本發(fā)明屬于高分子材料領(lǐng)域，具體涉及礦用堵水材料及制備裝置。

背景技術(shù)：

目前，礦山巷道、豎井、隧道、海底隧道、地鐵等地下工程開(kāi)挖時(shí)，常出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象，尤其在巖石中構(gòu)筑的地下工程中，有時(shí)會(huì)遇到大量的地下水涌出，地下水通過(guò)巖石裂隙對(duì)地下工程可造成嚴(yán)重的危害，需要采用聚氨酯堵水材料控制涌水或防滲堵漏。壩體壩基的防滲，基坑周邊滲水和基底涌水涌砂也可以采用聚氨酯注漿法處理。

聚氨酯化學(xué)堵水材料是繼丙烯酰胺與環(huán)氧樹(shù)脂類(lèi)漿材之后研究出的一種新的防滲堵漏固結(jié)材料，聚氨酯灌漿材料活性大，防滲堵漏能力強(qiáng)，可帶水施工，可滿(mǎn)足不同要求，是使用范圍廣、性能很好的一種堵水材料。聚氨酯堵水材料遇水以后能立即與水發(fā)生擴(kuò)鏈、支化及交聯(lián)反應(yīng)，造成體積膨脹并最終生成一種不溶于水的，有一定強(qiáng)度的無(wú)毒凝膠狀固結(jié)體。聚氨酯堵水材料可以憑借其膨脹性、滲透性和密封性?xún)?yōu)良的特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)冒落孔洞的迅速填充，阻止冒落的進(jìn)一步惡化；可實(shí)現(xiàn)動(dòng)水的迅速堵漏，與細(xì)小巖縫的填充，阻止透水事故的發(fā)生。

在現(xiàn)有技術(shù)中，常用的聚氨酯堵水材料常采用甲苯二異氰酸酯成分，其蒸氣壓較高，揮發(fā)毒性大，會(huì)刺激眼睛、皮膚和呼吸系統(tǒng)，可能致癌，嚴(yán)重影響了施工人員的身體健康。同時(shí)，現(xiàn)有聚氨酯堵水材料中含有大量的有機(jī)溶劑，如丙酮、二甲苯、甲苯、丁酮、醋酸乙酯、醋酸丁酯等，這些溶劑在使用過(guò)程中不但對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重，對(duì)施工人員的健康不利，且對(duì)在煤礦井下安全生產(chǎn)威脅嚴(yán)重，溶劑揮發(fā)至空氣中，易發(fā)生燃燒爆炸事故。雖然普通的聚氨酯材料在固化時(shí)會(huì)產(chǎn)生二氧化碳，具備一定的阻燃性，但阻燃效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，如果產(chǎn)生增加二氧化碳的量會(huì)使發(fā)泡后的漿材固結(jié)體失去原有的力學(xué)強(qiáng)度，易導(dǎo)致注漿失敗。因此，如何協(xié)調(diào)聚氨酯堵水材料的粘度、固化性能、環(huán)保性和安全性是近些年國(guó)內(nèi)同行對(duì)聚氨酯堵水材料研究重點(diǎn)。

此外，聚氨酯堵水材料的制備裝置為具備攪拌、加熱功能的反應(yīng)釜，使物料在反應(yīng)釜中充分混合反應(yīng)和聚合。但合成聚氨酯材料的物料粘度較大，現(xiàn)有的制備裝置大多將攪拌葉設(shè)置在反應(yīng)釜底部，難以達(dá)到理想的攪拌效果，且加熱裝置多分布在反應(yīng)釜的外圍，攪拌效果也會(huì)影響物料溫度的一致性，容易導(dǎo)致外部物料溫度過(guò)高而中心物料溫度較低的現(xiàn)象。同時(shí)，聚氨酯堵水材料的制備對(duì)反應(yīng)的氣體環(huán)境也有一定要求，需要制備裝置配以更換反應(yīng)釜內(nèi)氣體的結(jié)構(gòu)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種安全環(huán)保、阻燃性能優(yōu)異的礦用堵水材料及制備裝置。

