CN103265681B - 一种煤矿瓦斯抽放钻孔封孔材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种煤矿瓦斯抽放钻孔封孔材料及其制备方法，组合物由A组分和B组分按照质量比为0.7-1.5：1的比例组合而成，A组分包括聚醚多元醇A：60-90份；聚醚多元醇B：10-40份；聚醚多元醇C：3-12份；催化剂：0.01-3份；发泡剂：0.5-5份；泡沫稳定剂：0.1-3份；抗静电剂：1-3份；阻燃剂：10-25份；B组分为多异氰酸酯；100-180份。方法包括：将聚醚多元醇A、聚醚多元醇B、聚醚多元醇C搅拌均匀，将催化剂、发泡剂、泡沫稳定剂、抗静电剂和阻燃剂加入混合釜并搅拌均匀；称取多异氰酸装桶；将A，B组分按照质量比混合均匀，用注浆泵注入煤层空洞中固化。本发明制备的材料具有渗透性强、具有良好的流动性、发泡时间可调、膨胀倍数适中、成本低和施工方便等特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种煤矿瓦斯抽放钻孔封孔材料的技术领域，具体涉及应用于煤矿瓦斯抽放钻孔封孔材料的聚氨酯硬质泡沫材料及其制备方法。
背景技术
瓦斯灾害是制约煤矿安全、高效生产的第一要素，钻孔抽采是煤矿瓦斯治理与防突的有效措施，应用范围广泛。瓦斯抽放钻孔的封孔质量是保持孔底负压或正压的关键因素，直接影响各类钻孔作用的发挥。为了遏制瓦斯突出、瓦斯爆炸等重大事故发生，提高钻孔抽放效率、减少钻孔数量，节约成本，开发高性能低成本封孔材料具有重要的现实意义。
目前，采用的双组分聚氨酯硬质泡沫材料作为瓦斯抽放钻孔封孔材料还存在阻燃性差、反应放热量大、抗压强度低等问题，严重影响到封孔的质量及矿井的安全生产。如公开号为CN102633981A的“一种煤矿瓦斯抽放钻孔封堵材料的制备方法”的专利，采用聚氧化丙烯三醇及二苯基甲烷二异氰酸酯和多苯基多亚甲基异氰酸酯在催化剂作用下制备的封孔材料，发泡体积膨胀倍数很大（35倍），导致材料的抗压强度很低。
发明内容
本发明为了解决现有煤矿瓦斯抽放钻孔封孔聚氨酯材料在施工过程中体积膨胀倍数达，抗压强度低、材料抗静电性及阻燃性不佳的问题，提供一种阻燃抗静电粘合力强，抗压强度高、成本低、施工方便的钻孔封孔聚氨酯材料及其制备方法。
本发明的目的是通过下述技术方案来实现的。
一种煤矿瓦斯抽放钻孔封孔材料，由下述A组分和B组分按照质量比为0.7-1.5：1的比例组合而成，其中：
A组分按重量份数计：
聚醚多元醇A： 60-90份；
聚醚多元醇B： 10-40份；
聚醚多元醇C： 3-12份；
催化剂： 0.01-3份；
发泡剂： 0.5-5份；
泡沫稳定剂： 0.1-3份；
抗静电剂： 1-3份；
阻燃剂： 10-25份；
B组分按重量份数计：
多异氰酸酯； 100-180份。
进一步地，所述聚醚多元醇A为以甘油为起始剂、官能度为3、分子量为300-800、羟值为400-550mgKOH/g的聚氧化丙烯三醇。
进一步地，所述聚醚多元醇B为以蔗糖与丙二醇或蔗糖与乙二醇/二甘醇为起始剂、官能度为3-8、分子量为1000-2000、羟值为380-420mgKOH/g的聚氧化丙烯多元醇。
进一步地，所述聚醚多元醇C为以乙二胺为起始剂、官能度为4、分子量400-800、羟值为400-460mgKOH/g的聚氧化丙烯多元醇。
进一步地，所述催化剂为三亚乙基二胺、双（二甲氨基乙基）醚、N，N-二甲基环己胺、N-甲基-二环己胺、五甲基二亚乙基三胺、N，N-二甲基苄胺、二月桂酸二丁基锡、二（十二烷基硫）二丁基锡或二醋酸二丁基锡中的一种或其组合物。
进一步地，所述发泡剂为水、HCFC-141b、HFC-245fa或HFC365mfc中的一种或其组合物；
