CN111234172A - 一种环氧树脂/水玻璃/聚氨酯复合加固材料及其制备方法 - Google Patents

一种环氧树脂/水玻璃/聚氨酯复合加固材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种环氧树脂/水玻璃/聚氨酯复合加固材料及其制备方法，属于复合加固材料技术领域，用以解决现有的加固材料不能同时兼具较高的抗压强度及良好的柔韧性问题。本发明的环氧树脂/水玻璃/聚氨酯复合加固材料，包括两种独立的组分A和组分B，原料按质量分数构成为：组分A：聚醚多元醇8～18份，环氧树脂组分10～20份，水玻璃60～80份，催化剂0.1～1份，硅烷偶联剂1～2份；组分B：多亚甲基多苯基多异氰酸酯70～80份，促溶剂5～10份，增塑剂15～20份。本发明的环氧树脂/水玻璃/聚氨酯复合加固材料，增加了水玻璃与有机组分的相容性，改善了材料的柔韧性及强度，提高了材料的安全性，降低了加固材料的成本。

Description

一种环氧树脂/水玻璃/聚氨酯复合加固材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及复合加固材料技术领域，尤其涉及一种环氧树脂/水玻璃/ 聚氨酯复合加固材料及其制备方法。
背景技术
在煤炭的开采施工过程中，巷道顶板的支护和加固技术是煤矿开采 面临的重要问题之一，但煤矿的地质条件十分复杂多变，岩层由于受到 地质应力等力学作用，围岩的完整性被破坏，极易形成破碎带。由于破 碎的岩体产生的顶板脱落、冒顶等问题，不仅造成煤矿的停产，影响生 产效率，而且给煤矿带来严重的安全隐患。
煤矿在生产过程中遇到上述问题通常采用流水泥浆、聚氨酯类、环 氧类等材料对巷道工作面顶板进行维护。但是，上述材料在实际应用中 给安全生产带来诸多的问题，例如，环氧树脂类加固剂具有良好的粘接 性、固化收缩率小、在固化中不产生气体等优点，但是浆体僵硬、柔韧 不足；丙烯酸盐类可灌性好，浆液胶凝时间可控，但是抗压强度较低； 聚氨酯类注浆材料虽凝固时间可调，相比于有机类的其他注浆材料在粘 接性能、抗压强度等方面都有很大的优势，但是反应放热大，导致最高 反应温度较高，阻燃性降低。
发明内容
鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种环氧树脂/水玻璃/聚氨 酯复合加固材料及其制备方法，用以解决现有的加固材料不能同时兼具 较高的抗压强度及良好的柔韧性问题。
一方面，本发明提供了一种环氧树脂/水玻璃/聚氨酯复合加固材料， 包括两种独立的组分A和组分B，原料按质量分数构成为：
组分A：聚醚多元醇8～18份，环氧树脂组分10～20份，水玻璃60～80 份，催化剂0.1～1份，硅烷偶联剂1～2份；
组分B：多亚甲基多苯基多异氰酸酯70～80份，促溶剂5～10份，增 塑剂15～20份。
进一步，所述聚醚多元醇为GE220、GE204或PPG600中的一种或 几种。
进一步，所述环氧树脂组分为环氧树脂与环氧稀释剂的混合物，且 环氧稀释剂的质量为环氧树脂的25％；
所述环氧树脂为E-44或E-51中的一种或两种，所述环氧稀释剂为 692、669、AGE或691中的一种或几种。
进一步，所述水玻璃的模数为2.8～3.1，波美度为35～50。
进一步，所述催化剂为三乙烯二胺、二甲基环己胺、DMP-30、油酸 钾、二(十二烷基硫)二丁基锡或二新癸酸二辛基锡中的一种或几种。
进一步，所述硅烷偶联剂为KH-792、KH-550或CPTMO中的一种 或几种。
进一步，所述促溶剂为AK8804、AK8805或聚环氧乙烷环氧丙烷二 缩水甘油醚中的一种或几种。
进一步，所述增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二异壬酯或 磷酸三丁酯中的一种或几种。
另一方面，本发明提供了一种环氧树脂/水玻璃/聚氨酯复合加固材料 的制备方法，包括如下步骤：
