CN111303366A - 一种无卤阻燃有机高分子注浆加固材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种无卤阻燃有机高分子注浆加固材料及其制备方法，属于矿用高分子材料领域。本发明制备的无卤阻燃有机高分子注浆加固材料的卤含量低于0.3‰，可实现1s内离火自熄。通过调节A组分的组成成分和含量使其具有100～150mPa.s范围的粘度，调节B组分的组成成分和含量使其具有75～100mPa.s范围的粘度，将A组分和B组分混合固化后形成的注浆加固材料抗压强度可达80Mpa以上、固化时间在20～300s范围内可调、粘接强度可达10Mpa以上，具有低粘度、强渗透性、高抗压强度、反应速度可调范围宽等优点。

Description

一种无卤阻燃有机高分子注浆加固材料及其制备方法
技术领域
本发明属于矿用高分子材料领域，具体涉及一种无卤阻燃有机高分子注浆加固材料及其制备方法。
背景技术
矿用高分子材料在煤矿加固、堵漏风、堵水方面具有极大的应用，可有效解决煤矿片帮、冒顶等问题，极大保障了煤矿的安全开采。相对于其它加固材料，聚氨酯材料粘度低、凝结时间可调范围宽、固化强度高，而得到广泛应用。
为了保障井下的施工安全性，要求煤矿用聚氨酯注浆加固材料具有较高的阻燃性能和优异的力学性能等特点。而传统的聚氨酯类注浆加固材料往往通过添加含卤量高的阻燃剂(卤含量＞40％)实现材料的阻燃性能，但实际应用发现，聚氨酯材料中的有机氯会引起下游以煤矿资源为原料的化工企业中的催化剂中毒失活的问题，给企业带来极大的经济损失。
因此为了解决上述问题需要研究一种无卤阻燃有机高分子注浆加固材料。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种无卤阻燃有机高分子注浆加固材料；本发明的目的之二在于提供一种无卤阻燃有机高分子注浆加固材料及其的制备方法。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
1、一种无卤阻燃有机高分子注浆加固材料，所述注浆加固材料包含等体积比的A组分和B组分；
按重量份计，所述A组分包括：聚醚多元醇50～70份、反应型催化剂0.4～0.8份、无卤阻燃剂15～30份、反应稳定剂1～5份、增塑剂5～20份和交联剂1～5份。
按重量份计，所述B组分包括：多异氰酸酯80～90份和降粘剂10～20份。
优选的，所述聚醚多元醇的官能度为2时、羟值为110～260mg/KOH/g。
优选的，所述聚醚多元醇的官能度大于2时、羟值为250～1000mg/KOH/g。
优选的，所述聚醚多元醇为MN700、MN400、LY-206、YD-835、YD-4450或LY-450中的任意一种或几种。
优选的，所述反应型催化剂为有机金属锌类催化剂。
优选的，所述有机金属锌类催化剂为异辛酸锌催化剂。
优选的，按重量百分比计，所述无卤阻燃剂包括：有机阻燃剂60％～70％、无机阻燃剂10％～20％和增溶剂10％～30％。
更优选的，所述有机阻燃剂为磷酸酯类添加型阻燃剂。
更优选的，所述磷酸酯类添加型阻燃剂包括硅烷聚磷酸酯、芳香族缩聚磷酸酯或季戊四醇类磷酸酯中的任意一种或几种。
更优选的，所述无机阻燃剂为氢氧化铝、氢氧化镁或氧化锑-氧化硅复合物中的任意一种或几种。
优选的，所述增溶剂为二醇单醚或乙二醇单醚。
优选的，所述反应稳定剂为磷酸酯类反应稳定剂。
更优选的，所述磷酸酯类反应稳定剂为磷酸三苯基酯或亚磷酸酯类中的任意一种或两种。
优选的，所述增塑剂为环氧脂肪酸辛酯类、聚酯类或偏苯三酸酯类中的任意一种或几种。
优选的，所述交联剂为三羟甲基丙烷。
优选的，所述多异氰酸酯为多甲苯二异氰酸酯、亚甲基多苯基异氰酸酯或二苯基甲烷二异氰酸酯中的任意一种或几种。
