CN114213098A - 一种低热注浆材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种低热注浆材料及其制备方法，它从水玻璃源头处解决无机相与有机相的相容性问题，其固化时间可调，固结体强度高，粘结性能优异，产品储存稳定性优异。它是体积比1：1的A组分与B组分的混合物，A组分由下述质量分数的物质组成：固体水玻璃70‑130；氢氧化钠2.5‑8；水70‑120；硅烷偶联剂5‑15；小分子醇类5‑10；催化剂0.1‑1；B组分由下述质量分数的物质组成：异氰酸酯75‑95；氨酯改性MDI类预聚体30‑45；酯类降粘剂10‑45。

Description

一种低热注浆材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种低热有机无机复合注浆材料及其制备方法，具体的说是一种使用固体水玻璃改进的无机组分与有机组分混合得到的注浆材料，属于无机改性聚氨酯注浆领域。
背景技术
1、在煤矿开采过程中经常遇到断层、褶曲及裂隙发育带等地质构造，煤岩体松散破碎，容易出现大面积冒顶和突水事故，严重威胁煤矿井下安全生产，通过高性能注浆材料可以有效的将破碎煤岩体形成一个整体起到加固作用，从而解决这个影响煤矿安全与效益的突出问题。
2、常用的注浆材料主要分为颗粒性注浆(比如水泥浆、水泥-水玻璃浆等)以及无颗粒注浆(聚氨酯类、环氧树脂类、水玻璃类)。但是由于单一注浆材料存在自身的一些弊端使其使用受限，因此开发一种复合注浆材料是提升注浆材料综合性能的一种有效手段。
3、聚氨酯材料的力学性能优异，但阻燃以及抗静电性能差且成本较高；水玻璃注浆材料成本低并且抗静电、阻燃性能优异，但力学性能较差；目前市面上有许多水玻璃改性聚氨酯注浆材料，但是由于异氰酸酯是油性物质，水玻璃是水性物质，在其使用时存在两组分相容性差等问题，导致注浆材料的力学性能偏低，特别是粘结性能偏低。
发明内容
本发明的目的是提供一种低热注浆材料，它是一种主要以固体水玻璃为原料，通过特定的无机液体组分制备的高相容性水玻璃改性聚氨酯注浆材料，它从水玻璃源头处解决无机相与有机相的相容性问题，该注浆材料固化时间可调，固结体强度高，粘结性能优异，产品储存稳定性优异。
本发明一种低热注浆材料，是体积比1：1的A组分与B组分的混合物，
所述A组分由下述质量分数的物质组成：
Figure BDA0003434699960000011
所述B组分由下述质量分数的物质组成：
异氰酸酯 75-95；
氨酯改性MDI类预聚体 30-45；
酯类降粘剂 10-45。
上述的低热注浆材料，所述的固体水玻璃为模数1.0-3.5且杂质含量≤0.5％的透明细小硅酸钠颗粒。
上述的低热注浆材料，所述小分子醇类为乙二醇、丙三醇、月桂醇的一种或多种。
上述的低热注浆材料，所述硅烷偶联剂为氨丙基三甲氧基硅烷、氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、3-氯丙基三甲氧基硅烷中的一种或多种。
上述的低热注浆材料，所述催化剂为三乙烯二胺、二甲基乙氧基乙醇、Cucat-WNT05A复合催化剂中的一种或多种。Cucat-WNT05A复合催化剂是广州优润合成新材料有限公司生产。
上述的低热注浆材料，所述异氰酸酯为多苯基多亚甲基多异氰酸酯，系烟台万华聚氨酯股份有限公司生产。
上述的低热注浆材料，氨酯改性MDI类预聚体为旭川化学有限公司生产的XCPC系列的氨酯改性MDI类预聚体。氨酯改性MDI类预聚体由低分子量聚醚或小分子多元醇与异氰酸酯预聚而成，最终预聚体在常温下粘度≤10000mPa·s，-NCO％值在14-20％之间。
上述的低热注浆材料，所述酯类降粘剂性剂为皂化甘油、油酸甘油酯、月桂醇磷酸酯、邻苯二甲酸二异壬酯中的一种或多种。
本发明同时提供了上述低热注浆材料的制备方法，
将氢氧化钠以及催化剂溶于水形成溶液，然后将硅烷偶联剂以及小分子醇类加入到溶液中搅拌，然后将固体水玻璃分批加入到溶液中，温度维持在30-40℃搅拌均匀得到A组分；
在30-40℃下，将异氰酸酯、氨酯改性MDI类预聚体、酯类降粘剂混合搅拌后得到B组分；
将A组分、B组分混合。
与当前注浆材料相比，本发明具有以下优势：
