一种相变水合盐聚合充填材料及其制备方法、使用方法技术

一种相变水合盐聚合充填材料及其制备与使用方法，由A、B、C组分构成，A组分包括聚醚多元醇、发泡剂、阻燃剂、导热材料；B组分包括聚合MDI、胶粘剂；C组分为相变纳米流体，包括聚醚多元醇、硅油、复合相变纳米材料；复合相变纳米材料包括多孔材料、水合盐、表面活性剂、增稠剂、分散剂、阻燃剂。制备方法：先根据A、B组混合后检测聚氨酯的放热速率，再选择对应的多孔材料来制备复合相变纳米材料；按配比将A组分与C组分混合得A

【技术实现步骤摘要】
一种相变水合盐聚合充填材料及其制备方法、使用方法


[0001]本专利技术属于煤矿高分子充填材料
，具体涉及一种相变水合盐聚合充填材料及其制备方法、使用方法。

技术介绍

[0002]随着煤矿开采深度增加，引起煤矿井下高冒区与裂隙带增多，严重影响煤矿安全生产。由于聚合充填材料发泡体积大、发泡速度快、抗压强等优势，因此煤炭井下多采用聚合充填材料进行充填防护，保障支护安全，但现有的聚合充填材料的聚合反应速度快、放热量大，容易引发聚合材料着火事故。
[0003]因此，解决聚合发泡过程中放热量大、放热量快的问题迫在眉睫。针对现有煤矿聚氨酯使用易高温自燃的危险特点，目前主要通过研究复合阻燃剂来提高聚氨酯的阻燃性能及自燃温度，从而防止聚氨酯使用高温自燃，但未能降低煤矿井下聚氨酯类材料使用的高温特性，仍然存在聚氨酯自身及其周边封堵煤体的引燃危险性。对于聚氨酯反应热问题，虽然已研究出解决方案，但仍存在以下不足：
[0004](1)添加有机相变材料(高级脂肪酸、石蜡等)进行吸热降温，易助燃且会可能释放有毒气体，不利于井下施工安全；
[0005](2)化学发泡剂水仍然占据发泡的主体，在化学发泡中放出大量热量，通过降低水的比例来降低反应热，从而实现聚氨酯降温，却改变了原有聚氨酯的发泡性能；
[0006](3)前期添加的吸热物质会影响原材料的性能(材料发泡性能，前期反应热减少影响后期材料的胶凝固化反应力学性能等等)；
[0007](4)吸热物质一次性利用价值低。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的是提供一种相变水合盐聚合充填材料及其制备方法、使用方法，可实现材料聚合快慢的温度自适应调节，保障材料发泡性能原有属性，降低聚氨酯发泡固化反应温度，且复合相变纳米材料可重复吸收煤自燃产生的热量，从而解决聚氨酯发泡固化反应温度过高引起火灾事故的难题，进而防治煤自燃，保障煤矿安全生产。
[0009]为实现上述目的，本专利技术提供了一种相变水合盐聚合充填材料，由以下重量份的组分制成：A组分25
‑
35份，B组分50
‑
60份，C组分20
‑
30份，A组分主要由以下重量份的组分制成：聚醚多元醇50
‑
60份、发泡剂3
‑
8份、阻燃剂8
‑
10份、导热材料1
‑
8份；B组分主要由以下重量份的组分制成：聚合MDI 72
‑
80份、胶粘剂3
‑
4份；C组分为相变纳米流体，相变纳米流体主要由以下重量份的组分制成：聚醚多元醇15
‑
20份、硅油6
‑
8份、复合相变纳米材料10
‑
25份；所述复合相变纳米材料主要由以下重量份的组分制成：多孔材料10
‑
20份、水合盐60
‑
70份、表面活性剂1
‑
4份、增稠剂2
‑
4份、分散剂2
‑
3份、阻燃剂4
‑
6份。
[0010]进一步的，当检测A组分与B组分混合得到的聚合物的放热速率达到或高于1.2℃/s时，多孔材料选取导热系数为1
‑
1.5W/(m
·
K)的增强导热参数型；当检测A组分与B组分混
合得到的聚合物放热速率低于1.2℃/s时，多孔材料选取导热系数为0.02
‑
0.2W/(m
·
K)的减弱导热参数型。