(1)向环氧树脂中加入环氧稀释剂，且环氧稀释剂的质量为环氧树 脂的25％，搅拌60min得到环氧树脂组分；
(2)向60～80份水玻璃加入1～2份硅烷偶联剂，搅拌30～60min； 依次加入0.1～1份催化剂、8～18份聚醚多元醇、10～20份步骤(1)制得 的环氧树脂组分，搅拌2h得到组分A；
(3)向70～80份多亚甲基多苯基多异氰酸酯依次加入5～10份促溶 剂、15～20份增塑剂，搅拌1h得到组分B；
(4)将步骤(2)制得的组分A与步骤(3)制得的组分B按照1∶1 的重量比混合得到固结体。
再一方面，本发明提供了一种环氧树脂/水玻璃/聚氨酯复合加固材料 的使用方法，组分A和组分B经气动双液注浆泵按照1∶1的重量比混合 压入到煤岩层，发生固化反应。
与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：
(1)通过在水玻璃中加入硅烷偶联剂进行预处理，能够改善水玻璃 与有机组分的相容性；
(2)通过在水玻璃中加入环氧树脂与聚醚多元醇，能够增加材料结 构的交联度，改善材料的柔韧性及强度；
(3)本发明提供的环氧树脂/水玻璃/聚氨酯复合加固材料，抗压强 度在55MPa以上，抗拉强度在20MPa以上，粘接强度大于6MPa，具有 良好的阻燃性，能够满足煤矿安全生产的需要；
(4)本发明提供的环氧树脂/水玻璃/聚氨酯复合加固材料，增加了 水玻璃与有机组分的形容性，改善了材料的柔韧性及强度，提高了材料 的安全性；
(5)通过添加价格较低的水玻璃组分，减少了聚氨酯材料中聚醚多 元醇的使用量，降低了加固材料的成本。
本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优 选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且， 部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本 发明的目的和其他优点可通过说明书中所特别指出的内容中来实现和获 得。
具体实施方式
下面通过具体描述本发明的优选实施例，本发明的实施例用于阐释 本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
本发明提供了一种环氧树脂/水玻璃/聚氨酯复合加固材料，包括两种 独立的组分A和组分B，组分A和组分B按照重量比1∶1混合，其中，
组分A按质量分数构成为：聚醚多元醇8～18份，环氧树脂组分10～20 份，水玻璃60～80份，催化剂0.1～1份，硅烷偶联剂1～2份。
组分B按质量分数构成为：多亚甲基多苯基多异氰酸酯(PAPI)70～80 份，促溶剂5～10份，增塑剂15～20份。
具体地：
聚醚多元醇为GE220、GE204或PPG600中的一种或几种，通过与 组分B中的PAPI反应生成交联结构，提高材料的力学强度。
环氧树脂组分能够提高材料的柔韧性，具体地，环氧树脂组分为环 氧树脂与环氧稀释剂的混合物，且环氧稀释剂的质量为环氧树脂的25％。 环氧树脂为E-44或E-51中的一种或两种，环氧稀释剂为692(苄基缩水 甘油醚)、669(乙二醇二缩水甘油醚)、AGE(十二十四烷基缩水甘油 醚)或691(环氧丙烷邻甲苯基醚或邻苯基缩水甘油醚)中的一种或几种。
水玻璃的模数为2.8～3.1，波美度为35～50。
催化剂为三乙烯二胺、二甲基环己胺、DMP-30(2，4，6-三(二甲胺基 甲基)苯酚)、油酸钾、二(十二烷基硫)二丁基锡或二新癸酸二辛基 锡中的一种或几种。
硅烷偶联剂为KH-792(N(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷)、 KH-550(γ-氨丙基三乙氧基硅烷)或CPTMO(3-氯丙基三甲氧基硅烷) 中的一种或几种，用于改性水玻璃，提高与有机物的相容性。
促溶剂为AK8804、AK8805或聚环氧乙烷环氧丙烷二缩水甘油醚中 的一种或几种，用于提高组分A、组分B的相容性。
