一种硅酸盐改性聚氨酯加固材料及其制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种硅酸盐改性聚氨酯加固材料及其制备方法及应用，在不影响加固材料强度的前提下，降低了加固材料的反应温度并且遇水不发泡；相较于传统聚氨酯加固材料，减少了储能放热物料多亚甲基多苯基多异氰酸酯用量减少，在不影响加固材料强度的前提下，加固材料的反应最高温度大大降低，避免加固材料内部出现阴燃，进一步引发严重的煤矿火灾等严重的灾害事故的情况；本发明专利技术硅酸盐改性聚氨酯加固材料中硅酸钠溶液与多亚甲基多苯基多异氰酸酯在遇水后产生的二氧化碳气体发生固化反应，因此本发明专利技术的加固材料遇水不会发泡，说明本发明专利技术的加固材料即使遇水也能达到标准要求，并且不会出现局部片帮、冒顶等事故的发生，保证井下作业人员的安全性。

【技术实现步骤摘要】
一种硅酸盐改性聚氨酯加固材料及其制备方法及应用
本专利技术属于加固材料
，具体属于一种硅酸盐改性聚氨酯加固材料及其制备方法及应用。
技术介绍
复杂的地质条件使得在煤矿作业施工过程中，经常受到煤岩体片帮、工作面或巷道顶板冒顶、火灾、瓦斯等灾害的影响，严重威胁到井下作业人员的安全以及生产效率。为了解决这一系列突出的问题，煤矿注浆加固技术应运而生且发展迅速。然而近年来，普通注浆加固类材料在井下应用过程中由于单孔注浆量大，且内部环境封闭，大量的浆液聚集，固化反应放热量过大，材料芯部聚热持续升温，最高反应温度可达200℃以上，材料内部出现阴燃，由此引发严重的煤矿火灾等严重的灾害事故。此外，传统的高分子加固材料在井下施工过程中遇水容易发泡膨胀，发泡后的材料力学强度大幅下降，远远不能达到最低标准要求；并且遇水发泡的固结体材料会在一些裂缝断层处产生额外的膨胀压力，极易再次导致局部片帮、冒顶等事故。因此，为了解决传统煤矿用聚氨酯注浆材料的固有的问题，提高井下作业人员的安全，研发一种低放热、遇水不发泡且高强度的注浆加固材料迫在眉睫。
技术实现思路
为了解决现有技术中高分子注浆加固材料固化反应放热量高、遇水发泡强度变低等技术问题，本专利技术提供一种硅酸盐改性聚氨酯加固材料及其制备方法及应用，在不影响加固材料强度的前提下，降低了加固材料的反应温度并且遇水不发泡。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种硅酸盐改性聚氨酯加固材料，包括A组分和B组分，其中A组分由以下质量份数的物质组成：硅酸钠溶液200-300份、催化剂0.1-3份、聚醚多元醇3-5份、环氧树脂70-90份、环氧稀释剂30-50份和促溶剂5-10份；B组分由以下质量份数的物质组成：稀释剂10-30份，预聚体200-300份，所述预聚体由除水的聚丙二醇和多亚甲基多苯基多异氰酸酯反应得到。进一步的，所述硅酸钠溶液的模数为2.5-3.0、波美度为40°Be-50°Be。进一步的，所述催化剂为二月桂酸二丁基锡、异辛酸锌、三乙醇胺、三乙烯二胺、三亚乙基二胺、三乙胺、DMP-30和有机锡中至少一种。进一步的，所述聚醚多元醇的型号为DL-2000、DL-1000和GE220中至少一种。进一步的，所述环氧树脂型号为E-54、E-51、E-44、E20中至少一种；所述环氧稀释剂的型号为AGE、501、669中至少一种。进一步的，所述促溶剂为聚氧乙烯十八醇、聚氧乙烯油基醚、聚氧乙烯十六烷基醇中至少一种。进一步的，所述稀释剂为碳酸二甲酯、乙酸乙酯、乙酸丁酯中至少一种；所述聚丙二醇的分子量为400。本专利技术还提供一种硅酸盐改性聚氨酯加固材料的制备方法，具体包括以下步骤：S1：将环氧树脂加入到环氧稀释剂中，混合均匀即得到环氧树脂组分；S2：将促溶剂加入到硅酸钠溶液中混合均匀得到硅酸钠混合溶液，向硅酸钠混合溶液中依次加入聚醚多元醇、催化剂和步骤S1制得的环氧树脂组分，混合均匀即得到A组分；S3：将除水的聚丙二醇加入到多亚甲基多苯基多异氰酸酯中，在惰性气体保护下升温搅拌，即得到预聚体，向所述预聚体中加入稀释剂进行反应，即得到组分B；S4：将步骤S2制得的组分A与步骤S3制得的组分B按照体积1:1混合，反应即得到硅酸盐改性聚氨酯加固材料。进一步的，所述步骤S3中，所述预聚体由50g-150g的除水的PPG400和100g-300g多亚甲基多苯基多异氰酸酯在氮气气氛保护下，升温至85℃时搅拌1h-2h得到预聚体；在预聚体中加入所述稀释剂继续反应3h-4h，即得到组分B。本专利技术还提供一种硅酸盐改性聚氨酯加固材料在煤矿加固领域的应用。与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：本专利技术硅酸盐改性聚氨酯加固材料，相较于传统聚氨酯加固材料，由于B组分中的预聚体的合成采用聚丙二醇PPG400和多亚甲基多苯基多异氰酸酯，在得到的加固材料中储能放热物料多亚甲基多苯基多异氰酸酯用量减少，在没有影响到本专利技术得到的加固材料强度的前提下，加固材料的反应最高温度大大降低，达到了低放热的目的，避免加固材料内部出现阴燃，进一步引发严重的煤矿火灾等严重的灾害事故的情况。本专利技术硅酸盐改性聚氨酯加固材料中存在大量的硅酸钠溶液，当通过注浆泵注射使在A组分和B组分混合均匀后，B组分中的多亚甲基多苯基多异氰酸酯在遇水后会产生的大量的二氧化碳气体，但本专利技术的A组分中含有硅酸盐，大量的二氧化碳气体与硅酸盐会发生固化反应，因此本专利技术的加固材料在井下应用遇水不会发泡，也就不会影响材料本身的强度，也不会出现局部片帮、冒顶等事故的发生，保证井下作业人员的安全性。本专利技术所述的硅酸盐改性聚氨酯加固材料相较于传统聚氨酯加固材料，加入价格较低的硅酸钠，大大降低了材料成本，具有较高的商业价值。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步详细的描述，本专利技术的实施例用于阐释本专利技术的原理而不用于限定本专利技术的范围。以下实施例中各组分均以质量份数计。实施例1A组分的制备：首先将85份环氧树脂E-44加入到30份环氧稀释剂AGE中，搅拌30min得到粘度适中的环氧树脂组分。然后在210份硅酸钠溶液中加入5份促溶剂聚氧乙烯十八醇，搅拌20min至均匀状态得到硅酸钠混合溶液；向硅酸钠混合溶液中依次加入上述所得全部环氧树脂组分、5份聚醚多元醇DL-2000、1.6份的复合催化剂，搅拌60min得到A组分，复合催化剂包括1份催化剂三亚乙基二胺和0.6份DMP-30。B组分的制备：将30份的除水的聚丙二醇PPG400加入到200份多亚甲基多苯基多异氰酸酯中混合均匀，在氮气保护下将温度升至85℃，搅拌2h，即得到预聚体；在210份预聚体中加入20份稀释剂碳酸二甲酯，继续反应4h，得到透明的棕褐色预聚体，即为B组分。将A、B组分按照体积1:1混合均匀，既可得到硅酸盐改性聚氨酯加固材料。实施例2A组分的制备：首先将70份环氧树脂E-51加入到40份环氧稀释剂501中，搅拌30min得到粘度适中的环氧树脂组分。在200份硅酸钠溶液中加入10份促溶剂聚氧乙烯油基醚，搅拌10min至均匀状态得到硅酸钠混合溶液；向硅酸钠混合溶液中依次加入上述所得的全部环氧树脂组分、3份聚醚多元醇DL-1000、1.5份的复合催化剂，搅拌40min得到A组分；复合催化剂包括1份催化剂三乙醇胺和0.5份异辛酸锌。B组分的制备：将50份的除水的聚丙二醇PPG400加入到300份多亚甲基多苯基多异氰酸酯中混合均匀，在氮气保护下将温度升至80℃，搅拌2h，即得到预聚体；向300份的预聚体中加入30份稀释剂乙酸乙酯，继续反应3h，得到透明的棕褐色预聚体，即B组分。将A、B组分按照体积1:1混合均匀，既可得到硅酸盐改性聚氨酯加固材料。实施例3A组分的制备：首先将90份环氧树脂E54加入到50份环氧稀释剂669中，搅拌30min得到粘度适中的环氧树脂组分。在300份硅酸钠溶液中加入7份促溶剂聚氧乙烯十六烷本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种硅酸盐改性聚氨酯加固材料，其特征在于，包括A组分和B组分，其中A组分由以下质量份数的物质组成：硅酸钠溶液200-300份、催化剂0.1-3份、聚醚多元醇3-5份、环氧树脂70-90份、环氧稀释剂30-50份和促溶剂5-10份；B组分由以下质量份数的物质组成：稀释剂10-30份，预聚体200-300份，所述预聚体由除水的聚丙二醇和多亚甲基多苯基多异氰酸酯反应得到。/n