所述泡沫稳定剂为有机硅油类泡沫稳定剂，为美国Air Products公司的DC-193和DC-197，或苏州思德新材料有限公司SD-601的稳定剂。
进一步地，所述的抗静电剂为阳离子型长链季铵盐型抗静电剂，为无锡巨旺塑化材料有限公司的JWK-1801的抗静电剂、BASF公司的Larostat337DPG或东莞市德士肯鞋材有限公司的Anti-static Q617。
进一步地，所述阻燃剂为磷酸酯类阻燃剂，为甲基膦酸二甲酯、乙基磷酸二乙酯、磷酸三乙酯、磷酸三苯酯、低聚磷酸酯或聚磷酸三聚氰胺中的一种或几种。
进一步地，所述多异氰酸酯为多苯基多亚甲基多异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯中的一种或其组合。
相应地，本发明给出了一种煤矿瓦斯抽放钻孔封孔材料的制备方法，按照如下步骤完成：
A组分：将按照重量比计量的聚醚多元醇A、聚醚多元醇B、聚醚多元醇C在混合釜中搅拌均匀，然后将重量比计量的催化剂、发泡剂、泡沫稳定剂、抗静电剂和阻燃剂加入混合釜并搅拌均匀装桶备用；
B组分：称取按照重量比计量的多异氰酸装桶备用；
使用时，将A，B组分按照质量比为0.7-1.5：1的比例混合均匀，用注浆泵注入煤层空洞中固化。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
（1）本发明采用复合多元醇与多异氰酸酯，组合物具有渗透性强、具有良好的流动性、发泡时间可调、膨胀倍数适中、成本低和施工方便等特点。且组合物固化后材料气密性良好、粘合力高、抗压强度高，并具有一定的弹性和变形性。
（2）本发明采用以乙二胺为起始剂的多元醇，可以降低催化剂用量，有效调节发泡和固化时间。
（3）本发明加入抗静电剂及阻燃剂使得封孔材料具有良好的抗静电、阻燃性，符合煤矿安全标准。
具体实施方式
本发明的一种煤矿瓦斯抽放钻孔封孔材料，由A组分和B组分组成，其中：
A组分按重量份数计：
聚醚多元醇A： 60-90份；
聚醚多元醇B： 10-40份；
聚醚多元醇C： 3-12份；
催化剂： 0.01-3份；
发泡剂： 0.5-5份；
泡沫稳定剂： 0.1-3份；
抗静电剂： 1-3份；
阻燃剂： 10-25份；
B组分按重量份数计：
多异氰酸酯： 100-180份。
A，B两组分的质量比在0.7-1.5：1，优选0.9-1.2：1。
上述聚醚多元醇Ａ为以甘油为起始剂、官能度为3、分子量为300-800、羟值为400-550mgKOH/g的聚氧化丙烯三醇。
上述聚醚多元醇B为以蔗糖与丙二醇或蔗糖与乙二醇/二甘醇为起始剂、官能度为3-8、分子量为1000-2000羟值为380-420mgKOH/g的聚氧化丙烯多元醇。
上述聚醚多元醇C为以乙二胺为起始剂、官能度为4、分子量400-800、羟值为400-460mgKOH/g的聚氧化丙烯多元醇。
上述催化剂为三亚乙基二胺、双（二甲氨基乙基）醚、N，N-二甲基环己胺、N-甲基-二环己胺、五甲基二亚乙基三胺、N，N-二甲基苄胺、二月桂酸二丁基锡、二（十二烷基硫）二丁基锡或二醋酸二丁基锡中的一种或其组合物。
上述发泡剂为水、HCFC-141b、HFC-245fa或HFC365mfc中的一种或其组合物。
上述泡沫稳定剂为有机硅油类泡沫稳定剂，可以选择美国Air Products公司的牌号为DC-193和DC-197等，苏州思德新材料有限公司牌号为SD-601的稳定剂。
上述抗静电剂为阳离子型长链季铵盐型抗静电剂，可以选择无锡巨旺塑化材料有限公司的牌号为JWK-1801的抗静电剂、BASF公司的牌号为Larostat337DPG、东莞市德士肯鞋材有限公司的牌号为Anti-static Q617等。