优选的，所述降粘剂为环己烷、溶剂油或丙烯酸甲酯中的任意一种或几种。
2、上述注浆加固材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
(1)制备无卤阻燃剂：按照重量百分比计，取有机阻燃剂60％～70％、无机阻燃剂10％～20％和增溶剂10％～30％，加入反应釜中，搅拌使其混合均匀；
(2)制备A组分：按照重量份计，取聚醚多元醇50～70份、反应型催化剂0.4～0.8份、无卤阻燃剂15～30份、反应稳定剂1～5份、增塑剂5～20份和交联剂1～5份，加入反应釜中搅拌使其混合均匀，得到A组分，密封包装待用；
(3)制备B组分：按照重量份计，取多异氰酸酯80～90份和降粘剂10～20份，加入反应釜中搅拌使其混合均匀，，得到B组分，密封包装待用；
(4)固化：按照等体积比将密封包装的A组分和B组分混合，搅拌使其混合均匀，固化即可得到所述一种无卤阻燃有机高分子注浆加固材料。
优选的，步骤(4)中所述固化的时间为20～300s。
本发明的有益效果在于：
1、本发明公开了一种无卤阻燃有机高分子注浆加固材料，通过调节A组分的组成成分和含量使其具有100～150mPa.s范围的粘度，调节B组分的组成成分和含量使其具有75～100mPa.s范围的粘度，将A组分和B组分混合固化后形成的注浆加固材料抗压强度可达80Mpa以上、固化时间在20～300s范围内可调、粘接强度可达10Mpa以上，使其具有低粘度、强渗透性、高抗压强度、反应速度可调范围宽等优点；
2、本发明还解决了传统方法中为了达到材料的阻燃目的而添加含卤量高的阻燃剂(卤含量＞40％)而引起的下游以煤矿资源为原料的化工企业中的催化剂的失活的问题，本发明的无卤阻燃有机高分子注浆加固材料的卤含量低于0.3‰，可实现1s内材料离火自熄，阻燃性能良好，进一步促进了煤矿产业的发展，也为聚氨酯注浆加固材料的发展提供了新的思路；
3、本发明还提供了一种无卤阻燃有机高分子注浆加固材料的制备方法，原料易得、操作简单、设备需求较低。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例1
按照表1中有机阻燃剂、无机阻燃剂和增溶剂的成分和质量百分比制备无卤阻燃剂，分别得到四种不同的无卤阻燃剂。
表1 无卤阻燃剂的组成成分
Figure BDA0002427319080000031
具体的制备方法为：按照重量百分比，取有机阻燃剂60％～70％、无机阻燃剂10％～20％和增溶剂10％～30％，加入反应釜中，搅拌使其混合均匀，即可得到无卤阻燃剂。
实施例2
按照表2中的组分以及相应的重量份数制备一种无卤阻燃有机高分子注浆加固材料的组分A和组分B，将等体积的组分A和组分B混合固化，即可得到一种无卤阻燃有机高分子注浆加固材料。
表2 不同材料的组成成分
Figure BDA0002427319080000041
Figure BDA0002427319080000051
具体的制备方法为：
(1)制备A组分：按照重量份数计，取聚醚多元醇、反应型催化剂、阻燃剂、反应稳定剂、增塑剂和交联剂，加入反应釜中搅拌使其混合均匀，得到A组分，密封包装待用；
(2)制备B组分：按照重量份数计，取多异氰酸酯和降粘剂，加入反应釜中搅拌使其混合均匀，得到B组分，密封包装待用；
(3)固化：按照等体积比将密封包装的A组分和B组分混合，搅拌使其混合均匀，常温固化20～300s即可得到所述一种无卤阻燃有机高分子注浆加固材料。
实施例3
测试实施例2中制备的不同的无卤阻燃有机高分子注浆加固材料的抗压强度、固化时间、粘接强度、渗透性等性能，其结果如表3所示。
表3 不同注浆加固材料的性能比较
Figure BDA0002427319080000052