增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二异壬酯或磷酸三丁酯中 的一种或几种，用于提高材料的柔韧性。
本发明还提供了上述环氧树脂/水玻璃/聚氨酯复合加固材料的制备 方法，包括如下步骤：
(1)向环氧树脂中加入环氧稀释剂，且环氧稀释剂的质量为环氧树 脂的25％，搅拌60min得到环氧树脂组分；
(2)向反应釜中加入60～80份水玻璃，边搅拌边加入1～2份硅烷偶 联剂，搅拌30～60min；边搅拌边依次加入0.1～1份催化剂、8～18份聚醚 多元醇、10～20份步骤(1)制得的环氧树脂组分，搅拌2h得到组分A；
(3)将多亚甲基多苯基多异氰酸酯(PAPI)70～80份、促溶剂5～10 份，增塑剂15～20份依次加入反应釜中，搅拌1h得到组分B；
(4)将步骤(2)制得的组分A与步骤(3)制得的组分B经气动 双液注浆泵按照1∶1的重量比混合得到固结体。
通过在水玻璃中加入硅烷偶联剂进行预处理，能够改善水玻璃与有 机组分的相容性；通过在水玻璃中加入环氧树脂与聚醚多元醇，能够增 加材料结构的交联度，改善材料的柔韧性及强度。
本发明的环氧树脂/水玻璃/聚氨酯复合加固材料，抗压强度在55MPa 以上，抗拉强度在20MPa以上，粘接强度大于6MPa，具有良好的阻燃 性，能够满足煤矿安全生产的需要。
本发明还提供了一种上述环氧树脂/水玻璃/聚氨酯复合加固材料的 使用方法：组分A和组分B经气动双液注浆泵按照1∶1的重量比混合压 入到煤岩层，发生固化反应。
本发明的环氧树脂/水玻璃/聚氨酯复合加固材料与现有技术相比具 有的有益效果：增加了水玻璃与有机组分的相容性，改善了材料的柔韧 性及强度，提高了材料的安全性，通过添加价格较低的水玻璃组分，减 少了聚氨酯材料中聚醚多元醇的使用量，降低了加固材料的成本。
实施例1
向8份E-44中加入2份环氧稀释剂692，搅拌60min得到环氧树脂 组分；向反应釜中加入60-80份水玻璃，边搅拌边加入硅烷偶联剂，搅拌 30min；之后边搅拌边依次加入催化剂、聚醚多元醇、环氧树脂组分，搅 拌2h得到组分A；
将多亚甲基多苯基多异氰酸酯、促溶剂、增塑剂、依次加入反应釜 中，搅拌1h得到组分B。
实施例2
向12份E-51中加入3份环氧稀释剂AGE，搅拌60min得到环氧树 脂组分；向反应釜中加入60-80份水玻璃，边搅拌边加入硅烷偶联剂，搅 拌45min；之后边搅拌边依次加入催化剂、聚醚多元醇、环氧树脂组分， 搅拌2h得到组分A；
将多亚甲基多苯基多异氰酸酯、促溶剂、增塑剂、依次加入反应釜 中，搅拌1h得到组分B。
实施例3
将8份E-51、8份E-44、4份环氧稀释剂691、4份环氧稀释剂669 倒入反应釜，搅拌60min得到环氧树脂组分；向反应釜中加入60-80份 水玻璃，边搅拌边加入硅烷偶联剂，搅拌60min；之后边搅拌边依次加入 催化剂、聚醚多元醇、环氧树脂组分，搅拌2h得到组分A；
将多亚甲基多苯基多异氰酸酯、促溶剂、增塑剂、依次加入反应釜 中，搅拌1h得到组分B。
实施例4
将8份E-51、8份E-44、4份环氧稀释剂691、4份环氧稀释剂669 倒入反应釜，搅拌60min得到环氧树脂组分；向反应釜中加入60-80份 水玻璃，边搅拌边加入硅烷偶联剂，搅拌60min；之后边搅拌边依次加入 催化剂、聚醚多元醇、环氧树脂组分，搅拌2h得到组分A；
将多亚甲基多苯基多异氰酸酯、促溶剂、增塑剂、依次加入反应釜 中，搅拌1h得到组分B。
按照上述实施例1-4的操作步骤，制备表1-2中原料参数的产品，然 后将制得的组分A和组分B按体积比为1∶1混合浇注，并对所得产品的 指标进行检测，所得数据见表3。
表1-实施例1-4中的组分A的原料
Figure BDA0002371916490000081
表2-实施例1-4中的组分B的原料
Figure BDA0002371916490000082
Figure BDA0002371916490000091
表3-实施例1-4中制备产品的技术指标
