CN109385256A - 煤矿用水玻璃复合聚氨酯堵水加固材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明煤矿用水玻璃复合聚氨酯堵水加固材料及其制备方法，属于新型材料技术领域，该材料由A、B两组分组成，使用时A、B组分的体积比为(0.5～1.5):1，A、B组分按照比例混合即开始反应，反应产物固结后即形成堵水加固材料；制备方法：A组分通过称取配方量的水玻璃、聚乙二醇、助溶剂，在20～40℃下搅拌均匀、灌装密封保存；B组分通过称取配方量的聚醚多元醇、异氰酸酯1、苯磺酰氯，在70～90℃下搅拌反应1～2h，再向体系中加入配方量的异氰酸酯2、催化剂、降粘剂并搅拌均匀，封入氮气保存。本发明在取得良好的堵水、加固效果的同时，也降低了材料的成本，降低了其在使用过程中的最高反应温度，适合于高瓦斯矿井的使用。

Description

煤矿用水玻璃复合聚氨酯堵水加固材料及其制备方法
技术领域
本发明属于新型材料技术领域，具体涉及一种煤矿用水玻璃复合聚氨酯堵水加固材料及其制备方法。
背景技术
煤矿水害影响矿山工程施工的进度和质量、恶化工人的劳动环境、增加矿井的排水设施及排水费用，给煤矿生产带来不安全因素，严重者甚至发生淹井事故，从而造成生命和财产的重大损失。我国煤田水文地质条件复杂，目前我国约有18％待开采的煤炭储量受到较为严重的水害威胁，对其进行防治工作具有十分重要和十分迫切的现实意义。注浆堵水是矿井水防治的重要方法之一，具有减轻矿井排水负担、节省排水费用、降低吨煤成本、提高工效和质量、加固井巷薄弱地段减少突水机率、延长矿井服务年限等优点。
目前煤矿井巷堵水注浆材料大都选用水泥类或聚氨酯类材料，水泥类浆材主要优点是成本低、材料来源广，但由于其硬化后易收缩而产生细小裂隙，在水力冲刷下裂隙逐渐扩大，堵水效果不理想，且因其为颗粒性材料，对细小裂隙难以压入，因此其应用范围有一定的局限性。聚氨酯类浆材粘度低、可灌性好，对煤岩体的附着力很强，并且本身具有优异的耐腐蚀、耐磨、耐冲击等优良的机械性能，在堵截煤岩体裂缝内流水的同时能够对煤岩体进行加固，但其存在反应温度高(最高反应温度可达180℃)的缺点，特别在高瓦斯煤矿井下使用时存在安全隐患；另外，聚氨酯类堵水加固材料自身造价较高，也在一定程度上限制了其应用范围。
发明内容
本发明的目的是提供一种煤矿用水玻璃复合聚氨酯堵水加固材料及其制备方法，以解决上述问题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
本发明煤矿用水玻璃复合聚氨酯堵水加固材料，该材料由A、B两组分组成，使用时A、B组分的体积比为(0.5～1.5):1，A、B组分按照比例混合即开始反应，反应产物固结后即形成堵水加固材料。
A组分由以下重量份数的物质组成：水玻璃100份，聚乙二醇10～40份，助溶剂5～30份；
水玻璃为模数1.7～3.5、婆美度30～55度的钠水玻璃；聚乙二醇为分子量为200、400、600、1000、2000的聚乙二醇中的一种或几种；助溶剂为OP-10、1,3-丁二醇、乙二醇中的一种或几种。
B组分由以下重量份数的物质组成：聚醚多元醇40～50份，异氰酸酯1350～500份，异氰酸酯2300～400份，催化剂4～6份，苯甲酰氯0.01～0.04份，降粘剂5～20份。
所述的聚醚多元醇为官能度2～6，羟值300～600mgKOH/g的聚醚多元醇；所述的异氰酸酯1为聚合二苯基甲烷二异氰酸酯；
所述的异氰酸酯2为MDI-100、MDI-50、TDI-80中的一种或几种；所述的催化剂为DMDEE、DMAEE中的至少一种；
所述的降粘剂为二乙二醇丁醚、二乙二醇丁醚醋酸酯、丙二醇丁醚、二丙二醇甲醚中的一种或几种。
所述的聚醚多元醇为MN450、MN500、DL-2000、DL-3000、SA460、SA380中的一种或几种。
本发明所述的煤矿用水玻璃复合聚氨酯堵水加固材料的制备方法，
A组分的制备方法包括以下步骤：
(1)称取配方量的水玻璃、聚乙二醇、助溶剂，在20～40℃下搅拌均匀得到混合物；
(2)将上述混合物取样检测合格后灌装并密封保存，既得本发明所述的煤矿用水玻璃改性聚氨酯堵水加固材料A组分；
