CN113444216B - 一种煤矿井下干混快速密闭材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种煤矿井下干混快速密闭材料，包括：体积比为1:1的A组分和B组分，其中，A组分中包括如下重量份的组分：阻燃聚合物多元醇38‑80份，交联剂0.8‑2份，复合催化剂2‑6份，表面活性剂0.8‑2份，水50‑80份，泡沫稳定剂1‑3份，增塑剂3‑5份；B组分为多苯基多亚甲基多异氰酸酯。本发明采用阻燃聚合物多元醇作为原料，将阻燃单元引入到煤矿井下干混快速密闭材料的聚合物链中，增强了煤矿井下干混快速密闭材料的阻燃性能尤其是长效阻燃性能。

Description

一种煤矿井下干混快速密闭材料及其制备方法
技术领域
本发明是关于煤矿井下支护工程技术领域，特别是关于一种煤矿井下巷道用干混喷浆材料组合物及其制备方法。
背景技术
矿井漏风是指矿井下新鲜风流未经利用，直接渗入回风道或地表的现象。矿井漏风主要发生在地表塌陷区、采空区、废旧巷道、井底车场等处，矿井漏风会减少矿井通风效果，影响矿井通风系统的可靠性和稳定性，并且加速可燃矿物的自然发火，引发瓦斯爆炸和火灾等一系列的安全事故。对井下漏风点进行有效堵漏，是排除安全隐患，保证井下安全生产的主要手段之一。
密闭墙是煤矿通风控制的一项关键技术，应用于井下各巷道掘进、各采面布置和一切生产作业等对通风控制或瓦斯管理有要求的场合。工作人员需要及时、快速地在密闭地点构筑挡风墙，以改变通风路径或是控制瓦斯浓度。在施工时，要求密闭结构能够快速构筑、且具有优异的密封密闭性能，即使围岩变形也不得漏风，同时具有高度的安全性等技术要求。因此，及时、快速地构筑密闭墙是直接关系到井下一切安全作业的重要环节。目前国内构筑密闭墙主要采用砖墙，然后在墙面喷涂聚氨酯快速密闭发泡材料来达到“严丝合缝”的绝对密闭效果，聚氨酯快速密闭发泡材料具有发泡速度快、强度高、闭孔率高、密闭性好等优点，但是，通过添加阻燃剂来提升快速密闭材料的阻燃性能是通常的做法，快速密闭材料阻燃时效较短，随着时间的延长，快速密闭材料的阻燃能力逐渐降低，以至于经过一定时间后，会出现自燃的现象，将给矿井带来很大的风险。
如何增加煤矿井下干混快速密闭材料的长效阻燃性能，是煤矿开采业亟待解决的问题。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
为了解决目前煤矿井下干混快速密闭材料阻燃性能低尤其是长效阻燃性能低的问题，本发明提供了一种煤矿井下干混快速密闭材料及其制备方法，本发明采用阻燃聚合物多元醇作为原料，将阻燃单元引入到煤矿井下干混快速密闭材料的聚合物链中，增强了煤矿井下干混快速密闭材料的阻燃性能尤其是长效阻燃性能。
本发明的目的在于提供一种煤矿井下干混快速密闭材料，其能够增强干混快速密闭材料的阻燃性能尤其是长效阻燃性能。
本发明的另一目的在于提供一种煤矿井下干混快速密闭材料的制备方法。
为实现上述目的，本发明提供了一种煤矿井下干混快速密闭材料，包括：体积比为1:1的A组分和B组分，其中，A组分中包括如下重量份的组分：阻燃聚合物多元醇38-80份，交联剂0.8-2份，复合催化剂2-6份，表面活性剂0.8-2份，水50-80份，泡沫稳定剂1-3份，增塑剂3-5份；B组分为多苯基多亚甲基多异氰酸酯。本发明将阻燃聚合物多元醇作为聚合单体，从而将阻燃单元引入到聚合物链中，增强了煤矿井下干混快速密闭材料的长效阻燃性能。
进一步的，A组分中包括如下重量份的组分：阻燃聚合物多元醇45-70份，交联剂1.0-1.8份，复合催化剂3-5份，表面活性剂1-1.8份，水55-70份，泡沫稳定剂1.5-2.5份，增塑剂3.5-4.5份。
更进一步的，A组分中包括如下重量份的组分：阻燃聚合物多元醇50-60份，交联剂1.2-1.5份，复合催化剂4-5份，表面活性剂1.2-1.5份，水60-65份，泡沫稳定剂1.5-2份，增塑剂4-4.5份。
进一步的，所述阻燃聚合物多元醇为阻燃聚醚多元醇、阻燃聚酯多元醇中的一种或两种。
