煤矿用难燃型聚氨酯加固抬升材料及其制备方法

煤矿用难燃型聚氨酯加固抬升材料及其制备方法
【专利摘要】本发明公开一种煤矿用难燃型聚氨酯加固抬升材料及其制备方法，煤矿用难燃型聚氨酯加固抬升材料，是采用包括如下重量份数的原料制备的：多异氰酸酯100?200份、多元醇40?100份、催化剂1?10份、阻燃剂10?50份、发泡剂0?10份、匀泡剂1?5份。本发明制备的煤矿用难燃型聚氨酯加固抬升材料具有优异的防火性能，受热后会膨胀形成蜂窝状的炭化层，阻止火焰进一步蔓延。阻燃性能达到B1级，烟密度低，氧指数30以上。可安全的用于煤矿、隧道等地基的加固抬升领域。
【专利说明】
煤矿用难燃型聚氨酯加固抬升材料及其制备方法
技术领域
[0001 ]本发明涉及一种硬质聚氨酯泡沫材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 目前，约40%左右的煤矿其煤系地层为松岩层，加之构造及应力集中等因素的影 响，致使岩层更加松散，给巷道支护及安全生产带来很大的难度。
[0003] 近年来，煤矿用高分子灌浆加固抬升技术愈发受到关注，尤其是该技术能够有效 控制围岩的变形，显著改善松软破碎围岩想到的支护效果，具有很大的应用前景。目前广泛 使用的加固抬升材料主要为酚醛类和聚氨酯类材料。酚醛类加固抬升材料具有突出的阻燃 性，但其固化剂为强酸性物质，在使用过程中容易给施工人员带来一定的伤害，比如漏料粘 到皮肤上可引起红肿，发痒，接触到眼睛严重可导致失明；另外酚醛树脂内的残留甲醛也给 井下环境带来一定污染，酚醛材料的力学性能也较容易被风化。聚氨酯加固抬升类材料具 有综合性能优良，施工应用方便等优点。
[0004] 但是由于普通聚氨酯加固抬升材料的阻燃性差，氧指数只有18左右。而且聚氨酯 反应时容易聚热，聚氨酯加固抬升材料注入煤层后，尤其是遇到比较大的空洞时，容易出现 烧芯、自燃等情况。给煤矿的安全生产带来严重的不良影响。

【发明内容】

[0005] 本发明的目的是公开一种煤矿用难燃型聚氨酯加固抬升材料及其制备方法，以克 服现有技术存在的缺陷。
[0006] 所述的煤矿用难燃型聚氨酯加固抬升材料，是采用包括如下重量份数的原料制备 的：
[0007] 多异氰酸酯100-200份、多元醇40-100份、催化剂1-10份、阻燃剂10-50份、发泡剂 0-10份、匀泡剂1-5份。
[0008] 优选地，原料按重量份数配比为：
[0009] 多异氰酸酯100-200份，更优选为100~180份，最优选为120-150份；
[0010] 多元醇40-100份，更优选为40-80份，最优选为50-70份；
[0011] 催化剂1-10份，更优选为1-9份，最优选为4-5份；
[0012] 阻燃剂10-50份，更优选为10-40份，最优选为25-30份；
[0013] 发泡剂〇-1〇份，更优选为卜9份，最优选为1.6-2份；
[0014] 匀泡剂1-5份，更优选为1-4份，最优选为2.5-4份。
[0015] 所述多异氰酸酯选自4,4'_二苯甲烷二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯相关改 性产物、2,4_甲苯二异氰酸酯、2,6_甲苯二异氰酸酯、多亚甲基多苯基多异氰酸酯或其相关 改性产物；
[0016] 所述二苯基甲烷二异氰酸酯相关改性产物，优选为多亚甲基多苯基多异氰酸酯或 其相关改性产物；
[0017]更优选的，所述的多异氰酸酯的NCO%含量为18.0-36.0% ;
