专利名称:一种煤矿用堵漏复合材料聚氨酯弹性体的制备方法
技术领域:
本发明涉及一种煤矿用堵漏复合材料聚氨酯弹性体的制备方法,属 有机+无机化合物弹性体复合材料的合成方法及应用的技术领域。
背景技术:
在煤矿井下,煤炭自燃、瓦斯泄漏等灾害严重威胁着生产和人身安 全,在引起自燃与瓦斯事故诸多因素中,漏风是最重要的因素之一。
目前,煤矿井下漏风的封堵方法主要有水泥砂浆喷涂、水泥粉煤 灰喷涂、石膏喷涂、聚氨酯泡沫喷涂等,这些方法都需要喷涂设备,喷 涂易产生涂层不均,产生二次裂隙,影响堵漏效果;其中聚氨酯泡沫喷
涂可用双组份罐预充高压气方式,但固化时间不可调,粘结性较差、价 格高,不适宜大面积施工,只可用于局部构筑快速封闭,还有一些有机 材料大都含有溶剂,不符合环保要求,还有的堵漏材料制备工艺复杂、 污染严重、堵漏效果不好,均存在一些技术上的不足。
发明内容
发明目的
本发明的目的就是针对背景技术的不足,采用新的有机、无机化学 物质和合成方法,制备一种聚氨酯弹性体密闭堵漏复合材料,以大幅度 提高煤矿用堵漏材料的性能和堵漏效果。
技术方案
本发明使用的化学物质材料为聚醚多元醇、 一縮二乙二醇、甲苯 二异氰酸酯、3,3, -二氯-4,4-二氨基二苯甲烷、三乙醇胺、邻苯二甲酸二辛酯、三(2-氯乙基)磷酸酯、十八垸基二甲基羟乙基季铵硝酸盐、碳 酸牵丐、亚甲基双奈磺酸纳、二氧化钛、Y-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基 硅烷、醋酸苯贡、冰醋酸、磷酸、无水乙醇、去离子水,其配比用量如 下以克、毫升为计量单位
聚醚多元醇N22G: (C3H60)nH20 聚醚多元醇N33o: (C3H60)nC3H803 一縮二乙二醇C4H10O3
甲苯二异氰酸酯C9H6N202 3,3' -二氯-4,4-二氨基二苯甲烷 氨水NH3 H20
邻苯二甲酸二辛酯C24H3804
三(2-氯乙基)磷酸酯C6H12C13P
十八烷基二甲基羟乙基季铵硝酸盐
碳酸钙CaC03
纳米二氧化钛Ti02
461.43g士0.01g 51.29g士0.01g 5.99g士0.01g 134.2g士0.1g C13H12N2C12 25.89g士0.01g 4g士0.1g 160g士0.1g 39.59g士0.01g C22H48N204 llg士O.lg 190g士0.1g 3.76g士0.01g
2.5g土0鹿g
亚甲基双奈磺酸纳C21H1406S2Na2 Y-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅垸KHsw C10H2()O5Si
11.186g士0扁g
醋酸苯贡C8H8H902 0.6462g±0.0001g 冰醋酸C2H402 2g士0.1g 磷酸H3P04 0.02g士0.0001g 无水乙醇CH3OH 3000g±50g 去离子水H20 3000ml±50ml
聚氨酯弹性体制备方法如下
(1)精选化学物质材料 对制备使用的化学物质材料要进行精选,并进行质量纯度控制: 聚醚多元醇N22。 97.5% 聚醚多元醇N33。 97.5%
一縮二乙二醇 99.5%甲苯二异氰酸酯 99.5%
3,3, -二氯-4,4-二氨基二苯甲烷 97.0% 氨水 99.5% 邻苯二甲酸二辛酯 99.5% 三(2-氯乙基)磷酸酯 97.0% 十八烷基二甲基羟乙基季铵硝酸盐 99.5%
碳酸钙 90% 纳米二氧化钛 95% 亚甲基双奈磺酸纳 95%
Y-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅垸KH57(): 97. 0% 醋酸苯汞 99.5%
冰醋酸 99.1% 磷酸 99.1%
无水乙醇 99.6% 去离子水 99.9% (2) 二氧化钛改性处理
① 二氧化钛改性处理在烧杯中进行,将烧杯置于电热器上;
