一种井下采空区弹性固化泡沫材料及其应用制造技术

本发明专利技术提供了一种井下采空区弹性固化泡沫材料，属于井下采空区防火灭火技术领域。本发明专利技术提供的井下采空区弹性固化泡沫材料由包括以下重量份数的原料制备得到：多异氰酸酯30～50份，多元醇化合物2～10份，发泡剂1～5份，扩链剂2～6份，交联剂1～6份，阻燃剂0～10份，泡沫稳定剂1～4份，防老剂0～3份，填料0～6份，催化剂0.1～2份，软化剂0～5份。本发明专利技术提供的井下采空区弹性固化泡沫材料伸缩率大、抗压能力强、密闭性能好；而且成泡快、固化时间短、老化时间长。

【技术实现步骤摘要】
一种井下采空区弹性固化泡沫材料及其应用
本专利技术涉及井下采空区防火灭火
，尤其涉及一种井下采空区弹性固化泡沫材料及其应用。
技术介绍
井下采空区密闭墙是封堵工作面采空区技术中应用最为广泛、效果最为明显的一种技术，该技术通过隔断通往采空区的漏风通道，减少向采空区供氧，达到预防采空区遗煤自燃的目的。目前，井下采空区密闭墙主要有：无机材料密闭墙、有机材料密闭墙和混合材料密闭墙三种形式。传统的无机材料密闭墙采用人工砌筑砖石、浇筑混凝土、水泥沙喷构筑等方式。这种密闭墙施工工艺简单、材料成本低、技术成熟、实践经验丰富，被广大设计人员熟识，该密闭墙所用材料属于刚性材料，不具备塑性变形特点，当受顶板、底板运动及工作回采强烈动压冲击影响时，很容易造成密闭墙体的破裂；有机材料密闭墙是利用高聚物聚合原理，将高分子预聚体注入待封堵区域，原材料混合后发生交联反应，堵住漏风通道，常用的有机材料主要包括罗克休、马丽散、艾格劳尼、米诺华、膨胀水泥充填剂等，有机材料密闭墙抗压效果较差，矿井一旦发生瓦斯爆炸，这些密闭墙根本无法承受几千帕，甚至是几兆帕的冲击压力；混合材料密闭墙是将上述2种密闭方式相结合，墙体下方采用砖石混凝土等无机材料，接顶部位采用有机材料，同样存在井下采空区抗压性能差的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种井下采空区弹性固化泡沫材料及其应用。本专利技术提供的井下采空区弹性固化泡沫材料抗压能力强，能满足不同井下采空区环境的需要。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：一种井下采空区弹性固化泡沫材料，由包括以下重量份数的原料制备得到：多异氰酸酯30～50份，多元醇化合物2～10份，发泡剂1～5份，扩链剂2～6份，交联剂1～6份，阻燃剂0～10份，泡沫稳定剂1～4份，防老剂0～3份，填料0～6份，催化剂0.1～2份，软化剂0～5份。优选地，所述多异氰酸酯包括多苯基多亚甲基多异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯和二甲苯基甲烷二异氰酸酯中的一种或几种的混合物。优选地，所述多元醇化合物为聚酯多元醇和/或聚醚多元醇。优选地，所述发泡剂为氢化氟烷烃、正戊烷或液态CO2。优选地，所述催化剂为有机锡类或叔胺类催化剂。优选地，所述有机锡类催化剂为二月桂酸二丁基锡或辛酸亚锡；所述叔胺类催化剂为三亚乙基二胺或三乙醇胺。优选地，所述扩链剂为二元胺或二元醇。优选地，所述交联剂为三官能度或四官能度有机醇类化合物。本专利技术还提供了上述技术方案所述井下采空区弹性固化泡沫材料在井下采空区密闭墙中的应用。优选地，采用充填模版施工方法制备井下采空区密封墙，包括以下步骤：在井下采空区预定密闭墙位置设置两道填充模版，所述填充模版之间形成待填充空间，所述模版与井下采空区巷道高度相同，在模版上方沿井下采空区巷道顶板最高点设置注浆孔，将所述井下采空区弹性固化泡沫材料经注浆孔注满待填充空间，得到井下采空区密封墙。本专利技术提供了一种井下采空区弹性固化泡沫材料，由包括以下重量份数的原料制备得到：多异氰酸酯30～50份，多元醇化合物2～10份，发泡剂1～5份，扩链剂2～6份，交联剂1～6份，阻燃剂0～10份，泡沫稳定剂1～4份，防老剂0～3份，填料0～6份，催化剂0.1～2份，软化剂0～5份。本专利技术中多异氰酸酯和多元醇化合物中的羟基基团发生链增长反应，得到聚氨酯，能够使泡沫材料具有弹性；多异氰酸酯中的氨基基团与原料中残余的少量水进行气体发生反应，生成脲基聚合物和CO2，发泡剂可以对气体发生反应中产生气泡的大小进行控制，从而实现成型泡沫中存在致密的微泡，最终使泡沫具有伸缩率大的特点，压缩率提高至10％左右、拉伸率提高至5％；多异氰酸酯与聚氨酯中的氨基甲酸酯基团中的氮原子在催化剂作用下发生交联反应，生成脲基甲酸酯，多异氰酸酯与脲基中的氮原子上的氢在催化剂作用下反应，形成缩二脲。填料形成骨架结构，能够提高抗压能力，抗压强度提高至10MPa，最大冲击强度可达15KJ/m2；发泡剂、交联剂可实现对交联反应、气体发生反应的控制，保证井下采空区弹性固化泡沫材料的密闭性能，使井下采空区弹性固化泡沫材料具有良好的致密闭孔结构和交联骨架，结构性能稳定，受井下采空区弱酸弱碱环境影响小，老化时间提高50年；而且，该井下采空区弹性固化泡沫材料的粘结性优良，能保证井下采空区弹性固化泡沫材料应用与制备密封墙时与四周围岩的密闭性，从而能实现整体的密闭性好，漏风率降低至1％；催化剂能够加快链增长、气体发生反应和交联反应的速度，成泡时间降低至1min，固化时间降低至10min，达到了成泡时间快、固化时间短的效果；同时本专利技术提供的井下采空区弹性固化泡沫材料具有致密闭孔结构和交联骨架，结构性能稳定。