煤礦用高阻燃低溫雙組分充填材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于化學(xué)合成領(lǐng)域，具體涉及一種煤礦用高阻燃低溫雙組分充填材料及其制備方法，由A組分和B組分組成，其使用時(shí)，A組分和B組分按照體積比1:1.0-1.5混合發(fā)泡，其中，A組分是以硅酸鹽水溶液為主體的組成物，B組分是以多異氰酸酯為主體的組成物。本發(fā)明的充填材料運(yùn)輸方便、粘度低、流動(dòng)性好、儲(chǔ)存穩(wěn)定性好；原料無污染無腐蝕，不含刺激性揮發(fā)溶劑；發(fā)泡倍率大，發(fā)泡時(shí)內(nèi)部溫度低，發(fā)泡體阻燃性好并有一定韌性。本發(fā)明的制備方法簡單易行，對(duì)生產(chǎn)及施工人員要求低，生產(chǎn)周期短，對(duì)設(shè)備無腐蝕，全過程不產(chǎn)生三廢，不影響環(huán)境。
【專利說明】煤礦用高阻燃低溫雙組分充填材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于化學(xué)合成領(lǐng)域，具體涉及一種煤礦用高阻燃低溫雙組分充填材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國煤礦的大量開采，常常遇到巷道及采煤工作面頂板壓力較大，頂煤破碎，在掘進(jìn)過程中產(chǎn)生塌落的問題，進(jìn)而對(duì)冒頂區(qū)上部空洞注入充填材料，再進(jìn)行巷道周邊注漿加固，待巷道冒頂和片幫處圍巖加固后，再進(jìn)行掘進(jìn)開采。目前常常使用酚醛類材料或聚氨酯類材料進(jìn)行充填，前者具有原料腐蝕性大、發(fā)泡時(shí)產(chǎn)生刺激性氣味、儲(chǔ)存穩(wěn)定性不足、泡沫體較酥的問題，后者常常內(nèi)部溫度高，阻燃性不佳。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種煤礦用高阻燃低溫雙組分充填材料，具有阻燃性能好、內(nèi)部放熱溫度低、原料液粘度低、流動(dòng)性好、儲(chǔ)存穩(wěn)定性好、原料無腐蝕、泡沫韌性的特點(diǎn)；本發(fā)明同時(shí)提供了煤礦用高阻燃低溫雙組分充填材料的制備方法，科學(xué)合理、簡單易行。
[0004]本發(fā)明所述的煤礦用高阻燃低溫雙組分充填材料，由A組分和B組分組成，其使用時(shí)，A組分和B組分按照體積比1:1.0-1.5混合發(fā)泡，其中，
[0005]A組分是以硅酸鹽水溶液為主體的組成物，以重量份數(shù)計(jì)，原料組成為:
[0006]
硅酸鹽水溶液65-90份
多元醇10-30份
醇胺0-5份
硅油2-8份
催化劑0.2-3份
[0007]B組分是以多異氰酸酯為主體的組成物，以重量份數(shù)計(jì)，原料組成為:
[0008]多異氰酸酯60-90份
[0009]增韌劑5-15份
`[0010]發(fā)泡劑5-25份。
[0011]所述的A組分中硅酸鹽水溶液是硅酸鈉水溶液、硅酸鉀水溶液或硅酸鋰水溶液中的一種。
[0012]硅酸鹽水溶液通過酯固化和脫水固化形成硅氧烷鍵網(wǎng)狀架構(gòu)，是填充材料的主體結(jié)構(gòu)固化物。硅酸鹽水溶液優(yōu)選模數(shù)(硅酸鈉鹽Na2O與SiO2的比值)在1.6-3.0的硅酸鈉水溶液或模數(shù)在2.3-3.3的硅酸鉀水溶液，且B組分多異氰酸酯的用量，隨著硅酸鹽的模數(shù)而變化。
[0013]所述的A組分中多元醇是2官能度、分子量1000-3000的聚氧化乙烯多元醇或小分子多元醇類化合物。
[0014]所述的A組分中醇胺是三乙醇胺、二乙醇胺或三異丙醇胺中的一種或多種。
[0015]多元醇、醇胺與多異氰酸酯反應(yīng)生成有機(jī)聚氨酯骨架結(jié)構(gòu)，有利于A、B組分混合反應(yīng)后形成有機(jī)-無機(jī)復(fù)合固化物，提高材料的力學(xué)性能。
