专利名称：：一种水溶性瓦斯抽放钻孔密封材料的制备方法
技术领域：
：本发明涉及一以种预聚体为原料，用水作发泡剂制备高膨胀率封孔材料的方法，特别是一种水溶性瓦斯抽放钻孔密封材料的制备方法，
背景技术：
：目前普遍采用的封孔材料有以下几种采用粘土-木塞封孔优点是材料便宜，成本低。该法简便易行，适宜封各种倾角的孔。缺点是粘土材料必须软硬适当，太软时容易粘在孔壁上，泥送不到位，形成空腔与裂隙使测压失败；过硬时会出现裂缝也会漏气。粘土送入孔内比较困X隹，封孔长度受到一定限制。采用套管封孔材料成本高，操作难，速度慢，对于煤层间距较小、层间瓦斯压力不好，区分时采用该种方法效果较好。采用水泥砂浆封孔不仅材料便宜、制作方便、封孔深度较长，而且注浆对孔周围岩体的裂隙也有一定的封堵作用，封孔严密。缺点是施工复杂，凝结时间长，工作效率低。黑白料双液系封孔它是我国目前抽放煤层瓦斯钻孔普遍采用的一种方便、快速、效果较好的一种封孔方法，封孔具有膨胀倍数高、凝固时间短、封孔效率高、收縮率小和封孔质量高的优点。缺点是发泡速度过快，往往来不及操作就能凝结，原料价格高，操作麻烦，使用的含氟发泡剂，还会造成潜在的环境问题。中国专利CN2193428公开了一种"矿井下抽放瓦斯充气式胶囊封孔器"；中国专利CN1450134公开了一种"一种纳米封孔涂料及其制备方法"，特别是后一申请中公开了用为原料制备封孔涂料，由配套使用的改性合成树脂和固化剂双组份构成，所述改性合成树脂由0.1—20%纳米浆、30—70%合成树脂、Q—30%颜料和余量的溶剂组成；首先将纳米浆加入合成树脂溶液，再加入溶剂、颜料进行混合，分散研磨，经过滤后制成改性合成树脂，然后与固化剂配套组成纳米封孔聚氨脂涂料。由上述可知，双组分具有封孔作用，但是如果用于抽放瓦斯的钻孔密封材料，成本较高，抗静电性，阻燃性，膨胀体积，抗变形能力，抗负压能力等均不理想，尤其不适用于三软煤层。
发明内容本发明的目的是针对以上的不足而研制的一种水溶性瓦斯抽放钻孔密封材料的制备方法，用该制备方法加工的材料用于瓦斯抽放钻孔密封技术中，不仅膨胀体积大，膨胀率高，气密性好，而且有一定的弹性和抗负压强度，能够抵抗因矿井塌落引起的变形。封孔效果好，成本低，施工简单，而且产品适应性广，尤适应于三软煤层。本发明的技术方案是这样实现的-一种水溶性瓦斯抽放钻孔密封材料的制备方法是第一步、聚合反应异氰酸酯与聚醚多元醇，添加稳定剂，溶剂，催化剂，在50-7(TC,无水条件下反应生成预聚体，所有试剂均要真空干燥。第二步、异氰酸酯基与水生成氨基甲酸的发泡膨胀反应上述反应生成的预聚体，仍含游离-NC0基团，可继续与水，催化剂，阻燃剂，抗静电剂反应而生成不稳定的氨基甲酸，然后迅速分解成胺和二氧化碳。第三步、胺与异氰酸酯基的聚合反应胺与异氰酸酯基聚合生成聚脲。本发明的技术方案可以是这样实现的第一步中异氰酸酯可以为4，4'^MDI。具有对称结构的二异氰酸酯更易生成聚脲，因为4，4'-MDI的两个-NCO基因的反应活性相同，更重要的是当其中一个-NC0基团反应后，另一个-NC0基的活性几乎不受影响。聚醚多元醇可以为聚氧化丙烯二醇、聚氧化丙烯三醇。稳定剂可以为聚二甲基桂氧烷(二甲基硅油)、聚氧化乙烯醚、聚氧化丙烯。溶剂可以为N,N-二甲基乙酰氨、丙酮。催化剂可以为三乙烯二胺六水、二月桂酸二丁基锡。