一種用于煤礦井下密封瓦斯的高防水聚氨酯材料及制備方法
【專利摘要】一種用于煤礦井下密封瓦斯的低反應(yīng)放熱的聚氨酯材料，由A、B兩組分組成，所述A、B兩組分重量比為1:1，所述A組分原料按照重量份數(shù)計為：聚醚多元醇1：50~75份，聚醚多元醇2：10～20份，表面活性劑：1.0~2.0份，催化劑：0.1～2.0份，阻燃劑：5～15份，發(fā)泡劑：10~15份；所述B組分原料按重量份數(shù)計為：多異氰酸酯：40～70份，預(yù)聚體：25～50份，稀釋劑：5～10份；其中，所述的A組分中聚醚多元醇1為3～5官能度、分子量300～800的聚氧化丙烯多元醇；聚醚多元醇2為2～3官能度、分子量為150～2000的聚氧化丙烯多元醇。
【專利說明】一種用于煤礦井下密封瓦斯的高防水聚氨酯材料及制備方 法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及聚氨酯材料【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是涉及一種用于煤礦井下密封瓦斯的高防 水聚氨酯材料及制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 已知的，瓦斯是煤炭生成過程中的伴生氣體，其主要成分為甲烷。在煤礦生產(chǎn)過程 中，因為瓦斯爆炸所造成的損失是所有礦山事故中最為嚴重的。它不但嚴重威脅煤礦工人 的生命財產(chǎn)安全，還極大地限制了礦井的生產(chǎn)能力，降低了生產(chǎn)效率，限制了我國煤礦行業(yè) 的可持續(xù)發(fā)展。因此，有效防范與控制瓦斯事故是解決我國煤礦安全問題的關(guān)鍵。
[0003] 在治理煤礦瓦斯事故中，瓦斯抽放是最有效的措施之一，我國政府及相關(guān)部門對 此給予了高度重視。2002年，國家煤礦安全監(jiān)察局制定了"先抽后采，以風(fēng)定產(chǎn)，監(jiān)測監(jiān)控" 的煤礦瓦斯防治方針，強化了瓦斯抽放治理瓦斯災(zāi)害的地位。
[0004] 目前我國煤礦普遍采用的瓦斯鉆孔封孔方法主要有兩種：水泥砂漿封孔和高分子 發(fā)泡材料封孔。水泥砂漿封孔工藝采用分段密封，由于水泥極易形成氣體通路，導(dǎo)致漏氣嚴 重，勞動強度大，抽采效率低，預(yù)抽采時間長，從而降低了煤炭開采效率。
[0005] 高分子發(fā)泡材料封孔，以聚氨酯為主，是利用聚氨酯材料的自身發(fā)泡壓力使材料 滲入鉆孔煤壁裂隙，形成閉孔材料，從而能大大提高封孔質(zhì)量。由于聚氨酯材料具有用量 小、勞動強度低、封孔效果較好等優(yōu)點，使其在瓦斯鉆孔封孔方面得到了推廣和應(yīng)用。
[0006] 由于地下煤層經(jīng)常伴有地下水的存在，在鉆孔時極易打到地下水中，這樣在抽放 孔內(nèi)就會冒出大量的水，而聚氨酯密封膠在反應(yīng)前或反應(yīng)過程中遇有水會嚴重影響A、B組 分的配比，使得反應(yīng)生成的固結(jié)體沒有強度，類似于豆腐渣，并且固結(jié)體中孔與孔之間相互 貫通形成開孔，失去密閉性，嚴重影響煤礦井下瓦斯抽放的安全性。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007] 為了克服【背景技術(shù)】中的不足，本發(fā)明公開一種用于煤礦井下密封瓦斯的高防水的 聚氨酯材料。該材料具有高防水性，在有水的環(huán)境下實現(xiàn)正常反應(yīng)，在抽放孔內(nèi)被地下水浸 泡后仍然可形成堅硬的固結(jié)體，且形成的固結(jié)體閉孔率高，密閉性好，阻燃性能優(yōu)異。粘結(jié) 強度高、抗剪切性強及韌性好，耐沖擊，耐酸堿，解決了煤礦企業(yè)在井下抽放瓦斯時遇到地 下水時無法使用聚氨酯密封膠進行封孔的難題。完全滿足煤礦密封瓦斯用材料的使用。