[0016]所述的A組分中硅油為聚醚改性有機(jī)硅類表面活性劑。硅油能夠降低體系的表面張力，促進(jìn)以多異氰酸酯為主的有機(jī)組分和硅酸鹽水溶液為主的無機(jī)組分原料乳化成比較均勻的體系，有利于在A、B兩組分混合時(shí)提高互溶性，此外，硅油能夠有利于發(fā)泡體保持和控制均勻的泡孔大小，提高物料的流動(dòng)性。
[0017]所述的A組分中催化劑是叔胺類催化劑或叔胺類催化劑的復(fù)配物，優(yōu)選三亞乙基二胺、雙(二甲氨基乙基)醚及其類似物、反應(yīng)型低氣味低霧化胺類催化劑二甲氨基乙氧基乙醇、三甲基羥乙基乙二胺或哌嗪類催化劑二甲基哌嗪中的一種或多種；催化劑用于調(diào)整A、B組分的固化速度。
[0018]所述的B組分中多異氰酸酯是多苯基多亞甲基多異氰酸酯、碳化二亞胺改性二異氰酸酯或異氰酸酯預(yù)聚體中一種或多種，優(yōu)選多亞甲基多苯基多異氰酸酯PM200 (煙臺(tái)萬華)、多亞甲基多苯基多異氰酸酯44V20(拜耳)、多亞甲基多苯基多異氰酸酯M20S(巴斯夫)、碳化二亞胺改性MDI DG5412 (山東一諾威公司)中的一種或多種。
[0019]所述的B組分中增韌劑是不與異氰酸酯發(fā)生反應(yīng)，同時(shí)促進(jìn)硅酸鹽凝固的酯類化合物；優(yōu)選磷酸酯類、檸檬酸酯、醋酸酯、鄰苯二甲酸酯類增韌劑。增韌劑能夠在硅酸鹽堿性作用下水解，促進(jìn)硅酸鹽組分 凝固，有利于形成硅氧烷-聚氨酯固結(jié)體。同時(shí)，能夠降低B組分的粘度和提高發(fā)泡體的韌性。
[0020]所述的B組分中發(fā)泡劑是低沸點(diǎn)物理發(fā)泡劑，優(yōu)選CFC-ll、HCFC_141b、環(huán)戊烷、異戊烷、環(huán)異戊烷混合物、HFC-365mfc、HFC_365mfc/227或者HFC_245fa中的一種或多種，由于CFC-1l的臭氧消耗潛值(ODP)較高、環(huán)戊烷及其混合物具有爆炸危險(xiǎn)性，HFC-365mfc是可燃液體，因此更優(yōu)選HCFC-141b、HFC-365mfc/227或HFC_245fa中的一種或多種。
[0021]本發(fā)明所述的煤礦用高阻燃低溫雙組分充填材料的制備方法，步驟如下:
[0022](I)A組分的制備:將硅酸鹽水溶液、多元醇、醇胺、硅油、催化劑加入反應(yīng)釜，室溫下混合1-2小時(shí)，抽樣檢測(cè)合格后出料，密封包裝；
[0023](2) B組分的制備:將多異氰酸酯、增韌劑、發(fā)泡劑加入反應(yīng)釜，室溫條件下混合
1-2小時(shí)，混合過程及反應(yīng)釜中為無水環(huán)境，抽樣檢測(cè)合格后出料，氮?dú)庵脫Q包裝。
[0024]本發(fā)明在使用時(shí)將A組分和B組分混合，采用氣動(dòng)雙液或三液注漿泵注入煤礦高冒頂空洞及采空區(qū)的空洞中發(fā)泡固化即可。
[0025]本發(fā)明材料物料粘度低(A組分和B組分的粘度范圍為100_250mPa ? s/25°C )，流動(dòng)性及泵送性好，固化速度和倍率可調(diào)，施工方便。發(fā)泡固化過程中，內(nèi)部最高發(fā)熱溫度不超過100°C。
[0026]本發(fā)明材料在空氣中不燃，符合MT113-1995煤礦井下用聚合物阻燃性能要求；熱分解溫度達(dá)450°C ;A、B組分儲(chǔ)存穩(wěn)定性好，材料泡沫體具有較好的韌性。
[0027]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下有益效果:
[0028]本發(fā)明的原料為液體，原料液體通過泵送混合系統(tǒng)注入特定區(qū)域后開始發(fā)泡，該充填材料原料液運(yùn)輸方便、粘度低、流動(dòng)性好、儲(chǔ)存穩(wěn)定性好；原料無污染無腐蝕，不含刺激性揮發(fā)溶劑；發(fā)泡倍率大，發(fā)泡時(shí)內(nèi)部溫度低，發(fā)泡體阻燃性好并有一定韌性，避免了酚醛類材料腐蝕性大、儲(chǔ)存期短、泡沫質(zhì)地酥脆以及聚氨酯類材料內(nèi)部發(fā)熱大、阻燃性有限的弊端，非常適合煤礦處理高冒頂充填及采空區(qū)充填等用途。本發(fā)明材料的制備方法簡單易行，對(duì)生產(chǎn)及施工人員要求低，生產(chǎn)周期短，對(duì)設(shè)備無腐蝕，全過程不產(chǎn)生三廢，不影響環(huán)境。
