CN109280150A - 聚氨酯泡沫材料、聚氨酯泡沫材料制备方法及填塞方法 - Google Patents

聚氨酯泡沫材料、聚氨酯泡沫材料制备方法及填塞方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种聚氨酯泡沫材料、聚氨酯泡沫材料制备方法及填塞方法，上述聚氨酯泡沫材料包括：微胶囊包覆催化剂，0.1～2质量份；聚酯多元醇和/或聚醚多元醇，10～60质量份；泡沫稳定剂，0.5～3质量份；阻燃剂，1～20质量份；多异氰酸酯，30～100质量份；发泡剂，5～40质量份。根据本发明提供的聚氨酯材料的固化时间短，满足爆破炮孔填塞施工的要求。上述泡沫材料及制备方法和填塞方法操作简单、方便，尤其是向炮孔中填塞上述泡沫材料的方法，现场实用性强，特别适合隧道开挖、建筑物拆除、井巷垂直炮孔和水下爆破等小直径炮孔的封堵。

Description

聚氨酯泡沫材料、聚氨酯泡沫材料制备方法及填塞方法
技术领域
本发明涉及爆破技术领域，特别是涉及一种聚氨酯泡沫材料、聚氨酯泡沫材料制备方法及填塞方法。
背景技术
目前，地下隧洞爆破开挖常采用无填塞爆破，即用炸药代替填塞材料，即便用炮泥进行填塞，由于施工现场炮泥取材十分受限，人工填塞炮泥费时费工，影响爆破效率和施工进度，且遇到炮孔裂隙水较多，炮泥泡稀变软，起不到密封效果。
传统单组份聚氨酯的原理为聚氨酯材料容器中喷出后与环境中的水份缓慢反应，一般需要4-5小时表干，24小时以上完全固化，强度上升缓慢，向聚氨酯原材料中添加催化剂，由于催化剂与多元醇和异氰酸酯接触，会催化聚氨酯反应，使材料固化、失效。
发明内容
本发明提供了一种聚氨酯泡沫材料、聚氨酯泡沫材料制备方法及填塞方法以克服上述问题或者至少部分地解决上述问题。
根据本发明的一个方面，提供了一种聚氨酯泡沫材料，包括：
微胶囊包覆催化剂，0.1～2质量份；聚酯多元醇和/或聚醚多元醇，10～60质量份；泡沫稳定剂，0.5～3质量份；阻燃剂，1～20质量份；多异氰酸酯，30～100质量份；发泡剂，5～40质量份。
可选地，所述微胶囊包覆催化剂包括聚甲基丙烯酸甲酯包覆二吗啉二乙基醚、N,N二甲基环己胺、五甲基二亚乙基三胺、二甲氨基乙氧基乙醇、N,N-二甲基苄胺的一种或多种。
可选地，将所述二吗啉二乙基醚、N,N二甲基环己胺、五甲基二亚乙基三胺、二甲氨基乙氧基乙醇、N,N-二甲基苄胺的一种或多种分散在所述聚甲基丙烯酸甲酯中，采用油相分离法得到所述微胶囊包覆催化剂。
可选地，所述聚酯多元醇和/或聚醚多元醇的官能度为2-5，羟值为20-600mgKOH/g。
可选地，所述聚酯多元醇和/或聚醚多元醇的羟值为200-300mgKOH/g。
可选地，所述发泡剂包括二甲醚、丙丁烷、1,1,1,2-四氟乙烷、二氯二氟甲烷、1,3,3,3-四氟丙烯中的一种或多种；
所述多异氰酸酯包括甲苯二异氰酸酯、多苯基甲烷多异氰酸酯、苯酚封闭二苯基甲烷二异氰酸酯、多苯基多亚甲基多异氰酸酯中的一种或多种；
所述阻燃剂包括三溴新戊醇、三溴新戊二醇、四溴邻苯二甲酸酯二醇、磷酸三乙酯、三(2-氯丙基)磷酸酯、甲基膦酸二甲酯中的一种或多种；
所述泡沫稳定剂包括聚硅氧烷-氧化烯烃接枝共聚物；
所述聚酯多元醇包括聚己内酯多元醇、聚邻苯二甲酸二乙二醇中的一种或多种；
所述聚醚多元醇包括聚氧化丙烯醚多元醇、聚四氢呋喃多元醇中的一种或多种。
根据本发明的另一个方面，提供了一种制备上述任一项所述的聚氨酯泡沫材料的方法，包括：