[0011]优选的，增强导热参数型的多孔材料由以下重量份的组分制成：膨胀石墨5
‑
10份、石墨烯1
‑
5份、碳纤维1
‑
5份、膨胀蛭石1
‑
5份组成；减弱导热参数型的多孔材料由以下重量份的组分制成：气凝胶5
‑
10份、粉煤灰漂珠3
‑
10份、膨胀珍珠岩1
‑
5份。
[0012]进一步的，所述多孔材料的制备方法：研磨多孔材料的制备原材料，倒入热乙醇中浸没，再依次加入一定量的表面活性剂、分散剂与阻燃剂，搅拌30
‑
45min使其均匀分散，真空抽滤、真空干燥12
‑
16h后取出得到多孔材料。
[0013]优选的，字体多孔材料的制备原材料为膨胀石墨、石墨烯、碳纤维、膨胀蛭石、膨胀珍珠岩、气凝胶、粉煤灰漂珠其中一种或几种；水合盐为十二水磷酸氢二钠、十水硫酸钠、三水乙酸钠、十水碳酸钠、五水硫代硫酸钠其中一种或几种，增稠剂为羧甲基纤维素钠、黄原胶、淀粉和果胶其中一种或几种；表面活性剂为壬基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚、十二烷基硫酸钠、十二烷基二甲基苄基溴化铵一种或几种，分散剂为水玻璃、三聚磷酸钠、六偏磷酸钠和焦磷酸钠一种或几种，阻燃剂为三聚氰胺聚磷酸盐、硼酸锌、磷酸三苯酯、磷酸锆、聚磷酸铵和磷酸三甲苯酯一种或几种。
[0014]优选的，A组分中，所述聚醚多元醇的官能度为3，相对分子量为3000，羟值为56；所述发泡剂为水与物理发泡剂的混合物，二者之间的混合质量比为2:5；所述物理发泡剂为三氯一氟甲烷和或HCFC
‑
141b；所述导热材料为碳纤维、导热硅脂、膨胀石墨其中一种或几种。
[0015]优选的，B组分中，所述聚合MDI为多亚甲基多苯基多异氰酸酯，平均分子量为350
‑
400，异氰酸酯基的质量分数为31
‑
32％；所述胶粘剂为干粉界面剂。
[0016]优选的，A组分、B组分、C组分均为流体状态，A组分和B组分的粘度为170
‑
250cps； C组分粘度为150
‑
200cps。
[0017]上述相变水合盐聚合充填材料的制备方法，该方法通过矿用低放热相变水合盐聚合充填材料的制备装置来实现，包括如下步骤：
[0018]a.制备复合相变纳米材料
[0019]S1.按配比将聚醚多元醇、发泡剂、阻燃剂、导热材料搅拌制备A组分；按配比将聚合 MDI、胶粘剂搅拌制备B组分；
[0020]S2.根据煤矿加固煤岩体用高分子材料国家标准测量，按照1：1的体积比量取A组分和B组分并混合成总体积为200mL的测试样品，在搅拌器下搅拌15～30s后测量所制备得到的聚氨酯发泡完成前后反应放热温度变化，从而得出聚氨酯的放热速率；
[0021]S3.根据聚氨酯的放热速率来选择多孔材料的制备原料，当聚合物的放热速率达到或高于1.2℃/s时，则选取导热系数为1
‑
1.5W/(m
·
K)的增强导热参数型的多孔材料；当聚合物放热速率低于1.2℃/s时，则选取导热系数为0.02
‑
0.2W/(m
·
K)的减弱导热参数型的多孔材料；
[0022]S4.将水合盐在55
‑
65℃下搅拌恒温熔化至澄清液体，加入一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种相变水合盐聚合充填材料，其特征在于，由以下重量份的组分制成：A组分25
‑
35份，B组分50
‑
60份，C组分20
‑
30份，A组分主要由以下重量份的组分制成：聚醚多元醇50
‑
60份、发泡剂3
‑
8份、阻燃剂8
‑
10份、导热材料1
‑
8份；B组分主要由以下重量份的组分制成：聚合MDI 72
‑
80份、胶粘剂3
‑
4份；C组分为相变纳米流体，相变纳米流体主要由以下重量份的组分制成：聚醚多元醇15
