CN110790892A - 煤矿用硅酸盐聚氨酯复合加固材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于煤矿加固材料领域，具体涉及一种煤矿用硅酸盐聚氨酯复合加固材料及其制备方法，所述的加固材料由A组分和B组分制成，其中：A组分由硅酸盐溶液、泡沫稳定剂、乳化剂、催化剂、多羟基化合物和聚醚多元醇组成；B组分由PAPI、增塑剂、聚醚多元醇和降粘剂组成。本发明采用全新有机和无机的复合材料，具有良好的机械强度、粘结强度、稳定性及高阻燃性，改善无机加固材料的不稳定性。同时本发明还提供其制备方法。

Description

煤矿用硅酸盐聚氨酯复合加固材料及其制备方法
技术领域
本发明属于煤矿加固材料领域，具体涉及一种煤矿用硅酸盐聚氨酯复合加固材料及其制备方法。
背景技术
我国是煤炭生产大国，随着经济的快速发展，工业生产对煤炭的需要随之增加。一方面许多大型、高产高效的煤矿大量投产，另一方面已经开采的煤矿的采煤深度一步加大。但是煤矿开采会遇到各种各样的特殊地质灾害，如断裂带、破碎松散围岩区、裂隙发育带等，造成冒顶、塌方等安全事故，不仅影响煤矿开采效率，更为严重的是会威胁井下工作人员的生命安全。通过使用灌浆材料，可以消除矿井安全隐患，保障生产安全和生产效率。当前，聚氨酯灌浆材料因其具有粘度适中、凝结时间可调、反应速度快、力学性能好、施工简单等优点，被广泛应用于煤矿生产中去。但传统的聚氨酯灌浆材料在灌浆过程中也存在一些缺点，例如成本高、阻燃性不足、抗静电性能差等，因此，寻找可以作为聚氨酯灌浆材料的替代品的必要性凸显出来。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种煤矿用硅酸盐聚氨酯复合加固材料，采用全新的无机硅酸盐和有机聚氨酯复合材料组合而成，在具有传统聚氨酯灌浆材料技术特点的基础上，有效的降低了成本，提高了产品阻燃性能和抗静电性能，同时，针对硅酸盐固化在固化过程中的不稳定性提供了有效的解决办法，提高了材料在使用过程中的稳定性。
本发明所述的煤矿用硅酸盐聚氨酯复合加固材料，其特征在于：由A组分和B组分制成，其中：
A组分为，以重量份数计：
Figure BDA0002251111020000011
B组分为，以重量份数计：
Figure BDA0002251111020000021
所述的硅酸盐溶液为硅酸钾溶液或硅酸钠溶液，模数为2.0～3.0，优选2.2～2.5，波美度为40°～50°，优选44°～47°。
所述的泡沫稳定剂为AK-158、AK-8803或AK-8805中的一种或两种以上。泡沫稳定剂的加入，可使A组分与B组分在混合后的整体空间内，释放二氧化碳的速度和二氧化碳气体的分布更加均匀，避免局部二氧化碳气体过多，出现发泡现象，保障了材料的力学性能的稳定性。
所述的乳化剂为丁二醇、丙三醇、异丙醇或1,4-丁二醇中的一种或两种以上。本发明选用的催化剂无法完全溶解在硅酸盐溶液中，需要乳化剂作为助溶剂提高两者的互溶性，醇类与硅酸盐溶液和催化剂均有良好的互溶性，经过筛选发现，丁二醇、丙三醇、异丙醇、1,4-丁二醇等几种醇效果最好，可以使硅酸盐溶液和催化剂完美互溶，形成均一稳定状态。
所述的多羟基化合物为多羟基酮或多羟基醛，优选5羟基酮或5羟基醛。多羟基化合物的加入，尤其是多羟基醛或多羟基酮的加入，硅酸盐溶液在于异氰酸酯反应过程中会释放出大量的二氧化碳气体，二氧化碳气体与硅酸盐进一步反应生成碳酸盐和碳酸氢盐，碳酸盐和碳酸氢盐在一定程度上影响了加固材料的整体稳定性和力学性能，在长期放置或承压的环境里会有一部分析出，导致加固材料的性能下降，而多羟基醛和多羟基酮可以较好的减缓此过程，延长材料的使用时限，提高其稳定性。
