一種高相容性水玻璃改性聚氨酯注漿材料及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種聚氨酯注漿材料及其制備方法，具體地說(shuō)是一種高相容性水玻璃 改性聚氨酯注漿材料及制備方法，屬于改性聚氨酯技術(shù)領(lǐng)域。 二、
【背景技術(shù)】
[0002] 松散的煤巖層結(jié)構(gòu)是威脅煤礦安全生產(chǎn)的重要隱患。這些松散的結(jié)構(gòu)往往在承受 巨大地下壓力時(shí)發(fā)生冒頂、破碎、塌方等事故。通過(guò)注漿材料可以有效的將松散破碎的煤巖 體迅速膠結(jié)成一個(gè)整體，提高整個(gè)煤巖層的抗壓力，防止事故的發(fā)生。
[0003] 常用的注漿材料有水泥基注漿材料、環(huán)氧樹(shù)脂注漿材料、酚醛樹(shù)脂注漿材料、聚氨 酯注漿材料以及水玻璃注漿材料。而這些材料特有的一些缺點(diǎn)限制了其進(jìn)一步應(yīng)用，所以 將上述的幾種材料復(fù)合是一個(gè)提升材料綜合性能的好方法。
[0004]聚氨酯材料的力學(xué)性能較好，但是阻燃抗靜電性能較差，成本較高;而價(jià)格低廉的 水玻璃注漿材料有著優(yōu)異的抗靜電和阻燃性能，缺點(diǎn)是力學(xué)性能較差。利用水玻璃改性聚 氨酯可以提高注漿材料的綜合性能。然而異氰酸酯為油溶性物質(zhì)，水玻璃為水溶性物質(zhì)，兩 者相容性較差，復(fù)合材料的力學(xué)強(qiáng)度相比聚氨酯明顯偏低。 三、

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明旨在提供一種高相容性水玻璃改性聚氨酯注漿材料及制備 方法，所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提高聚氨酯與水玻璃兩相的相容性，降低兩相的分離程度。本 發(fā)明注漿材料的固結(jié)時(shí)間可調(diào)，固結(jié)體強(qiáng)度高，保質(zhì)期長(zhǎng)。
[0006] 本發(fā)明高相容性水玻璃改性聚氨酯注漿材料，是由組份A和組份B按體積比1:1的 比例混合注漿得到；
[0007] 所述組份A按質(zhì)量份數(shù)構(gòu)成如下： 多苯基多亞甲基多異氰酸酯 40-60份 含親水鏈段的聚氨酯預(yù)聚體 15-35份
[0008] 酯固化劑 25份 催化劑 0.01-0.1份 穩(wěn)定劑 0.05-0.15份；：
[0009] 所述多苯基多亞甲基多異氰酸酯，購(gòu)自煙臺(tái)萬(wàn)華聚氨酯股份有限公司；
[0010]所述酯固化劑選自三醋酸甘油酯、乙酸乙酯、鄰苯二甲酸二丁酯中的一種或幾種。
[0011] 所述催化劑選自異辛酸鉛、辛酸亞錫、三乙胺、三乙烯二胺、N，N-二甲基芐胺、N，N-二甲基環(huán)己胺中的一種或幾種。
[0012] 所述穩(wěn)定劑選自苯甲酸、磷酸、乙酸、硫酸中的一種或幾種。
[0013] 所述組份B為模數(shù)2.0-3.0、波美度40-50° Β?的液態(tài)硅酸鈉水玻璃，購(gòu)自青島東岳 泡花堿有限公司。
[0014]本發(fā)明高相容性水玻璃改性聚氨酯注漿材料的制備方法，包括如下步驟：
[0015] ⑴向MDI或TDI中加入酯固化劑，按照異氰酸酯基與羥基摩爾比2-4:1的比例滴加 多元醇，60~120Γ下反應(yīng)3h，反應(yīng)結(jié)束后得到含親水鏈段的聚氨酯預(yù)聚體；向含親水鏈段 的聚氨酯預(yù)聚體中加入多苯基多亞甲基多異氰酸酯、催化劑和穩(wěn)定劑，攪拌均勻后即得組 份A，密封保存；
[0016] 所述多元醇是由數(shù)均分子量200-1000的聚酯多元醇、數(shù)均分子量200-1000的聚乙 二醇中的一種或幾種構(gòu)成。
[0017]聚酯多元醇購(gòu)自濟(jì)寧華凱樹(shù)脂有限公司，牌號(hào)PBA-580。
[0018] (2)在10-50°C下將組份A和組份B按照體積比1:1的比例用雙液混合注漿機(jī)混合注 楽:即可，固化時(shí)間在40-300s。
[0019]本發(fā)明通過(guò)在油溶性的異氰酸酯引入親水性的聚乙二醇和聚酯多元醇鏈段，一方 面提高異氰酸酯的親水性;另一方面利用聚酯多元醇較高的內(nèi)聚能增強(qiáng)材料粘接性能及內(nèi) 聚力，從而實(shí)現(xiàn)兩相共混時(shí)相容性增加，力學(xué)性能提高。復(fù)合注漿材料的抗壓強(qiáng)度可達(dá) 50MPa，拉伸強(qiáng)度可達(dá)22.5MPa，粘接強(qiáng)度可大4.5MPa。
[0020]與當(dāng)前注漿材料相比本發(fā)明有如下優(yōu)點(diǎn)：