【技术特征摘要】
1.一种硅酸盐改性聚氨酯加固材料，其特征在于，包括A组分和B组分，其中A组分由以下质量份数的物质组成：硅酸钠溶液200-300份、催化剂0.1-3份、聚醚多元醇3-5份、环氧树脂70-90份、环氧稀释剂30-50份和促溶剂5-10份；B组分由以下质量份数的物质组成：稀释剂10-30份，预聚体200-300份，所述预聚体由除水的聚丙二醇和多亚甲基多苯基多异氰酸酯反应得到。


2.根据权利要求1所述的一种硅酸盐改性聚氨酯加固材料，其特征在于，所述硅酸钠溶液的模数为2.5-3.0、波美度为40°Be-50°Be。


3.根据权利要求1所述的一种硅酸盐改性聚氨酯加固材料，其特征在于，所述催化剂为二月桂酸二丁基锡、异辛酸锌、三乙醇胺、三乙烯二胺、三亚乙基二胺、三乙胺、DMP-30和有机锡中至少一种。


4.根据权利要求1所述的一种硅酸盐改性聚氨酯加固材料，其特征在于，所述聚醚多元醇的型号为DL-2000、DL-1000和GE220中至少一种。


5.根据权利要求1所述的一种硅酸盐改性聚氨酯加固材料，其特征在于，所述环氧树脂型号为E-54、E-51、E-44、E20中至少一种；所述环氧稀释剂的型号为AGE、501、669中至少一种。


6.根据权利要求1所述的一种硅酸盐改性聚氨酯加固材料，其特征在于，所述促溶剂为聚氧乙烯十八醇、聚氧乙烯油基醚、聚氧乙烯...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡国和，徐自冲，赵腾飞，李建军，耿耀强，安秀煜，
申请(专利权)人：陕西煤业化工技术研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61