氧丁烷聚醚；
(2)以麦芽糖为起始剂、羟值为320～380mgKOH/g的聚环氧乙烷/环氧丙烷/环氧丁烷聚醚；
(3)以果糖为起始剂、羟值为300～340mgKOH/g的聚环氧乙烷/环氧丙烷/环氧丁烷聚醚；
(4)以葡萄糖为起始剂、羟值为320～360mgKOH/g的聚环氧乙烷/环氧丙烷/环氧丁烷聚醚；
聚醚胺为下述物质中的任意一种或任意两种及两种以上的混合物：
(5)以乙烯醇丁二胺为起始剂、羟值为340～380mgKOH/g的聚环氧乙烷/环氧丙烷/环氧丁烷聚醚胺；
(6)以乙烯醇丁三胺为起始剂、羟值为340～380mgKOH/g的聚环氧乙烷/环氧丙烷/环氧丁烷聚醚胺；
(7)以乙烯醇丁四胺为起始剂、羟值为340～380mgKOH/g的聚环氧乙烷/环氧丙烷/环氧丁烷聚醚胺。
7.根据权利要求1-3任一所述的封闭煤层瓦斯用高分子喷涂材料，其特征在于，所述调凝剂为硅油、改性硅油、PC-41、DMP-30、脂肪族羧酸锂盐、芳香族羧酸锂盐、叔胺类催化剂和有机金属类催化剂中的任意一种或任意两种及两种以上的混合物。
8.根据权利要求1或2所述的封闭煤层瓦斯用高分子喷涂材料，其特征在于，所述水玻璃为钠水玻璃、钾水玻璃和锂水玻璃中的任意一种、任意两种或三种，所述水玻璃的模数为1.8～3.0，所述水玻璃在20℃时的粘度为200～500mPa·s。
9.根据权利要求1-3任一所述的封闭煤层瓦斯用高分子喷涂材料，其特征在于，所述偏铝酸碱金属盐为偏铝酸锂或偏铝酸钠或偏铝酸钾或以上三种偏铝酸盐中任意两种或三种的混合物。
10.根据权利要求1-3任一所述的封闭煤层瓦斯用高分子喷涂材料，其特征在于，所述增塑剂为磷酸三甲苯酯、磷酸三丁酯和亚磷酸酯中的任意一种或任意两种及两种以上的混合物。
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