[0018] 所述多元醇选自聚醚多元醇和聚酯多元醇中的至少一种;优选地，所述聚醚多元 醇选自以丙二醇、乙二醇、丙三醇、三羟甲基丙烷、季戊四醇、蔗糖、山梨醇中的至少一种以 及乙二胺和甲苯二胺的至少一种为起始剂形成的官能度为2-6、羟值为18-800的聚醚型多 元醇，如官能度3~4、轻值300~400的聚醚多元醇pbo3;
[0019] 更优选地，所述聚酯多元醇选自主链结构采用己二酸和邻苯二甲酸酐的至少一种 与乙二醇、丙二醇、丙三醇、三羟甲基丙烷、1，4-丁二醇、1，6己二醇、戊二醇的至少一种缩聚 形成的官能度为2-4、羟值为50-500的聚酯型多元醇，如苯酐聚酯类多元醇，为浙江华峰新 材料股份有限公司生产的牌号为HF8730、HF8730A、HF8724的苯酐聚酯类多元醇；
[0020] 所述催化剂优选1，4_重氮(2,2,2_环辛烷）、三乙基二胺(DABC0)、五甲基二亚乙基 三胺(PMDETA)、N，N-二甲基环己胺(DMCHA)、N，N-二甲基苄胺、N，N'_四甲基乙二胺(TMEDA)、 二甲基胺基丙基胺(DMAPA)AminZ、N，N-二甲基乙醇胺(DMEA)、2,4,6-三（二甲基胺基甲基） 苯酚、N-乙基吗啉(NEM)、双N，N'_二甲基胺基乙基醚、二丁基二月桂酸锡(DBTDL)、异幸酸 钾、醋酸钾、油酸钾的一种或几种；
[0021] 优选的，所述的催化剂为五甲基二亚乙基三胺、N，N-二甲基环已胺和醋酸钾的混 合物，重量比为1:1.3~1.7:5.5~5.5;
[0022] 所述阻燃剂选自TECP、三(2-氯异丙基)磷酸酯（TCPP)、三乙基磷酸酯(TEP)、DMMP、 DEEP、三聚氰胺氰脲酸盐，三聚氰胺，聚磷酸铵中的一种或几种；
[0023]优选的，所述阻燃剂为：
[0024]三(2-氯异丙基)磷酸酯与三乙基磷酸酯的混合物，重量比为：
[0025] 三(2-氯异丙基)磷酸酯:三乙基磷酸酯=1:0.5~0.7;
[0026] 所述发泡剂选自!〇?014113、册(：-245€3、册(：-36511^(3、册(：-22763、水中的一种或几 种；
[0027] 所述匀泡剂选自聚二甲基硅氧烷、硅-氧-碳健泡沫稳定剂。
[0028] 本发明的制备方法，包括如下步骤：
[0029] 按配比将各种原料混合，然后倒入模具中发泡，最后经熟化制得；
[0030] 发泡温度为20 Γ~30 Γ;
[0031] 发泡时间为15s~120s;
[0032] 熟化方式为常温熟化24~48h;
[0033] 本发明制备的煤矿用难燃型聚氨酯加固抬升材料具有优异的防火性能，受热后会 膨胀形成蜂窝状的炭化层，阻止火焰进一步蔓延。阻燃性能达到B1级，烟密度低，氧指数30 以上。可安全的用于煤矿、隧道等地基的加固抬升领域。
【具体实施方式】
[0034] 下面结合具体实施案例，对煤矿用难燃型聚氨酯加固抬升材料的制备方法进行详 细的描述，以便更好地解释本发明。
[0035]实施例中，各个原料的信息为：
[0036]多异氰酸酯PM400为多亚甲基多苯基多异氰酸酯，购自万华化学；
[0037] 聚酯多元醇HF8730、HF8730A、HF8724为苯酐聚酯类多元醇，购自浙江华峰新材料 股份有限公司；
[0038] 聚醚多元醇pb〇3为官能度3~4、羟值300~400的聚醚多元醇，购自江苏绿源新材 料有限公司；
[0039] 催化剂PC5为五甲基二亚乙基三胺；
[0040] 催化剂PC8为N，N_二甲基环已胺；
[00411催化剂K15为醋酸钾；
[0042]阻燃剂TCPP为:三(2-氯异丙基)磷酸酯；
[0043]阻燃剂TEP为三乙基磷酸酯；
[0044] 匀泡剂L6920是硅-氧-碳健泡沫稳定剂，购自赢创中国有限公司。
[0045] 实施例1
[0046] 原料配比见表1-1:
[0047]表1-1煤矿用难燃型聚氨酯加固抬升材料的原料配比
