降温型聚氨酯/纳米粉煤灰注浆材料的降温机理分析

摘要

针对普通聚氨酯注浆材料固化反应温度高,矿井注浆过程中存在冒烟、遗煤自燃等隐患,在以纳米级粉煤灰为骨料添加的基础上,分别选取NH 4 Al(SO 4)2·12H 2 O,NH 4 Cl 2种水合盐,与聚醚多元醇GR4110B等助剂配成A组分,以Ba(OH)2·8H 2 O与聚醚多元醇TMN450配成B组分,以异氰酸酯为C组分,通过原位聚合法制备出1种新型降温型聚氨酯/纳米粉煤灰注浆材料。在取得显著降温效果的同时,研究了结晶水合盐、纳米粉煤灰与聚氨酯之间的最优复配比例。在此基础上,结合部分表征手段进一步探究其微观结构组成及其降温机理。结果表明,2种无机物能有效填入聚氨酯基体中形成有机/无机复配材料,当纳米粉煤灰掺量为40%、无机水合盐掺量为10%时,其最优抗压强度为44 MPa,固化最高温度降低至82℃;此外,通过SEM及红外光谱分析表明,无机水合盐的掺入促使体系中的NH+4及反应后产生的氨分子与之发生取代反应后形成NH 2,并相继与异氰酸根反应生成取代脲,由此观察到材料断面含有许多固体微珠及小孔,其间存在缝隙,缝隙中溶有可溶性盐。热重及机理分析进一步验证了复合材料反应体系中纳米粉煤灰通过热传导吸热而达到第一步降温过程;Ba(OH)2·8H 2 O结晶水受热汽化配合与NH 4 Cl的化学反应是限制体系温度上升的主要阶段;NH 4 Al(SO 4)2·12H 2 O脱水汽化吸热及相变、缝隙中溶有BaCl 2等可溶性盐的往复吸脱水汽化吸热是降低反应体系温度的最后阶段。