聚合反应是异氰酸酯与聚醚多元醇，添加稳定剂，溶剂，催化剂，在50-70T反应生成预聚体；具体配比为4，4，一MDI:聚氧化丙烯二醇+聚氧化丙烯三醇N，N-二甲基乙酰氨+丙酮的质量比为20:1014:25。催化剂为三乙烯二胺六水、二月桂酸二丁基锡。阻燃剂、抗静电剂可以是TCEP、氯化石蜡、氢氧化铝、三氧化二锑、硼酸铵占总量的18%。第二步中所述的异氰酸酯基与水的质量比为16%，催化剂三乙烯二胺六水+二月桂酸二丁基锡占总量的0.lwt%4wt%;TCEP+氯化石蜡+氢氧化铝+三氧化二锑+硼酸铵占总量的18%。聚合反应，反应温度为50-75°C，反应时间为0.5-2.5小时。发泡膨胀反应，反应温度为5-40。C，反应时间为10-60秒，硬化时间为I-IO分钟。本发明的积极效果是1、该方法反应条件温和，对设备要求低，在酯化和共聚反应中，反应温度都不超过90'C，对设备腐蚀性不强，且能够重复使用。2、用该方法加工的封孔材料不仅性能优良，而且改变了目前双液系封孔材料工艺复杂、成本高的现状；不仅降低了封孔成本，而且还大大简化了施工工艺。3、原料中使用了廉价的水替代含氟类发泡剂，有利于降低发泡材料的成本，利用C02发泡，减少环境污染。且膨胀率大。4、可以通过控制各步反应配方，从而控制产物结构，达到产品性能要求。5、工艺相对比较简单并且反应时间短，而且可以根据需要调节配比而改变。6、膨胀密封材料不仅膨胀体积大，膨胀率高，气密性好，而且有一定的弹性和抗负压强度，能够抵抗因矿井塌落引起的变形。大大提高了封孔效果，并降低成本，简化施工，而且产品适应性广，尤其对三软煤层。具体实施例方式实施例一将4，4，一MDI20.0g，聚氧化丙烯二醇12.0g，催化剂三乙烯二胺六水0.05g放入反应容器中，加热，搅拌均匀，抽真空0.2个大气压，保持温度在65±5。C，反应1小时，生成预聚体。将预聚体放入反应容器中，一边滴加催化剂三乙烯二胺六水O.1g，一边滴加二月桂酸二丁基锡O.lg，充分搅拌均匀，加水0.3g控制滴加速度，得到本发明的水溶性瓦斯封孔材料。实施例二将4，4'一MDI20.0g，聚氧化丙烯二醇12.0g，催化剂二月桂酸二丁基锡0.lg放入反应容器中，加热，搅拌均匀，抽真空0.2个大气压，保持温度在65士5。C，反应4小时，生成预聚体。将预聚体放入反应容器中，一边滴加催化剂三乙烯二胺六水0.1g，一边滴加二月桂酸二丁基锡0.1g，充分搅拌均匀，加水0.3g控制滴加速度，得到本发明的水溶性瓦斯封孔材料。实施例三将4，4，^MDI20.0g，聚氧化丙烯三醇5.0g，催化剂三乙烯二胺六水0.05g放入反应容器中，加热，搅拌均匀，抽真空0.2个大气压，保持温度在85±5°C，反应4小时，生成预聚体。将预聚体放入反应容器中，一边滴加催化剂三乙烯二胺六水0.lg，一边滴加二月桂酸二丁基锡0.lg，充分搅拌均匀，加水0.3g控制滴加速度，得到本发明的水溶性瓦斯封孔材料。实施例四将4，4，^MDI20.0g，聚氧化丙烯三醇5.0g，催化剂催化剂二月桂酸二丁基锡0.1g放入反应容器中，加热，搅拌均匀，抽真空0.2个大气压，保持温度在85士5'C，反应4小时，生成预聚体。将预聚体放入反应容器中，一边滴加催化剂三乙烯二胺六水0.lg，一边滴加二月桂酸二丁基锡0.lg，充分搅拌均匀，加水0.3g控制滴加速度，得到本发明的水溶性瓦斯封孔材料。实施例五将4，4，^MDI20.0g，聚氧化丙烯二醇10.Og+聚氧化丙烯三醇5.0g，催化剂三乙烯二胺六水0.05g放入反应容器中，加热，搅拌均匀，抽真空0.2个大气压，保持温度在85士5。