[0008] 本發(fā)明同時還提供了一種煤礦井下密封瓦斯用高防水的聚氨酯材料的制備方法， 其方法簡單易行，生產(chǎn)周期短，整個生產(chǎn)過程中不產(chǎn)生廢液、廢渣和廢氣，不對環(huán)境造成污 染，不影響工人健康。
[0009] 為了實現(xiàn)所述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0010] 一種用于煤礦井下密封瓦斯的低反應(yīng)放熱的聚氨酯材料，由A、B兩組分組成，所 述A、B兩組分重量比為1:1 :
[0011] 所述A組分原料按照重量份數(shù)計為：
[0012] 聚醚多元醇1 :55?70份
[0013] 聚醚多元醇2 :10?20份
[0014] 表面活性劑：1. 0?2. 0份
[0015] 催化劑：0.1?2.0份
[0016] 阻燃劑：5?15份
[0017] 發(fā)泡劑：10?15份
[0018] 所述B組分原料按重量份數(shù)計為：
[0019] 多異氰酸酯：40?70份
[0020] 預(yù)聚體：25?50份
[0021] 稀釋劑：5?10份；
[0022] 其中，所述的A組分中聚醚多元醇1為3?5官能度、分子量300?800的聚氧化 丙烯多元醇；聚醚多元醇2為2?3官能度、分子量為300?2000的聚氧化丙烯多元醇。
[0023] 本發(fā)明所述的A組分中催化劑為胺類和/或金屬類催化劑；所述胺類和/或金屬 類催化劑優(yōu)選為N，N-二甲基環(huán)己胺、五甲基二乙烯三胺、N，N-二甲基芐胺、雙（2-二甲氨 基乙基）醚、三乙烯二胺、有機錫、有機鉍和有機鋅化合物的一種或幾種組合。
[0024] 本發(fā)明所述A組分中的阻燃劑為磷酸酯類阻燃劑，優(yōu)選磷酸三氯丙酯或甲基磷酸 二甲酯中的一種或兩種組合。
[0025] 本發(fā)明所述A組分中的表面活性劑包括硅氧烷/環(huán)氧乙烷/環(huán)氧丙烷共聚物，優(yōu) 選為空氣產(chǎn)品公司（Air Products)、高施密特公司（Goldschmidt AG)、南京美思德制造商 生產(chǎn)的表面活性劑。
[0026] 本發(fā)明所述A組分中的發(fā)泡劑為1，1-二氯-1-氟乙烷（HCFC-Hlb)、 1，1，1，3, 3-五氟丙烷、1，1，1，3, 3-五氟丁烷和水中的一種或幾種組合。
[0027] 本發(fā)明所述的B組分原料中的多異氰酸酯為多亞甲基多苯基多異氰酸酯、聚合 MDI或液化改性MDI，優(yōu)選為煙臺萬華的PM-200,8002，Huntsman的5005S，Bayer的44V20， BASF 的 M20S。
[0028] 本發(fā)明所述的B組分原料中的預(yù)聚體為以聚氧化丙烯多元醇PPG和二苯基甲烷二 異氰酸酯為原料合成的預(yù)聚物，其中多元醇優(yōu)選2?3官能度，分子量為300?1000的聚 氧化丙烯多元醇，所述二苯基甲烷二異氰酸酯優(yōu)選4, 4'-二苯基甲烷二異氰酸酯、2, 4'-二 苯基甲烷二異氰酸酯中的一種或兩種；
[0029] 本發(fā)明所述B組分原料中的稀釋劑為鄰苯二甲酸酯類或磷酸酯類，優(yōu)選為鄰苯二 甲酸二丁酯（DBP)、鄰苯二甲酸二辛酯（DOP)、磷酸三乙酯（TEP)、磷酸三丁酯（TBP)等中的 一種或幾種組合。
[0030] 所述的產(chǎn)品的外觀A組分為金黃色或淡黃色的透明的液體，B組分為棕色或褐色 液體。
[0031] 一種用于煤礦井下密封瓦斯的低反應(yīng)放熱的聚氨酯材料的制備方法，包括以下步 驟：
[0032] (I)A組份的制備：將聚醚多元醇1、聚醚多元醇2、催化劑、表面活性劑、阻燃劑、發(fā) 泡劑按配方比例投入反應(yīng)釜中，室溫下攪拌混合1?2小時后出料，密封包裝；
[0033] (2) B組份料的制備：
