一种蓄热温度低、抗静电的注浆加固材料及其制备方法

摘要

本发明公开了一种蓄热温度低、抗静电的注浆加固材料及其制备方法，其中蓄热温度低、抗静电的注浆加固材料的原料按质量份数构成为：异氰酸酯100份，聚合物多元醇70‑100份，锡类催化剂0.5‑2份，阻燃稀释剂10‑50份，石墨10‑30份。本发明以石墨改性聚氨酯注浆材料，利用石墨的导电和导热性能提高注浆复合材料的抗静电性能的同时，促进注浆固结体内部的热传导，显著降低注浆材料的蓄热温度，减小安全隐患。

说明书

一、技术领域

本发明涉及一种蓄热温度低、抗静电的注浆加固材料及其制备方法，特别适用于厚松散含水层下的煤岩体加固，在注浆的过程中安全性高。

二、背景技术

随着煤炭开采强度和深度的增加，矿井下地质条件日益复杂，破碎围岩日益增加，传统支护手段和支护材料难以满足煤炭生产的需求。为此，我国从20世纪90年代初期开始研究煤矿井下化学注浆技术，已经取得了较大的进展，其中以聚氨酯注浆材料为代表的化学注浆加固材料得到了广泛的应用和发展。

聚氨酯注浆材料由于粘度适中、凝胶时间可调，其固结成的聚氨酯固结体具有质轻，导热系数低，耐化学腐蚀等特点，是目前在煤矿业中用量最大的化学注浆材料。但是在井下实际生产应用过程中，聚氨酯注浆材料存在因内部蓄热温度高、抗静电性能差导致的冒烟、着火等安全隐患，严重影响其使用和推广应用。

三、发明内容

本发明旨在提供一种蓄热温度低、抗静电的注浆加固材料及其制备方法，所要解决的技术问题是降低聚氨酯注浆材料的蓄热温度，促进内部热传导，提升抗静电性能。

本发明蓄热温度低、抗静电的注浆加固材料，其原料按质量份数构成为：

异氰酸酯100份，聚合物多元醇70-100份，锡类催化剂0.5-2份，阻燃稀释剂10-50份，石墨10-30份。

所述异氰酸酯为多亚甲基多苯基多异氰酸酯(PAPI)，红棕色粘稠状液体，-NCO含量30-40wt％。

所述聚合物多元醇由聚醚多元醇N303和聚醚多元醇N204构成，其中聚醚多元醇N303和聚醚多元醇N204的质量比为2:1～4:1。

所述锡类催化剂为辛酸亚锡或二月桂酸二丁基锡。

所述阻燃稀释剂选自磷酸三(β-氯乙基)酯(TCEP)、多聚磷酸铵、三氯乙基磷酸酯中的一种或几种。

石墨粒径为1-30微米。

本发明蓄热温度低、抗静电的注浆加固材料的制备方法，包括如下步骤：

1、将石墨和异氰酸酯混合，在25-40℃下搅拌2-4h，密封保存，得到组份A；

2、将聚合物多元醇在105-110℃下真空干燥1-2小时，冷却至室温后密封保存，得到预 处理的聚合物多元醇；

3、向所述预处理的聚合物多元醇中依次加入锡类催化剂和阻燃稀释剂并搅拌均匀，得到组份B；

4、将组份A和组份B按照体积比1:1的比例混合并在3-5MPa压力下注浆成型，控制注浆温度为20-40℃，固化时间3-5分钟。

针对现有聚氨酯注浆材料存在的缺陷，本发明采用石墨改性聚氨酯注浆材料，利用石墨的导电和导热性能提高注浆复合材料的抗静电性能的同时，促进注浆固结体内部的热传导，显著降低注浆材料的蓄热温度，减小安全隐患。

石墨本身具有良好的导热性能，经过异氰酸酯预处理后，充分润湿，填料表面物理包覆和化学接枝上异氰酸根，填充在聚氨酯注浆材料中，增加了填料与基体之间的相容性，形成导热网络，可以使注浆内部的热量更快的向边缘传导，与外部空间进行热交换，避免内部热量累积，显著降低注浆材料的蓄热温度。有效解决了固化时反应大量放热导致局部温度过高，固结体内部开裂，强度降低，或者加速煤体氧化引起煤自燃等问题。同时石墨具有导电能力，可以提高聚氨酯注浆材料的表面电阻，改善其抗静电性。