编号 反应温度/℃ 抗压强度/MPa 抗拉强度/MPa 粘结强度/MPa
1 96 56 25 6.3
2 95 61 26 7
3 93 56 20 6
4 96 55 22 6.8
5 90 60 28 6
6 91 55 20 6
7 86 55 22 7.3
8 88 55 21 9
9 83 55 23 6.2
10 86 59 27 6.7
11 85 57 22 7.1
12 85 66 26 8
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围 并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范 围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种环氧树脂/水玻璃/聚氨酯复合加固材料，其特征在于，包括两种独立的组分A和组分B，原料按质量分数构成为：
组分A：聚醚多元醇8～18份，环氧树脂组分10～20份，水玻璃60～80份，催化剂0.1～1份，硅烷偶联剂1～2份；
组分B：多亚甲基多苯基多异氰酸酯70～80份，促溶剂5～10份，增塑剂15～20份。
2.根据权利要求1所述的环氧树脂/水玻璃/聚氨酯复合加固材料，其特征在于，所述聚醚多元醇为GE220、GE204或PPG600中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的环氧树脂/水玻璃/聚氨酯复合加固材料，其特征在于，所述环氧树脂组分为环氧树脂与环氧稀释剂的混合物，且环氧稀释剂的质量为环氧树脂的25％；
所述环氧树脂为E-44或E-51中的一种或两种，所述环氧稀释剂为692、669、AGE或691中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的环氧树脂/水玻璃/聚氨酯复合加固材料，其特征在于，所述水玻璃的模数为2.8～3.1，波美度为35～50。
5.根据权利要求1所述的环氧树脂/水玻璃/聚氨酯复合加固材料，其特征在于，所述催化剂为三乙烯二胺、二甲基环己胺、DMP-30、油酸钾、二(十二烷基硫)二丁基锡或二新癸酸二辛基锡中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的环氧树脂/水玻璃/聚氨酯复合加固材料，其特征在于，所述硅烷偶联剂为KH-792、KH-550或CPTMO中的一种或几种。
7.根据权利要求1所述的环氧树脂/水玻璃/聚氨酯复合加固材料，其特征在于，所述促溶剂为AK8804、AK8805或聚环氧乙烷环氧丙烷二缩水甘油醚中的一种或几种。
8.根据权利要求1所述的环氧树脂/水玻璃/聚氨酯复合加固材料，其特征在于，所述增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二异壬酯或磷酸三丁酯中的一种或几种。
9.一种环氧树脂/水玻璃/聚氨酯复合加固材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)向环氧树脂中加入环氧稀释剂，且环氧稀释剂的质量为环氧树脂的25％，搅拌60min得到环氧树脂组分；
(2)向60～80份水玻璃加入1～2份硅烷偶联剂，搅拌30～60min；依次加入0.1～1份催化剂、8～18份聚醚多元醇、10～20份步骤(1)制得的环氧树脂组分，搅拌2h得到组分A；
(3)向70～80份多亚甲基多苯基多异氰酸酯依次加入5～10份促溶剂、15～20份增塑剂，搅拌1h得到组分B；
(4)将步骤(2)制得的组分A与步骤(3)制得的组分B按照1∶1的重量比混合得到固结体。
10.一种环氧树脂/水玻璃/聚氨酯复合加固材料的使用方法，其特征在于，组分A和组分B经气动双液注浆泵按照1∶1的重量比混合压入到煤岩层，发生固化反应。
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