【具體實(shí)施方式】
[0029]以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述。
[0030]實(shí)施例1
[0031](I) A組分的制備
[0032]將準(zhǔn)確計(jì)量的硅酸鈉水溶液(水玻璃模數(shù)為1.5，波美度為50)65份、多元醇(官能度為2，分子量為2000)20份、乙二醇10份、三乙醇胺5份、硅油3份、催化劑三亞乙基二胺1份，投入反應(yīng)釜中，攪拌混合I小時(shí)，抽樣檢測(cè)合格后出料、密封包裝；
[0033](2) B組分的制備
[0034]將準(zhǔn)確計(jì)量的多亞甲基多苯基多異氰酸酯44V20 (拜耳)90份、增韌劑三(氯異丙基)磷酸酯5份、發(fā)泡劑HCFC-141b5份；按次序投入反應(yīng)釜，攪拌混合I小時(shí)，抽樣合格后出料，氮?dú)庵脫Q密封包裝。檢測(cè)產(chǎn)品指標(biāo)如表1所示。
[0035]實(shí)施例2
[0036](I) A組分的制備
[0037]將準(zhǔn)確計(jì)量的硅酸鈉水溶液(水玻璃模數(shù)為2.5，波美度為48)90份、多元醇(官能度為2，分子量為3000) 10份、硅油2份、復(fù)配催化劑[三亞乙基二胺與雙(二甲氨基乙基)醚以1:1比例復(fù)配]2份，投入反應(yīng)釜中，攪拌混合1.5小時(shí)，抽樣檢測(cè)合格后出料、密封包裝；
[0038](2) B組分的制備
[0039]將準(zhǔn)確計(jì)量的多亞甲基多苯基多異氰酸酯M20S (巴斯夫)70份、增韌劑檸檬酸酯15份、發(fā)泡劑HCFC-141bl5份；按次序投入反應(yīng)釜，攪拌混合2小時(shí)，抽樣合格后出料，氮?dú)庵脫Q密封包裝。檢測(cè)產(chǎn)品指標(biāo)如表1所示。
[0040]實(shí)施例3
[0041](1) A組分的制備
[0042]將準(zhǔn)確計(jì)量的硅酸鈉水溶液(水玻璃模數(shù)為2.0，波美度為50)75份、多元醇(官能度為2，分子量為2000) 22份、二乙醇胺3份、硅油3份、催化劑三亞乙基二胺3份，投入反應(yīng)釜中，攪拌混合2小時(shí)，抽樣檢測(cè)合格后出料、密封包裝；
[0043](2) B組分的制備
[0044]將準(zhǔn)確計(jì)量的多亞甲基多苯基多異氰酸酯PM200 (煙臺(tái)萬華)55份、改性MDIDG5412 (山東一諾威公司)5份、增韌劑甘油三醋酸酯15份、發(fā)泡劑HCFC_141b25份；按次序投入反應(yīng)釜，攪拌混合1.5小時(shí)，抽樣合格后出料，氮?dú)庵脫Q密封包裝。檢測(cè)產(chǎn)品指標(biāo)如表1所示。
[0045]實(shí)施例4
[0046](1) A組分的制備
[0047]將準(zhǔn)確計(jì)量的硅酸鉀水溶液(水玻璃模數(shù)為2.3，波美度為50)65份、多元醇(官能度為2，分子量為1000) 20份、乙二醇10份、二乙醇胺5份、硅油8份、復(fù)配催化劑[雙(二甲氨基乙基)醚與二甲氨基乙氧基乙醇按照1:1復(fù)配]0.5份，投入反應(yīng)釜中，攪拌混合I小時(shí)，抽樣檢測(cè)合格后出料、密封包裝；
[0048](2) B組分的制備
[0049]將準(zhǔn)確計(jì)量的多亞甲基多苯基多異氰酸酯PM200 (煙臺(tái)萬華)60份、改性MDIDG5412 (山東一諾威公司)10份、增韌劑三(氯異丙基)磷酸酯15份、發(fā)泡劑HFC-245fal5份；按次序投入反應(yīng)釜，攪拌混合I小時(shí)，抽樣合格后出料，氮?dú)庵脫Q密封包裝。檢測(cè)產(chǎn)品指標(biāo)如表1所示。
[0050]實(shí)施例5
[0051](I) A組分的制備
[0052]將準(zhǔn)確計(jì)量的硅酸鉀水溶液(水玻璃模數(shù)為3.3，波美度為45)85份、多元醇(官能度為2，分子量為1000)10份、三異丙醇胺5份、硅油6份、復(fù)配催化劑[雙(二甲氨基乙基)醚與二甲氨基乙氧基乙醇按照1:1復(fù)配]0.2份，投入反應(yīng)釜中，攪拌混合I小時(shí)，抽樣檢測(cè)合格后出料、密封包裝；