将所述微胶囊包覆催化剂、聚酯多元醇和/或聚醚多元醇、泡沫稳定剂、阻燃剂按预设比例混合均匀，得到多元醇组合料；
将所述多元醇组合料和所述多异氰酸酯一次灌入气雾罐中，并压上阀门；
将所述发泡剂冲入所述气雾罐中，得到聚氨酯泡沫材料。
可选地，所述微胶囊包覆催化剂的质量为所述多元醇组合料质量的0.12％-2.00％；
所述聚酯多元醇和/或聚醚多元醇的质量为所述多元醇组合料质量的11.80-60.00％；
所述发泡剂的质量为所述多元醇组合料质量的5.90-40.00％。
可选地，所述聚氨酯泡沫材料的表干时间为4min～10min，30min抗剪强度≥0.1MPa，30min抗压强度≥0.1MPa，膨胀率为3～5倍，氧指数≥26％，在20％～100％中的湿度中均可固化，反应最高温度≤25℃。
根据本发明的再一个方面，提供了一种向炮孔中填塞上述任一项所述的聚氨酯泡沫材料的方法，包括：
炮孔吹孔完毕后，将炸药卷安装到位，引出雷管脚线；
按预设的填塞长度选用相应的喷枪，并与装有聚氨酯泡沫材料的气雾罐连接；
摇动所述气雾罐的罐体，将聚氨酯泡沫材料混合均匀；
通过所述气雾罐，沿炮孔由里而外喷入所述聚氨酯泡沫材料；
所述聚氨酯泡沫材料与空气中的水分开始反应，发泡膨胀，固化后与所述炮孔的孔壁紧密粘接，完成填塞。
本发明实施例提供了一种聚氨酯泡沫材料、聚氨酯泡沫材料制备方法及填塞方法，其中聚氨酯泡沫材料采用如下原料制备：微胶囊包覆催化剂、聚酯多元醇、聚醚多元醇、泡沫稳定剂、阻燃剂、多异氰酸酯、发泡剂。在本发明中，将催化剂微胶囊包覆在聚甲基丙烯酸甲酯的膜材料内，当材料从气雾罐中喷出时微胶囊膜受剪切破坏，聚氨酯材料的固化时间短，满足爆破炮孔填塞施工的要求。上述泡沫材料及制备方法和填塞方法操作简单、方便，尤其是向炮孔中填塞上述泡沫材料的方法，现场实用性强，特别适合隧道开挖、建筑物拆除、井巷垂直炮孔和水下爆破等小直径炮孔的封堵。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
具体实施方式
下面将更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然下文记载了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
本发明实施例提供了一种聚氨酯泡沫材料，包括：微胶囊包覆催化剂，0.1～2质量份；聚酯多元醇和/或聚醚多元醇，10～60质量份；泡沫稳定剂，0.5～3质量份；阻燃剂，1～20质量份；多异氰酸酯，30～100质量份；发泡剂，5～40质量份。
基于本发明实施例提供的上述各成分按比例混合后的聚氨酯泡沫材料，具有温升较低、无毒、耐高温、高阻燃性等优点。而且，上述聚氨酯泡沫材料可单组分快速固化，其受环境湿度影响小、保质期长、使用方便，相较于传统的单组份聚氨酯泡沫材料，本发明实施例提供的聚氨酯泡沫材料在具有固化时间短的同时还可以延长保质期。上述聚氨酯材料专为炮孔填塞而研制，并经过力学性能检测、阻燃性能检测、反应放热性能检测和静电性能检测，确保其与炸药、雷管接触的安全性，并对导爆管的传爆性不会造成影响。
优选地，微胶囊包覆催化剂可以包括聚甲基丙烯酸甲酯包覆二吗啉二乙基醚、N,N二甲基环己胺、五甲基二亚乙基三胺、二甲氨基乙氧基乙醇、N,N-二甲基苄胺的一种或多种。在制备微胶囊包覆催化剂时，可以将上述二吗啉二乙基醚、N,N二甲基环己胺、五甲基二亚乙基三胺、二甲氨基乙氧基乙醇、N,N-二甲基苄胺的一种或多种分散在聚甲基丙烯酸甲酯中，采用油相分离法即可得到微胶囊包覆催化剂，催化剂可以起到催化反应的作用，当然，具有与上述组分类似特性的材料也可以采用，本发明不做限定。