為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：礦用堵水材料及制備裝置，所述礦用堵水材料包括a、b兩種組分，所述a組分按重量計(jì)由阻燃聚醚多元醇48～52份、阻燃聚酯多元醇36～43份、異氰酸酯45～55份、納米碳酸鈣5～8份和硅油2～3份組成；所述b組分按重量計(jì)由聚醚多元醇25～35份、催化劑0.5～0.8份、丙二醇碳酸酯8～12份、氧化銻3～4份、氫氧化鎂2～3份和二乙胺基乙醇1～2份組成。

所述阻燃聚醚多元醇為含磷聚醚多元醇，所述含磷聚醚多元醇中磷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%～12%，羥值為150～230mgkoh/g；所述阻燃聚酯多元醇的羥值為200～395mgkoh/g，粘度為2000～4000mpa·s/25℃；所述異氰酸酯采用4,4′-二環(huán)己基甲烷二異氰酸酯或異佛爾酮二異氰酸酯中的一種或兩種以任意比例混合；所述聚醚多元醇的官能度為3，粘度為180～380mpa·s/25℃。

優(yōu)選的：所述阻燃聚酯多元醇為pf-3805或pf-2011中的一種或兩種以任意比例混合。

優(yōu)選的：所述的阻燃聚酯多元醇為pf-3805與pf-2011按3:2的比例混合。

優(yōu)選的：所述的納米碳酸鈉的粒徑為65～75nm。

優(yōu)選的：所述的催化劑是二月桂酸二丁基錫、辛酸亞錫、三乙烯二胺中的一種或兩種以任意比例混合。

優(yōu)選的：所述的催化劑是二月桂酸二丁基錫和三乙烯二胺按5:2的比例混合。

優(yōu)選的：所述的聚醚多元醇為nj-305、nj-310中的一種或兩種以任意比例混合。

優(yōu)選的：所述的礦用堵水材料按以下步驟制備：

將阻燃聚醚多元醇和阻燃聚酯多元醇加入制備裝置中，在102～112℃條件下真空脫水2～3h，然后停止加熱并加入納米碳酸鈣在氮?dú)獗Ｗo(hù)下攪拌20～30min；待溫度冷卻至45～55℃，向制備裝置中加入異氰酸酯，反應(yīng)溫度控制在75～85℃，維持氮?dú)獗Ｗo(hù)攪拌150～200min；再加入硅油攪拌均勻，得到a組分。

將聚醚多元醇、催化劑、丙二醇碳酸酯、氧化銻、氫氧化鎂、二乙胺基乙醇按比例投入制備裝置中，室溫下攪拌均勻，得到組分b。

使用時(shí)，將a組分與b組分按1:0.8～1.2的比例混合注漿即可。

優(yōu)選的：所述礦用堵水材料采用的制備裝置為反應(yīng)釜，所述反應(yīng)釜包括機(jī)體，所述機(jī)體中設(shè)置攪拌機(jī)構(gòu)，所述攪拌機(jī)構(gòu)由設(shè)置在機(jī)體頂部的電機(jī)驅(qū)動(dòng)；所述機(jī)體的頂部設(shè)有進(jìn)料管、底部設(shè)有出料管、中部設(shè)有真空抽氣口，所述進(jìn)料管和出料管上設(shè)有控制閥門(mén)，所述機(jī)體側(cè)壁上設(shè)置加熱管；所述進(jìn)料管下方固定有物料盤(pán)，所述物料盤(pán)由機(jī)體側(cè)壁斜向下傾斜向機(jī)體中央；所述真空抽氣口設(shè)置在最高液位上方；所述攪拌機(jī)構(gòu)包括攪拌軸、橫桿和攪拌葉，所述橫桿固定在攪拌軸上并與攪拌軸相垂直，所述攪拌葉為兩根，所述兩個(gè)攪拌葉相互對(duì)稱(chēng)以反向螺旋狀固定在橫桿的端面上；機(jī)體底部設(shè)置支腳。