B组分的制备方法包括以下步骤：
(1)称取配方量的聚醚多元醇、异氰酸酯1、苯磺酰氯，在70～90℃下搅拌反应1～2h并取样化验；
(2)步骤(1)完成后，再向体系中加入配方量的异氰酸酯2、催化剂、降粘剂并搅拌均匀，体系中异氰酸酯含量为15～25％；
(3)将上述产物灌装后，封入氮气保存，既得本发明所述的煤矿用水玻璃复合聚氨酯堵水加固材料B组分。
本发明的有益效果为：本发明煤矿用水玻璃复合聚氨酯堵水加固材料及其制备方法，在取得良好的堵水、加固效果的同时，也降低了材料的成本，并且也大大降低了其在使用过程中的最高反应温度，适合于高瓦斯矿井的使用，大大提高了其使用价值。
具体实施方式
实施例1
本发明煤矿用水玻璃复合聚氨酯堵水加固材料，该材料由A、B两组分组成，使用时A、B组分的体积比为1:1，A、B组分按照比例混合即开始反应，反应产物固结后即形成堵水加固材料。
A组分由以下重量份数的物质组成：水玻璃100g、分子量为400的聚乙二醇10g、分子量为600的聚乙二醇5g、OP-102g、乙二醇9g。
本发明煤矿用水玻璃复合聚氨酯堵水加固材料，A组分制备方法：称取模数为3.2，婆美度为38度钠水玻璃100g，分子量为400的聚乙二醇10g，分子量为600的聚乙二醇5g，称取OP-102g、乙二醇9g，在30℃下搅拌均匀并取样化验合格后，既得本发明所述的煤矿用水玻璃复合聚氨酯堵水加固材料A组分。
B组分由以下重量份数的物质组成：PM200380g、MN50046g、苯磺酰氯0.02g、TDI-80125g、MDI-100200g、DMDEE 4.5g、二丙二醇甲醚7g。
本发明煤矿用水玻璃复合聚氨酯堵水加固材料，B组分制备方法：称取PM200380g、MN50046g、苯磺酰氯0.02g在75℃下搅拌反应1.5h，取样化验合格后，再加入TDI-80125g、MDI-100200g、DMDEE 4.5g、二丙二醇甲醚7g继续搅拌，搅拌均匀后灌装并封入氮气，既得本发明所述的煤矿用水玻璃复合聚氨酯堵水加固材料B组分。
将A、B组分按照体积比A:B＝1:1的比例混合反应，反应完毕后的固结物性能检测性能如下：
实施例2
本发明煤矿用水玻璃复合聚氨酯堵水加固材料，该材料由A、B两组分组成，使用时A、B组分的体积比为1.5:1，A、B组分按照比例混合即开始反应，反应产物固结后即形成堵水加固材料。
A组分由以下重量份数的物质组成：水玻璃100g、分子量为400的聚乙二醇12g、分子量为600的聚乙二醇3g、1,3-丁二醇2g、乙二醇9g。
本发明煤矿用水玻璃复合聚氨酯堵水加固材料，A组分制备方法：称取模数为3.2，婆美度为38度钠水玻璃100g，分子量为400、1000的聚乙二醇各12g、3g，称取1,3-丁二醇2g、乙二醇10g，在20℃下搅拌均匀并取样化验合格后，既得本发明所述的煤矿用水玻璃复合聚氨酯堵水加固材料A组分。
B组分由以下重量份数的物质组成：PM200450g、MN50035g、DL-200016g、苯磺酰氯0.02g、TDI-80100g、MDI-100250g、DMDEE 4.5g、二丙二醇甲醚7g。
本发明煤矿用水玻璃复合聚氨酯堵水加固材料，B组分制备方法：称取PM200450g、MN50035g、DL-200016g、苯磺酰氯0.02g在70℃下搅拌反应1.0h，取样化验合格后，再加入TDI-80100g、MDI-100250g、DMDEE 4.5g、二丙二醇甲醚7g继续搅拌，搅拌均匀后灌装并封入氮气，既得本发明所述的煤矿用水玻璃复合聚氨酯堵水加固材料A组分。
将A、B组分按照体积比A:B＝1:1的比例混合反应，反应完毕后的固结物性能检测性能如下：
实施例3
本发明煤矿用水玻璃复合聚氨酯堵水加固材料，该材料由A、B两组分组成，使用时A、B组分的体积比为0.5:1，A、B组分按照比例混合即开始反应，反应产物固结后即形成堵水加固材料。
A组分由以下重量份数的物质组成：水玻璃100g、分子量为400的聚乙二醇10g、分子量为600的聚乙二醇5g、OP-102g、乙二醇9g。