聚酯多元醇和/或聚醚多元醇的官能度优选为2-5，羟值为20-600mgKOH/g，其中，羟值特别优选200-300mgKOH/g。在实际应用中，聚酯多元醇和聚醚多元醇可以单独使用其中的一种多元醇，也可以集中多元醇混合使用，本发明不做限定。其中，聚酯多元醇可以包括聚己内酯多元醇、聚邻苯二甲酸二乙二醇中的一种或多种，聚醚多元醇可以包括聚氧化丙烯醚多元醇、聚四氢呋喃多元醇中的一种或多种。而多异氰酸酯可以包括甲苯二异氰酸酯(TDI，Toluene-2,4-diisocyanate或2,4-tolylene diisocyanate)、多苯基甲烷多异氰酸酯、苯酚封闭二苯基甲烷二异氰酸酯、多苯基多亚甲基多异氰酸酯中的一种或多种。多异氰酸酯和多元醇进行反应，可以起到骨架作用。在实际应用中，能够实现上述效果还可以有其他材料，此处不一一赘述。
可选地，发泡剂可以包括二甲醚、丙丁烷、1,1,1,2-四氟乙烷、二氯二氟甲烷、1,3,3,3-四氟丙烯中的一种或多种。发泡剂可以在反应过程中使得聚氨酯泡沫材料发泡。阻燃剂可以包括三溴新戊醇、三溴新戊二醇、四溴邻苯二甲酸酯二醇、磷酸三乙酯、三(2-氯丙基)磷酸酯、甲基膦酸二甲酯中的一种或多种，在聚氨酯泡沫材料中添加阻燃剂可以提高材料的阻燃性能。泡沫稳定剂可以包括聚硅氧烷-氧化烯烃接枝共聚物，其可以起到在反应过程中稳定泡沫的作用。
以上介绍了本发明实施例的聚氨酯泡沫材料各组分所可能包括的材料，当然，只要可达到上述效果的材料均可采用，本发明不做限定。
本发明实施例提供的聚氨酯泡沫材料，先将聚氨酯反应用的催化剂先用膜材料进行微胶囊包覆，再加入聚氨酯的原材料中，材料储存过程中由于微胶囊膜材料的存在，多元醇与异氰酸酯不反应，材料储存稳定；在使用过程中催化剂表面的膜材料会因为受到剪切而释放，加快聚氨酯材料的固化速度，缩短了聚氨酯材料固化时间，提升使用效率。另外，单组分聚氨酯材料喷出后迅速膨胀，对无规则泡孔也能实现有效封堵。
本发明实施例还提供了一种制备上述聚氨酯泡沫材料的方法，包括：
步骤S102，将微胶囊包覆催化剂、聚酯多元醇和/或聚醚多元醇、泡沫稳定剂、阻燃剂按预设比例混合均匀，得到多元醇组合料；
步骤S104，将多元醇组合料和多异氰酸酯一次灌入气雾罐中，并压上阀门；
步骤S106，将发泡剂冲入气雾罐中，得到聚氨酯泡沫材料。
在本发明实施例中，微胶囊包覆催化剂的质量优选为多元醇组合料质量的0.12％-2.00％；聚酯多元醇和/或聚醚多元醇的质量优选为多元醇组合料质量的11.80-60.00％；发泡剂的质量优选为多元醇组合料质量的5.90-40.00％。
将上述各组分材料混合后得到的聚氨酯泡沫材料，表干时间为4min～10min，30min抗剪强度≥0.1MPa，30min抗压强度≥0.1MPa，膨胀率为3～5倍，氧指数≥26％，在20％～100％中的湿度中均可固化，反应最高温度≤25℃。
下面通过几个优选实施例对上述实施例进行说明。
实施例1
按表1中各组分比例将微胶囊包覆催化剂、聚邻苯二甲酸二乙二醇、三(2-氯丙基)磷酸酯等组分混合均匀，制得组合多元醇；按比例将组合多元醇、以多苯基多亚甲基多异氰酸酯为多异氰酸酯依次加入气雾罐中，压上阀门，将二甲醚冲入气雾罐中，摇动混合1分钟，放置24小时后测试产品性能，如表2。
