一种低浆液粘度高锚固体强度的聚氨酯锚固剂及制备方法技术

本发明专利技术提出了一种低浆液粘度高锚固体强度的聚氨酯锚固剂及制备方法，所述锚固剂至少包括以下组分：复合聚醚多元醇；环氧有机硅树脂；有机锡与有机铋复配协同催化剂；以及多异氰酸酯。本发明专利技术提出的一种低浆液粘度高锚固体强度的聚氨酯锚固剂，以含有端氨基及多烷氧基硅基团的有机硅与双酚A型环氧树脂为原料，通过碱性开环反应制备得到，原料浆液粘度降低至150～300mPa

【技术实现步骤摘要】
一种低浆液粘度高锚固体强度的聚氨酯锚固剂及制备方法


[0001]本专利技术涉及高分子材料合成
，具体涉及一种低浆液粘度高锚固体强度的聚氨酯锚固剂及制备方法。

技术介绍

[0002]刘少伟、何亚飞等在煤炭学报2021,46(12)中发表“矿用树脂锚固剂固胶比与锚固性能关系”，文中提到锚固作为岩土工程以及巷(隧)道支护的主要形式，在国内外已经得到广泛的应用，其中采用树脂锚固锚杆(索)的应用范围最广，使用量最大。树脂锚固剂作为锚杆(索)与围岩体的黏结介质，依靠锚杆(索)、锚固剂与围岩体三者之间的相互作用，使巷道围岩体得到加固。袁帅、李胜等也在建井技术.2021,42(01)中撰文“聚氨酯液态锚固剂力学性能研究及工程应用”，表示，目前煤矿巷道围岩加固和工作面支护一般采用锚杆锚固的方法。
[0003]常用的锚固剂材料有水泥、不饱和聚酯树脂、环氧树脂等，但这些材料本身质脆，锚固力较低(一般仅为40kN)，在开采过程中，煤层发生轻微变化，其锚固力便迅速降低。同时，这些材料固化时，膨胀小，无渗透加固能力。因此，开发具有韧性大、渗透力强、强度高的加固材料，成为煤矿与非煤矿山支护领域的热点。
[0004]聚氨酯作为一种新型的锚固材料，具有很好的分子可设计性，可应用于采煤工作面与巷道联接处及围岩十分松软破碎的巷道掘进中的加固和支护，可防止采煤工作面塌方。聚氨酯锚固剂一般由两种组分组成，在搅拌混合时立即发生化学反应，充填了锚孔内的全部空间，同时锚固剂沿孔壁裂隙向周围渗透并固化，实现锚杆的全长锚固。但是，聚氨酯锚固剂各组分浆液的粘度较大，流动性较差，不利于施工。且由于聚氨酯锚固剂中高活性的多元醇和高活性的多异氰酸酯反应会放出大量热，限制在一些对放热量要求高的场所应用，如果减少
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NCO与
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OH反应数目，那么强度会大量损失。

