CN114316190A - 一种聚酰亚胺改性聚氨酯灌浆树脂加固料 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种聚酰亚胺改性聚氨酯灌浆树脂加固料，以质量计，其配方组成为：80～150份异氰酸酯单体、30～60份氨基封端的聚酰亚胺低聚物、20～40份聚醚多元醇、0.05～0.5份催化剂、0.5～2.5份泡沫稳定剂、5～10份阻燃剂。本发明采用氨基封端的聚酰亚胺低聚物进行化学改性，所述聚氨酯灌浆树脂加固料固化后，具有高强度与耐高温性，应用前景广泛。

Description

一种聚酰亚胺改性聚氨酯灌浆树脂加固料

技术领域

本发明涉及一种聚酰亚胺改性聚氨酯灌浆树脂加固料，属于灌浆材料技术领域。

技术背景

灌浆材料是指在一定压力作用下灌入底层、岩石或构筑物中的缝隙、孔洞中，达到减少挤出渗漏、改善裂隙岩体的物理力学性质，增加建筑物和构筑物地基的整体稳定性，提高其抗渗性、强度、耐久性的流体质材料

聚氨酯灌浆加固技术目前已被广泛应用于煤矿领域，为井下高效安全的生产提供了保障。然而普通的聚氨酯灌浆加固材料在井下应用过程中却多次出现严重的冒烟、着火现象，引发重大的火灾事故。究其原因主要有两点：其一，聚氨酯灌浆加固材料在反应固化时会产生大量的热量，在对工作面出现冒顶后的冒落区进行灌浆加固时，材料大量积聚在冒落后的较大空穴里，较低的导热系数使得热量在材料内部积聚，其芯部温度不断上升最高可达200℃以上，最终发生阴燃，产生烟和温度持续上升等现象；其二，热量的扩散使得环境及煤层温度持续升高，诱发具有自燃倾向性的煤层发生自燃，产生严重的火灾及爆炸事故。因此是否具有较低的反应温度和固化放热量，已成为聚氨酯灌浆加固类材料能否应用于煤矿的关键因素。

中国专利CN201410461142.8涉及一种高强聚氨酯灌浆加固材料，由A、B双组分组成，A组分由聚醚多元醇10～50重量份、催化剂0.01～5重量份以及第一助剂0.5～20重量份组成，所述第一助剂选自增塑剂、高效阻燃剂、特种抑泡剂中的一种或多种的混合物；B组分由异氰酸酯和/或其预聚物25～75重量份、高效阻燃剂5～20重量份以及第二助剂0～10重量份组成，所述第二助剂选自增塑剂和/或特种抑泡剂。该发明的高强聚氨酯灌浆加固材料在遇大量的明水的情况下其发泡依然可控，并保持良好的固结体抗压强度，在煤矿、地铁、隧洞等地下潮湿空间作为快速加固材料，仍可安全使用。该发明虽然加入了相当比例的阻燃剂，但是由于聚氨酯树脂本身的不耐高温性，使得该发明在大于一定温度时，存在容易变形、强度低的缺点。

发明内容

为克服现有聚氨酯灌浆材料存在的缺点和不足，本发明的目的旨在提供一种聚酰亚胺改性聚氨酯灌浆树脂加固料。

一种聚酰亚胺改性聚氨酯灌浆树脂加固料，以质量计，其配方组成为：80～150份异氰酸酯单体、30～60份氨基封端的聚酰亚胺低聚物、20～40份聚醚多元醇、0.05～0.5份催化剂、0.5～2.5份泡沫稳定剂、5～10份阻燃剂。

所述的氨基封端的聚酰亚胺低聚物结构式如下所示：

所述的氨基封端的聚酰亚胺低聚物的制备方法如下：

通氮气情况下，将均苯四甲酸酐与2,6-二氨基吡啶按照摩尔比1:1.8～1:2.0加入到反应器中，然后加入稀释剂配制成质量份数为60～70％的溶液，加热至40～60℃反应2～3h；然后缓慢升温至150～160℃，同时加入加入总重量0.05％～0.2％钛酸四丁酯催化剂，保温反应8～12h后冷却至室温，干燥除去溶剂和杂质后，即得聚酰亚胺低聚物；所述的稀释剂为环己酮、四氢呋喃、二甲亚砜中的至少一种。

