高強(qiáng)度高阻燃低放熱礦用聚氨酯注漿加固材料及其制備方法與應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于煤巖體化學(xué)注漿加固技術(shù)領(lǐng)域，特別設(shè)及一種高強(qiáng)度高阻燃低放熱礦 用聚氨醋注漿加固材料及其制備方法與應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 由于煤礦領(lǐng)域的特殊性，對于應(yīng)用于煤礦井下的高分子類注漿加固材料除了力學(xué) 性能方面的要求W外，為保證井下的施工安全，還要求其應(yīng)具備較低的反應(yīng)放熱量和較高 的阻燃性等特點，然而現(xiàn)有的煤礦用聚氨醋注漿加固類材料往往無法同時滿足W上的所有 要求，具體表現(xiàn)在W下幾個方面：
[0003] 1.反應(yīng)溫度較高?，F(xiàn)有的煤礦安全行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《煤礦加固煤巖體用高分子材料》(AQ 1089-2011)中規(guī)定，礦用高分子注漿加固類材料的最高反應(yīng)溫度應(yīng)《140°C。雖然當(dāng)前市 場上存在一些產(chǎn)品在有限量下反應(yīng)的測試結(jié)果低于140°C，但是當(dāng)其應(yīng)用于煤礦井下實際 工程注漿時，由于注漿量較大，漿材聚集量較高，聚氨醋漿液在固化反應(yīng)過程中產(chǎn)生的熱量 較多，并且由于環(huán)境相對封閉，散熱條件嚴(yán)重不足，使得材料內(nèi)部熱量積聚較多，溫度上升 較快，最高反應(yīng)溫度超過140°C甚至可達(dá)到20(TCW上，很容易發(fā)生陰燃熱解，產(chǎn)生煙或明 火現(xiàn)象，進(jìn)而引發(fā)煤礦火災(zāi)等嚴(yán)重的災(zāi)害事故。
[0004] 2.阻燃性較差。雖然市場中的一些注漿加固類產(chǎn)品符合MT113-1995《煤礦井下 用聚合物制品阻燃抗靜電性通用試驗方法和判定規(guī)則》的要求，但是由于實際應(yīng)用須考慮 漿材的均一性、施工環(huán)境、機(jī)械設(shè)備及人工操作等因素，目前市面產(chǎn)品尚不能完全滿足使用 要求，當(dāng)漿材在使用過程中出現(xiàn)反應(yīng)溫度過高而阻燃級別不足的情況下，就很容易產(chǎn)生煙 或明火等安全事故。
[000引3.力學(xué)性能方面的不足。聚氨醋注漿加固材料漿液中含有異氯酸醋基，它極易與 實際施工過程中所遇到的&0發(fā)生反應(yīng)并生成C02氣體，使得材料在固化過程中不斷地發(fā)泡 與膨脹，發(fā)泡后的漿材固結(jié)體力學(xué)強(qiáng)度大幅度降低，極易導(dǎo)致注漿的失敗。此外由于大量的 二氧化碳?xì)怏w的產(chǎn)生，使得一些裂隙斷層帶承受了較高的膨脹壓力，最終致使大范圍的整 體片幫、冒頂或壓架事故。
[0006] 因此，為克服現(xiàn)有礦用聚氨醋注漿材料的缺點，研發(fā)一種強(qiáng)度高、阻燃性高、反應(yīng) 放熱低的新型礦用聚氨醋注漿加固材料是十分必要的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點與不足，本發(fā)明的首要目的在于提供一種高強(qiáng)度高 阻燃低放熱礦用聚氨醋注漿加固材料。
[0008] 本發(fā)明的另一目的在于提供上述高強(qiáng)度高阻燃低放熱礦用聚氨醋注漿加固材料 的制備方法。
[0009] 本發(fā)明的再一目的在于提供上述高強(qiáng)度高阻燃低放熱礦用聚氨醋注漿加固材料 的應(yīng)用。
