【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及煤矿安全，具体为一种煤矿安全用注浆材料及其制备方法。
技术介绍
1、随着煤炭资源开采力度的加大，采煤条件变得更加复杂，开采环境不断恶化，在煤矿开采过程中易产生突水、动压增大下冒顶、破碎松散围岩区塌方、粉尘、瓦斯爆炸等灾害，威胁着煤矿安全生产和井下施工人员的安全；注浆加固技术是保障煤矿安全的一项重要技术，可以有效地改善煤岩体的稳定性和密封性能，提高煤矿开采环境的安全性；近年来高分子注浆技术已涉及到煤矿安全领域的各个方面，包括高分子注浆加固、高分子注浆堵水、高分子注浆填充以高分子注浆灭火等，其中又以高分子注浆加固与注浆堵水的应用与发展最迅速。
2、在众多高分子注浆加固材料中，聚氨酯注浆加固材料因具有性能优良、施工与应用方便等优点而被广泛应用，它的浆液粘度低，固结体强度大，抗渗性好，多用于加固地基、防水堵漏兼备的工程；然而聚氨酯注浆材料在实际应用中仍存在许多安全问题如反应温度高、导热性能差、阻燃性能差、抗静电性能不足等，极大地限制了聚氨酯注浆材料在煤矿井下的应用；现有技术中通过向聚氨酯主链引入阻燃元素来提高其阻燃性能，应用比较广泛的阻燃剂如磷酸三(1-氯-2-丙基)酯，该阻燃剂中含有磷、氯两种阻燃元素，具有磷-卤协同效应，可使聚氨酯基体表现出很好的阻燃性能；但是卤素在燃烧过程中会释放出大量的烟尘以及有毒的刺激性气体，对人类健康以及环境造成二次危害和污染，同时注浆材料的抗静电性能并未得到提高，因此这种材料如果在煤矿井下使用，不能避免因静电问题引起火灾的问题，因此研发出一种综合性能优异的聚氨酯注浆材料对煤矿的安全
3、本专利技术通过合成一种同时含磷氮阻燃元素的改性扩链剂，二者协同阻燃，改性扩链剂中的季铵盐具有很好的导电性能，可在基体和表面形成导电通道，使抗静电性能明显提高，改性扩链剂中的双磺酸钠基团具有优异的亲水性能，可有效降低注浆过程中浆液的流动能力，有利于浆液在采空区大空隙区域的扩散。
技术实现思路
1、本专利技术解决的技术问题是：提供了一种煤矿安全用注浆材料及其制备方法，解决了现有注浆材料阻燃性能差、抗静电性能不佳的问题，提高了煤矿用注浆材料的安全性。
2、本专利技术的技术方案是：
3、一种煤矿安全用注浆材料的制备方法，注浆材料包括a组分和b组分，其中a组分包括以下重量份数的组分：210-225份异氰酸酯和4-10份去离子水；b组分包括以下重量份数的组分：100份聚合物多元醇、0.5-2份泡沫稳定剂、1-3份二月桂酸二丁基锡、2-3份三亚乙基二胺、5-25份结构式为的改性扩链剂。
4、制备方法按照以下步骤进行：将二苯基甲烷二异氰酸酯和去离子水混合后搅拌至混合物成为均匀透明液体，得到a组分；将聚合物多元醇、改性扩链剂、二月桂酸二丁基锡和三亚乙基二胺混合后搅拌均匀，加入泡沫稳定剂，搅拌至混合物成为均匀透明液体，得到b组分；将a组分和b组分按体积比为1：1混合，连续搅拌至各组分混合均匀，得到煤矿安全用注浆材料。
5、进一步的，异氰酸酯为二苯基甲烷二异氰酸酯，聚合物多元醇为聚醚多元醇，泡沫稳定剂为二甲基硅油。
6、进一步的，改性扩链剂的制备方法按照以下步骤进行：
7、(1)氮气氛围下，向反应烧瓶中加入4-甲氧基吡啶和n,n-二甲基甲酰胺，搅拌均匀后，加入3-氯-2-羟丙基-1-磺酸钠，搅拌反应，反应结束后，冷却至室温，乙酸乙酯重结晶，得到羟基甲氧基吡啶磺酸钠季铵盐。制备反应式如下：
8、
9、(2)氮气氛围下，向反应烧瓶中加入羟基甲氧基吡啶磺酸钠季铵盐和甲苯，搅拌均匀后，加三乙胺和苯膦酰二氯，搅拌反应，反应结束后，过滤，滤液浓缩，干燥后得到苯基膦酰基双(甲氧基磺酸钠)季铵盐。制备反应式如下：
10、