1、从固体水玻璃出发进行调配无机组分，使得无机组分与有机组分有更佳的相容性，最终体现在具有优异的力学性能，同时更容易调控实现双组分体积比1:1操作。
2、选用氨酯改性MDI类预聚体，与体系异氰酸酯兼容性更强，在保证力学性能达标的前提下具有更低的最高反应温度。
3、A组分、B组分双组分粘度及固化时间可调，具有更好的渗透性以及适用性，存储性优异。
4、与聚氨酯注浆材料相比，具有更大的安全性及低成本；与无机水泥注浆相比，具有更优异的粘结、渗透以及可操作性；与市售的复合注浆材料相比，具有更优异的粘结以及安全性。
具体实施方式
一种低热注浆材料，由A组分、B组分组成。
材料成分：
所述A组分质量分数构成如下：
Figure BDA0003434699960000031
所述B组分质量分数构成如下：
异氰酸酯 75-95；
氨酯改性MDI类预聚体 30-45；
酯类降粘剂 10-45。
固体水玻璃是一种硅酸钠颗粒，具有优异的水溶性，其化学式为Na2O·nSiO2，它是一种可溶性的无机硅酸盐，具有广泛的用途，其水溶液是一种常见的胶凝材料。
所述的固体水玻璃选自模数1.0-3.5且杂质含量≤0.5％的透明细小硅酸钠颗粒；
所述水即普通自来水；
所述氢氧化钠为市售分析纯；
所述小分子醇类选自乙二醇、丙三醇、月桂醇等的一种或多种。
所述硅烷偶联剂选自氨丙基三甲氧基硅烷、氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、3-氯丙基三甲氧基硅烷等中的一种或多种。
所述催化剂选自固体三乙烯二胺、二甲基乙氧基乙醇、三乙烯二胺溶液A33(33％的三乙烯二胺，溶液是一缩二丙二醇)、Cucat-WNT05A复合专用催化剂中的一种或多种，其中Cucat-WNK05A来自广州优润合成新材料有限公司。
所述异氰酸酯选自多苯基多亚甲基多异氰酸酯中的一种或多种，购自烟台万华聚氨酯股份有限公司。
所述氨酯改性MDI类预聚体由低分子量聚醚或小分子多元醇在特定工艺下与异氰酸酯预聚而成，最终预聚体在常温下粘度≤10000mPa·s，-NCO％值在14-20％之间，氨酯改性预聚体选自旭川化学有限公司XCPC系列。
所述酯类降粘剂选自皂化甘油、油酸甘油酯、月桂醇磷酸酯、邻苯二甲酸二异壬酯等中的一种或多种。
实施例一：
1、首先将2.5份氢氧化钠以及0.5份固体三乙烯二胺溶于80份水形成溶液，然后将8份3-氯丙基三甲氧基硅烷以及10份丙三醇加入到上述溶液中搅拌一段时间，然后将100份模数为2.3的固体水玻璃分批加入到溶好的溶液中进行搅拌一段时间(搅拌釜加热温度维持在30-40℃)，搅拌均匀后得到A组分；
2、在30-40℃下，将85份异氰酸酯PM200(购自烟台万华聚氨酯股份有限公司)、35份氨酯改性MDI类预聚体、15份油酸甘油酯、10份皂化甘油混合搅拌一段时间后得到B组分；将A,B双组份按照体积比1:1混合测试性能。性能检测如下：
最高反应温度：90℃；
初凝时间：2min；
终凝时间：3min；
抗压强度42MPa；
拉伸强度：10Mpa；
粘结强度：4MPa；
抗剪强度：15MPa；
表面电阻：10^6Ω；
氧指数：32。
A组分、B组分单独存储时间：6个月。
实施例二：
1、首先将5份氢氧化钠以及0.5份二甲基乙氧基乙醇溶于100份水形成溶液，然后将10份γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷以及8份乙二醇加入到上述溶液中搅拌一段时间，然后将80份模数为2.3及20份模数为3的固体水玻璃分批加入到溶好的溶液中进行搅拌一段时间(搅拌釜加热温度维持在30-40℃)，搅拌均匀后得到A组分；
2、在30-40℃下，将95份PM200、25份氨酯改性MDI类预聚体、25邻苯二甲酸二异壬酯混合搅拌一段时间后得到B组分；将A,B双组份按照体积比1:1混合测试性能。性能检测如下：
最高反应温度：85℃；
初凝时间：2min；
终凝时间：2min30s；
抗压强度30MPa；
拉伸强度：8Mpa；
粘结强度：3MPa；
抗剪强度：12MPa；
表面电阻：10^6Ω；
氧指数：34。
A组分、B组分单独存储时间：6个月。
实施例三：
