一种低温硅酸盐改性聚氨酯高分子材料及其制备方法与流程

1.本发明属于高分子材料领域，具体涉及一种低温硅酸盐改性聚氨酯高分子材料及其制备方法。


背景技术：

2.在煤矿生产过程中,煤层及松散围岩抗压强度低,破碎松散围岩区和裂隙发育带在动压增大情况下极易产生冒顶、塌陷、地下渗水等安全隐患。通过在破碎煤岩层中注入高分子加固、堵漏材料可有效封堵裂缝和裂纹,并将破碎煤岩体粘结在一起,提高煤岩体整体支撑力,最终达到煤岩加固、堵漏的目的。
3.常用的煤岩体加固剂主要有环氧树脂类、脲醛树脂类、聚氨酯类等。其中聚氨酯类加固剂具有粘度适中、凝结时间可调、粘结力强、机械强度高、固结后强度大等优点,但是阻燃效果差、成本较高。
4.而水玻璃具有较好的阻燃性能，因此采用水玻璃类化学注浆材料被广泛研究,这类材料大多具有渗透性好,无毒性、成分简单等优点,但是水玻璃类材料的固结体最高反应温度通常大于100℃,粘结力差，上述问题是本领域亟需解决的技术问题。


技术实现要素：

5.本发明为了解决上述技术问题，提供了一种低温硅酸盐改性聚氨酯高分子材料，其在具有水玻璃特性的同时能有效地降低固结体反应温度，提高粘结力。
6.本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种低温硅酸盐改性聚氨酯高分子材料，包括a组分和b组分，所述a组分和所述b组分的体积比为1：1；
7.所述a组分中按质量份数包括：
8.硅烷偶联剂改性液体硅酸钠水玻璃
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100份，
9.催化剂
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0～5份，
10.所述b组分中按质量份数包括：
11.多苯基多亚甲基多异氰酸酯
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60～65份，
12.改性mdi
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15～20，
13.稀释剂
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0～30份，
14.所述改性mdi由环氧树脂和聚醚多元醇改性聚合制备。
15.本技术公开的低温硅酸盐改性聚氨酯高分子材料的有益效果是：通过将a组分和b组分混合后，b组分中改性mdi首先与硅烷偶联剂改性液体硅酸钠水玻璃中的水发生反应产生气相二氧化碳,然后二氧化碳再与硅酸钠水溶液反应生成原硅酸,原硅酸与改性mdi反应生成高分子聚合物形成了树型结构,其中含有的si-0-si链段、聚氨酯柔性嵌段、扩链段和刚性链段相互交错，达到液体硅酸钠水玻璃对聚氨酯材料的改性的目的，从而能够在保持水玻璃特性的同时有效地降低固结体最高反应温度，提高粘结力。
16.在一种可选的实施例中，所述稀释剂为邻苯二甲酸二丁酯。
17.在一种可选的实施例中，所述催化剂为胺类催化剂或水玻璃用催化剂。
18.本技术还提供了一种制备上述低温硅酸盐改性聚氨酯高分子材料的方法，包括以下步骤：
19.制备所述a组分：
20.按质量份数分别称取硅烷偶联剂改性液体硅酸钠水玻璃和催化剂，混合均后得到所述a组分；
21.制备所述b组分：
22.按质量份数分别称取所述多苯基多亚甲基多异氰酸酯、所述改性mdi以及所述稀释剂并混合均匀，得到混合物，
23.将所述混合物加热至70～75℃进行反应，反应结束后冷却，得到所述b组分；
24.将所述a组分和所述b组分按体积比1:1进行混合，得到低温硅酸盐改性聚氨酯高分子材料。
25.在一种可选的实施例中，所述硅烷偶联剂改性液体硅酸钠水玻璃通过以下步骤制备：
26.在20～30℃的条件下，将硅烷偶联剂和液体硅酸钠水玻璃按质量比1～10：90～99进行混合,静置反应2h以上，得到所述硅烷偶联剂改性液体硅酸钠水玻璃。
27.在一种可选的实施例中，在制备所述b组分的步骤中：
28.将所述混合物加热至70～75℃并保温反应2h以上，而后冷却至20～30℃，得到所述b组分。
29.本技术还提供了一种上述低温硅酸盐改性聚氨酯高分子材料作为煤岩体加固剂的应用。
具体实施方式
30.以下结合实施例对本技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本技术，并非用于限定本技术的范围。
31.在本技术公开的下述实施例中，多苯基多亚甲基多异氰酸酯可购自烟台万华聚氨酯股份有限公司生产的pm-200；改性mdi均为由环氧树脂和聚醚多元醇改性聚合制备的，更加具体的，该改性mdi购自山西潞安晋安矿业工程有限责任公司生产mdi-42；稀释剂可购自河南荥阳市森源化工有限公司。