[0053](2) B組分的制備
[0054]將準(zhǔn)確計(jì)量的多亞甲基多苯基多異氰酸酯PM200 (煙臺(tái)萬華)70份、改性MDIDG5412 (山東一諾威公司)5份、增韌劑三(氯異丙基)磷酸酯15份、發(fā)泡劑HFC_245falO份；按次序投入反應(yīng)釜，攪拌混合I小時(shí)，抽樣合格后出料，氮?dú)庵脫Q密封包裝。檢測(cè)產(chǎn)品指標(biāo)如表1所示。
`[0055]表1實(shí)施例1-5的產(chǎn)品指標(biāo)
[0056]
【權(quán)利要求】
1.一種煤礦用高阻燃低溫雙組分充填材料，其特征在于由A組分和B組分組成，其使用時(shí)，A組分和B組分按照體積比1:1.0-1.5混合發(fā)泡，其中， A組分是以硅酸鹽水溶液為主體的組成物，以重量份數(shù)計(jì)，原料組成為:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤礦用高阻燃低溫雙組分充填材料，其特征在于所述的A組分中硅酸鹽水溶液是硅酸鈉水溶液、硅酸鉀水溶液或硅酸鋰水溶液中的一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的煤礦用高阻燃低溫雙組分充填材料，其特征在于所述的A組分中硅酸鹽水溶液是模數(shù)在1.6-3.0的硅酸鈉水溶液或模數(shù)在2.3-3.3的硅酸鉀水溶液。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤礦用高阻燃低溫雙組分充填材料，其特征在于所述的A組分中多元醇是2官能度、分子量1000-3000的聚氧化乙烯多元醇或小分子多元醇類化合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤礦用高阻燃低溫雙組分充填材料，其特征在于所述的A組分中醇胺是三乙醇胺、二乙醇胺或三異丙醇胺中的一種或多種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤礦用高阻燃低溫雙組分充填材料，其特征在于所述的A組分中催化劑是叔胺類催化劑或叔胺類催化劑的復(fù)配物。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤礦用高阻燃低溫雙組分充填材料，其特征在于所述的B組分中多異氰酸酯是多苯基多亞甲基多異氰酸酯、碳化二亞胺改性二異氰酸酯或異氰酸酯預(yù)聚體中的一種或多種。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤礦用高阻燃低溫雙組分充填材料，其特征在于所述的B組分中增韌劑是不與異氰酸酯發(fā)生反應(yīng)，同時(shí)促進(jìn)硅酸鹽凝固的酯類化合物。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤礦用高阻燃低溫雙組分充填材料，其特征在于所述的B組分中發(fā)泡劑是低沸點(diǎn)物理發(fā)泡劑。
10.一種權(quán)利要求1-9任一所述的煤礦用高阻燃低溫雙組分充填材料的制備方法，其特征在于步驟如下: (1)A組分的制備:將硅酸鹽水溶液、多元醇、醇胺、硅油、催化劑加入反應(yīng)釜，室溫下混合1-2小時(shí)，抽樣檢測(cè)合格后出料，密封包裝； (2)B組分的制備:將多異氰酸酯、增韌劑、發(fā)泡劑加入反應(yīng)釜，室溫條件下混合1-2小時(shí)，混合過程及反應(yīng)釜中為無水環(huán)境，抽樣檢測(cè)合格后出料，氮?dú)庵脫Q包裝。
【文檔編號(hào)】C08K3/34GK103694672SQ201310683056
【公開日】2014年4月2日 申請(qǐng)日期:2013年12月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月13日
【發(fā)明者】張麗, 郝德開, 邊憲磊, 唐國濤, 王艷艷 申請(qǐng)人:山東一諾威新材料有限公司