1、首先将3.5份氢氧化钠以及1份Cucat-WNT05A催化剂溶于80份水形成溶液，然后将10份3-氯丙基三甲氧基硅烷以及5份丙三醇加入到上述溶液中搅拌一段时间，然后将90份模数为2.3及10份模数为3的固体水玻璃分批加入到溶好的溶液中进行搅拌一段时间(搅拌釜加热温度维持在30-40℃)，搅拌均匀后得到A组分；
2、在30-40℃下，将95份PM200、25份氨酯改性MDI类预聚体、25份油酸甘油酯混合搅拌一段时间后得到B组分；将A,B双组份按照体积比1:1混合测试性能。性能检测如下：
最高反应温度：90℃；
初凝时间：2min30s；
终凝时间：3min30s；
抗压强度45MPa；
拉伸强度：12Mpa；
粘结强度：4.5MPa；
抗剪强度：16MPa；
表面电阻：10^6Ω；
氧指数：34。
A组分、B组分单独存储时间：6个月。
实施例四：
1、首先将3.5份氢氧化钠以及1份Cucat-WNT05A催化剂溶于80份水形成溶液，然后将5份氨丙基三甲氧基硅烷、5份氨丙基三乙氧基硅烷以及5份月桂醇加入到上述溶液中搅拌一段时间，然后将90份模数为2.3及10份模数为3的固体水玻璃分批加入到溶好的溶液中进行搅拌一段时间(搅拌釜加热温度维持在30-40℃)，搅拌均匀后得到A组分；
2、在30-40℃下，将95份PM200、25份氨酯改性MDI类预聚体、25份月桂醇磷酸混合搅拌一段时间后得到B组分；将A,B双组份按照体积比1:1混合测试性能。性能检测如下：
最高反应温度：95℃；
初凝时间：2mins；
终凝时间：3mins；
抗压强度30MPa；
拉伸强度：8Mpa；
粘结强度：3MPa；
抗剪强度：13MPa；
表面电阻：10^6Ω；
氧指数：34。
A组分、B组分单独存储时间：6个月
通过4个实施例对比，实施例三综合性能最佳。由实例分析可知：无机液体组份中固体水玻璃的种类及用量对最终的力学性能有较大影响，同时小分子助剂3-氯丙基三甲氧基硅烷及丙三醇的加入，改善了无机相与有机相的相容性，同时通过引入无机有机专用Cucat-WNT05A催化剂，改善了最终的综合力学性能，形成高性能注浆材料，可以有效的将破碎煤岩体形成一个整体起到加固作用，从而解决这个影响煤矿安全与效益的突出问题。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种低热注浆材料，其特征是：它是体积比1：1的A组分与B组分的混合物，
所述A组分由下述质量分数的物质组成：
Figure FDA0003434699950000011
所述B组分由下述质量分数的物质组成：
异氰酸酯 75-95；
氨酯改性MDI类预聚体 30-45；
酯类降粘剂 10-45。
2.如权利要求1所述的低热注浆材料，其特征是：所述的固体水玻璃为模数1.0-3.5且杂质含量≤0.5％的透明细小硅酸钠颗粒。
3.如权利要求1所述的低热注浆材料，其特征是：所述小分子醇类为乙二醇、丙三醇、月桂醇的一种或多种。
4.如权利要求1所述的低热注浆材料，其特征是：所述硅烷偶联剂为氨丙基三甲氧基硅烷、氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、3-氯丙基三甲氧基硅烷中的一种或多种。
5.如权利要求1所述的低热注浆材料，其特征是：所述催化剂为三乙烯二胺、二甲基乙氧基乙醇、Cucat-WNT05A复合催化剂中的一种或多种。
6.如权利要求1所述的低热注浆材料，其特征是：所述异氰酸酯为多苯基多亚甲基多异氰酸酯。
7.如权利要求1所述的低热注浆材料，其特征是：氨酯改性MDI类预聚体为旭川化学有限公司生产的XCPC系列的氨酯改性MDI类预聚体。
8.如权利要求1所述的低热注浆材料，其特征是：所述酯类降粘剂性剂为皂化甘油、油酸甘油酯、月桂醇磷酸酯、邻苯二甲酸二异壬酯中的一种或多种。
9.权利要求1所述低热注浆材料的制备方法，其特征是：
将氢氧化钠以及催化剂溶于水形成溶液，然后将硅烷偶联剂以及小分子醇类加入到溶液中搅拌，然后将固体水玻璃分批加入到溶液中，温度维持在30-40℃搅拌均匀得到A组分；
在30-40℃下，将异氰酸酯、氨酯改性MDI类预聚体、酯类降粘剂混合搅拌后得到B组分；
将A组分、B组分混合。
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