更进一步的，所述阻燃聚醚多元醇为卤代聚醚多元醇、含磷聚醚多元醇、含氮聚醚多元醇和含磷氮聚醚多元醇中的一种或多种。所述阻燃聚酯多元醇为卤代聚酯多元醇、含磷聚酯多元醇、含氮聚酯多元醇和含磷氮聚酯多元醇中的一种或多种。
更进一步的，所述阻燃聚醚多元醇为官能度2～3和羟值33±10mgKOH/g的阻燃聚醚多元醇、官能度为2～4和羟值为56±10mgKOH/g的阻燃聚醚多元醇中的一种或两种。
进一步的，所述A组分还包括2-5重量份的聚合物多元胺；优选的，聚合物多元胺为聚醚多元胺、多胺改性聚酯中的一种或两种。在A组分的原料中加入少量聚合物多元胺后，能够增加干混快速密闭材料的强度。
进一步的，所述交联剂为脂肪族多元醇、脂肪族多元胺的混合物；优选的，所述脂肪族多元醇为脂肪族三元醇、脂肪族四元醇中的一种或多种，所述脂肪族多元胺为脂肪族三元胺、脂肪族四元胺中的一种或多种。
更进一步的，脂肪族三元醇为丙三醇、丁三醇、五三醇中的一种或多种。
更进一步的，脂肪族四元醇为丁四醇和季戊四醇中的一种两种。
更进一步的，脂肪族三元胺为丙三胺、丁三胺、五三胺中的一种或多种。
更进一步的，脂肪族四元胺为丁四胺和季戊四胺中的一种两种。
进一步的，所述交联剂为醇胺化合物。
更进一步的，醇胺化合物为三乙醇胺。
进一步的，所述A组分还包括抛射剂，所述抛射剂的重量份含量为0.4-10份。
更进一步的，所述抛射剂为二甲醚、三氯一氟甲烷、二氯二氟甲烷、二氯四氟乙烷、丙烷、异丁烷、正丁烷中的一种或多种。
进一步的，所述A组分还包括阻燃剂，所述阻燃剂的重量份含量为3-6份。
更进一步的，所述阻燃剂为磷酸酯类阻燃剂，所述磷酸酯类阻燃剂为磷酸三氯丙酯、甲基磷酸二甲酯或它们的组合。
进一步的，复合催化剂为叔胺类催化剂和有机锡类催化剂复合而成。
更进一步的，叔胺类催化剂包括：三乙烯二胺、五甲基二乙烯三胺或它们的组合。
更进一步的，有机锡类催化剂包括：二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡、二醋酸二丁基锡中的一种或多种。
本发明还提供了一种煤矿井下干混快速密闭材料的制备方法，其包括如下制备步骤：
(1)以重量份计，将阻燃聚合物多元醇38-80份，交联剂0.8-2份，复合催化剂2-6份，表面活性剂0.8-2份，水50-80份，泡沫稳定剂1-3份，增塑剂3-5份进行混合，得到A组分；
(2)将所述组分A注入喷涂装置的A罐中，将组分B注入喷涂装置的B罐中；
(3)将A罐与B罐分别加压至2.5-3MPa，备用。
进一步的，在步骤(2)中，将所述组分A注入喷涂装置的A罐中后，再向A罐中注入0.4-10重量份的抛射剂。
与现有技术相比，本发明煤矿井下干混快速密闭材料具有如下优点：
本发明采用阻燃聚合物多元醇作为原料，将阻燃单元引入到煤矿井下干混快速密闭材料的聚合物链中，增强了煤矿井下干混快速密闭材料的阻燃性能尤其是长效阻燃性能。
本发明在原料组分中引入聚合物多元胺，在保证具备高阻燃性能和长效阻燃性能的前提下，还提升了煤矿井下干混快速密闭材料的抗压强度和附着力，提升了煤矿井下干混快速密闭材料的使用寿命。
本发明通过在原料组分中添加抛射剂和复合催化剂，可以使密闭材料在出枪的瞬间形成包裹着抛射剂的聚氨酯泡沫，并在复合催化剂的作用下迅速固化，快速堵住漏风口。
本发明的交联剂采用多元醇和多元胺的混合物、或醇胺化合物，能够保证煤矿井下干混快速密闭材料同时具备高硬度和高柔韧性的优点，提升了煤矿井下干混快速密闭材料的使用性能。
附图说明
图1是根据本发明公开的煤矿井下干混快速密闭材料的制备方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
本发明提供了一种煤矿井下干混快速密闭材料，包括：体积比为1:1的A组分和B组分，其中，A组分中包括如下重量份的组分：阻燃聚合物多元醇38-80份，交联剂0.8-2份，复合催化剂2-6份，表面活性剂0.8-2份，水50-80份，泡沫稳定剂1-3份，增塑剂3-5份；B组分为多苯基多亚甲基多异氰酸酯。本发明将阻燃聚合物多元醇作为聚合单体，从而将阻燃单元引入到聚合物链中，增强了煤矿井下干混快速密闭材料的长效阻燃性能。