上述阻燃剂为磷酸酯类阻燃剂如甲基膦酸二甲酯、乙基磷酸二乙酯、磷酸三乙酯、磷酸三苯酯、低聚磷酸酯或聚磷酸三聚氰胺中的一种或几种。
上述多异氰酸酯为多苯基多亚甲基多异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯中的一种或其组合。
本发明所述的煤矿瓦斯抽放钻孔封孔材料的制备方法，按照如下步骤完成：
第一步，制备A组分：将按照配比重量比计量的聚醚多元醇A、聚醚多元醇B、聚醚多元醇C在混合釜中搅拌均匀，然后将催化剂、发泡剂、泡沫稳定剂、抗静电剂和阻燃剂加入混合釜中并搅拌均匀装桶备用。
第二步，B组分称量：称取计量的多异氰酸或计量的异氰酸酯组合物装桶备用。
第三步，混合：将A，B组分料，按配比混合均匀，用注浆泵混合发泡固化后即可。A，B两组分的质量比在0.7-1.5:1。
以下通过实施例对本发明做进一步说明。各实施例中所涉及的原料用量及配比均为质量配比，各原料如无特殊说明，均为市售，特殊说明例外。
实施例1：称取聚醚多元醇A：聚氧化丙烯三醇NJ-303（羟值475mgKOH/g，句容宁武新材料发展有限公司）60份，聚醚多元醇B：聚氧化丙烯多元醇NJ-8211（羟值420mgKOH/g，句容宁武新材料发展有限公司）40份，聚醚多元醇C:聚氧化丙烯多元醇NJ-405A（羟值475mgKOH/g，句容宁武新材料发展有限公司）5份，在混合釜中搅拌均匀，然后将二月桂酸二丁基锡（美国气体公司）0.5份,三亚乙基二胺（美国气体公司）1.8份，HCFC-245fa（美国Honeywell公司）5份、有机硅油DC-193（美国空气公司）2.5份，抗静电剂JWK-1801(无锡巨旺塑化材料有限公司)2.5份，阻燃剂乙基磷酸二乙酯25份，加入上述混合溶液中，继续高速搅拌均匀，得到A组分。称量多苯基多亚甲基多异氰酸酯（PM-200，官能度2.7，烟台万华聚氨酯股份有限公司）180份为B组分。将A，B两组分（计0.79：1）充分混合均匀，即得用于瓦斯抽放钻孔封孔材料的组合物。
实施例2：称取聚醚多元醇A：聚氧化丙烯三醇NJ-303（羟值475mgKOH/g，句容宁武新材料发展有限公司）90份，聚醚多元醇B：聚氧化丙烯多元醇NJ-8211（羟值430mgKOH/g，句容宁武新材料发展有限公司）20份，聚醚多元醇C:聚氧化丙烯多元醇NJ-405A（羟值475mgKOH/g，句容宁武新材料发展有限公司）12份，在混合釜中搅拌均匀，然后将N，N-二甲基环己胺（上海雨田化工有限公司）0.5份,三亚乙基二胺（美国气体公司）2份，HCFC-141b（浙江杭州富时特化工有限公司）3份、有机硅油DC-193（美国空气公司）2份，抗静电剂Anti-static Q617(东莞市德士肯鞋材有限公司)2.7份，阻燃剂聚磷酸三聚氰胺22份，加入上述混合溶液中，继续高速搅拌均匀，得到A组分。称量多苯基多亚甲基多异氰酸酯（PM-200，官能度2.7，烟台万华聚氨酯股份有限公司）180份为B组分。将A，B两组分（0.86：1）充分混合均匀，即得用于瓦斯抽放钻孔封孔材料的组合物。
实施例3：称取聚醚多元醇A：聚氧化丙烯三醇NJ-303（羟值475mgKOH/g，句容宁武新材料发展有限公司）90份，聚醚多元醇B：聚氧化丙烯多元醇NJ-8211（羟值430mgKOH/g，句容宁武新材料发展有限公司）10份，聚醚多元醇C:聚氧化丙烯多元醇NJ-405A（羟值475mgKOH/g，句容宁武新材料发展有限公司）3份，在混合釜中搅拌均匀，然后将N，N-二甲基环己胺（上海雨田化工有限公司）0.5份,三亚乙基二胺（美国气体公司）2份，HCFC-141b（浙江杭州富时特化工有限公司）3份、有机硅油DC-193（美国空气公司）3份，抗静电剂Anti-static Q617(东莞市德士肯鞋材有限公司)3份，阻燃剂聚磷酸三聚氰胺25份，加入上述混合溶液中，继续高速搅拌均匀，得到A组分。称量多苯基多亚甲基多异氰酸酯（PM-200，官能度2.7，烟台万华聚氨酯股份有限公司）93份为B组分。将A，B两组分（1.5：1）充分混合均匀，即得用于瓦斯抽放钻孔封孔材料的组合物。