優(yōu)選的：所述機(jī)體的內(nèi)側(cè)壁正對(duì)真空抽氣口的部位安裝有擋板。

本發(fā)明具有以下有益效果：安全環(huán)保，具有優(yōu)異的阻燃性能和固化性能，有利于施工安全和保護(hù)施工人員的身體健康。具體來(lái)說(shuō)，本發(fā)明采用阻燃聚醚多元醇和阻燃聚酯多元醇作為原料，大大提高了產(chǎn)品的阻燃性能，避免了地下施工作業(yè)過(guò)程中出現(xiàn)燃燒爆炸事故的情況。a組分中采用納米碳酸鈣對(duì)聚氨酯材料進(jìn)行改性，提高了聚氨酯材料固化后的壓縮強(qiáng)度，也使聚氨酯材料固化后形成的泡孔結(jié)構(gòu)完整、尺寸較小、分布均勻。且在不添加有機(jī)溶劑的情況下，產(chǎn)品粘度小，可灌性強(qiáng)，安全環(huán)保，施工方便。本發(fā)明堵水材料的制備裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在物料盤(pán)和螺旋狀攪拌葉的作用下攪拌混合效果好，且具備抽真空換氣結(jié)構(gòu)，能夠滿(mǎn)足礦用堵水材料制備的反應(yīng)條件。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明制備裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

如圖1所示的礦用堵水材料的制備裝置，包括機(jī)體1，所述機(jī)體1中設(shè)置攪拌機(jī)構(gòu)，所述攪拌機(jī)構(gòu)由設(shè)置在機(jī)體1頂部的電機(jī)2驅(qū)動(dòng)，所述電機(jī)2與攪拌機(jī)構(gòu)之間為軸向密封連接，這樣可以確保機(jī)體1內(nèi)的密封性能，有利于控制機(jī)體1內(nèi)的氣體環(huán)境。所述機(jī)體1的頂部設(shè)有進(jìn)料管3、底部設(shè)有出料管4、中部設(shè)有真空抽氣口5，所述進(jìn)料管3和出料管4上設(shè)有控制閥門(mén)，所述機(jī)體1側(cè)壁上設(shè)置加熱管6。所述進(jìn)料管3下方固定有物料盤(pán)7，所述物料盤(pán)7由機(jī)體1側(cè)壁斜向下傾斜向機(jī)體1中央，這樣可以起到分散物料的作用，避免物料在機(jī)體1底部的一側(cè)堆積，有利于物料達(dá)到更好的攪拌混合效果，使物料的溫度和混合具有較高的一致性。所述真空抽氣口5設(shè)置在最高液位上方，即真空抽氣口5位于機(jī)體1中部較高的位置，如圖1所示，真空抽氣口5位于機(jī)體1右側(cè)的中上部，貫穿機(jī)體1的側(cè)壁與機(jī)體1內(nèi)部連通。進(jìn)一步的，為了防止物料濺入真空抽氣口5，堵塞抽氣管道，所述機(jī)體1的內(nèi)側(cè)壁正對(duì)真空抽氣口5的部位安裝有擋板11，擋板11能夠防止物料進(jìn)入真空抽氣口5內(nèi)。

為了增強(qiáng)攪拌效果，所述攪拌機(jī)構(gòu)包括攪拌軸8、橫桿9和攪拌葉10，所述橫桿9固定在攪拌軸8上并與攪拌軸8相垂直，橫桿9的數(shù)量可以設(shè)置多個(gè)，至少為三個(gè)，這樣攪拌葉10才能形成螺旋狀結(jié)構(gòu)。所述攪拌葉10為兩根，所述兩個(gè)攪拌葉10相互對(duì)稱(chēng)以反向螺旋狀固定在橫桿9的端面上，這里的端面是指橫桿9的徑向截面，如圖1所示，橫桿9的端面為左右兩端的徑向截面。機(jī)體1底部設(shè)置支腳12，支腳12對(duì)機(jī)體1起支撐作用。