‑
20份、硅油6
‑
8份、复合相变纳米材料10
‑
25份；所述复合相变纳米材料主要由以下重量份的组分制成：多孔材料10
‑
20份、水合盐60
‑
70份、表面活性剂1
‑
4份、增稠剂2
‑
4份、分散剂2
‑
3份、阻燃剂4
‑
6份。2.根据权利要求1所述的一种相变水合盐聚合充填材料，其特征在于，当检测A组分与B组分混合得到的聚合物的放热速率达到或高于1.2℃/s时，多孔材料选取导热系数为1
‑
1.5W/(m
·
K)的增强导热参数型；当检测A组分与B组分混合得到的聚合物放热速率低于1.2℃/s时，多孔材料选取导热系数为0.02
‑
0.2W/(m
·
K)的减弱导热参数型。3.根据权利要求2所述的一种相变水合盐聚合充填材料，其特征在于，增强导热参数型的多孔材料由以下重量份的组分制成：膨胀石墨5
‑
10份、石墨烯1
‑
5份、碳纤维1
‑
5份、膨胀蛭石1
‑
5份组成；减弱导热参数型的多孔材料由以下重量份的组分制成：气凝胶5
‑
10份、粉煤灰漂珠3
‑
10份、膨胀珍珠岩1
‑
5份。4.根据权利要求1所述的一种相变水合盐聚合充填材料，其特征在于，所述多孔材料的制备方法：研磨多孔材料的制备原材料，倒入热乙醇中浸没，再依次加入一定量的表面活性剂、分散剂与阻燃剂，搅拌30
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45min使其均匀分散，真空抽滤、真空干燥12
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16h后取出得到多孔材料。5.根据权利要求4所述的一种相变水合盐聚合充填材料，其特征在于，多孔材料的制备原材料为膨胀石墨、石墨烯、碳纤维、膨胀蛭石、膨胀珍珠岩、气凝胶、粉煤灰漂珠其中一种或几种；水合盐为十二水磷酸氢二钠、十水硫酸钠、三水乙酸钠、十水碳酸钠、五水硫代硫酸钠其中一种或几种，增稠剂为羧甲基纤维素钠、黄原胶、淀粉和果胶其中一种或几种；表面活性剂为壬基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚、十二烷基硫酸钠、十二烷基二甲基苄基溴化铵一种或几种，分散剂为水玻璃、三聚磷酸钠、六偏磷酸钠和焦磷酸钠一种或几种，阻燃剂为三聚氰胺聚磷酸盐、硼酸锌、磷酸三苯酯、磷酸锆、聚磷酸铵和磷酸三甲苯酯一种或几种。6.根据权利要求1或2所述的一种相变水合盐聚合充填材料，其特征在于，A组分中，所述聚醚多元醇的官能度为3，相对分子量为3000，羟值为56；所述发泡剂为水与物理发泡剂的混合物，二者之间的混合质量比为2:5；所述物理发泡剂为三氯一氟甲烷和或HCFC
‑
141b；所述导热材料为碳纤维、导热硅脂、膨胀石墨其中一种或几种。7.根据权利要求1或2所述的一种相变水合盐聚合充填材料，其特征在于，B组分中，所述聚合MDI为多亚甲基多苯基多异氰酸酯，平均分子量为350
‑
400，异氰酸酯基的质量分数为31
‑
32％；所述胶粘剂为干粉界面剂。8.根据权利要求1或2所述的一种相变水合盐聚合充填材料，其特征在于，A组分、B组分、C组分均为流体状态，A组分和B组分的粘度为170
‑
250cps；C组分粘度为150
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200cps。9.一种如权利要求1
‑
8任一项所述的相变水合盐聚合充填材料的制备方法，其特征在于，该方法通过矿用低放热相变水合盐聚合充填...

【专利技术属性】
技术研发人员：辛海会，张鹏程，林亿超，刘金虎，李剑锋，石长坤，竹永健，
申请(专利权)人：徐州矿务集团有限公司，
类型：发明
国别省市：