[0010] 本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)：
[0011] 一種高強(qiáng)度高阻燃低放熱礦用聚氨醋注漿加固材料，所述材料是由甲組分和乙組 分按體積比1:1配比得到；
[0012] 甲組分包含W下按重量百分比計的組分：
[0013]異氯酸醋 70. 0 % ~95. 0 %
[0014]環(huán)氧樹脂 5. 0 % ~30. 0 %;
[0015] 乙組分包含W下按重量百分比計的組分：
[0016] 阻燃聚酸多元醇130,0%~50,0% 阻燃聚酸多元醇210.0%~20,0% 增塑劑 25.0%~40.0% 阻燃劑 3.0%~8.0%
[0017] 固化齊IJ2.0%~5.0% 催化劑 化.5?~1.0% 抗靜電劑 1.0%~3.0% 泡沫穩(wěn)定劑 0.5%~1.0%。：
[0018] 所述異氯酸醋為二苯基甲燒二異氯酸醋（MDI-50);
[0019] 所述環(huán)氧樹脂為雙酪F型環(huán)氧樹脂830S，其環(huán)氧當(dāng)量為165~175g/eq，25°C條件 下粘度為3300~4300mPa?S，水解氯《0. 015%。
[0020] 所述阻燃聚酸多元醇1為化ranolRF3774,其徑基含量為370~420m巧OH/g， 水分質(zhì)量含量為0. 15%，25°C條件下粘度為50~300mPa?S;所述阻燃聚酸多元醇2為 PuranolRF3776,其徑基含量為310~350m巧OH/g，水分質(zhì)量含量為0. 15%，25°C條件下 粘度為 1500~3500mPa?S。
[0021] 所述增塑劑為氯化石蠟-42,其含氯質(zhì)量為40~44%、25°C條件下粘度為1900~ 2500mPa?S;
[0022] 所述阻燃劑為面代憐酸醋類阻燃劑FR-310,其含憐質(zhì)量> 12.0%、含氯質(zhì)量 > 14. 0%，25°C條件下粘度為5~IOmPa?S;
[0023] 所述固化劑為DMP-30;
[0024]所述抗靜電劑為液體抗靜電劑JA-IOql,淡黃色粘稠液體，25°C條件下粘度為 122. 4mPa?s；
[00巧]所述催化劑為二月桂酸二下基錫值BTDL)與33%S乙締二胺溶液（A-33)的混合 物，二者質(zhì)量比為1:1~2:1;
[0026] 所述泡沫穩(wěn)定劑為聚氨醋硬泡硅油SD-502。
[0027] 上述高強(qiáng)度高阻燃低放熱礦用聚氨醋注漿加固材料的制備方法，包含W下步驟：
[002引 （1)甲組分的制備：
[0029] 在密閉反應(yīng)器中，先按配比加入環(huán)氧樹脂，再加入異氯酸醋，攬拌0. 5~1.化，得 到甲組分；其中，各原料的用量按重量百分比計為：環(huán)氧樹脂5.0%~30.0%、異氯酸醋 70. 0%~95. 0% ;
[0030] 似乙組分的制備
[0031] 在密閉反應(yīng)器中，依次加入阻燃聚酸多元醇1、阻燃聚酸多元醇2、增塑劑、阻燃 劑、固化劑、催化劑、抗靜電劑、泡沫穩(wěn)定劑，混合均勻，攬拌2. 0~3.Oh,得到乙組分；其 中，各原料的用量按重量百分比計為：阻燃聚酸多元醇130. 0%~50. 0%、阻燃聚酸多元醇 210. 0%~20. 0%、增塑劑 25. 0%~40. 0%、阻燃劑 3. 0%~8. 0%、催化劑 0. 5%~1. 0%、 固化劑2. 0%~5. 0%;抗靜電劑1. 0%~3. 0%、泡沫穩(wěn)定劑0. 5%~1. 0%;
[0032] (3)將甲組分和乙組分按照體積比1:1混合均勻，得到高強(qiáng)度高阻燃低放熱礦用 聚氨醋注漿加固材料。
[0033] 上述高強(qiáng)度高阻燃低放熱礦用聚氨醋注漿加固材料在煤礦中煤層加固中的應(yīng)用。