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。图1为本专利技术采用充填模版施工方法制备井下采空区密封墙的施工方法示意图。具体实施方式本专利技术提供了一种井下采空区弹性固化泡沫材料，由包括以下重量份数的原料制备得到：多异氰酸酯30～50份，多元醇化合物2～10份，发泡剂1～5份，扩链剂2～6份，交联剂1～6份，阻燃剂0～10份，泡沫稳定剂1～4份，防老剂0～3份，填料0～6份，催化剂0.1～2份，软化剂0～5份。在本专利技术中，制备所述井下采空区弹性固化泡沫材料的原料包括30～50份重量份数的多异氰酸酯，优选为35～45份。在本专利技术中，所述多异氰酸酯和多元醇化合物中的羟基基团发生链增长反应，得到聚氨酯，聚氨酯是一种弹性材料，使得本专利技术提供的井下采空区弹性固化泡沫材料具有优良的承压性能和抗冲击能力；多异氰酸酯中的氨基基团与原料中残余的少量水发生气体发生反应，生成脲基聚合物和CO2；多异氰酸酯与聚氨酯中的氨基甲酸酯基团中的氮原子在催化剂作用下发生交联反应，生成脲基甲酸酯，多异氰酸酯与脲基中的氮原子上的氢在催化剂作用下反应，形成缩二脲，本专利技术通过添加其他原料实现对这些反应过程的控制，能够提高井下采空区弹性固化泡沫材料的抗压强度、最大冲击强度、成泡时间、固化时间、老化时间以及漏风率。在本专利技术中，所述多异氰酸酯优选包括多苯基多亚甲基多异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯和二甲苯基甲烷二异氰酸酯中的一种或几种的混合物。当所述多异氰酸酯为混合物时，本专利技术对所述混合物中各物质的用量没有特殊的限定，采用任意比例的混合物即可。本专利技术对所述多异氰酸酯的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可。在本专利技术中，制备所述井下采空区弹性固化泡沫材料的原料包括2～10份重量份数的多元醇化合物，优选为5～8份。在本专利技术中，所述多元醇化合物优选为聚酯多元醇和/或聚醚多元醇。本专利技术对所述多元醇化合物的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的制备方法制得或市售商品即可，具体的，如由多官能团醇类或胺类与环氧丙烷制得。在本专利技术中，制备所述井下采空区弹性固化泡沫材料的原料包括1～5份重量份数的发泡剂，优选为2～3份。在本专利技术中，所述发泡剂优选为氢化氟烷烃(HFCs)、正戊烷或液态CO2。在本专利技术中，所述发泡剂可以对气体发生反应中产生气泡的大小进行控制，从而实现成型泡沫中存在致密的微泡，最终使泡沫具有伸缩率大的特点，且所述发泡剂为环保型发泡剂，臭氧消耗能值(ODP)为零，无有毒有害物质产生，可实现零排放。在本专利技术中，制备所述井下采空区弹性固化泡本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种井下采空区弹性固化泡沫材料，由包括以下重量份数的原料制备得到：多异氰酸酯30～50份，多元醇化合物2～10份，发泡剂1～5份，扩链剂2～6份，交联剂1～6份，阻燃剂0～10份，泡沫稳定剂1～4份，防老剂0～3份，填料0～6份，催化剂0.1～2份，软化剂0～5份。

【技术特征摘要】
1.一种井下采空区弹性固化泡沫材料，由包括以下重量份数的原料制备得到：多异氰酸酯30～50份，多元醇化合物2～10份，发泡剂1～5份，扩链剂2～6份，交联剂1～6份，阻燃剂0～10份，泡沫稳定剂1～4份，防老剂0～3份，填料0～6份，催化剂0.1～2份，软化剂0～5份。2.根据权利要求1所述的井下采空区弹性固化泡沫材料，其特征在于，所述多异氰酸酯包括多苯基多亚甲基多异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯和二甲苯基甲烷二异氰酸酯中的一种或几种的混合物。3.根据权利要求2所述的井下采空区弹性固化泡沫材料，其特征在于，所述多元醇化合物为聚酯多元醇和/或聚醚多元醇。4.根据权利要求1所述的井下采空区弹性固化泡沫材料，其特征在于，所述发泡剂为氢化氟烷烃、正戊烷或液态CO2。5.根据权利要求1所述的井下采空区弹性固化泡沫材料，其特征在于，所述催化剂为有机锡类或叔胺类催化剂。6.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱红青，陆新晓，李峰，胡超，史玮，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，
类型：发明
国别省市：北京,11