低放热粉煤灰填充聚氨酯复合材料及制备方法技术

本发明专利技术公开了低放热粉煤灰填充聚氨酯复合材料，属于煤基固废高值资源化利用技术领域，具体技术方案为：该注浆复合材料包括A、B组分，以重量份计：A组分由粉煤灰1～50份、水滑石1～20份、聚醚多元醇27～54份、抗静电剂1～3份、催化剂1～2份组成，B组分由异氰酸酯27～53份组成；具体制备方法为：按配比取各组分，将A组分混合均匀加入到B组分中，添加定量的催化剂，搅拌至体系均匀并开始放热即可进行注浆，本发明专利技术注浆复合材料具有阻燃、疏水、抗静电、黏结性能高等优良性能，其反应放热量少、凝结时间短的特点可满足煤岩体修复、加固及煤矿突水封堵的使用要求，对于突水封堵技术能缩短等待时间，更能满足安全可靠的需求。更能满足安全可靠的需求。更能满足安全可靠的需求。

【技术实现步骤摘要】
低放热粉煤灰填充聚氨酯复合材料及制备方法


[0001]本专利技术属于煤基固废高值资源化利用
，具体涉及一种矿用低放热型的粉煤灰/水滑石复配填充聚氨酯注浆复合材料。

技术介绍

[0002]煤炭产业在支撑经济发展的同时，也带来突出的环境问题，采煤燃煤过程生产的大量煤基固废(如煤矸石、粉煤灰等)有待回收与处理。这些固废材料大量堆积，引起土地资源极大浪费，并引发环境污染问题，甚至危害人类的身体健康。挖掘煤基固废的资源价值，对其进行深加工，以实现煤基固废的资源化利用，是治理煤基固废环境污染问题的重要趋势。
[0003]同时，随着矿产资源的大规模开采，采空区塌陷问题日益突出。此外，在开采过程中，极易引发裂隙岩体滑煤、瓦斯突出、矿井突水等事故，严重影响井下作业人员的安全和采煤效率。因此，以煤基固废的资源化利用为基本指导思想，发展煤基固废高值资源化高分子注浆复合材料，是践行新时代煤炭行业可持续发展及绿色开采理念的重要体现。
[0004]在常见的注浆材料中，化学注浆材料中的聚氨酯注浆材料因其良好的灵活性、高渗透性，强附着力，操作方便而被广泛使用，但其价格昂贵，发热量大，阻燃性能和热稳定性差等限制了其使用范围，现有的聚氨酯注浆材料通常采用发泡剂、高沸点溶剂、催化剂和预聚物等高分子材料来调节其阻燃性能，聚氨酯注浆材料的成本为5～8万元/吨，如添加此类助剂会使其成本增加至少2万元/吨，还会导致反应放热量升高，增加发生危险的可能性，因此，普通注浆材料难以满足矿业开采的需求，需要寻求新的技术方法。
[0005]粉煤灰等煤基固废是火电厂燃煤发电的副产物，市场价低于1万元/吨，将其通过粉碎、改性处理加入聚氨酯注浆材料，可以有效降低聚氨酯注浆材料的反应放热量及达到良好的阻燃效果；其次，粉煤灰的高填充量使重金属污染物可以被包埋在聚氨酯注浆材料中不发生浸出，可极大减缓煤基固废物引起的环境污染问题，而且有利于降低产品价格，提升竞争力。
[0006]水滑石的主要成分是碳酸镁和碳酸铝，物质的量比为4:1，属于阴离子型层状化合物，市场价为1～2万元/吨。其层状结构使其具有更大的比表面积，水滑石在吸收热量后，其结构水合层板羟基及层间离子以水和CO2的形式脱出，起到降低燃烧气体浓度，阻隔O2的作用；水滑石的结构水、层板羟基以及层间离子在不同的温度内脱离层板，从而可在较低的范围内(200～800℃)释放阻燃物质。在阻燃过程中，吸热量大，有利于降低燃烧时产生的高温，可以作为无卤高抑烟阻燃剂添加在聚氨酯注浆材料中，使聚氨酯注浆材料达到更好的阻燃性能。
[0007]煤矿开采过程中还会不断摩擦表面，容易产生静电，静电放电能给人以电击而造成伤亡，静电火花会引起爆炸与火灾，这也给矿井下操作带来巨大的安全隐患。聚氨酯注浆材料的表面电阻和体积电阻都很大，因此，还需要通过添加一定量的抗静电剂来降低聚氨酯注浆材料的表面电阻防止电荷的积累，以此提高矿用聚氨酯注浆材料的抗静电性能。