如果在上述实施例中不添加微胶囊包覆催化剂，而利用空气中的水蒸气对聚氨酯进行固化，则测得的表干时间为1800s，固化时间为24小时。由此可知，根据本发明实施例提供的添加有微胶囊包覆催化剂的聚氨酯泡沫材料的表干时间和固化时间大大缩短。
实施例2-4
按照表1所列的配方，工艺过程同实施例1。实施例2-4通过改变组合多元醇的种类和用量，使用不同类型多元醇，得的不同性能的产品，如表2。
表1
表2
实施例编号 1 2 3 4
表干时间/s 570 400 250 240
固化时间/min 31 29 24 20
最高反应温度/℃ 19 19 21 23
30min抗剪强度/MPa 0.14 0.15 0.17 0.17
30min抗压强度/MPa 0.20 0.22 0.25 0.27
体积膨胀率/倍 3 4 4 5
氧指数/％ 26 26 27 28
通过上述实施例不同材料配比的聚氨酯泡沫材料的性能测试可以看出，基于本发明实施例提供的聚氨酯泡沫材料制备方法所获得的聚氨酯泡沫材料具体如下优点：单组分快速固化、受环境湿度影响小、保质期长、阻燃、使用方便，不仅可以保证单组份聚氨酯泡沫材料固化时间短，而且还可以保证聚氨酯泡沫材料的保质期更长。
进一步地，本发明实施例还提供了一种向炮孔中填塞上述泡沫材料的方法，包括：
步骤S202，炮孔吹孔完毕后，将炸药卷安装到位，引出雷管脚线；
步骤S204，按预设的填塞长度选用相应的喷枪，并与装有聚氨酯泡沫材料的气雾罐连接；
步骤S206，摇动气雾罐的罐体，将聚氨酯泡沫材料混合均匀；
步骤S208，通过气雾罐，沿炮孔由里而外喷入聚氨酯泡沫材料；
步骤S210，聚氨酯泡沫材料与空气中的水分开始反应，发泡膨胀，固化后与炮孔的孔壁紧密粘接，完成填塞。
基于本实施例提供的向炮孔中填塞上述泡沫材料的方法，吹孔完毕后，将炸药卷安装到位，引出雷管脚线；按预设的填塞长度选用相应的喷枪，喷枪与气雾罐连接；摇动罐体，将气雾罐中的聚氨酯泡沫材料混合均匀；随后沿炮孔由里而外缓慢地喷入聚氨酯材料；聚氨酯泡沫材料膨胀固化后会与孔壁紧密粘接，进而实现炮孔封堵。
优选地，向炮孔中注入聚氨酯泡沫材料时，可以优先注入预设填塞长度的85％；待物料开始反应，发泡膨胀后，利用自身膨胀充满剩余的15％。当然，向炮孔中注入聚氨酯泡沫材料的长度与预设填塞长度的比例可以根据不同的情况进行相应的改变，本发明不做限定。
本发明实施例提供的向炮孔中填塞上述泡沫材料的方法，只需单手按压喷枪按照导管长度向炮孔内填充聚氨酯发泡材料，该方法操作简捷，填塞时间约为3-5s，与传统的炮泥填塞相比效率提高90％以上。并且本发明实施例提供的聚氨酯泡沫材料不仅具有高膨胀率，对不同形状的炮孔都可实现充实填塞，保证设计要求的填塞长度，有效封堵炮孔。进一步地，其表干、固化时间短，可以满足正常爆破施工工序流程要求。而且材料固化后与孔壁的粘接力明显大于炮泥与孔壁的摩擦力，可以提高填塞质量，降低炸药单耗，从而降低爆破成本。并且材料温升较低，无毒，耐高温，高阻燃性，能避免爆破瞬间造成泡沫体燃烧。
上述聚氨酯材料专为炮孔填塞而研制，并经过力学性能检测、阻燃性能检测、反应放热性能检测和静电性能检测，确保其与炸药、雷管接触的安全性，并对导爆管的传爆性不会造成影响。
在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。
此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。
