用于井下巷道加固的双组分阻燃聚氨酯材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于聚氨酯技术领域，具体涉及一种用于井下巷道加固的双组分阻燃聚氨酯材料及其制备方法。所述聚氨酯材料由A组分和B组分按质量比1:(1

【技术实现步骤摘要】
用于井下巷道加固的双组分阻燃聚氨酯材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于聚氨酯
，具体涉及一种用于井下巷道加固的双组分阻燃聚氨酯材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]在煤矿开采过程中，形成的破碎煤岩体，往往会引起矿井下巷道围堰、顶板、工作面等尤其是松散煤(岩)体塌冒，影响安全生产。特别是随着大型综合采挖设备的普及，煤层巷道采掘后巷道壁面及周围形成裂隙带，在巷道壁喷涂浆液，对巷道壁进行加固，并形成隔离屏障初步封堵巷道壁采动裂隙；聚氨酯注浆喷涂加固材料巷道壁加固及防治方面有重大作用，巷道壁喷涂聚氨酯加固材料，完全固化后将巷道壁面及周围形成裂隙带形成完整岩体，提高围岩强度。
[0003]目前市场上常用聚氨酯喷涂加固材料，在保证强度的前提下，内部反应温度可达到130℃以上，放出的大量热会存在引燃煤层，导致矿井下瓦斯爆炸风险，同时对材料的阻燃性能要求较高，否则材料大量的热量得不到散失，也会引起材料自身引燃。另外，常规聚氨酯注浆喷涂加固材料在合成中会使用大量溶剂，选择不当时，容易造成污染。
[0004]因此制备一种适用于井下巷道喷涂加固的低温高强型双组分环保型阻燃聚氨酯材料成为本领域的重点难题。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题是：提供一种用于井下巷道加固的双组分阻燃聚氨酯材料，具有反应温度低，力学性能高、阻燃效果好的特点，满足煤矿用高分子材料的性能要求；本专利技术还提供其制备方法。
[0006]本专利技术所述的用于井下巷道加固的双组分阻燃聚氨酯材料，由A组分和B组分按质量比1:(1
‑
1.1)组成，其中A组分包括以下百分比的原料：
[0007][0008]B组分为含有0
‑
35wt％阻燃剂的改性异氰酸酯型聚氨酯预聚体。
[0009]所述聚醚多元醇A是以蔗糖、丙二醇为起始剂，在KOH催化下，与环氧丙烷反应制得的聚环氧丙烷醚多元醇，平均官能度6
‑
8，羟值300
‑
380mgKOH/g。
[0010]所述聚醚多元醇B是以蔗糖、山梨醇为起始剂，在KOH催化下，与环氧丙烷反应制得的聚环氧丙烷醚多元醇，平均官能度6
‑
8，羟值100
‑
200mgKOH/g。
[0011]聚醚多元醇A和聚醚多元醇B属于特种聚醚多元醇。
[0012]所述聚酯多元醇C为官能度2，羟值203
‑
250mgKOH/g的高阻燃苯酐聚酯，25℃黏度为2000
‑
4500mpa
·
s，水分小于0.1wt％。优选南京金陵斯泰潘化学有限公司生产的PS
‑
2352。
[0013]所述阻燃剂为三乙基磷酸酯、甲基膦酸二甲酯的一种或两种，均为环保型阻燃剂。
[0014]所述催化剂为60
‑
70wt％的有机胺类催化剂和30
‑
40wt％的有机金属催化剂复配。
[0015]常用的有机胺类催化剂为双(2
‑
二甲氨基乙基)醚、N,N二甲基环己胺、N,N二甲基苄胺。
[0016]常用的有机金属催化剂为二月桂酸二丁基锡、有机铋催化剂。
[0017]所述改性异氰酸酯型聚氨酯预聚体为聚醚多元醇D、小分子醇与多苯基多亚甲基异氰酸酯反应得到的NCO含量为14
‑
21％的预聚体。
[0018]其中，聚醚多元醇D为官能度2、分子量1500
‑
2000的聚二甲基苯酚二元醇或以双酚A为起始剂、官能度2、分子量700
‑
1000的聚醚多元醇或两者的混合物。
[0019]小分子醇为二丙二醇、二乙二醇、甘油中一种或多种。
[0020]聚醚多元醇D与小分子醇质量比为(1
‑
6)：(3
‑
7)。
[0021]本专利技术所述的用于井下巷道加固的双组分阻燃聚氨酯材料的制备方法，包括以下步骤：
[0022](1)制备组分A：将聚醚多元醇A、聚醚多元醇B、聚酯多元醇C混合均匀，再依次加入催化剂和阻燃剂，在常温下搅拌均匀，即得A组分；