② 配制乙醇改性水溶液,将无水乙醇42g、去离子水70ml置于烧杯 中,然后加入改性剂KH570 11.186g,用搅拌器搅拌,成乙醇改性水溶液, 质量浓度为10%;
③ 加入冰醋酸2g,用搅拌器搅拌60min,调节酸碱度^值为3,偏酸
性;
④ 加入氨水4g,用搅拌器搅拌60min,调节酸碱度^值为11,偏碱
性;
⑤ 加入纳米二氧化钛3. 76g士0.01g,加热器温度升至80士2i:,进行 偶联改性反应,用搅拌器搅拌120min,呈糊状溶液;
(D关闭加热器,自然冷却至2(TC;
⑦ 超声离心分离,将烧杯置于超声离心分离机上,二氧化钛颗粒沉 淀,倒掉废液;
⑧ 去离水洗涤二氧化钛颗粒,在烧杯中加入去离子水350ml,反复搅拌洗涤,留存二氧化钛产物颗粒,倒掉废液; 去离子水洗涤重复进行5次; ⑨真空千燥
将洗涤后的二氧化钛产物颗粒置于石英容器中,将容器置于真空干
燥箱中干燥处理,干燥温度60°C ±2°C ,真空度0. 09MPa,干燥时间720min, 干燥后即得改性二氧化钛粉体; (3)甲组分合成
① 甲组分合成在反应釜中进行,用无水乙醇清洗反应釜腔、试瓶, 使其洁净;
② 反应釜处理阻燃剂,将阻燃剂三(2-氯乙基)磷酸酯39.59g加入 试瓶中,将试瓶置于反应釜内的瓶座上,然后密封;
开启真空泵,抽取反应釜内真空,真空度保持在0. 9MPa; 反应釜加热,温度由20。C升至115。C土2。C,开启搅拌器搅拌60min; 然后停止加热,停止抽真空,使其自然冷却至2(TC土3'C; 开启反应釜,将反应釜处理的阻燃剂及试验瓶取出,置于2(TC常温 下保存备用;
③ 超声处理改性纳米二氧化钛、聚醚多元醇、亚甲基双奈磺酸纳 称取改性纳米二氧化钛14.9g士0.01g、聚醚多元醇N22() 380g、
亚甲基双奈磺酸纳2.5g,置干烧杯中;
将烧杯置于超声波处理器中,超声处理30min,超声处理后备用;
④ 合成甲组分产物
1) 、将盛有阻燃剂的试瓶,重新置于反应釜中;
2) 、将超声处理的改性纳米二氧化钛、聚醚多元醇、亚甲基双奈磺 酸纳,加入试瓶中;
3) 、加入磷酸0.02g于试瓶中;
4) 、加入甲苯二异氰酸酯134.2g于试瓶中;
5) 、密封、加热反应釜,继续抽真空,使反应釜内温度由2(TC升至 60°C±2°C,同时开启搅拌器,搅拌30min,然后继续升温至80°C ±2°C , 继续搅拌反应120min,控制异氰酸酯基-NCO含量为10%;
6) 、反应后,关闭反应釜加热器,停止加热;关闭真空泵,停止抽真空,使其随反应釜自然冷却至20。C士3T:;
7)、冷却后,开启反应釜取出试瓶,试瓶内的产物即为甲组分黄 色透明液体产物;
(4) 乙组分合成
① 乙组分合成在反应釜中进行,用无水乙醇清洗反应釜腔,使其洁
净;
② 称取聚醚多元醇N220 81.43g; 称取聚醚多元醇N33Q 51.29g; 称取一縮二乙二醇5.99g;
称取3,3' -二氯-4,4-二氨基二苯甲烷25.89g; 称取邻苯二甲酸二辛酯160g;
称取碳酸钙190g;
称取醋酸苯贡0.6462g;
称取十八烷基二甲基羟乙基季铵硝酸盐 llg;
③ 将各组分置于试瓶中,将试瓶置于反应釜内的瓶座上,密闭反应 釜,抽取反应釜内真空,真空度为0.09MPa,加热反应釜,加热温度115 。C土2。C;
④ 在反应釜中,在真空状态下,混合搅拌180min,使各组分充分混 合、反应;
⑤ 混合、反应后,关闭加热器,停止抽真空,随反应釜自然冷却至 20。C士3。C;
(D开启反应釜,取出试瓶,得乙组分产物,S卩白色不透明液体产
物;
(5) 、储存包装
① 将甲组分黄色透明液体产物置于玻璃瓶中,密闭储存;
② 将乙组分白色不透明液体产物置于玻璃瓶中,密闭储存; 置于阴凉、干燥、洁净环境,要防水、防潮、防晒、防酸碱盐侵蚀,
储存温度20。C士3。C,相对温度《10%;