实施例4：称取聚醚多元醇A:聚氧化丙烯三醇NJ-303（羟值475mgKOH/g，句容宁武新材料发展有限公司）80份，聚醚多元醇B:聚氧化丙烯多元醇NJ-8211（羟值430mgKOH/g，句容宁武新材料发展有限公司）20份，聚醚多元醇C:聚氧化丙烯多元醇NJ-405A（羟值475mgKOH/g，句容宁武新材料发展有限公司）8份，在混合釜中搅拌均匀，然后将N-二甲基-二环己胺（上海雨田化工有限公司）0.5份,三亚乙基二胺（美国气体公司）1.5份，HCFC-141b（浙江杭州富时特化工有限公司）0.5份，HCFC-245fa（美国Honeywell公司）1.8份、有机硅油SD-601（苏州思德新材料有限公司）0.5份，抗静电剂JWK-1801(无锡巨旺塑化材料有限公司)1份，阻燃剂乙基磷酸二乙酯15份、聚磷酸三聚氰胺10份，加入上述混合溶液中，继续高速搅拌均匀，得到A组分。称量多苯基多亚甲基多异氰酸酯（PM-200，官能度2.7，烟台万华聚氨酯股份有限公司）180份为B组分。将A，B两组分（0.77：1）充分混合均匀，即得用于瓦斯抽放钻孔封孔材料的组合物。
实施例5：称取聚醚多元醇A:聚氧化丙烯三醇NJ-303（羟值475mgKOH/g，句容宁武新材料发展有限公司）70份，聚醚多元醇B:聚氧化丙烯多元醇NJ-8211（羟值430mgKOH/g，句容宁武新材料发展有限公司）10份，聚醚多元醇C:聚氧化丙烯多元醇NJ-405A（羟值475mgKOH/g，句容宁武新材料发展有限公司）12份，在混合釜中搅拌均匀，然后将N，N-二甲基环己胺（上海雨田化工有限公司）0.01份,HCFC-141b（浙江杭州富时特化工有限公司）0.5份，有机硅油DC-197（美国空气公司）0.1份,抗静电剂Larostat337DPG(BASF公司)3份，阻燃剂乙基磷酸二乙酯10份，加入上述混合溶液中，继续高速搅拌均匀，得到A组分。称量二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI-100，烟台万华聚氨酯股份有限公司）55份和多苯基多亚甲基多异氰酸酯（PM-200，官能度2.7，烟台万华聚氨酯股份有限公司）50份为B组分。将A，B两组分（1：1）充分混合均匀，即得用于瓦斯抽放钻孔封孔材料的组合物。
对比例：称取聚醚多元醇NJ-303（羟值475mgKOH/g，句容宁武新材料发展有限公司）60份，聚醚多元醇NJ-8211（羟值430mgKOH/g，句容宁武新材料发展有限公司）40份，在混合釜中搅拌均匀，然后将二月桂酸二丁基锡（美国气体公司）0.3份,三亚乙基二胺（美国气体公司）1.8份，HCFC-245fa（美国Honeywell公司）3份、有机硅油DC-193（美国空气公司）0.5份抗静电剂JWK-1801(无锡巨旺塑化材料有限公司)7份，阻燃剂乙基磷酸二乙酯25份，加入上述混合溶液中，继续高速搅拌均匀，得到Ａ组分。称量多苯基多亚甲基多异氰酸酯（PM-200，官能度2.7，烟台万华聚氨酯股份有限公司）180份为B组分。将A，B两组分充分混合均匀，即得用于瓦斯抽放钻孔封孔材料的组合物。
以上述实施例和对比例所得煤矿瓦斯抽放钻孔封孔材料的性能进行测定对比，所得结果见表一：
表一实施例1-4和对比例所得煤矿瓦斯抽放钻孔封孔材料性能