[0021] 1、阻燃和抗靜電性能優(yōu)異，材料力學(xué)性能好。
[0022] 2、通過(guò)調(diào)節(jié)催化劑用量可實(shí)現(xiàn)固化時(shí)間從從40s-300s連續(xù)可調(diào)且保質(zhì)時(shí)間更長(zhǎng)， 當(dāng)催化劑為〇. 01份時(shí)固結(jié)時(shí)間可以達(dá)到300s，催化劑為0.1份時(shí)固結(jié)時(shí)間為40s。固化反應(yīng) 放熱低于l〇〇°C，使用安全。
[0023] 3、漿液粘度適中滲透性好。
[0024] 4、成本相對(duì)于聚氨酯注漿材料大大下降。 四、
【附圖說(shuō)明】
[0025] 圖1為普通水玻璃聚氨酯復(fù)合注漿材料的斷面掃描電鏡照片。
[0026] 圖2為本發(fā)明高相容性水玻璃改性聚氨酯注漿材料的斷面掃描電鏡照片。
[0027] 從圖中可以看出，圖2產(chǎn)生的小顆粒更加細(xì)密，這是因?yàn)轭A(yù)聚體改善了兩相的相容 性，讓兩相在共混時(shí)分散的更加均勻，形成的液滴更小，從而在固化后提高力學(xué)性能。 五、
【具體實(shí)施方式】
[0028] 實(shí)施例1:對(duì)比例一普通水玻璃聚氨酯復(fù)合注漿材料
[0029] 1、在30°C下，向20公斤三醋酸甘油酯中加入60公斤多苯基多亞甲基多異氰酸酯、 50g磷酸和30g三乙烯二胺，攪拌均勻后得組份A，
[0030] 2、將組份A與組份B(組份B是模數(shù)2.8、波美度48° Β?的液態(tài)硅酸鈉水玻璃）按體積 比1:1用雙液混合注漿機(jī)混合即可。
[0031] 性能檢測(cè)結(jié)果如下：
[0032] 蓄熱溫度：8(TC
[0033] 固結(jié)時(shí)間：144s
[0034] 抗壓強(qiáng)度：24MPa
[0035] 固沙強(qiáng)度：13MPa
[0036] 粘接強(qiáng)度：2.1MPa
[0037] 拉伸強(qiáng)度：4.7MPa
[0038] 氧指數(shù):32
[0039] 表面電阻：105Ω
[0040] 儲(chǔ)存天數(shù):90天 [0041 ] 實(shí)施例2:
[0042] 1、在30 °C下，向10公斤MDI中加入20公斤三醋酸甘油酯，攪拌均勻，隨后滴加5公斤 脫水后的聚乙二醇400,控制反應(yīng)溫度80°C反應(yīng)3h，反應(yīng)結(jié)束后向反應(yīng)液中加入44公斤多苯 基多亞甲基多異氰酸酯、50g磷酸和30g三乙烯二胺，攪拌均勻后即得組份A79公斤，密封保 存;組份B為模數(shù)2.5、波美度47° Β?的液態(tài)硅酸鈉水玻璃。
[0043] 2、10°C下將組份Α和組份Β按照體積比1:1的比例用雙液混合注漿機(jī)混合即可。
[0044] 性能檢測(cè)結(jié)果如下：
[0045]蓄熱溫度:80°C
[0046] 固結(jié)時(shí)間：150s
[0047] 抗壓強(qiáng)度:45MPa
[0048] 固沙強(qiáng)度：20MPa
[0049] 粘接強(qiáng)度:4MPa
[0050] 拉伸強(qiáng)度：17MPa
[0051] 氧指數(shù):32
[0052] 表面電阻：105Ω
[0053] 儲(chǔ)存天數(shù):90天 [0054] 實(shí)施例3:
[0055] 1、在30°C下，向10公斤MDI中加入20公斤三醋酸甘油酯，攪拌均勻，隨后滴加脫水 后的聚酯多元醇PBA-580和PEG-400的混合液6.69公斤（其中PBA-5805公斤，PEG-4001.69公 斤），控制反應(yīng)溫度80°C反應(yīng)3h;反應(yīng)結(jié)束后加入44公斤多苯基多亞甲基多異氰酸酯，50g磷 酸和40g三乙烯二胺，攪拌均勻得到漿液80.78公斤，即為組份A，密封保存。組份B為模數(shù) 2.8、波美度48° Β?的液態(tài)硅酸鈉水玻璃。
[0056] 2、常溫下將組份Α和組份Β按照體積比1:1的比例用雙液混合注漿機(jī)混合即可。
[0057]性能檢測(cè)結(jié)果如下：
[0058]蓄熱溫度：87 Γ
[0059] 固結(jié)時(shí)間：107s
[0060] 抗壓強(qiáng)度:50MPa [0061 ] 固沙強(qiáng)度:25MPa
[0062] 粘接強(qiáng)度:4.5MPa
[0063] 拉伸強(qiáng)度:22.5MPa
[0064] 氧指數(shù):32
[0065] 表面電阻：105Ω
[0066] 儲(chǔ)存天數(shù):90天