图1显示了本发明公开的一种煤矿井下干混快速密闭材料的制备方法的流程图，煤矿井下干混快速密闭材料的制备方法包括如下制备步骤：
(1)以重量份计，将阻燃聚合物多元醇38-80份，交联剂0.8-2份，复合催化剂2-6份，表面活性剂0.8-2份，水50-80份，泡沫稳定剂1-3份，增塑剂3-5份进行混合，得到A组分；
(2)将所述组分A注入喷涂装置的A罐中，将组分B注入喷涂装置的B罐中；
(3)将A罐与B罐分别加压至2.5-3MPa，备用。
本发明选用的表面活性剂、泡沫稳定剂和增塑剂为常规的表面活性剂、泡沫稳定剂和增塑剂，只要实现相关功能即可。
实施例1
一种煤矿井下干混快速密闭材料的制备方法，其包括如下制备步骤：
(1)以重量份计，将含磷聚醚多元醇50份、含磷聚酯多元醇10份、聚醚多元胺5份，丙三醇0.8份，丙三胺0.2份，三乙烯二胺2份，二月桂酸二丁基锡2份，表面活性剂0.8-2份，水50-80份，泡沫稳定剂1-3份，增塑剂3-5份进行混合，得到A组分；
(2)将所述组分A注入喷涂装置的A罐中，将相同体积的组分B多苯基多亚甲基多异氰酸酯注入喷涂装置的B罐中；
(3)将A罐与B罐分别加压至2.5-3MPa，备用。
实施例2
一种煤矿井下干混快速密闭材料的制备方法，其包括如下制备步骤：
(1)以重量份计，将含磷聚醚多元醇50份、含磷聚酯多元醇10份，丙三醇0.8份，丙三胺0.2份，三乙烯二胺2份，二月桂酸二丁基锡2份，表面活性剂0.8-2份，水50-80份，泡沫稳定剂1-3份，增塑剂3-5份进行混合，得到A组分；
(2)将所述组分A注入喷涂装置的A罐中，将相同体积的组分B多苯基多亚甲基多异氰酸酯注入喷涂装置的B罐中；
(3)将A罐与B罐分别加压至2.5-3MPa，备用。
实施例3
一种煤矿井下干混快速密闭材料的制备方法，其包括如下制备步骤：
(1)以重量份计，将含磷聚醚多元醇50份、含磷聚酯多元醇10份、聚醚多元胺5份，三乙醇胺1.2份，三乙烯二胺2份，二月桂酸二丁基锡2份，表面活性剂0.8-2份，水50-80份，泡沫稳定剂1-3份，增塑剂3-5份进行混合，得到A组分；
(2)将所述组分A注入喷涂装置的A罐中，将相同体积的组分B多苯基多亚甲基多异氰酸酯注入喷涂装置的B罐中；
(3)将A罐与B罐分别加压至2.5-3MPa，备用。
实施例4
一种煤矿井下干混快速密闭材料的制备方法，其包括如下制备步骤：
(1)以重量份计，将含磷聚醚多元醇50份、含磷聚酯多元醇10份、聚醚多元胺5份，丙三醇0.8份，丙三胺0.2份，三乙烯二胺2份，二月桂酸二丁基锡2份，磷酸三氯丙酯1份、甲基磷酸二甲酯1份，表面活性剂0.8-2份，水50-80份，泡沫稳定剂1-3份，增塑剂3-5份进行混合，得到A组分；
(2)将所述组分A注入喷涂装置的A罐中，将相同体积的组分B多苯基多亚甲基多异氰酸酯注入喷涂装置的B罐中；
(3)将A罐与B罐分别加压至2.5-3MPa，备用。
比较例1
一种煤矿井下干混快速密闭材料的制备方法，其包括如下制备步骤：
(1)以重量份计，将普通聚醚多元醇50份、普通聚酯多元醇10份，丙三醇0.8份，三乙烯二胺2份，二月桂酸二丁基锡2份，磷酸三氯丙酯1份、甲基磷酸二甲酯1份，表面活性剂0.8-2份，水50-80份，泡沫稳定剂1-3份，增塑剂3-5份进行混合，得到A组分；
(2)将所述组分A注入喷涂装置的A罐中，将相同体积的组分B多苯基多亚甲基多异氰酸酯注入喷涂装置的B罐中；
(3)将A罐与B罐分别加压至2.5-3MPa，备用。
比较例2
一种煤矿井下干混快速密闭材料的制备方法，其包括如下制备步骤：
(1)以重量份计，将普通聚醚多元醇50份、普通聚酯多元醇10份，丙三胺0.8份，三乙烯二胺2份，二月桂酸二丁基锡2份，磷酸三氯丙酯1份、甲基磷酸二甲酯1份，表面活性剂0.8-2份，水50-80份，泡沫稳定剂1-3份，增塑剂3-5份进行混合，得到A组分；