[0023](2)制备组分B：先将聚醚多元醇D与小分子醇混合均匀，再加入到多苯基多亚甲基异氰酸酯中，升温至75
‑
85℃，搅拌反应2
‑
4h，即得改性异氰酸酯型聚氨酯预聚体，在反应前将阻燃剂加入多苯基多亚甲基异氰酸酯中，或者在反应后将阻燃剂加入改性异氰酸酯型聚氨酯预聚体中，即得B组分；
[0024](3)使用时，将A组分和B组分按照质量比1.0：(1.0
‑
1.10)混合反应，即得聚氨酯材料。
[0025]可通过双组分注浆设备将该产品注入到所需的工作面中，A、B组分将自发反应形成聚氨酯固结体制得产品。
[0026]本专利技术制得的聚氨酯加固材料及反应后形成的聚氨酯固结体性能可以达到以下指标：采用AQ10892011方法测试，A、B组分最高反应温度低于98℃，聚氨酯固结体压缩强度>50MPa，氧指数达到28％以上。
[0027]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0028](1)本专利技术通过B组分聚醚多元醇及小分子醇的选择和搭配，并配合预聚时阻燃剂用量及工艺的改进，合成利于低热高强高阻燃的改性异氰酸酯型聚氨酯预聚体；二是特种聚醚多元醇A的起始剂选择和指标范围控制，合成利于低热高强的聚醚多元醇，起始剂选用高官能度蔗糖或山梨醇起始剂为主，同时控制羟值的范围，在保证反应温度低的同时最大限度的提高产品的强度；三是通过聚醚多元醇体系、聚酯体系、催化剂、阻燃剂、A\B组分质量配比等的搭配下，制备出应用于井下巷道加固的低温高强型双组分环保型阻燃聚氨酯材料；
[0029](2)本专利技术选用环保型无卤阻燃剂，在保证阻燃效果氧指数＞28％的同时，发挥溶剂作用，实现环保；
[0030](3)本专利技术通过A、B组分原料体系搭配及工艺改进，充分发挥各组分分子结构优势，实现低反应热、高强度，制备的聚氨酯材料具有反应温度低(最高反应温度＜98℃)，力学性能高(压缩强度>50MPa)、阻燃效果好(氧指数＞28％)的特点，满足煤矿用高分子材料的性能要求。
具体实施方式
[0031]下面结合实施例对本专利技术作进一步的说明，但其并不限制本专利技术的实施。以下实施例中所用原料均为市售产品，用量均为重量份数。
[0032]实施例1
[0033]聚醚多元醇A：平均官能度8，羟值380mgKOH/g的聚环氧丙烷醚多元醇。
[0034]聚醚多元醇B：平均官能度6.5，羟值150mgKOH/g的聚环氧丙烷醚多元醇。
[0035]聚酯多元醇C：PS
‑
2352，南京金陵斯泰潘化学有限公司生产。
[0036]聚醚多元醇D：官能度2，分子量1500的聚二甲基苯酚二元醇。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于井下巷道加固的双组分阻燃聚氨酯材料，其特征在于：由A组分和B组分按质量比1:(1
‑
1.1)组成，其中A组分包括以下百分比的原料：其中，聚醚多元醇A是以蔗糖、丙二醇为起始剂，在KOH催化下，与环氧丙烷反应制得的聚环氧丙烷醚多元醇，平均官能度6
‑
8，羟值300
‑
380mgKOH/g；聚醚多元醇B是以蔗糖、山梨醇为起始剂，在KOH催化下，与环氧丙烷反应制得的聚环氧丙烷醚多元醇，平均官能度6
‑
8，羟值100
‑
200mgKOH/g；B组分为含有0
‑
35wt％阻燃剂的改性异氰酸酯型聚氨酯预聚体。2.根据权利要求1所述的用于井下巷道加固的双组分阻燃聚氨酯材料，其特征在于：聚酯多元醇C为官能度2，羟值203
‑
250mgKOH/g的高阻燃苯酐聚酯，25℃黏度为2000
‑
4500mpa
·
s，水分小于0.1wt％。3.根据权利要求1所述的用于井下巷道加固的双组分阻燃聚氨酯材料，其特征在于：阻燃剂为三乙基磷酸酯、甲基膦酸二甲酯的一种或两种。4.根据权利要求1所述的用于井下巷道加固的双组分阻燃聚氨酯材料，其特征在于：催化剂为60
‑
70wt％的有机胺类催化剂和30
‑
40wt％的有机金属催化剂复配。5.根据权利要求1所述的用于井下巷道加固的双组分阻燃聚氨酯材料，其特征在于：改性异氰酸酯型聚氨酯预聚体为聚醚多元醇D、小分...

【专利技术属性】
技术研发人员：马海晶，邱海瑞，王许，刘玄，
申请(专利权)人：山东一诺威新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：