本发明利用石墨改性的聚氨酯注浆材料固化时间可调，浆液固化后固结体的力学性能良好，蓄热温度和表面电阻较纯聚氨酯注浆有较大幅降低，阻燃性能、抗静电优良。原料制备工艺及所需的生产与施工设备简单，易于推广使用。

通过本发明可以实现在厚松散含水层下煤矿开采过程中对煤岩体的安全加固，实际操作方便，安全性得到大幅提升。

四、具体实施方式

下面结合案例说明本发明的具体实施方式,但不作为对发明内容的限制。

原料：

聚醚多元醇N303，金浦集团江苏钟山化工有限公司；

聚醚多元醇N204，金浦集团江苏钟山化工有限公司；

多亚甲基多苯基多异氰酸酯(PAPI)，烟台万华聚氨酯股份有限公司；

辛酸亚锡，国药集团化学试剂有限公司；

磷酸三(β-氯乙基)酯(TCEP)，河北鑫航化工有限公司；

石墨(20μm)，青岛岩海碳材料有限公司；

实施例1：

1)、将17质量份石墨(粒径20μm)和100质量份PAPI混合，在25℃下搅拌2h，密封 保存，得到组份A；

2)、分别将聚醚多元醇N303(官能度3，分子量350)与聚醚多元醇N204(官能度2，分子量400)置于真空干燥箱中，105℃下干燥2h，冷却至室温后密封保存，得到预处理的聚醚多元醇N303以及预处理的聚醚多元醇N204；

3)、将50质量份预处理的聚醚多元醇N303和30质量份预处理的聚醚多元醇N204混合均匀，然后依次加入0.5质量份二月桂酸二丁基锡、10质量份TCEP，搅拌均匀后得到组份B；

4)、将组份A和组份B按照体积比1:1的比例混合，搅拌至出现发白现象，在3-5MPa压力下注入模具中，室温固化3-5分钟。固化后取出试样，放置三天后进行相关性能测试。

实施例2：

1)、将25质量份石墨(粒径20μm)和100质量份PAPI混合，在25℃下搅拌2h，密封保存，得到组份A；

2)、分别将聚醚多元醇N303(官能度3，分子量350)与聚醚多元醇N204(官能度2，分子量400)置于真空干燥箱中，105℃下干燥2h，冷却至室温后密封保存，得到预处理的聚醚多元醇N303以及预处理的聚醚多元醇N204；

3)、将50质量份预处理的聚醚多元醇N303和30质量份预处理的聚醚多元醇N204混合均匀，然后依次加入0.5质量份二月桂酸二丁基锡、10质量份TCEP，搅拌均匀后得到组份B；

4)、将组份A和组份B按照体积比1:1的比例混合，搅拌至出现发白现象，在3-5MPa压力下注入模具中，室温固化3-5分钟。固化后取出试样，放置三天后进行相关性能测试。

实施例3：

1)、将30质量份石墨(粒径20μm)和100质量份PAPI混合，在25℃下搅拌2h，密封保存，得到组份A；

2)、分别将聚醚多元醇N303(官能度3，分子量350)与聚醚多元醇N204(官能度2，分子量400)置于真空干燥箱中，105℃下干燥2h，冷却至室温后密封保存，得到预处理的聚醚多元醇N303以及预处理的聚醚多元醇N204；

3)、将50质量份预处理的聚醚多元醇N303和30质量份预处理的聚醚多元醇N204混合均匀，然后依次加入0.5质量份二月桂酸二丁基锡、10质量份TCEP，搅拌均匀后得到组份B；

4)、将组份A和组份B按照体积比1:1的比例混合，搅拌至出现发白现象，在3-5MPa压力下注入模具中，室温固化3-5分钟。固化后取出试样，放置三天后进行相关性能测试。

以上实施例制备得到的聚氨酯注浆加固材料的性能如下：

注：考虑到浆液的流动性和渗透性，实施例1为最优配方。