由表一可知，本发明的钻孔封孔材料渗透性强、具有良好的流动性、发泡时间可调、膨胀倍数适中。材料固化后，气密性良好、粘合力高、抗压强度高，固化后材料抗静电、阻燃性良好。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。
Claims (7)
1.一种煤矿瓦斯抽放钻孔封孔材料，其特征在于，由下述A组分和B组分按照质量比为0.7-1.5：1的比例组合而成，其中：
A组分按重量份数计：
B组分按重量份数计：
多异氰酸酯； 180份；
所述聚醚多元醇A为以甘油为起始剂、官能度为3、分子量为300-800、羟值为400-550mgKOH/g的聚氧化丙烯三醇；
所述聚醚多元醇B为以蔗糖与丙二醇或蔗糖与乙二醇/二甘醇为起始剂、官能度为3-8、分子量为1000-2000、羟值为380-420mgKOH/g的聚氧化丙烯多元醇；
所述聚醚多元醇C为以乙二胺为起始剂、官能度为4、分子量400-800、羟值为400-460mgKOH/g的聚氧化丙烯多元醇。
2.根据权利要求1所述的煤矿瓦斯抽放钻孔封孔材料，其特征在于，所述催化剂为三亚乙基二胺、双(二甲氨基乙基)醚、N，N-二甲基环己胺、N-甲基-二环己胺、五甲基二亚乙基三胺、N，N-二甲基苄胺、二月桂酸二丁基锡、二(十二烷基硫)二丁基锡或二醋酸二丁基锡中的一种或其组合物。
3.根据权利要求1所述的煤矿瓦斯抽放钻孔封孔材料，其特征在于，所述发泡剂为水、HCFC-141b、HFC-245fa或HFC365mfc中的一种或其组合物；
所述泡沫稳定剂为有机硅油类泡沫稳定剂，为美国Air Products公司的DC-193和DC-197，或苏州思德新材料有限公司SD-601的稳定剂。
4.根据权利要求1所述的煤矿瓦斯抽放钻孔封孔材料，其特征在于，所述的抗静电剂为阳离子型长链季铵盐型抗静电剂，为无锡巨旺塑化材料有限公司的JWK-1801的抗静电剂、BASF公司的Larostat 337DPG或东莞市德士肯鞋材有限公司的Anti-static Q617。
5.根据权利要求1所述的煤矿瓦斯抽放钻孔封孔材料，其特征在于，所述阻燃剂为磷酸酯类阻燃剂，为甲基膦酸二甲酯、乙基磷酸二乙酯、磷酸三乙酯、磷酸三苯酯、低聚磷酸酯或聚磷酸三聚氰胺中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的煤矿瓦斯抽放钻孔封孔材料，其特征在于，所述多异氰酸酯为多苯基多亚甲基多异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯中的一种或其组合。
7.一种基于权利要求1所述的煤矿瓦斯抽放钻孔封孔材料的制备方法，其特征在于，按照如下步骤完成：
A组分：将按照重量比计量的聚醚多元醇A、聚醚多元醇B、聚醚多元醇C在混合釜中搅拌均匀，然后将重量比计量的催化剂、发泡剂、泡沫稳定剂、抗静电剂和阻燃剂加入混合釜并搅拌均匀装桶备用；
B组分：称取按照重量比计量的多异氰酸装桶备用；
使用时，将A，B组分按照质量比为0.77-0.86：1的比例混合均匀，用注浆泵注入煤层空洞中固化。
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| CN102942677A (zh) * | 2012-12-13 | 2013-02-27 | 贵州永聚恒丰科技发展有限公司 | 一种难燃低放热型瓦斯抽采钻孔封堵材料及其制备方法 |
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2013
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