[0034] a.預(yù)聚體的制備：將真空脫水的聚氧化丙烯多元醇PPG和二苯基甲烷二異氰酸酯 按比例投入反應(yīng)釜中，在80?110°C、真空度為0.05?0. IMPa的環(huán)境下攪拌1?3小時 后，投人阻聚劑，降溫出料；
[0035] b.將多異氰酸酯、預(yù)聚體、稀釋劑按比例投入反應(yīng)釜中，室溫下攪拌混合1?2小 時后出料，氮氣置換密封包裝。
[0036] 由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明具有如下有益效果：本發(fā)明的關(guān)鍵點是：通過 優(yōu)選合適的聚醚多元醇、催化劑和表面活性劑制得A組分，使得A組分和異氰酸酯即使在有 水存在的條件下也可以迅速的反應(yīng)，且整個反應(yīng)過程可控，膨脹倍率可調(diào)，所得的固結(jié)體具 有適當?shù)膹姸龋瑵M足使用要求；B組分中，通過對異氰酸酯進行改性，消耗可與水反應(yīng)的活 性異氰酸根基團，減少活性異氰酸根的含量，從而減少異氰酸根與水的反應(yīng)。
[0037] 本發(fā)明相對于現(xiàn)有的技術(shù)具有以下效果和優(yōu)點：
[0038] 1、具有高防水性。本發(fā)明制得的A、B組分，混合后注入水中，即使在有大量水存在 的條件下也可迅速反應(yīng)，且反應(yīng)生成的固結(jié)體具有適當?shù)膹姸?，改善了現(xiàn)有聚氨酯密封膠 遇水后生成的固結(jié)體沒有強度的缺點。
[0039] 2、維持了較高的密封性。本發(fā)明制得的A、B組分，在遇到地下水時仍能正常反應(yīng)， 且所得的固結(jié)體閉孔率高，密封性好。改善了現(xiàn)有聚氨酯密封膠遇水后生成的固結(jié)體完全 開孔，密封性顯著下降的缺點。用此密封膠在封孔遇到地下水時，封孔后真空度仍能達到 0. 09MPa 以上。
【具體實施方式】
[0040] 通過下面的實施例可以詳細的解釋本發(fā)明，公開本發(fā)明的目的旨在保護本發(fā)明范 圍內(nèi)的一切技術(shù)改進。
[0041] 實施例1
[0042] A組分的制備：
[0043] 將準確計量的聚醚多元醇1(4. 1官能度，分子量550) 55份、聚醚多元醇2 (3官能 度，分子量300) 17份、催化劑三乙烯二胺Dabco 33-LV(美國空氣化工）0. 5份、表面活性劑 AK-8805(南京美思德）1. 5份、發(fā)泡劑1，1-二氯-1-氟乙烷（HCFC-141b，浙江富時特）13 份和阻燃劑磷酸三氯丙酯TCPP (江蘇雅克）13份，投入反應(yīng)釜中，攪拌混合2小時后出料、 密封包裝；
[0044] B組分的制備
[0045] 將準確計量真空脫水的聚氧化丙烯多元醇GE-303 (3官能度，分子量300)(上海 高橋）和二苯基甲烷二異氰酸酯MDI-50投入反應(yīng)釜中，在80?110、°C真空度為0.05? 0. IMPa的環(huán)境下攪拌2小時后，投入阻聚劑，降溫出料得預(yù)聚體。
[0046] 將準確計量的多亞甲基多苯基多異氰酸酯PM-20060份、預(yù)聚體30份、稀釋劑 DOP (濮陽市誠意增塑劑有限公司）10份，投入反應(yīng)釜中，攪拌混合1小時，出料、氮氣置換密 封包裝。
[0047] 按照A:B = 1:1的重量比分別取A、B組分各100g，攪拌混合倒入盛有IOOOml水 的塑料杯中，制成固結(jié)體，檢測產(chǎn)品指標如表1所示：
[0048] 表1固結(jié)體的性能指標
[0049]
【權(quán)利要求】
1. 一種用于煤礦井下密封瓦斯的高防水的聚氨酯材料，由A、B兩組分組成，所述A、B 兩組分重量比為1:1，其特征是： 所述A組分原料按照重量份數(shù)計為： 聚醚多元醇1 :55~70份 聚醚多元醇2:10?20份 表面活性劑：I. (T2. 0份 催化劑：〇. 1?2. 0份 阻燃劑：5?15份 發(fā)泡劑：KTl5份 所述B組分原料按重量份數(shù)計為： 多異氰酸酯：40?70份 預(yù)聚體：25?50份 稀釋劑：5?10份； 其中，所述的A組分中聚醚多元醇1為3?5官能度、分子量300?800的聚氧化丙烯 多元醇；聚醚多元醇2為2?3官能度、分子量為300?2000的聚氧化丙烯多元醇。