(6) 检测、化验、分析、表征、对比 对制备的甲组分、乙组分产物分别进行化验、分析、表征;对甲、乙各组分产物的色泽、形貌、化学成分、力学性能、阻燃性 能、吸水率、堵漏性能等进行检测、分析; 用FFIR光滑仪进行红外光谱表征分析; 用X射线衍射仪进行晶型结构分析; 用场发射电子显微镜仪进行衍射强度分析。
所述的堵漏复合材料聚氨酯弹性体,是由甲组分和乙组分组合而成 的,甲组分为黄色透明液体、乙组分为白色不透明液体,使用时按4:6 混合,搅拌10min,使其混合均匀,喷涂或刷涂被堵漏物体,120min凝 胶干燥,凝固后成为固体,固体层厚度为4mm。
所述的制备甲、乙组分产物是在反应釜中进行的,在底座1的上部 为反应釜2,在反应釜2内下部为瓶座4,在瓶座4上部为试瓶3,在反 应釜2的上部为密封盖5,中间位置设有搅拌器6,在反应釜2的左部设 有真空管8,并联接真空阀9、真空泵7,在底座1上设有液晶显示屏10、 指示灯ll、控制开关12,在试瓶3中为甲、乙组分材料13。
有益效果
本发明与背景技术相比具有明显的先进性,它是以改性纳米二氧化 钛、聚醚多元醇、甲苯二异氰酸酯等材料为原料,经甲组分合成、乙组 分合成,在反应釜中、在真空、加热、搅拌状态下,采用有机+无机化学 物质,分别合成聚氨酯弹性体甲组分液体产物、乙组分液体产物,使用 时按4:6混合搅拌,喷涂、刷涂堵漏物体厚度可为4皿,干燥后凝固,堵
漏效果好,粘结力好,干燥速度快、干燥后强度好、硬度高,耐高低温、 耐老化,且具有弹性,吸震、减震效果好,耐酸、耐油、耐水、抗静电, 填充严密,安全可靠,可快速堵漏水、堵漏气、堵漏油、堵裂缝,干燥 速度快,甲乙组分合成堵漏后,120min即可干燥、凝固,此制备方法工 艺流程短,配比合理、制备容易、成本低,是十分理想的煤矿用弹性体 密闭堵漏材料,此材料也可在建筑、石油、化工工业中使用。
图1为反应釜制备甲乙组分产物状态图
图2为聚氨酯弹性体凝固表面形貌图
图3为甲乙组分合成凝固后衍射强度图谱
图4为产物改性后吸收光谱图
图中所示,附图标记清单如下
1、底座,2、反应釜,3、试瓶,4、瓶座,5、密封盖,6、搅拌器, 7、真空泵,8、真空管,9、真空阀,10、液晶显示屏,11、指示灯,12、 控制开关,13、甲、乙组分材料。
具体实施例方式
以下结合附图对本发明做进一步说明-
图1所示,为反应釜制备甲、乙组分产物状态图,反应釜上部密封 盖要严密,真空泵抽真空,要持续保持反应釜内真空度为0.09MPa,反 应釜内要保持洁净,不得有杂质介入。
各量值准确,严格称量,严格控制加热温度。
图2所示,为聚氨酯弹性体凝固后表面形貌图,图中可知为添加 二氧化钛Ti02后的聚氨酸弹性体扫描照片,亮色部分为球形纳米二氧化 钛颗粒,平均粒径为20nm,均匀分散于基体中,且与基体接触紧密。
图3所示,为产物凝固后衍射强度图谱,图中可知在a曲线无特 征峰,在b曲线中有二氧化钛特征峰,在衍射角27° 、 36°处出现衍射 峰,对应晶面110、 101。
图4所示,为产物改性后吸收光谱图,图中可知纵坐标为吸收率, 横坐标为波数QrT1,在2270Cm—'处无特征峰,在1732Cm—i处为羰基伸縮振 动峰,2960Cm_1、 2930Cm_1、 2865Cm—i为对称、不对称伸縮振动峰。
权利要求
1、一种煤矿用堵漏复合材料聚氨酯弹性体的制备方法,其特征在于使用的化学物质材料为聚醚多元醇、一缩二乙二醇、甲苯二异氰酸酯、3,3’-二氯-4,4-二氨基二苯甲烷、三乙醇胺、邻苯二甲酸二辛酯、三(2-氯乙基)磷酸酯、十八烷基二甲基羟乙基季铵硝酸盐、碳酸钙、亚甲基双奈磺酸纳、二氧化钛、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、醋酸苯贡、冰醋酸、磷酸、无水乙醇、去离子水,其配比用量如下以克、毫升为计量单位聚醚多元醇N220(C3H6O)nH2O 461.43g±0.01g聚醚多元醇N330(C3H6O)nC3H8O3 