技术实现思路

[0005]本专利技术提出了一种低浆液粘度高锚固强度的聚氨酯锚固剂及制备方法，制备的聚氨酯锚固剂的浆液粘度低，具有良好的流动性和可注性。且固化后得到的锚固体与裂隙煤岩体之间粘结性牢固，锚固体强度高，可适应易形变围岩。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术是通过如下的技术方案实现的：
[0007]本专利技术提出一种低浆液粘度高锚固强度的聚氨酯锚固剂，所述锚固剂至少包括以下组分：
[0008]复合聚醚多元醇；
[0009]环氧有机硅树脂；
[0010]有机锡与有机铋复配协同催化剂；以及
[0011]多异氰酸酯。
[0012]在本专利技术一实施例中，所述锚固剂中各组分质量份数为：
[0013][0014][0015]在本专利技术一实施例中，所述环氧有机硅树脂通过2～20质量份的双酚A型环氧树脂和3～23质量份的有机硅反应获得。
[0016]在本专利技术一实施例中，所述双酚A型环氧树脂为包括以下结构式的化合物：
[0017][0018]式(1)中的n＝1～2，且环氧值为0.41mol/100g～0.56mol/100g。
[0019]在本专利技术一实施例中，所述有机硅为包括以下结构式的化合物：
[0020][0021]式(2)中的Y为氨基或羟基，n＝0～3，X为甲氧基或乙氧基。
[0022]在本专利技术一实施例中，所述复合聚醚多元醇包括一种或几种聚醚多元醇，所述聚醚多元醇的官能度为2～6，数均分子量为300～1000，室温下粘度为100～1000mPa
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s。
[0023]在本专利技术一实施例中，所述有机锡与有机铋复配协同催化剂包括有机锡催化剂与有机铋催化剂，所述有机锡催化剂与所述有机铋催化剂的摩尔比为1:1，所述有机锡催化剂为二月桂酸二丁基锡或辛酸亚锡，所述有机铋催化剂为醋酸铋或异辛酸铋。
[0024]在本专利技术一实施例中，所述多异氰酸酯为多苯基多甲基多异氰酸酯，所述多异氰酸酯中异氰酸根含量为30～32％，所述多异氰酸酯的官能度为2.7～2.8。
[0025]在本专利技术一实施例中，所述锚固剂固化后的压缩强度为65～100MPa。
[0026]本专利技术还提出一种低浆液粘度高锚固强度的聚氨酯锚固剂的制备方法，至少包括以下步骤：
[0027]将复合聚醚多元醇在110～130℃、
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0.1MPa条件下干燥1～2小时，冷却至室温后密封保存备用，得到除水复合聚醚多元醇；
[0028]将环氧树脂在110～130℃、
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0.1MPa条件下干燥1～2小时，冷却至室温后密封保存备用，得到除水环氧树脂；
[0029]将所述除水环氧树脂加入有机硅，环氧树脂与有机硅等摩尔质量反应，在25℃温度下反应2～4小时，得到改性环氧树脂；
[0030]将所述除水复合聚醚多元醇与所述改性环氧树脂均匀混合，得到混合组分；
[0031]将所述混合组分加入多异氰酸酯，控制转速，混合均匀，得到混合物；
[0032]在所述混合物中加入有机锡与有机铋复配协同催化剂，控制转速，反应均匀，得到所述锚固剂。
[0033]本专利技术提出的一种低浆液粘度高锚固强度的聚氨酯锚固剂及制备方法，原料闪点
高、无毒无害，对人类及环境友好。聚氨酯锚固剂的浆液粘度低，且具有良好的流动性和可注性，易于施工。降低了聚氨酯锚固剂固化反应的放热温度，且聚氨酯锚固剂固化后得到的锚固体具有高锚固力，锚固体与裂隙煤岩体之间粘结性优良，形成的锚固体具有一定的韧性，可适应易形变围岩。固化后得到的锚固体压缩强度高，可达到65～100MPa，满足锚固剂工程应用需求。
附图说明
[0034]图1为本专利技术中锚固剂的制备方法的流程图。
具体实施方式
[0035]以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。
[0036]需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本专利技术的基本构想，遂图式中仅显示与本专利技术中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
[0037]下面结合若干实施例及附图对本专利技术的技术方案做进一步详细说明，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0038]树脂锚固剂作为一种锚固产品，由于锚固力强及施工方便，得到了广泛的应用和推广，如用在煤矿井下支护巷道中。本专利技术提出一种低浆液粘度高锚固体强度的聚氨酯锚固剂，由复合聚醚多元醇、环氧有机硅树脂、有机锡与有机铋复配协同催化剂以及多异氰酸酯等组分制备而成，得到的聚氨酯锚固剂的浆液粘度低，具有良好本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低浆液粘度高锚固体强度的聚氨酯锚固剂，其特征在于，所述锚固剂至少包括以下组分：复合聚醚多元醇；环氧有机硅树脂；有机锡与有机铋复配协同催化剂；以及多异氰酸酯。2.根据权利要求1所述的一种低浆液粘度高锚固体强度的聚氨酯锚固剂，其特征在于，所述锚固剂中各组分质量份数为：复合聚醚多元醇
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100份；环氧有机硅树脂
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5～43份；有机锡与有机铋复配协同催化剂0～0.1份；以及多异氰酸酯
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94～104份。3.根据权利要求2所述的一种低浆液粘度高锚固体强度的聚氨酯锚固剂，其特征在于，所述环氧有机硅树脂通过2～20质量份的双酚A型环氧树脂和3～23质量份的有机硅反应获得。4.根据权利要求3所述的一种低浆液粘度高锚固体强度的聚氨酯锚固剂，其特征在于，所述双酚A型环氧树脂为包括以下结构式的化合物：式(1)中的n＝1～2，且环氧值为0.41mol/100g～0.56mol/100g。5.根据权利要求3所述的一种低浆液粘度高锚固体强度的聚氨酯锚固剂，其特征在于，所述有机硅为包括以下结构式的化合物：式(2)中的Y为氨基或羟基，n＝0～3，X为甲氧基或乙氧基。6.根据权利要求1所述的一种低浆液粘度高锚固体强度的聚氨酯锚固剂，其特征在于，所述复合聚醚多元醇包括一种或几种聚醚多元醇，所述聚醚多元醇的官能度为2～6，数均分子量为300～1000，室温下粘度为100～1000mPa
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【专利技术属性】
技术研发人员：丁运生，王俊杰，董晓宇，李学良，樊康鑫，饶祥，杜晶华，徐佳乐，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：