11、(3)氮气氛围下，向反应烧瓶中加苯基膦酰基双(甲氧基磺酸钠)季铵盐和冰乙酸，搅拌均匀后，加入溴化氢水溶液，搅拌反应，反应结束后，冷却过滤，滤固溶于去离子水中，加入氢氧化铵进行调节ph为6-7，过滤干燥，得到改性扩链剂。制备反应式如下：
12、
13、进一步的，步骤(1)中4-甲氧基吡啶、3-氯-2-羟丙基-1-磺酸钠的比例关系为1mol:(1.05-1.2)mol。
14、进一步的，步骤(1)中反应温度为90-110℃，反应时间为8-16h。
15、进一步的，步骤(2)中羟基甲氧基吡啶磺酸钠季铵盐、三乙胺、苯膦酰二氯的比例关系为(1.95-2.1)mol:(2.05-2.2)mol:1mol。
16、进一步的，步骤(2)中反应温度为20-35℃，反应时间为3-8h。
17、进一步的，步骤(3)中溴化氢水溶液的质量分数为45-48％。
18、进一步的，步骤(3)中苯基膦酰基双(甲氧基磺酸钠)季铵盐、溴化氢水溶液的比例关系为1mol:(7-10)mol。
19、进一步的，步骤(3)中反应温度为135-150℃，反应时间为16-24h。
20、本专利技术的有益的技术效果是：
21、本专利技术首先通过4-甲氧基吡啶与3-氯-2-羟丙基-1-磺酸钠发生季铵化反应，得到羟基甲氧基吡啶磺酸钠季铵盐，然后与苯膦酰二氯在三乙胺的作用下反应，得到苯基膦酰基双(甲氧基磺酸钠)季铵盐，接着在氢溴酸的作用下，脱去甲氧基，得到改性扩链剂，最后与异氰酸酯、聚醚多元醇及助剂混合均匀，得到煤矿安全用注浆材料。
22、聚氨酯注浆材料可以扩散至极其细小的岩体裂隙中，注浆材料中的磺酸钠基团是亲水性和吸水能力较强，吸水后形成凝胶，其结构中的羟基与异氰酸酯反应形成稳定的凝胶结构，在裂隙表面发生交联固化反应，通过网络骨架结构的形成将原本破碎松散的结构胶结成为一个完整的受力体，固化完成后，形成的固结体中含有大量的氨基甲酸酯基、脲基等极性基团，与混凝土缝隙表面以及土壤、矿物颗粒间有很强的粘接力，加上固结体本身力学强度较高，从而起到了加固的作用。
23、改性扩链剂结构中含有磷氮协同阻燃元素，在燃烧过程中，磷元素产生的偏磷酸类物质催化成炭，形成固相覆盖层，氮元素可产生明显的炭层，抑制氧气及热量的传输，二者结合后其结构中的双羟基与异氰酸酯基产生交联，改善了界面相容性，可在注浆材料中稳定存在，形成稳定的膨胀碳层，抑制材料的持续燃烧，而材料表面形成的炭层可以抑制毒性烟气和co的释放，制备的注浆材料属于难燃自熄材料，能够达到煤矿安全用注浆材料阻燃方面的要求。
24、改性扩链剂中既含有抗静电基团又含有羟基，其季铵盐结构可在基体和表面形成导电通道，磺酸钠亲水性基团可在材料表面形成的导电层分子层，能够及时有效的释放静电荷增强了材料的抗静电性，羟基结构可与异氰酸酯反应，使得抗静电基团稳定存在于聚氨酯化学结构中，可以使整个材料具有抗静电效果，并且在经过水洗后，其材料表面的抗静电分子依然存在，抗静电效果持久；因此本专利技术制备的注浆材料可避免因静电而引起的火灾，保证在煤矿井下的安全使本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种煤矿安全用注浆材料，其特征在于，所述注浆材料包括A组分和B组分，其中A组分包括以下重量份数的组分：210-225份异氰酸酯和4-10份去离子水；B组分包括以下重量份数的组分：100份聚合物多元醇、0.5-2份泡沫稳定剂、1-3份二月桂酸二丁基锡、2-3份三亚乙基二胺、5-25份结构式为的改性扩链剂；