32.为了便于进行比较，在下述实施例中，硅烷偶联剂改性液体硅酸钠水玻璃均通过以下步骤制备：
33.在室温的条件下，将硅烷偶联剂和液体硅酸钠水玻璃按质量比1:99进行混合,静置反应2h，得到所述硅烷偶联剂改性液体硅酸钠水玻璃。
34.所应理解的是，在一些示例中，硅烷偶联剂和液体硅酸钠水玻璃按质量比也可以是10:90或5:95。
35.实施例1
36.本技术提供了一种低温硅酸盐改性聚氨酯高分子材料的制备方法，具体包括下步骤：
37.步骤s1：取足量的硅烷偶联剂改性液体硅酸钠水玻璃作为a组分；
38.步骤s201：称取62kg的多苯基多亚甲基多异氰酸酯、15.6kg的改性mdi和22.4kg的邻苯二甲酸二丁酯，在室温下将上述组分在反应釜中充分搅拌混合；
39.步骤s202：将上述反应釜加热到70℃并保持2h，而后将其冷却到室温，将冷却后的产物充氮置换封装，得到b组分；
40.步骤s3：采用双液注浆泵将a组分和b组分按体积比1:1进行混合注浆，即得到为本技术公开的低温硅酸盐改性聚氨酯高分子材料。
41.实施例2
42.本技术提供了一种低温硅酸盐改性聚氨酯高分子材料的制备方法，具体包括下步骤：
43.步骤s1：称取100kg的硅烷偶联剂改性液体硅酸钠水玻璃以及5kg的胺类催化剂进行混合，得到a组分；
44.步骤s201：称取61.4kg的多苯基多亚甲基多异氰酸酯、15.6kg的改性mdi和23kg的邻苯二甲酸二丁酯，在室温下将上述组分在反应釜中充分搅拌混合；
45.步骤s202：将上述反应釜加热到70℃并保持2h，而后将其冷却到室温，将冷却后的产物充氮置换封装，得到b组分；
46.步骤s3：采用双液注浆泵将a组分和b组分按体积比1:1进行混合注浆，即得到为本技术公开的低温硅酸盐改性聚氨酯高分子材料。
47.实施例3
48.本技术提供了一种低温硅酸盐改性聚氨酯高分子材料的制备方法，具体包括下步骤：
49.步骤s1：称取100kg的硅烷偶联剂改性液体硅酸钠水玻璃以及1kg的水玻璃专用催化剂(购自广州优润合成材料有限公司，型号：cucat-wnt)进行混合，得到a组分；
50.步骤s201：称取60kg的多苯基多亚甲基多异氰酸酯、15kg的改性mdi和25kg的邻苯二甲酸二丁酯，在室温下将上述组分在反应釜中充分搅拌混合；
51.步骤s202：将上述反应釜加热到70℃并保持2h，而后将其冷却到室温，将冷却后的产物充氮置换封装，得到b组分；
52.步骤s3：采用双液注浆泵将a组分和b组分按体积比1:1进行混合注浆，即得到为本技术公开的低温硅酸盐改性聚氨酯高分子材料。
53.实施例4
54.根据《aq/t 1089-2020煤矿加固煤岩体用高分子材料》对由上述实施例1至3所制备的低温硅酸盐改性聚氨酯高分子材料的性能进行测试，测试结果件表1
55.表1
56.项目固结体最高反应温度/℃膨胀倍速抗压强度/mpa粘结强度/mpa氧指数/％实施例199.21.041529实施例299.11.041529实施例3981.040530
57.通过表1中的数据可以看出，本技术各实施例所制备的低温硅酸盐改性聚氨酯高分子材料，其固结体最高反应温度均低于100℃，且具有较好的抗压强度和粘结强度，同时保持了水玻璃类材料的阻燃特性，使得本技术在煤岩层加固中具有良好的应用前景，尤其
适用于各种通风不良的煤矿、隧道、隧洞中破碎煤层、岩层的快速加固和封堵处理。
58.在本说明书的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
59.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本技术的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
60.本说明书中使用的术语是考虑到关于本公开的功能而在本领域中当前广泛使用的那些通用术语，但是这些术语可以根据本领域普通技术人员的意图、先例或本领域新技术而变化。此外，特定术语可以由申请人选择，并且在这种情况下，其详细含义将在本公开的详细描述中描述。因此，说明书中使用的术语不应理解为简单的名称，而是基于术语的含义和本公开的总体描述。
61.本说明书中使用了文字来说明根据本技术的实施例所执行的操作步骤。应当理解的是，本技术实施例中的操作步骤不一定按照记载顺序来精确地执行。相反，根据需要，可以按照倒序或同时处理各种步骤。同时，也可以将其他操作添加到这些过程中，或从这些过程移除某一步或数步操作。
62.以上所述仅为本技术的较佳实施例，并不用以限制本技术，凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。