所述的聚醚多元醇为以丙三醇为起始剂，官能度为2～3，羟值为100～450mgKOH/g的聚醚多元醇。B组分中聚醚多元醇的加入，提高了加固材料整体的力学性能，包括抗压强度、粘结强度、拉伸强度等。
所述的催化剂为二甲氨基乙氧基乙醇。
所述的增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯。B组分中增塑剂的加入，提高了两组分的流动性及加固材料的韧性，改善了材料硬而脆的情况，在灌浆过程中也可以更好的渗透到煤矿的裂隙中。
所述的降粘剂为碳酸丙烯酯。
本发明所述的煤矿用硅酸盐聚氨酯复合加固材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将硅酸盐溶液、泡沫稳定剂、乳化剂、多羟基化合物和聚醚多元醇按比例混合均匀后，得到A组分；
(2)将PAPI、增塑剂、聚醚多元醇和降粘剂按比例混合均匀后，得到B组分；
(3)使用时，将A组分和B组分按体积比为1:1进行灌浆即可。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1、本发明A、B组分流动性好，可有效的渗入到煤矿裂隙的深层。
2、本发明A组分中乳化剂的加入，使材料外观清澈透明，长时间储存不分层浑浊，稳定性极佳。
3、本发明A组分中加入了多羟基化合物，提高了两组分在灌浆比例波动较大情况下的材料性能稳定性，进一步提高了产品实用性。
4、本发明A组分中加入泡沫稳定剂，使材料在使用过程中，能够反应均匀，有效避免了发泡及粉化现象的发生。
5、本发明B组分中增塑剂和聚醚多元醇的加入，提高了材料的各项力学性能。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明。
实施例中用到的所有原料除特殊说明外，均为市购。
实施例1
所述的煤矿用硅酸盐聚氨酯复合加固材料，由A组分和B组分制成，其中：
A组分为，以重量份数计：
Figure BDA0002251111020000031
B组分为，以重量份数计：
Figure BDA0002251111020000032
所述的硅酸钠溶液模数为2.4，波美度48°；聚醚多元醇以丙三醇为起始剂，官能度为3，羟值为450mgKOH/g的聚醚多元醇。
制备方法，包括以下步骤：
(1)将硅酸钠溶液、AK-8805、丙三醇、葡萄糖、聚醚多元醇和二甲氨基乙氧基乙醇按比例混合均匀后，得到A组分；
(2)将PAPI、邻苯二甲酸二辛酯、聚醚多元醇和碳酸丙烯酯按比例混合均匀后，得到B组分；
使用时，按照A组分和B组分体积比为1:1进行灌浆即可。
实施例2
所述的煤矿用硅酸盐聚氨酯复合加固材料，由A组分和B组分制成，其中：
A组分为，以重量份数计：
Figure BDA0002251111020000041
B组分为，以重量份数计：
Figure BDA0002251111020000042
所述的硅酸钠溶液模数为2.6，波美度45°；聚醚多元醇以丙三醇为起始剂，官能度为3，羟值为400的聚醚多元醇。
制备方法，包括以下步骤：
(1)将硅酸钠溶液、AK-8805、丙三醇、乙二醇、麦芽糖、聚醚多元醇和二甲氨基乙氧基乙醇按比例混合均匀后，得到A组分；
(2)将PAPI、邻苯二甲酸二辛酯、聚醚多元醇和碳酸丙烯酯按比例混合均匀后，得到B组分；
使用时，按照A组分和B组分体积比为1:1进行灌浆即可。
实施例3
所述的煤矿用硅酸盐聚氨酯复合加固材料，由A组分和B组分制成，其中：
A组分为，以重量份数计：
Figure BDA0002251111020000051
B组分为，以重量份数计：