(2)将所述组分A注入喷涂装置的A罐中，将相同体积的组分B多苯基多亚甲基多异氰酸酯注入喷涂装置的B罐中；
(3)将A罐与B罐分别加压至2.5-3MPa，备用。
对上述实施例和对比例所得的煤矿井下干混快速密闭材料进行如下性能测试：
对实施例1-4以及比较例1-2制备的煤矿井下干混快速密闭材料进行表干时间、附着力、抗压强度和泡沫体密度的测试。
对实施例1-4以及比较例1-2制备的煤矿井下干混快速密闭材料进行氧指数测试，分别测试氧指数和3个月后氧指数。采用HC-2C型氧指数测定仪，按照GB/T2406检测极限氧指数，样品尺寸为10mm×10mm×120mm；3个月后，再次检测其极限氧指数。
上述实施例和对比例所得干混喷浆材料的抗压强度和离析情况如下表所示：
Figure BDA0003177810320000091
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (10)

1.一种煤矿井下干混快速密闭材料，其特征在于，包括：体积比为1:1的A组分和B组分，其中，
A组分中包括如下重量份的组分：阻燃聚合物多元醇38-80份，交联剂0.8-2份，复合催化剂2-6份，表面活性剂0.8-2份，水50-80份，泡沫稳定剂1-3份，增塑剂3-5份；所述A组分还包括2-5重量份的聚合物多元胺；
B组分为多苯基多亚甲基多异氰酸酯；
所述阻燃聚合物多元醇为阻燃聚醚多元醇、阻燃聚酯多元醇中的一种或两种；
所述交联剂为脂肪族多元醇、脂肪族多元胺的混合物，或醇胺化合物。
2.根据权利要求1所述的煤矿井下干混快速密闭材料，其特征在于，
所述阻燃聚醚多元醇为卤代聚醚多元醇、含磷聚醚多元醇、含氮聚醚多元醇和含磷氮聚醚多元醇中的一种或多种；
和/或，所述阻燃聚酯多元醇为卤代聚酯多元醇、含磷聚酯多元醇、含氮聚酯多元醇和含磷氮聚酯多元醇中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的煤矿井下干混快速密闭材料，其特征在于，
所述阻燃聚醚多元醇为官能度2～3和羟值33±10mgKOH/g的阻燃聚醚多元醇、官能度为2～4和羟值为56±10mgKOH/g的阻燃聚醚多元醇中的一种或两种。
4.根据权利要求1所述的煤矿井下干混快速密闭材料，其特征在于，
所述聚合物多元胺为聚醚多元胺、多胺改性聚酯中的一种或两种。
5.根据权利要求1所述的煤矿井下干混快速密闭材料，其特征在于，
所述脂肪族多元醇为脂肪族三元醇、脂肪族四元醇中的一种或多种，所述脂肪族多元胺为脂肪族三元胺、脂肪族四元胺中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的煤矿井下干混快速密闭材料，其特征在于，
醇胺化合物为三乙醇胺。
7.根据权利要求1所述的煤矿井下干混快速密闭材料，其特征在于，
所述A组分还包括抛射剂，抛射剂的重量份含量为0.4-10份。
8.根据权利要求7所述的煤矿井下干混快速密闭材料，其特征在于，
所述抛射剂为二甲醚、三氯一氟甲烷、二氯二氟甲烷、二氯四氟乙烷、丙烷、异丁烷、正丁烷中的一种或多种。
9.权利要求1-8任一所述的煤矿井下干混快速密闭材料的制备方法，其特征在于，包括如下制备步骤：
（1）以重量份计，将阻燃聚合物多元醇38-80份，交联剂0.8-2份，复合催化剂2-6份，表面活性剂0.8-2份，水50-80份，泡沫稳定剂1-3份，增塑剂3-5份进行混合，得到A组分；
（2）将所述组分A注入喷涂装置的A罐中，将组分B注入喷涂装置的B罐中；
（3）将A罐与B罐分别加压至2.5-3MPa，备用。
10.根据权利要求9所述的煤矿井下干混快速密闭材料的制备方法，其特征在于，
在步骤（2）中，将所述组分A注入喷涂装置的A罐中后，再向A罐中注入0.4-10重量份的抛射剂。
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