[0034] 本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的優(yōu)點及效果：
[003引1通過在整個體系中減少異氯酸醋的含量，使得其與&0發(fā)生反應(yīng)放出的％氣體 減少，能夠減少發(fā)泡與膨脹，提高漿材固結(jié)體抗壓強(qiáng)度。此外通過在聚氨醋體系中引入環(huán)氧 樹脂可W提高固結(jié)體的抗壓強(qiáng)度。兩者的綜合作用能夠大幅度提高礦用聚氨醋注漿加固材 料的抗壓強(qiáng)度。
[0036] 2通過在體系中加入阻燃聚酸、氯化石蠟-42、阻燃劑可W大大提高其阻燃性能。
[0037] 3加入惰性增塑劑氯化石蠟-42,能夠有效地使反應(yīng)放出的熱量得W分散稀釋，熱 量難W累積；此外，環(huán)氧樹脂與固化劑DMP-30反應(yīng)較聚氨醋反應(yīng)慢，整個體系的反應(yīng)放出 的熱量得W分階段地釋放，從而降低了材料的最高反應(yīng)溫度。
【具體實施方式】
[0038] 下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。
[0039] 本發(fā)明實施例中性能指標(biāo)按照《煤礦加固煤巖體用高分子材料》(AQ1089-2011)方 法進(jìn)行測定。
[0040] 實施例1
[0041] (1)甲組分的制備
[0042] 在密閉反應(yīng)器中，先加入25.Og雙酪F型環(huán)氧樹脂830S，再加入475.Og二苯基甲 燒二異氯酸醋（MDI-50)，攬拌0. 5~1.Oh,得到500.Og甲組分。
[004引 似乙組分的制備
[0044] 在密閉反應(yīng)器中，依次加入500.Og阻燃聚酸多元醇化ranolRF3774(佳化化 學(xué)股份有限公司）、100.Og阻燃聚酸多元醇化ranolRF3776 (佳化化學(xué)股份有限公司）、 250.Og增塑劑氯化石蠟-42、80.Og阻燃劑FR-310、20.Og固化劑DMP-30、催化劑10.Og(其 中二月桂酸二下基錫值刖化)5.0邑，4-335.0邑)、30.0邑抗靜電劑14-1091、10.0邑泡沫穩(wěn)定劑 SD-502,攬拌2. 0~3.Oh,得到1000.Og乙組分。
[0045](3)將甲、乙組分按照體積比1:1混合均勻，得到高強(qiáng)度高阻燃低放熱礦用聚氨醋 注漿加固材料。在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，按照《煤礦加固煤巖體用高分子材料》(AQ1089-2011)進(jìn)行 測試最高反應(yīng)溫度、抗壓強(qiáng)度、阻燃性能。性能指標(biāo)見表1。
[004引 實施例2
[0047] (1)甲組分的制備
[0048] 在密閉反應(yīng)器中，先加入50.Og雙酪F型環(huán)氧樹脂830S，再加入450.Og二苯基甲 燒二異氯酸醋（MDI-50)，攬拌0. 5~1.Oh,得到500.Og甲組分。
[004引 似乙組分的制備
[0050] 在密閉反應(yīng)器中，依次加入460.Og阻燃聚酸多元醇化ranolRF3774(佳化化 學(xué)股份有限公司）、120.Og阻燃聚酸多元醇化ranolRF3776 (佳化化學(xué)股份有限公司）、 280.Og增塑劑氯化石蠟-42、65.Og阻燃劑FR-310、25.Og固化劑DMP-30、催化劑10.Og(其 中二月桂酸二下基錫值刖化)5.0邑，4-335.0邑)、30.0邑抗靜電劑14-1091、10.0邑泡沫穩(wěn)定劑 SD-502,攬拌2. 0~3.Oh,得到1000.Og乙組分。
[0051] (3)將甲、乙組分按照體積