技术特征：
1.一种低温硅酸盐改性聚氨酯高分子材料，其特征在于，包括a组分和b组分，所述a组分和所述b组分的体积比为1：1；所述a组分中按质量份数包括：硅烷偶联剂改性液体硅酸钠水玻璃
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100份，催化剂
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0～5份，所述b组分中按质量份数包括：多苯基多亚甲基多异氰酸酯
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60～65份，改性mdi
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15～20份，稀释剂
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0～30份，所述改性mdi由环氧树脂和聚醚多元醇改性聚合制备。2.如权利要求1所述的低温硅酸盐改性聚氨酯高分子材料，其特征在于，所述稀释剂为邻苯二甲酸二丁酯。3.如权利要求1所述的低温硅酸盐改性聚氨酯高分子材料，其特征在于，所述催化剂为胺类催化剂或水玻璃用催化剂。4.一种制备权利要求1至3中任一项所述的低温硅酸盐改性聚氨酯高分子材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：制备所述a组分：按质量份数分别称取硅烷偶联剂改性液体硅酸钠水玻璃和催化剂，混合均后得到所述a组分；制备所述b组分：按质量份数分别称取所述多苯基多亚甲基多异氰酸酯、所述改性mdi以及所述稀释剂并混合均匀，得到混合物，将所述混合物加热至70～75℃进行反应，反应结束后冷却得到所述b组分；将所述a组分和所述b组分按体积比1:1进行混合，得到低温硅酸盐改性聚氨酯高分子材料。5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述硅烷偶联剂改性液体硅酸钠水玻璃通过以下步骤制备：在20～30℃的条件下，将硅烷偶联剂和液体硅酸钠水玻璃按质量比1～10:90～99进行混合,静置反应2h以上，得到所述硅烷偶联剂改性液体硅酸钠水玻璃。6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，在制备所述b组分的步骤中：将所述混合物加热至70～75℃并保温反应2h以上，而后冷却至20～30℃，得到所述b组分。7.一种如权利要求1至3中任一项所述的低温硅酸盐改性聚氨酯高分子材料作为煤岩体加固剂的应用。

技术总结
本发明公开了一种低温硅酸盐改性聚氨酯高分子材料及其制备方法，其中材料包括A组分和B组分，所述A组分和所述B组分的体积比为1：1；所述A组分中按质量份数包括：硅烷偶联剂改性液体硅酸钠水玻璃100份，催化剂0～5份，所述B组分中按质量份数包括：多苯基多亚甲基多异氰酸酯60～65份，改性MDI15～20，稀释剂0～30份，所述改性MDI由环氧树脂和聚醚多元醇改性聚合制备。本申请能够在保持水玻璃特性的同时有效地降低固结体最高反应温度，提高粘结力。提高粘结力。


技术研发人员：白广平 王留着 冯洁 王华丹 孙鹏飞 周娜 宋旭昇 曹鹏飞
受保护的技术使用者：山西潞安晋安矿业工程有限责任公司
技术研发日：2021.11.08
技术公布日：2022/3/8