本發(fā)明的制備裝置在使用時(shí)，先將阻燃聚醚多元醇和阻燃聚酯多元醇按比例投入機(jī)體1中，將真空抽氣口5連通真空泵，并開(kāi)啟加熱管6將溫度控制在102～112℃，進(jìn)行真空脫水。脫水結(jié)束后關(guān)閉加熱管6，向機(jī)體中加入納米碳酸鈣，并將真空抽氣口5連通氮?dú)夤?，向機(jī)體1內(nèi)通入氮?dú)獗Ｗo(hù)，開(kāi)啟電機(jī)2驅(qū)動(dòng)攪拌機(jī)構(gòu)進(jìn)行攪拌。待機(jī)體1中溫度降至45～55℃后，再加入異氰酸酯，開(kāi)啟加熱管6控制溫度維持在75～85℃，維持氮?dú)獗Ｗo(hù)進(jìn)行攪拌，3h后加入硅油攪拌均勻即可得到a組分。制備b組分時(shí)則將原料按比例投入機(jī)體1中，開(kāi)啟電機(jī)2驅(qū)動(dòng)攪拌機(jī)構(gòu)將其攪拌均勻即可。

下面具體提供優(yōu)選的實(shí)施例，以使本領(lǐng)域技術(shù)人員更加清楚本發(fā)明的技術(shù)方案和效果。

實(shí)施例一

所述的礦用堵水材料按以下步驟制備：

將5kgfr-1830（萬(wàn)華化學(xué)）和4kgpf-3805（羥值380mgkoh/g，粘度3500mpa·s/25℃）加入反應(yīng)釜中。將真空抽氣口5連通真空泵并開(kāi)啟加熱管6，在102～112℃條件下真空脫水2.5h，然后關(guān)閉真空泵和加熱管6并加入0.6kg粒徑為70nm的納米碳酸鈣。將真空抽氣口5與氮?dú)夤捱B接，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下攪拌25min。待溫度冷卻至45～55℃，向反應(yīng)釜中加入5kg異佛爾酮二異氰酸酯，再次打開(kāi)加熱管6將反應(yīng)溫度控制在75～85℃，維持氮?dú)獗Ｗo(hù)攪拌180min；再加入0.2kg硅油攪拌均勻，得到a組分。

將3kgnj-305（官能度3，粘度280mpa·s/25℃）、0.05kg二月桂酸二丁基錫、0.02kg三乙烯二胺、1kg丙二醇碳酸酯、0.3kg氧化銻、0.2kg氫氧化鎂、0.1kg二乙胺基乙醇投入反應(yīng)釜中，室溫下攪拌均勻，得到b組分。

將a組分與b組分分裝保存，使用時(shí)，a組分與b組分按1:1的比例混合注漿即可。

實(shí)施例二

所述的礦用堵水材料按以下步驟制備：

將4.8kgfr-2026（萬(wàn)華化學(xué)）和4kgpf-2011（羥值220mgkoh/g，粘度2000mpa·s/25℃）加入反應(yīng)釜中。將真空抽氣口5連通真空泵并開(kāi)啟加熱管6，在102～112℃條件下真空脫水2h，然后關(guān)閉真空泵和加熱管6并加入0.5kg粒徑為70nm的納米碳酸鈣。將真空抽氣口5與氮?dú)夤捱B接，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下攪拌20min。待溫度冷卻至45～55℃，向反應(yīng)釜中加入4.5kg4,4′-二環(huán)己基甲烷二異氰酸酯，再次打開(kāi)加熱管6將反應(yīng)溫度控制在75～85℃，維持氮?dú)獗Ｗo(hù)攪拌150min；再加入0.2kg硅油攪拌均勻，得到a組分。