[0067]通過(guò)實(shí)施例1、2、3的對(duì)比可知，加入預(yù)聚體可以明顯提高材料的粘接、抗壓、固沙、 拉伸強(qiáng)度。通過(guò)材料的斷面掃描電鏡（圖1、圖2)(圖1為實(shí)例1所制樣品，圖2、為實(shí)例二所制 樣品）可以看出，添加預(yù)聚體增加了兩相相容性。這是因?yàn)橥ㄟ^(guò)將親水的分子鏈段引入異氰 酸酯中，使原本親油的異氰酸酯可以更好地與水性的水玻璃相容，而不用再添加任何附加 的表面活性劑。相容性更好意味著形成注漿材料形成的顆粒越小，而顆粒的直徑越小，材料 的滲透性能越好，最終固化后相分離程度越低，材料力學(xué)性能更好。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種高相容性水玻璃改性聚氨醋注漿材料，其特征在于:是由組份A和組份B按體積 比1:1的比例混合注漿得到； 所述組份A按質(zhì)量份數(shù)構(gòu)成如下： 多苯基多亞甲基多勞氨酸醒 40-60份 含親水鏈段的聚氨醋預(yù)聚體 15-?債 醋固化劑 25份 催化劑 0.(U-0.1份 穩(wěn)產(chǎn)彌 0.騰-0.15份；. 所述組份B為模數(shù)2.0-3.0、波美度40-50° B6的液態(tài)娃酸鋼水玻璃。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高相容性水玻璃改性聚氨醋注漿材料，其特征在于： 所述醋固化劑選自Ξ醋酸甘油醋、乙酸乙醋、鄰苯二甲酸二下醋中的一種或幾種。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高相容性水玻璃改性聚氨醋注漿材料，其特征在于： 所述催化劑選自異辛酸鉛、辛酸亞錫、Ξ乙胺、Ξ乙締二胺、N，N-二甲基節(jié)胺、N，N-二甲 基環(huán)己胺中的一種或幾種。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高相容性水玻璃改性聚氨醋注漿材料，其特征在于： 所述穩(wěn)定劑選自苯甲酸、憐酸、乙酸、硫酸中的一種或幾種。5. -種權(quán)利要求1所述的高相容性水玻璃改性聚氨醋注漿材料的制備方法，其特征在 于包括如下步驟： (1) 向MDI或TDI中加入醋固化劑，按照異氯酸醋基與徑基摩爾比2-4:1的比例滴加多元 醇，60~120°C下反應(yīng)化，得到含親水鏈段的聚氨醋預(yù)聚體；向聚氨醋預(yù)聚體反應(yīng)液中加入 多苯基多亞甲基多異氯酸醋、催化劑和穩(wěn)定劑，攬拌均勻后即得組份A，密封保存； (2) 在10-50°C下將組份A和組份B按照體積比1:1的比例用雙液混合注漿機(jī)混合注漿即 可，固化時(shí)間40-300S。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于： 所述多元醇是由數(shù)均分子量200-1000的聚醋多元醇、數(shù)均分子量200-1000的聚乙二醇 中的一種或幾種構(gòu)成。7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于： 聚醋多元醇牌號(hào)PBA-580。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種高相容性水玻璃改性聚氨酯注漿材料及制備方法，是由組份A和組份B按體積比1：1的比例混合注漿得到；所述組份A按質(zhì)量份數(shù)構(gòu)成如下：多苯基多亞甲基多異氰酸酯40-60份，含親水鏈段的聚氨酯預(yù)聚體15-35份，酯固化劑25份，催化劑0.01-0.1份，穩(wěn)定劑0.05-0.15份；所述組份B為模數(shù)2.0-3.0、波美度40-50°Bé的液態(tài)硅酸鈉水玻璃。產(chǎn)品阻燃、抗靜電性能優(yōu)異、力學(xué)性能較好、遇潮濕煤巖體不發(fā)泡，不降低加固強(qiáng)度。粘度適中，利于操作且保質(zhì)期較長(zhǎng)。
【IPC分類(lèi)】C09K8/44, C08G18/66, C08G18/32, C08G18/42, C08K3/34, C08G18/76, C08G18/10
【公開(kāi)號(hào)】CN105566593
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201511022347
【發(fā)明人】夏茹, 方超, 楊斌, 陳鵬, 錢(qián)家盛, 程樺, 苗繼斌, 蘇麗芬, 曹明, 鄭爭(zhēng)志
【申請(qǐng)人】安徽大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年5月11日
【申請(qǐng)日】2015年12月30日