所述的异氰酸酯单体为TDI、HDI、TMDI、IPDI中的至少一种。

所述的聚醚多元醇为聚四氢呋喃醚二醇、聚四亚甲基醚二醇、聚环氧丙烷醚二醇中的至少一种，数均分子量为1000～5000。

所述的催化剂为苯甲酰氯、二月桂酸二丁基锡、二醋酸二丁基锡中的至少一种。

所述的泡沫稳定剂为聚醚改性聚硅氧烷。

所述的阻燃剂为膨胀型阻燃剂，进一步地，优选为多聚磷酸、聚磷酸铵、硼酸中的至少一种。

所述的聚酰亚胺改性聚氨酯灌浆树脂加固料的制备方法如下：

(1)氮气保护下，将异氰酸酯单体、氨基封端的聚酰亚胺低聚物、聚醚多元醇加入到反应装置中搅拌溶解均匀，加热至60～100℃，缓慢加入催化剂，保温反应5～8h，即制得聚酰亚胺改性聚氨酯预聚体；

(2)使用时，向改性聚氨酯预聚体中加入泡沫稳定剂、阻燃剂并充分混合均匀，即制得所述的聚氨酯灌浆树脂加固料。

相对于现有技术，本发明具有以下优点或益处：采用氨基封端的聚酰亚胺低聚物进行化学改性，所述聚氨酯灌浆树脂加固料固化后，具有高强度与耐高温性。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的一种聚酰亚胺改性聚氨酯灌浆树脂加固料做进一步的描述。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。

实施例1

一种聚酰亚胺改性聚氨酯灌浆树脂加固料的制备方法如下：

(1)氮气保护下，将150份TMDI、60份氨基封端的聚酰亚胺低聚物、40份聚四亚甲基醚二醇加入到反应装置中搅拌溶解均匀，加热至60℃，缓慢加入0.5二月桂酸二丁基锡，保温反应8h，即制得聚酰亚胺改性聚氨酯预聚体；

(2)使用时，向改性聚氨酯预聚体中加入0.5份聚醚改性聚硅氧烷、10份多聚磷酸并充分混合均匀，即制得所述的聚氨酯灌浆树脂加固料。

其中，本实施例所述的氨基封端的聚酰亚胺低聚物的制备方法如下：

通氮气情况下，将均苯四甲酸酐与2,6-二氨基吡啶按照摩尔比1:1.8加入到反应器中，然后加入四氢呋喃配制成质量份数为70％的溶液，加热至40℃反应3h；然后缓慢升温至150℃，同时加入加入总重量0.2％钛酸四丁酯催化剂，保温反应8h后冷却至室温，干燥除去溶剂和杂质后，即得聚酰亚胺低聚物。

实施例2

一种聚酰亚胺改性聚氨酯灌浆树脂加固料的制备方法如下：

(1)氮气保护下，将80份HDI、30份氨基封端的聚酰亚胺低聚物、20份聚四氢呋喃醚二醇加入到反应装置中搅拌溶解均匀，加热至100℃，缓慢加入0.05份苯甲酰氯，保温反应5h，即制得聚酰亚胺改性聚氨酯预聚体；

(2)使用时，向改性聚氨酯预聚体中加入聚醚改性聚硅氧烷、聚磷酸铵并充分混合均匀，即制得所述的聚氨酯灌浆树脂加固料。

其中，本实施例所述的氨基封端的聚酰亚胺低聚物的制备方法如下：

通氮气情况下，将均苯四甲酸酐与2,6-二氨基吡啶按照摩尔比1:2.0加入到反应器中，然后加入二甲亚砜配制成质量份数为60％的溶液，加热至60℃反应23h；然后缓慢升温至160℃，同时加入加入总重量0.05％钛酸四丁酯催化剂，保温反应12h后冷却至室温，干燥除去溶剂和杂质后，即得聚酰亚胺低聚物。

实施例3

一种聚酰亚胺改性聚氨酯灌浆树脂加固料的制备方法如下：

(1)氮气保护下，将100份IPDI、50份氨基封端的聚酰亚胺低聚物、26份聚环氧丙烷醚二醇加入到反应装置中搅拌溶解均匀，加热至60～100℃，缓慢加入0.15份二醋酸二丁基锡，保温反应6h，即制得聚酰亚胺改性聚氨酯预聚体；