將2.5kgnj-310（官能度3，粘度240mpa·s/25℃）、0.04kg二月桂酸二丁基錫、0.01kg辛酸亞錫、0.8kg丙二醇碳酸酯、0.3kg氧化銻、0.2kg氫氧化鎂、0.1kg二乙胺基乙醇投入反應(yīng)釜中，室溫下攪拌均勻，得到b組分。

將a組分與b組分分裝保存，使用時(shí)，a組分與b組分按1:0.8的比例混合注漿即可。

實(shí)施例三

所述的礦用堵水材料按以下步驟制備：

將5.2kgfr-2026（萬(wàn)華化學(xué)）、1.8kgpf-3805（羥值380mgkoh/g，粘度3500mpa·s/25℃）和2kgpf-2011（羥值220mgkoh/g，粘度2000mpa·s/25℃）加入反應(yīng)釜中。將真空抽氣口5連通真空泵并開(kāi)啟加熱管6，在102～112℃條件下真空脫水3h，然后關(guān)閉真空泵和加熱管6并加入0.8kg粒徑為70nm的納米碳酸鈣。將真空抽氣口5與氮?dú)夤捱B接，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下攪拌30min。待溫度冷卻至45～55℃，向反應(yīng)釜中加入5.5kg4,4′-二環(huán)己基甲烷二異氰酸酯，再次打開(kāi)加熱管6將反應(yīng)溫度控制在75～85℃，維持氮?dú)獗Ｗo(hù)攪拌200min；再加入0.3kg硅油攪拌均勻，得到a組分。

將3.5kgnj-310（官能度3，粘度240mpa·s/25℃）、0.05kg二月桂酸二丁基錫、0.03kg辛酸亞錫、1.2kg丙二醇碳酸酯、0.4kg氧化銻、0.3kg氫氧化鎂、0.2kg二乙胺基乙醇投入反應(yīng)釜中，室溫下攪拌均勻，得到b組分。

將a組分與b組分分裝保存，使用時(shí)，a組分與b組分按1:1.2的比例混合注漿即可。

實(shí)施例四

所述的礦用堵水材料按以下步驟制備：

將5kgfr-1830（萬(wàn)華化學(xué)）、2.4kgpf-3805（羥值380mgkoh/g，粘度3500mpa·s/25℃）和1.6kgpf-2011（羥值220mgkoh/g，粘度2000mpa·s/25℃）加入反應(yīng)釜中。將真空抽氣口5連通真空泵并開(kāi)啟加熱管6，在102～112℃條件下真空脫水2.5h，然后關(guān)閉真空泵和加熱管6并加入0.7kg粒徑為70nm的納米碳酸鈣。將真空抽氣口5與氮?dú)夤捱B接，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下攪拌25min。待溫度冷卻至45～55℃，向反應(yīng)釜中加入5kg異佛爾酮二異氰酸酯，再次打開(kāi)加熱管6反應(yīng)溫度控制在75～85℃，維持氮?dú)獗Ｗo(hù)攪拌180min；再加入0.2kg硅油攪拌均勻，得到a組分。

將1.5kgnj-310（官能度3，粘度240mpa·s/25℃）、1.8kgnj-305（官能度3，粘度280mpa·s/25℃）、0.05kg二月桂酸二丁基錫、0.02kg三乙烯二胺、1kg丙二醇碳酸酯、0.3kg氧化銻、0.2kg氫氧化鎂、0.2kg二乙胺基乙醇投入反應(yīng)釜中，室溫下攪拌均勻，得到b組分；將a組分與b組分分裝保存，使用時(shí)，a組分與b組分按1:1的比例混合注漿即可。