所述的硅酸钾溶液模数为2.8，波美度44°；聚醚多元醇以乙二醇为起始剂，官能度为2，羟值为100的聚醚多元醇。
制备方法，包括以下步骤：
(1)将硅酸钾溶液、AK-158、丙三醇、葡萄糖、聚醚多元醇和二甲氨基乙氧基乙醇按比例混合均匀后，得到A组分；
(2)将PAPI、邻苯二甲酸二辛酯、聚醚多元醇和碳酸丙烯酯按比例混合均匀后，得到B组分；
使用时，按照A组分和B组分体积比为1:1进行灌浆即可。
对比例1
现阶段，市售煤矿用加固材料以硅酸钠溶液和PAPI为主要成分，其中
A组分为，以重量份数计：
硅酸钠溶液 90份
丙三醇 10份
二甲氨基乙氧基乙醇 0.2份；
B组分为，以重量份数计：
PAPI 80份
邻苯二甲酸二辛酯 15份；
制备方法，包括以下步骤：
(1)将硅酸钠溶液、丙三醇和二甲氨基乙氧基乙醇醇按比例混合均匀后，得到A组分；
(2)将PAPI和邻苯二甲酸二辛酯按比例混合均匀后，得到B组分；
使用时，按照A组分和B组分体积比为1:1进行灌浆即可。
将实施例1-3和对比例1进行性能测试，具体指标见表1。
Figure BDA0002251111020000061
表1
当然，上述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定对本发明的实施例范围。本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所作出的均等变化与改进等，均应归属于本发明的专利涵盖范围内。

Claims (10)

1.一种煤矿用硅酸盐聚氨酯复合加固材料，其特征在于：由A组分和B组分制成，其中：
A组分为，以重量份数计：
Figure FDA0002251111010000011
B组分为，以重量份数计：
Figure FDA0002251111010000012
2.根据权利要求1所述的煤矿用硅酸盐聚氨酯复合加固材料，其特征在于：所述的硅酸盐溶液为硅酸钾溶液或硅酸钠溶液，模数为2.0～3.0，波美度为40°～50°。
3.根据权利要求1所述的煤矿用硅酸盐聚氨酯复合加固材料，其特征在于：所述的泡沫稳定剂为AK-158、AK-8803或AK-8805中的一种或两种以上。
4.根据权利要求1所述的煤矿用硅酸盐聚氨酯复合加固材料，其特征在于：所述的乳化剂为丁二醇、丙三醇、异丙醇或1,4-丁二醇中的一种或两种以上。
5.根据权利要求1所述的煤矿用硅酸盐聚氨酯复合加固材料，其特征在于：所述的多羟基化合物为多羟基酮或多羟基醛。
6.根据权利要求1所述的煤矿用硅酸盐聚氨酯复合加固材料，其特征在于：所述的聚醚多元醇为以丙三醇为起始剂，官能度为2～3，羟值为100～450mgKOH/g的聚醚多元醇。
7.根据权利要求1所述的煤矿用硅酸盐聚氨酯复合加固材料，其特征在于：所述的催化剂为二甲氨基乙氧基乙醇。
8.根据权利要求1所述的煤矿用硅酸盐聚氨酯复合加固材料，其特征在于：所述的增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯。
9.根据权利要求1所述的煤矿用硅酸盐聚氨酯复合加固材料，其特征在于：所述的降粘剂为碳酸丙烯酯。
10.一种权利要求1-9任一所述的煤矿用硅酸盐聚氨酯复合加固材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)将硅酸盐溶液、泡沫稳定剂、乳化剂、多羟基化合物和聚醚多元醇按比例混合均匀后，得到A组分；
(2)将PAPI、增塑剂、聚醚多元醇和降粘剂按比例混合均匀后，得到B组分；
(3)使用时，将A组分和B组分按体积比为1:1进行灌浆即可。
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