(2)使用时，向改性聚氨酯预聚体中加入1.5份聚醚改性聚硅氧烷、7份硼酸并充分混合均匀，即制得所述的聚氨酯灌浆树脂加固料。

其中，本实施例所述的氨基封端的聚酰亚胺低聚物的制备方法如下：

通氮气情况下，将均苯四甲酸酐与2,6-二氨基吡啶按照摩尔比1:1.9加入到反应器中，然后加入环己酮配制成质量份数为64％的溶液，加热至55℃反应2.5h；然后缓慢升温至155℃，同时加入加入总重量0.1％钛酸四丁酯催化剂，保温反应10h后冷却至室温，干燥除去溶剂和杂质后，即得聚酰亚胺低聚物。

将实施例1～3中的聚酰亚胺改性聚氨酯灌浆树脂加固料相同条件下，性能参数测试如下表：

Claims (8)

1.一种聚酰亚胺改性聚氨酯灌浆树脂加固料，其特征在于：为采用氨基封端的聚酰亚胺低聚物改性，以质量计，其制备方法如下：

以质量计，其配方组成为：80～150份异氰酸酯单体、30～60份氨基封端的聚酰亚胺低聚物溶液、20～40份聚醚多元醇、0.05～0.5份催化剂、0.5～2.5份泡沫稳定剂、5～10份阻燃剂。

其中，所述的氨基封端的聚酰亚胺低聚物结构式如下所示：

2.根据权利要求1所述的一种聚酰亚胺改性聚氨酯灌浆树脂加固料，其特征在于：所述的氨基封端的聚酰亚胺低聚物溶液的制备方法如下：

通氮气情况下，将均苯四甲酸酐与2,6-二氨基吡啶按照摩尔比1:1.8～1:2.0加入到反应器中，然后加入稀释剂配制成质量份数为60～70％的溶液，加热至40～60℃反应2～3h；然后缓慢升温至150～160℃，同时加入加入总重量0.05％～0.2％钛酸四丁酯催化剂，保温反应8～12h后冷却至室温，干燥除去溶剂和杂质后，即得聚酰亚胺低聚物；所述的稀释剂为环己酮、四氢呋喃、二甲亚砜中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的一种聚酰亚胺改性聚氨酯灌浆树脂加固料，其特征在于：所述的异氰酸酯单体为TDI、HDI、TMDI、IPDI中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的一种聚酰亚胺改性聚氨酯灌浆树脂加固料，其特征在于：所述的聚醚多元醇为聚四氢呋喃醚二醇、聚四亚甲基醚二醇、聚环氧丙烷醚二醇中的至少一种，数均分子量为1000～5000。

5.根据权利要求1所述的一种聚酰亚胺改性聚氨酯灌浆树脂加固料，其特征在于：所述的催化剂为苯甲酰氯、二月桂酸二丁基锡、二醋酸二丁基锡中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的一种聚酰亚胺改性聚氨酯灌浆树脂加固料，其特征在于：所述的泡沫稳定剂为聚醚改性聚硅氧烷。

7.根据权利要求1所述的一种聚酰亚胺改性聚氨酯灌浆树脂加固料，其特征在于：所述的阻燃剂为膨胀型阻燃剂，进一步地，优选为多聚磷酸、聚磷酸铵、硼酸中的至少一种。

8.根据权利要求1所述的一种聚酰亚胺改性聚氨酯灌浆树脂加固料，其特征在于：所述的聚酰亚胺改性聚氨酯灌浆树脂加固料的制备方法如下：

(1)氮气保护下，将异氰酸酯单体、氨基封端的聚酰亚胺低聚物、聚醚多元醇加入到反应装置中搅拌溶解均匀，加热至60～100℃，缓慢加入催化剂，保温反应5～8h，即制得聚酰亚胺改性聚氨酯预聚体；

(2)使用时，向改性聚氨酯预聚体中加入泡沫稳定剂、阻燃剂并充分混合均匀，即制得所述的聚氨酯灌浆树脂加固料。