技术实现思路

[0008]为解决现有技术存在的技术问题，本专利技术提供了一种矿用低放热型的粉煤灰/水滑石复配填充聚氨酯注浆复合材料及其制备方法，以粉煤灰为主要填料，水滑石为复配填料，添加一定量的抗静电剂，协同调控聚氨酯注浆材料，使其用于煤岩体修复、加固及煤矿突水封堵。本专利技术注浆复合材料具有阻燃、疏水、黏结性能高等优良性能，其反应放热量少、凝结(固化)时间短、开/闭孔比例可调等特点可以满足煤岩体修复、加固及煤矿突水封堵的使用要求，对于突水封堵技术能缩短等待时间，更能满足安全可靠的需求。且该注浆复合材料可以在井下现场配置应用，方便快捷，制备工艺简单，造价低廉，无毒无污染。
[0009]为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案为：低放热粉煤灰填充聚氨酯复合材料，该注浆复合材料包括A、B组分。
[0010]A组分以重量份计：粉煤灰1～50份，水滑石1～20份，聚醚多元醇27～54份，抗静电剂1～3份，催化剂1～2份。
[0011]B组分以重量份计：异氰酸酯27～53份。
[0012]低放热粉煤灰填充聚氨酯复合材料的制备方法，包括如下步骤：
[0013]一：粉煤灰的改性，采用干法改性和湿法改性两种方式：
[0014]干法改性：将称量后的粉煤灰放置于培养皿中，置于干燥箱中干燥1～2h，温度为100℃～120℃，接着倒入高速搅拌机中搅拌。将硅烷偶联剂配制成质量分数占比为5％～10％的溶液，从高速搅拌机的上加料口喷入，在100℃～120℃的高速搅拌机中以1200～1500r/min的速度搅拌10～20min即可出料，得到改性后的粉煤灰。
[0015]其中，硅烷偶联剂添加量为粉煤灰重量的4％～10％。
[0016]湿法改性：配置蒸馏水和乙醇体积比为1:4～1:2的乙醇溶液，用冰醋酸调节其pH值为3～4，将硅烷偶联剂加入配置好的乙醇溶液中回流1～3h，温度为80℃～100℃，再在混合溶液中加入粉煤灰回流30～60min，最后将回流后的样品放置于干燥箱中80～100℃干燥2～5h，得到改性后的粉煤灰。
[0017]其中，硅烷偶联剂添加量为粉煤灰重量的5％～20％。
[0018]二：注浆复合材料的制备：
[0019]将按配方称量后的A组分在塑料杯中混合均匀，加入到按配方称量后的B组分中，滴加定量的催化剂，用搅拌桨搅拌至体系均匀并开始放热，即可将浆液注入预先准备的模具中，待其完全固化。
[0020]其中，粉煤灰添加量为注浆复合材料总重量的1％～50％，水滑石添加量为注浆复合材料总重量的1％～20％，聚醚多元醇添加量为注浆复合材料总重量的27％～54％，抗静电剂添加量为注浆复合材料总重量的1％～3％，催化剂添加量为注浆复合材料总重量的1％～2％，异氰酸酯添加量为注浆复合材料总重量的27％～53％。
[0021]优选的，步骤一的粉煤灰改性步骤中，粉煤灰的主要成分是二氧化硅、氧化铝、氧化铁、氧化钙等；硅烷偶联剂是KH
‑
550、KH
‑
560，其中含有丰富的Si
‑
O键、Si
‑
C键等活性基团，KH
‑
560还含有端基环氧基团；未经处理的粉煤灰与基体材料间缺少物理、化学相互作用，严重影响复合材料的各项性能。粉煤灰与乙醇溶液、硅烷偶联剂配成混合体系后，硅烷偶联剂发生水解和醇解后生成硅醇，它与改性后粉煤灰表面的羟基发生缩合脱水反应，硅烷偶联剂以化学键连接在粉煤灰表面形成一层偶联剂单分子层，使粉煤灰从亲水性向亲油
性过渡。针对粉煤灰与基体材料界面相容性差的缺点，粉煤灰表面改性方法被用来增大粉煤灰表面极性，在其表面引入更多活性点以提高界面粘合强度，从而提高复合材料的综合性能。
[0022]优选的，步骤二中的水滑石是镁铝水滑石，主要成分是碳酸镁和碳酸铝，物质的量比为4:1，属于阴离子型层状化合物，其层状结构使其具有更大的比表面积，水滑石在吸收热量后，其结构水合层板羟基及层间离子以水和CO2的形式脱出，起到降低燃烧气体浓度，阻隔O本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.低放热粉煤灰填充聚氨酯复合材料，其特征在于，包括A组分和B组分；所述A组分的具体组成为：按照重量份数计，粉煤灰1～50份，水滑石1～20份，聚醚多元醇27～54份，抗静电剂1～3份，催化剂1～2份；所述B组分的具体组成为：按照重量份数计，异氰酸酯27～53份。2.低放热粉煤灰填充聚氨酯复合材料的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：一、改性粉煤灰；二、制备注浆复合材料：将按配方称量后的A组分混合均匀，加入到按配方称量后的B组分中，滴加催化剂，搅拌至体系均匀并开始放热，即可将浆液注入预先准备的模具中，待其完全固化；其中，粉煤灰添加量为注浆复合材料总重量的1％～50％，水滑石添加量为注浆复合材料总重量的1％～20％，聚醚多元醇添加量为注浆复合材料总重量的27％～54％，抗静电剂添加量为注浆复合材料总重量的1％～3％，催化剂添加量为注浆复合材料总重量的1％～2％，异氰酸酯添加量为注浆复合材料总重量的27％～53％。3.根据权利要求2所述的低放热粉煤灰填充聚氨酯复合...

【专利技术属性】
技术研发人员：张思彤，余雯雯，王国峰，沈佳豪，朱凤博，叶亚楠，郑强，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：