51.29g±0.01g一缩二乙二醇C4H10O3 5.99g±0.01g甲苯二异氰酸酯C9H6N2O2134.2g±0.1g3,3’-二氯-4,4-二氨基二苯甲烷C13H12N2Cl2 25.89g±0.01g氨水NH3·H2O4g±0.1g邻苯二甲酸二辛酯C24H38O4160g±0.1g三(2-氯乙基)磷酸酯C6H12Cl3P 39.59g±0.01g十八烷基二甲基羟乙基季铵硝酸盐C22H48N2O4 11g±0.1g碳酸钙CaCO3 190g±0.1g纳米二氧化钛TiO2 3.76g±0.01g亚甲基双奈磺酸纳C21H14O6S2Na2 2.5g±0.001gγ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷KH570C10H20O5Si11.186g±0.001g醋酸苯贡C8H8H9O2 0.6462g±0.0001g冰醋酸C2H4O2 2g±0.1g磷酸H3PO4 0.02g±0.0001g无水乙醇CH3OH 3000g±50g去离子水H2O 3000ml±50ml聚氨酯弹性体制备方法如下(1)精选化学物质材料对制备使用的化学物质材料要进行精选,并进行质量纯度控制聚醚多元醇N22097.5%聚醚多元醇N33097.5%一缩二乙二醇 99.5%甲苯二异氰酸酯99.5%3,3’-二氯-4,4-二氨基二苯甲烷97.0%氨水 99.5%邻苯二甲酸二辛酯 99.5%三(2-氯乙基)磷酸酯97.0%十八烷基二甲基羟乙基季铵硝酸盐99.5%碳酸钙90%纳米二氧化钛 95%亚甲基双奈磺酸纳 95%γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷KH57097.0%醋酸苯汞 99.5%冰醋酸 99.1%磷酸 99.1%无水乙醇 99.6%去离子水 99.9%(2)二氧化钛改性处理①二氧化钛改性处理在烧杯中进行,将烧杯置于电热器上;②配制乙醇改性水溶液,将无水乙醇42g、去离子水70ml置于烧杯中,然后加入改性剂KH570 11.186g,用搅拌器搅拌,成乙醇改性水溶液,质量浓度为10%;③加入冰醋酸2g,用搅拌器搅拌60min,调节酸碱度PH值为3,偏酸性;④加入氨水4g,用搅拌器搅拌60min,调节酸碱度PH值为11,偏碱性;⑤加入纳米二氧化钛3.76g±0.01g,加热器温度升至80±2℃,进行偶联改性反应,用搅拌器搅拌120min,呈糊状溶液;⑥关闭加热器,自然冷却至20℃;⑦超声离心分离,将烧杯置于超声离心分离机上,二氧化钛颗粒沉淀,倒掉废液;⑧去离水洗涤二氧化钛颗粒,在烧杯中加入去离子水350ml,反复搅拌洗涤,留存二氧化钛产物颗粒,倒掉废液;去离子水洗涤重复进行5次;⑨真空干燥将洗涤后的二氧化钛产物颗粒置于石英容器中,将容器置于真空干燥箱中干燥处理,干燥温度60℃±2℃,真空度0.09MPa,干燥时间720min,干燥后即得改性二氧化钛粉体;(3)甲组分合成①甲组分合成在反应釜中进行,用无水乙醇清洗反应釜腔、试瓶,使其洁净;②反应釜处理阻燃剂,将阻燃剂三(2-氯乙基)磷酸酯39.59g加入试瓶中,将试瓶置于反应釜内的瓶座上,然后密封;开启真空泵,抽取反应釜内真空,真空度保持在0.9MPa;反应釜加热,温度由20℃升至115℃±2℃,开启搅拌器搅拌60min;然后停止加热,停止抽真空,使其自然冷却至20℃±3℃;开启反应釜,将反应釜处理的阻燃剂及试验瓶取出,置于20℃常温下保存备用;③超声处理改性纳米二氧化钛、聚醚多元醇、亚甲基双奈磺酸纳称取改性纳米二氧化钛14.9g±0.01g、聚醚多元醇N220 