至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (10)

1.一种聚氨酯泡沫材料，包括：
微胶囊包覆催化剂，0.1～2质量份；聚酯多元醇和/或聚醚多元醇，10～60质量份；泡沫稳定剂，0.5～3质量份；阻燃剂，1～20质量份；多异氰酸酯，30～100质量份；发泡剂，5～40质量份。
2.根据权利要求1所述的聚氨酯泡沫材料，其中，所述微胶囊包覆催化剂包括聚甲基丙烯酸甲酯包覆二吗啉二乙基醚、N,N二甲基环己胺、五甲基二亚乙基三胺、二甲氨基乙氧基乙醇、N,N-二甲基苄胺的一种或多种。
3.根据权利要求2所述的聚氨酯泡沫材料，其中，将所述二吗啉二乙基醚、N,N二甲基环己胺、五甲基二亚乙基三胺、二甲氨基乙氧基乙醇、N,N-二甲基苄胺的一种或多种分散在所述聚甲基丙烯酸甲酯中，采用油相分离法得到所述微胶囊包覆催化剂。
4.根据权利要求2所述的聚氨酯泡沫材料，其中，所述聚酯多元醇和/或聚醚多元醇的官能度为2-5，羟值为20-600mgKOH/g。
5.根据权利要求4所述的泡沫材料，其中，所述聚酯多元醇和/或聚醚多元醇的羟值为200-300mgKOH/g。
6.根据权利要求1所述的聚氨酯泡沫材料，其中，
所述发泡剂包括二甲醚、丙丁烷、1,1,1,2-四氟乙烷、二氯二氟甲烷、1,3,3,3-四氟丙烯中的一种或多种；
所述多异氰酸酯包括甲苯二异氰酸酯、多苯基甲烷多异氰酸酯、苯酚封闭二苯基甲烷二异氰酸酯、多苯基多亚甲基多异氰酸酯中的一种或多种；
所述阻燃剂包括三溴新戊醇、三溴新戊二醇、四溴邻苯二甲酸酯二醇、磷酸三乙酯、三(2-氯丙基)磷酸酯、甲基膦酸二甲酯中的一种或多种；
所述泡沫稳定剂包括聚硅氧烷-氧化烯烃接枝共聚物；
所述聚酯多元醇包括聚己内酯多元醇、聚邻苯二甲酸二乙二醇中的一种或多种；
所述聚醚多元醇包括聚氧化丙烯醚多元醇、聚四氢呋喃多元醇中的一种或多种。
7.一种制备权利要求1-6任一项所述的聚氨酯泡沫材料的方法，包括：
将所述微胶囊包覆催化剂、聚酯多元醇和/或聚醚多元醇、泡沫稳定剂、阻燃剂按预设比例混合均匀，得到多元醇组合料；
将所述多元醇组合料和所述多异氰酸酯一次灌入气雾罐中，并压上阀门；
将所述发泡剂冲入所述气雾罐中，得到聚氨酯泡沫材料。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述微胶囊包覆催化剂的质量为所述多元醇组合料质量的0.12％-2.00％；
所述聚酯多元醇和/或聚醚多元醇的质量为所述多元醇组合料质量的11.80-60.00％；
所述发泡剂的质量为所述多元醇组合料质量的5.90-40.00％。
9.根据权利要求7所述的方法，其中，所述聚氨酯泡沫材料的表干时间为4min～10min，30min抗剪强度≥0.1MPa，30min抗压强度≥0.1MPa，膨胀率为3～5倍，氧指数≥26％，在20％～100％中的湿度中均可固化，反应最高温度≤25℃。
10.一种向炮孔中填塞上述权利要求1-6任一项所述的聚氨酯泡沫材料的方法，包括：
炮孔吹孔完毕后，将炸药卷安装到位，引出雷管脚线；
按预设的填塞长度选用相应的喷枪，并与装有聚氨酯泡沫材料的气雾罐连接；
摇动所述气雾罐的罐体，将聚氨酯泡沫材料混合均匀；
通过所述气雾罐，沿炮孔由里而外喷入所述聚氨酯泡沫材料；
所述聚氨酯泡沫材料与空气中的水分开始反应，发泡膨胀，固化后与所述炮孔的孔壁紧密粘接，完成填塞。
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