由表3中的性能可以看出通过本发明制备的无卤阻燃有机高分子材料具有以下特点：抗压强度可达80Mpa以上、固化时间在20～300s范围内可调、粘接强度可达10Mpa以上，使其具有低粘度、强渗透性，渗透半径可达4m宽；同时具有高抗压强度、反应速度可调范围宽等优点；解决了传统方法中通过添加含卤量高的阻燃剂(卤含量＞40％)达到材料的阻燃目的而引起的下游以煤矿资源为原料的化工企业中的催化剂的失活的问题，本发明的无卤阻燃有机高分子注浆加固材料的卤含量低于0.3‰，可实现1s内材料离火自熄，阻燃性能良好，进一步促进了煤矿产业的发展，也为聚氨酯注浆加固材料的发展提供了新的思路。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，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，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种无卤阻燃有机高分子注浆加固材料，其特征在于，所述注浆加固材料包含等体积比的A组分和B组分；
按重量份计，所述A组分包括：聚醚多元醇50～70份、反应型催化剂0.4～0.8份、无卤阻燃剂15～30份、反应稳定剂1～5份、增塑剂5～20份和交联剂1～5份；
按重量份计，所述B组分包括：多异氰酸酯80～90份和降粘剂10～20份。
2.根据权利要求1所述一种无卤阻燃有机高分子注浆加固材料，其特征在于，所述聚醚多元醇的官能度为2时，其羟值为110～260mg/KOH/g；所述聚醚多元醇的官能度大于2时，其羟值为250～1000mg/KOH/g。
3.根据权利要求1所述一种无卤阻燃有机高分子注浆加固材料，其特征在于，所述反应型催化剂为有机金属锌类催化剂。
4.根据权利要求1所述一种无卤阻燃有机高分子注浆加固材料，其特征在于，按重量百分比计，所述无卤阻燃剂包括：有机阻燃剂60％～70％、无机阻燃剂10％～20％和增溶剂10％～30％。
5.根据权利要求1所述一种无卤阻燃有机高分子注浆加固材料，其特征在于，所述反应稳定剂为磷酸酯类反应稳定剂。
6.根据权利要求1所述一种无卤阻燃有机高分子注浆加固材料，其特征在于，所述增塑剂为环氧脂肪酸辛酯类、聚酯类或偏苯三酸酯类中的任意一种或几种。
7.根据权利要求1所述一种无卤阻燃有机高分子注浆加固材料，其特征在于，所述交联剂为三羟甲基丙烷。
8.根据权利要求1所述一种无卤阻燃有机高分子注浆加固材料，其特征在于，所述多异氰酸酯为多甲苯二异氰酸酯、亚甲基多苯基异氰酸酯或二苯基甲烷二异氰酸酯中的任意一种或几种。
9.根据权利要求1所述一种无卤阻燃有机高分子注浆加固材料，其特征在于，所述降粘剂为环己烷、溶剂油或丙烯酸甲酯中的任意一种或几种。
10.权利要求1～9任一项所述的注浆加固材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
(1)制备无卤阻燃剂：按照重量百分比计，取有机阻燃剂60％～70％、无机阻燃剂10％～20％和增溶剂10％～30％，加入反应釜中，搅拌使其混合均匀；
(2)制备A组分：按照重量份计，取聚醚多元醇50～70份、反应型催化剂0.4～0.8份、无卤阻燃剂15～30份、反应稳定剂1～5份、增塑剂5～20份和交联剂1～5份，加入反应釜中搅拌使其混合均匀，得到A组分，密封包装待用；
(3)制备B组分：按照重量份计，取多异氰酸酯80～90份和降粘剂10～20份，加入反应釜中搅拌使其混合均匀，得到B组分，密封包装待用；
(4)固化：按照等体积比将密封包装的A组分和B组分混合，搅拌使其混合均匀，固化即可得到所述一种无卤阻燃有机高分子注浆加固材料。
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