380g、亚甲基双奈磺酸纳2.5g,置干烧杯中;将烧杯置于超声波处理器中,超声处理30min,超声处理后备用;④合成甲组分产物1)、将盛有阻燃剂的试瓶,重新置于反应釜中;2)、将超声处理的改性纳米二氧化钛、聚醚多元醇、亚甲基双奈磺酸纳,加入试瓶中;3)、加入磷酸0.02g于试瓶中;4)、加入甲苯二异氰酸酯134.2g于试瓶中;5)、密封、加热反应釜,继续抽真空,使反应釜内温度由20℃升至60℃±2℃,同时开启搅拌器,搅拌30min,然后继续升温至80℃±2℃,继续搅拌反应120min,控制异氰酸酯基-NCO含量为10%;6)、反应后,关闭反应釜加热器,停止加热;关闭真空泵,停止抽真空,使其随反应釜自然冷却至20℃±3℃;7)、冷却后,开启反应釜取出试瓶,试瓶内的产物即为甲组分黄色透明液体产物;(4)乙组分合成①乙组分合成在反应釜中进行,用无水乙醇清洗反应釜腔,使其洁净;②称取聚醚多元醇N220 81.43g;称取聚醚多元醇N330 51.29g;称取一缩二乙二醇5.99g;称取3,3’-二氯-4,4-二氨基二苯甲烷25.89g;称取邻苯二甲酸二辛酯160g;称取碳酸钙190g;称取醋酸苯贡0.6462g;称取十八烷基二甲基羟乙基季铵硝酸盐 11g;③将各组分置于试瓶中,将试瓶置于反应釜内的瓶座上,密闭反应釜,抽取反应釜内真空,真空度为0.09MPa,加热反应釜,加热温度115℃±2℃;④在反应釜中,在真空状态下,混合搅拌180min,使各组分充分混合、反应;⑤混合、反应后,关闭加热器,停止抽真空,随反应釜自然冷却至20℃±3℃;⑥开启反应釜,取出试瓶,得乙组分产物,即白色不透明液体产物;(5)、储存包装①将甲组分黄色透明液体产物置于玻璃瓶中,密闭储存;②将乙组分白色不透明液体产物置于玻璃瓶中,密闭储存;置于阴凉、干燥、洁净环境,要防水、防潮、防晒、防酸碱盐侵蚀,储存温度20℃±3℃,相对温度≤10%;(6)检测、化验、分析、表征、对比对制备的甲组分、乙组分产物分别进行化验、分析、表征;对甲、乙各组分产物的色泽、形貌、化学成分、力学性能、阻燃性能、吸水率、堵漏性能等进行检测、分析;用FFIR光滑仪进行红外光谱表征分析;用X射线衍射仪进行晶型结构分析;用场发射电子显微镜仪进行衍射强度分析。
2、 根据权利要求1所述的一种煤矿用堵漏复合材料聚氨酯弹性体的制 备方法,其特征在于所述的堵漏复合材料聚氨酯弹性体,是由甲组分和 乙组分组合而成的,甲组分为黄色透明液体、乙组分为白色不透明液体, 使用时按4:6混合,搅拌10min,使其混合均匀,喷涂或刷涂被堵漏物体, 120min凝胶干燥,凝固后成为固体,固体层厚度为4mm。
3、 根据权利要求1所述的一种煤矿用堵漏复合材料聚氨酯弹性体的制 备方法,其特征在于所述的制备甲、乙组分产物是在反应釜中进行的, 在底座(1)的上部为反应釜(2),在反应釜(2)内下部为瓶座(4),在 瓶座(4)上部为试瓶(3),在反应釜(2)的上部为密封盖(5),中间位 置设有搅拌器(6),在反应釜(2)的左部设有真空管(8),并联接真空阀(9)、真空泵(7),在底座(1)上设有液晶显示屏(10)、指示灯(11)、 控制开关(12),在试瓶(3)中为甲、乙组分材料(13)。
全文摘要
本发明涉及一种煤矿用堵漏复合材料聚氨酯弹性体的制备方法,它是以改性纳米二氧化钛、聚醚多元醇、甲苯二异氰酸酯等材料为原料,在反应釜试瓶中、在真空、加热、搅拌状态下,分别合成甲组分黄色透明液体产物、乙组分白色不透明液体产物,使用时按4∶6搅拌混合,喷涂或刷涂被堵漏物体,干燥后凝固,堵漏效果好,粘结力好,硬度高,耐高低温、耐老化,具有弹性,吸震、减震、耐酸、耐油、耐水、抗静电,填充严密、绝缘、致密性好,可快速堵漏水、堵漏气、堵漏油、堵裂缝,干燥速度快,甲、乙组分合成堵漏后,120min即可干燥凝固,凝固层厚度可达4mm,此制备方法工艺流程短、配比合理,此材料也可在建筑、石油、化工工业中使用。
文档编号C08G18/76GK101613452SQ200910074918
公开日2009年12月30日 申请日期2009年7月13日 优先权日2009年7月13日
发明者吴玉国, 王俊峰, 翟建山, 贾林才, 邬剑明 申请人:邬剑明