[0050]按照表1-1的原料配比将各种原料混合后倒入模具中发泡，经熟化后制得。
[0051 ]发泡温度为20 Γ;
[0052] 发泡时间为120s;
[0053] 熟化方式为常温熟化48h
[0054] 所得到的性能见表1-2:
[0055] 表1-2煤矿用难燃型聚氨酯加固抬升材料的性能指标

[0057] 分析可得:本实施例1的膨胀型硬泡聚氨酯的密度低，保温效果好，压缩强度高，烟 密度低，阻燃性能优异，可达到B1级。
[0058] 实施例2
[0059] 原料配比见表2-1:
[0060]表2-1煤矿用难燃型聚氨酯加固抬升材料的原料配比
[0063]按照表2-1的原料配比将各种原料混合后倒入模具中发泡，经熟化后制得。
[0064]发泡温度为25°C;发泡时间为90s;熟化方式为常温熟化40h所得到的性能见表2-2：
[0065]表2-2煤矿用难燃型聚氨酯加固抬升材料的性能指标
[0067]分析可得:本实施例2的膨胀型硬泡聚氨酯的密度低，保温效果好，压缩强度高，烟 密度低，阻燃性能优异，可达到B1级。
[0068] 实施例3
[0069] 原料配比见表3-1:
[0070] 表3-1煤矿用难燃型聚氨酯加固抬升材料的原料配比
[0073]按照表3-1的原料配比将各种原料混合后倒入模具中发泡，经熟化后制得。
[0074]发泡温度为30°C ;发泡时间为15s;熟化方式为常温熟化24h，所得到的性能见表3-2：
[0075]表3-2煤矿用难燃型聚氨酯加固抬升材料的性能指标
[0077] 分析可得:本实施例3的膨胀型硬泡聚氨酯的密度低，保温效果好，压缩强度高，烟 密度低，阻燃性能优异，可达到B1级。
[0078] 实施例4
[0079] 原料配比见表4-1:
[0080]表4-1膨胀型硬泡聚氨酯的原料配比
[0081]
[0083]按照表4-1的原料配比将各种原料混合后倒入模具中发泡，经熟化后制得。
[0084]发泡温度为28 Γ;
[0085] 发泡时间为30s;
[0086] 熟化方式为常温熟化35h
[0087] 所得到的性能见表4-2:
[0088] 表4-2膨胀型硬泡聚氨酯的性能指标
[0090] 分析可得:本实施例4的膨胀型硬泡聚氨酯的密度低，保温效果好，压缩强度高，烟 密度低，阻燃性能优异，可达到B1级。
[0091] 以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限 制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和 替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和 修改，都应涵盖在本发明的范围内。
【主权项】
1. 煤矿用难燃型聚氨酯加固抬升材料，其特征在于，是采用包括如下重量份数的原料 制备的：多异氰酸酯100-200份、多元醇40-100份、催化剂1-10份、阻燃剂10-50份、发泡剂Οι O份、 匀泡剂 1-5份。2. 根据权利要求1所述的煤矿用难燃型聚氨酯加固抬升材料，其特征在于，原料按重量 份数配比为： 多异氰酸酯 100~180份 多兀醉 40-80份 催化剂 1-9份 阻燃剂 10-40份 发泡剂 t-9份 匀泡剂 1-4份。3. 根据权利要求1或2所述的煤矿用难燃型聚氨酯加固抬升材料，其特征在于，所述多 异氰酸酯选自4，4 二苯甲烷二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯相关改性产物、2，4-甲苯 二异氰酸酯、2，6-甲苯二异氰酸酯、多亚甲基多苯基多异氰酸酯或其相关改性产物。4. 