2.一种权利要求1所述的煤矿安全用注浆材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法为：将二苯基甲烷二异氰酸酯和去离子水混合后搅拌至混合物成为均匀透明液体，得到A组分；将聚合物多元醇、改性扩链剂、二月桂酸二丁基锡和三亚乙基二胺混合后搅拌均匀，加入泡沫稳定剂，搅拌至混合物成为均匀透明液体，得到B组分；将A组分和B组分按体积比为1：1混合，连续搅拌至各组分混合均匀，得到煤矿安全用注浆材料。
3.根据权利要求2所述的煤矿安全用注浆材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中4-甲氧基吡啶、3-氯-2-羟丙基-1-磺酸钠的比例关系为1mol:(1.05-1.2)mol。
4.根据权利要求2所述的煤矿安全用注浆材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中反
5.根据权利要求2所述的煤矿安全用注浆材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中羟基甲氧基吡啶磺酸钠季铵盐、三乙胺、苯膦酰二氯的比例关系为(1.95-2.1)mol:(2.05-2.2)mol:1mol。
6.根据权利要求2所述的煤矿安全用注浆材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中反应温度为20-35℃，反应时间为3-8h。
7.根据权利要求2所述的煤矿安全用注浆材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中溴化氢水溶液的质量分数为45-48％。
8.根据权利要求2所述的煤矿安全用注浆材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中苯基膦酰基双(甲氧基磺酸钠)季铵盐、溴化氢水溶液的比例关系为1mol:(7-10)mol。
9.根据权利要求2所述的煤矿安全用注浆材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中反应温度为135-150℃，反应时间为16-24h。
...【技术特征摘要】
1.一种煤矿安全用注浆材料，其特征在于，所述注浆材料包括a组分和b组分，其中a组分包括以下重量份数的组分：210-225份异氰酸酯和4-10份去离子水；b组分包括以下重量份数的组分：100份聚合物多元醇、0.5-2份泡沫稳定剂、1-3份二月桂酸二丁基锡、2-3份三亚乙基二胺、5-25份结构式为的改性扩链剂；
2.一种权利要求1所述的煤矿安全用注浆材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法为：将二苯基甲烷二异氰酸酯和去离子水混合后搅拌至混合物成为均匀透明液体，得到a组分；将聚合物多元醇、改性扩链剂、二月桂酸二丁基锡和三亚乙基二胺混合后搅拌均匀，加入泡沫稳定剂，搅拌至混合物成为均匀透明液体，得到b组分；将a组分和b组分按体积比为1：1混合，连续搅拌至各组分混合均匀，得到煤矿安全用注浆材料。
3.根据权利要求2所述的煤矿安全用注浆材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中4-甲氧基吡啶、3-氯-2-羟丙基-1-磺酸钠的比例关系为1mol:(1.05-1.2)mol。
4.根据权利要求2所述的...
【专利技术属性】
技术研发人员：荆永康，冯军，马智慧，冯超，车荣刚，
申请(专利权)人：长治华泰新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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