實(shí)施例五

所述的礦用堵水材料按以下步驟制備：

將5kgfr-2026（萬(wàn)華化學(xué)）、2kgpf-3805（羥值380mgkoh/g，粘度3500mpa·s/25℃）和2.2kgpf-2011（羥值220mgkoh/g，粘度2000mpa·s/25℃）加入反應(yīng)釜中。將真空抽氣口5連通真空泵并開(kāi)啟加熱管6，在102～112℃條件下真空脫水2.5h，然后關(guān)閉真空泵和加熱管6并加入0.8kg粒徑為70nm的納米碳酸鈣。將真空抽氣口5與氮?dú)夤捱B接，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下攪拌30min。待溫度冷卻至45～55℃，向反應(yīng)釜中加入5kg4,4′-二環(huán)己基甲烷二異氰酸酯，再次打開(kāi)加熱管6將反應(yīng)溫度控制在75～85℃，維持氮?dú)獗Ｗo(hù)攪拌200min；再加入0.3kg硅油攪拌均勻，得到a組分。

將2kgnj-310（官能度3，粘度240mpa·s/25℃）、1.5kgnj-305（官能度3，粘度280mpa·s/25℃）、0.05kg二月桂酸二丁基錫、0.02kg辛酸亞錫、1.2kg丙二醇碳酸酯、0.4kg氧化銻、0.3kg氫氧化鎂、0.2kg二乙胺基乙醇投入反應(yīng)釜中，室溫下攪拌均勻，得到b組分。

將a組分與b組分分裝保存，使用時(shí)，a組分與b組分按1:0.8的比例混合注漿即可。

產(chǎn)品檢測(cè)

對(duì)實(shí)施例一到實(shí)施例五（簡(jiǎn)稱(chēng)例一到例五）制備得到的產(chǎn)品進(jìn)行性能檢測(cè)，檢測(cè)內(nèi)容包括密度、粘度、包水性、發(fā)泡率、固化時(shí)間、抗壓強(qiáng)度和氧指數(shù)。測(cè)定方法如下：

密度按gb/t8077-2000中的5.3規(guī)定進(jìn)行，粘度按gb/t2794-1995中的5.1規(guī)定進(jìn)行。

包水性：將測(cè)定試樣與10倍質(zhì)量的水混合，測(cè)定從開(kāi)始混合至容器中倒不出水時(shí)的時(shí)間，所用水符合gb/t6682-2008要求的三級(jí)水。

發(fā)泡率：按實(shí)施例中給出的比例將a、b組分混合，測(cè)定固化后泡沫體體積與原a、b組分體積的比例。

固化時(shí)間：按實(shí)施例中給出的比例將a、b組分混合開(kāi)始計(jì)時(shí)，待泡沫體不再上升且手觸泡沫體無(wú)粘手現(xiàn)象，停止計(jì)時(shí)。

抗壓強(qiáng)度：按實(shí)施例中給出的比例將a、b組分混合固化后，放置168h，按gb/t1041-1992進(jìn)行抗壓強(qiáng)度測(cè)試。

氧指數(shù)值：按gb/t8624-2012的規(guī)定進(jìn)行。得到檢測(cè)結(jié)果如下表所示：

表一例一到例五產(chǎn)品的性能參數(shù)

上表中的氧指數(shù)為材料在氮氧混合氣流中進(jìn)行有焰燃燒所需的最低濃度，氧指數(shù)高表示材料不易燃燒。本發(fā)明的堵水材料氧指數(shù)值均在27%以上，例三到例五的產(chǎn)品甚至超過(guò)了30%，屬于難燃產(chǎn)品，具備優(yōu)越的阻燃性能。同時(shí)，本發(fā)明堵水材料的壓縮強(qiáng)度較現(xiàn)有技術(shù)得到很大提高，這說(shuō)明本發(fā)明的固化體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度大，固化形成的泡孔結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。此外，本發(fā)明產(chǎn)品具有低粘度、高包水性和高發(fā)泡率，綜合性能良好，較現(xiàn)有技術(shù)更加適應(yīng)礦用需要，能夠減少地下施工的安全事故。