根据权利要求3所述的煤矿用难燃型聚氨酯加固抬升材料，其特征在于，所述二苯基 甲烷二异氰酸酯相关改性产物为多亚甲基多苯基多异氰酸酯。5. 根据权利要求3所述的煤矿用难燃型聚氨酯加固抬升材料，其特征在于，所述的多异 氰酸酯的NCO%含量为18.0-36.0%。6. 根据权利要求4所述的煤矿用难燃型聚氨酯加固抬升材料，其特征在于，所述的多异 氰酸酯的NCO%含量为18.0-36.0%。7. 根据权利要求1或2所述的煤矿用难燃型聚氨酯加固抬升材料，其特征在于，所述多 元醇选自聚醚多元醇和聚酯多元醇中的至少一种； 所述聚醚多元醇选自以丙二醇、乙二醇、丙三醇、三羟甲基丙烷、季戊四醇、蔗糖、山梨 醇中的至少一种以及乙二胺和甲苯二胺的至少一种为起始剂形成的官能度为2-6、羟值为 18-800的聚醚型多元醇； 所述聚酯多元醇选自主链结构采用己二酸和邻苯二甲酸酐的至少一种与乙二醇、丙二 醇、丙三醇、三羟甲基丙烷、1，4_ 丁二醇、1，6己二醇、戊二醇的至少一种缩聚形成的官能度 为2-4、羟值为50-500的聚酯型多元醇。8. 根据权利要求1或2所述的煤矿用难燃型聚氨酯加固抬升材料，其特征在于，所述催 化剂为1，4_重氮（2，2,2-环辛烷）、三乙基二胺(DABCO)、五甲基二亚乙基三胺(PMDETA)、N， N-二甲基环己胺(DMCHA)、N，N-二甲基苄胺、N，N'_四甲基乙二胺(TMEDA)、二甲基胺基丙基 胺(DMAPA)AminZ、N，N-二甲基乙醇胺(DMEA)、2,4,6-三(二甲基胺基甲基)苯酚、N-乙基吗啉 (NEM)、双N，N'_二甲基胺基乙基醚、二丁基二月桂酸锡(DBTDL)、异幸酸钾、醋酸钾或油酸钾 的一种或几种。9. 根据权利要求8所述的煤矿用难燃型聚氨酯加固抬升材料，其特征在于，所述的催化 剂为五甲基二亚乙基三胺、N，N-二甲基环已胺和醋酸钾的混合物，重量比为1:1.3~1.7: 5 · 5~5 · 5〇10. 根据权利要求1或2所述的煤矿用难燃型聚氨酯加固抬升材料，其特征在于，所述阻 燃剂选自TECP、三（2-氯异丙基)磷酸酯（TCPP)、三乙基磷酸酯（TEP)、DMMP、DEEP、三聚氰胺 氰脲酸盐、三聚氰胺或聚磷酸铵中的一种或几种。11. 根据权利要求10所述的煤矿用难燃型聚氨酯加固抬升材料，其特征在于，所述阻燃 剂为:三(2-氯异丙基)磷酸酯与三乙基磷酸酯的混合物，重量比为： 三(2-氯异丙基)磷酸酯:三乙基磷酸酯= 1:0.5~0.7。12. 根据权利要求1或2所述的煤矿用难燃型聚氨酯加固抬升材料，其特征在于，所述发 泡剂选自!〇7014113、册(：-245€3、册(：-36511^(3、册(：-22763或水中的一种或几种 ；所述匀泡剂 选自聚二甲基硅氧烷或硅-氧-碳健泡沫稳定剂。13. 煤矿用难燃型聚氨酯加固抬升材料，其特征在于，是采用包括如下重量份数的原料 制备的： 多异氰酸酯 100~180份 名兀醉 40-80份 催化剂 1-9份 阻燃剂 10-40份 发泡剂 1-9份 匀泡剂 1-4份 所述多异氰酸酯为多亚甲基多苯基多异氰酸酯，NC0%含量为18.0-36.0%; 所述多元醇为苯酐聚酯类多元醇或聚醚多元醇pb〇3。14. 根据权利要求1~13任一项所述的煤矿用难燃型聚氨酯加固抬升材料的制备方法， 其特征在于，包括如下步骤:按配比将各种原料混合，然后倒入模具中发泡，最后经熟化制 得。
【文档编号】C08G101/00GK105884990SQ201610421099
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年6月14日
【发明人】戴胜, 朱彦, 张天水, 唐劲松
【申请人】上海华峰材料科技研究院（有限合伙）