本发明煤矿用水玻璃复合聚氨酯堵水加固材料，A组分制备方法：称取模数为2.8，婆美度为42度钠水玻璃100g，分子量为400、600的聚乙二醇各10g、5g，称取OP-102g、乙二醇9g，在40℃下搅拌均匀并取样化验合格后，既得本发明所述的煤矿用水玻璃复合聚氨酯堵水加固材料A组分。
B组分由以下重量份数的物质组成：PM200400g、MN50025g、DL-200011g、SA4605g、苯磺酰氯0.02g、MDI-100360g、DMDEE 5g二丙二醇甲醚7g。
本发明煤矿用水玻璃复合聚氨酯堵水加固材料，B组分制备方法：称取PM200400g、MN50025g、DL-200011g、SA4605g、苯磺酰氯0.02g在90℃下搅拌反应2.0h，取样化验合格后，再加入MDI-100360g、DMDEE 5g二丙二醇甲醚7g继续搅拌，搅拌均匀后灌装并封入氮气，既得本发明所述的煤矿用水玻璃复合聚氨酯堵水加固材料B组分。
将A、B组分按照体积比A:B＝0.5:1的比例混合反应，反应完毕后的固结物性能检测性能如下：
通过以上实施例可以看出，改变A组分各组分的用量以及B组分中聚醚多元醇与异氰酸酯的种类及配比，可以控制改材料的发泡倍率、反应时间及固结物强度。上述实施例的作用在于说明本发明的实质性内容，但并不以此限定本发明的保护范围。本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和保护范围。

Claims (7)

1.一种煤矿用水玻璃复合聚氨酯堵水加固材料，其特征在于，该材料由A、B两组分组成，使用时A、B组分的体积比为(0.5～1.5):1，A、B组分按照比例混合即开始反应，反应产物固结后即形成堵水加固材料。
2.根据权利要求1所述的煤矿用水玻璃复合聚氨酯堵水加固材料，其特征在于，A组分由以下重量份数的物质组成：水玻璃100份，聚乙二醇10～40份，助溶剂5～30份。
3.根据权利要求2所述的煤矿用水玻璃复合聚氨酯堵水加固材料，其特征在于，水玻璃为模数1.7～3.5、婆美度30～55度的钠水玻璃；聚乙二醇为分子量为200、400、600、1000、2000的聚乙二醇中的一种或几种；助溶剂为OP-10、1,3-丁二醇、乙二醇中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的煤矿用水玻璃复合聚氨酯堵水加固材料，其特征在于，B组分由以下重量份数的物质组成：聚醚多元醇40～50份，异氰酸酯1350～500份，异氰酸酯2300～400份，催化剂4～6份，苯甲酰氯0.01～0.04份，降粘剂5～20份。
5.根据权利要求4所述的煤矿用水玻璃复合聚氨酯堵水加固材料，其特征在于，所述的聚醚多元醇为官能度2～6，羟值300～600mgKOH/g的聚醚多元醇；所述的异氰酸酯1为聚合二苯基甲烷二异氰酸酯；所述的异氰酸酯2为MDI-100、MDI-50、TDI-80中的一种或几种；所述的催化剂为DMDEE、DMAEE中的至少一种；所述的降粘剂为二乙二醇丁醚、二乙二醇丁醚醋酸酯、丙二醇丁醚、二丙二醇甲醚中的一种或几种。
6.根据权利要求5所述的煤矿用水玻璃复合聚氨酯堵水加固材料，其特征在于，所述的聚醚多元醇为MN450、MN500、DL-2000、DL-3000、SA460、SA380中的一种或几种。
7.一种根据权利要求1-6任一所述的煤矿用水玻璃复合聚氨酯堵水加固材料的制备方法，其特征在于：
A组分的制备方法包括以下步骤：
(1)称取配方量的水玻璃、聚乙二醇、助溶剂，在20～40℃下搅拌均匀得到混合物；
(2)将上述混合物取样检测合格后灌装并密封保存，既得本发明所述的煤矿用水玻璃改性聚氨酯堵水加固材料A组分；
B组分的制备方法包括以下步骤：
(1)称取配方量的聚醚多元醇、异氰酸酯1、苯磺酰氯，在70～90℃下搅拌反应1～2h并取样化验；
(2)步骤(1)完成后，再向体系中加入配方量的异氰酸酯2、催化剂、降粘剂并搅拌均匀，体系中异氰酸酯含量为15～25％；
(3)将上述产物灌装后，封入氮气保存，既得本发明所述的煤矿用水玻璃复合聚氨酯堵水加固材料B组分。
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