2. 如權(quán)利要求1所述的用于煤礦井下密封瓦斯的高防水的聚氨酯材料，其特征是：所 述的A組分中催化劑為胺類和/或金屬類催化劑；所述胺類和/或金屬類催化劑優(yōu)選為 N，N-二甲基環(huán)己胺、五甲基二乙烯三胺、N，N-二甲基芐胺、雙（2-二甲氨基乙基）醚、三乙 烯二胺、有機錫、有機鉍和有機鋅化合物的一種或幾種組合。
3. 如權(quán)利要求1所述的用于煤礦井下密封瓦斯的高防水的聚氨酯材料，其特征是：所 述A組分中的阻燃劑為磷酸酯類阻燃劑，優(yōu)選磷酸三氯丙酯或甲基磷酸二甲酯中的一種或 兩種組合。
4. 如權(quán)利要求1所述的用于煤礦井下密封瓦斯的高防水的聚氨酯材料，其特征是：所 述A組分中的表面活性劑包括硅氧烷/環(huán)氧乙烷/環(huán)氧丙烷共聚物，優(yōu)選為空氣產(chǎn)品公司 (Air Products)、高施密特公司（Goldschmidt AG)、南京美思德制造商生產(chǎn)的表面活性劑。
5. 如權(quán)利要求1所述的用于煤礦井下密封瓦斯的高防水的聚氨酯材料，其特征是： 所述A組分中的發(fā)泡劑為1，1-二氯-1-氟乙烷（HCFC-141b)、l，1，1，3,3_五氟丙烷、 1，1，1，3, 3-五氟丁烷和水中的一種或幾種組合。
6. 如權(quán)利要求1所述的用于煤礦井下密封瓦斯的高防水的聚氨酯材料，其特征是：所 述的B組分原料中的多異氰酸酯為多亞甲基多苯基多異氰酸酯、聚合MDI或液化改性MDI， 優(yōu)選為煙臺萬華的 PM-200,8002, Huntsman 的 5005S，Bayer 的 44V20, BASF 的 M20S。
7. 如權(quán)利要求1所述的用于煤礦井下密封瓦斯的高防水的聚氨酯材料，其特征是：所 述的B組分原料中的預(yù)聚體為以聚氧化丙烯多元醇PPG和二苯基甲烷二異氰酸酯為原料合 成的預(yù)聚物，其中多元醇優(yōu)選2~3官能度，分子量為300~1000的聚氧化丙烯多元醇，所述二 苯基甲烷二異氰酸酯優(yōu)選4, 4' -二苯基甲烷二異氰酸酯、2, 4' -二苯基甲烷二異氰酸酯中 的一種或兩種。
8. 如權(quán)利要求1所述的用于煤礦井下密封瓦斯的高防水的聚氨酯材料，其特征是：所 述B組分原料中的稀釋劑為鄰苯二甲酸酯類或磷酸酯類，優(yōu)選為鄰苯二甲酸二丁酯（DBP)、 鄰苯二甲酸二辛酯（D0P)、磷酸三乙酯（TEP)、磷酸三丁酯（TBP)中的一種或幾種組合。
9. 一種如權(quán)利要求1所述的用于煤礦井下密封瓦斯的高防水的聚氨酯材料的制備方 法，其特征是：包括以下步驟： (1) A組份的制備：將聚醚多元醇1、聚醚多元醇2、催化劑、表面活性劑、阻燃劑、發(fā)泡劑 按配方比例投入反應(yīng)釜中，室溫下攪拌混合1?2小時后出料，密封包裝； (2) B組份料的制備： a. 預(yù)聚體的制備：將真空脫水的聚氧化丙烯多元醇PPG和異氰酸酯按比例投入反應(yīng)釜 中，在SCTlKTC、真空度為0. 05~0. IMPa的環(huán)境下攪拌1~3小時后，投入阻聚劑，降溫出料； b. 將多異氰酸酯、預(yù)聚體、稀釋劑按比例投入反應(yīng)釜中，室溫下攪拌混合1?2小時后 出料，氮氣置換密封包裝。
【文檔編號】C08G18/10GK104311770SQ201410526120
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年9月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月30日
【發(fā)明者】葛丙賀 申請人:洛陽貝隆實業(yè)有限公司, 葛丙賀