C，反应4小时，生成预聚体。将预聚体放入反应容器中，一边滴加催化剂三乙烯二胺六水O.1g，一边滴加二月桂酸二丁基锡O.lg，充分搅拌均匀，加水0.3g控制滴加速度，得到本发明的水溶性瓦斯封孔材料。实施例六将4，4，一MDI20.0g,聚氧化丙烯二醇10.0g+聚氧化丙烯三醇5.0g，催化剂三乙烯二胺六水0.05g放入反应容器中，加热，搅拌均匀，抽真空0.2个大气压，保持温度在85士5"C，反应4小时，生成预聚体。将预聚体放入反应容器中，一边滴加催化剂三乙烯二胺六水0.lg，一边滴加二月桂酸二丁基锡0.lg，充分搅拌均匀，加水0.3g控制滴加速度，得到本发明的水溶性瓦斯封孔材料。实施例七将4，4'^MDI20.0g，聚氧化丙烯二醇10.Og+聚氧化丙烯三醇5.0g，催化剂二月桂酸二丁基锡O.lg放入反应容器中，加热，搅拌均匀，抽真空0.2个大气压，保持温度在85士5。C，反应4小时，生成预聚体。将预聚体放入反应容器中，一边滴加催化剂三乙烯二胺六水0.lg，一边滴加二月桂酸二丁基锡0.lg，充分搅拌均匀，加水0.3g控制滴加速度，得到本发明的水溶性瓦斯封孔材料。实施例八将4，4，一MDI20.0g，聚氧化丙烯二醇10.Og+聚氧化丙烯三醇5.0g，催化剂三乙烯二胺六水0.05g+二月桂酸二丁基锡0.26g放入反应容器中，加热，搅拌均匀，抽真空0.2个大气压，保持温度在85±5匸，反应4小时，生成预聚体。将预聚体放入反应容器中，一边滴加催化剂三乙烯二胺六水0.1g，一边滴加二月桂酸二丁基锡O.lg，充分搅拌均匀，加水0.3g控制滴加速度，得到本发明的水溶性改性瓦斯封孔材料。由实施例一到实施例八所制得一种水溶性瓦斯抽放钻孔密封材料的性能如下封孔前性能<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>封孔后性能<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>权利要求1、一种水溶性瓦斯抽放钻孔密封材料的制备方法，其特在于它包括下列步骤第一步、聚合反应异氰酸酯与聚醚多元醇，添加稳定剂，溶剂，催化剂，在50-70℃，无水条件下反应生成预聚体，所有试剂均要真空干燥；第二步、异氰酸酯基与水生成氨基甲酸的发泡膨胀反应上述反应生成的预聚体，仍含游离-NCO基团，可继续与水，催化剂，阻燃剂，抗静电剂反应而生成不稳定的氨基甲酸，然后迅速分解成胺和二氧化碳；第三步、胺与异氰酸酯基的聚合反应胺与异氰酸酯基聚合生成聚脲。2、根据权利要求1所述的一种水溶性瓦斯抽放钻孔密封材料的制备方法，其特征在于第一步中异氰酸酯可以为4，4'—MDI。3、根据权利要求1所述的一种水溶性瓦斯抽放钻孔密封材料的制备方法，其特征在于聚醚多元醇可以为聚氧化丙烯二醇、聚氧化丙烯三醇。4、根据权利要求1所述的一种水溶性瓦斯抽放钻孔密封材料的制备方法，其特征在于稳定剂可以为聚二甲基硅氧垸(二甲基硅油)、聚氧化乙烯醚、聚氧化丙烯。5、根据权利要求1所述的一种水溶性瓦斯抽放钻孔密封材料的制备方法，其特征在于溶剂可以为N，N-二甲基乙酰氨、丙酮。6、根据权利要求1所述的一种水溶性瓦斯抽放钻孔密封材料的制备方法，其特征在于催化剂可以为三乙烯二胺六水、二月桂酸二丁基锡。7、根据权利要求1、2、3、4、5、6所述的一种水溶性瓦斯抽放钻孔密封材料的制备方法，其特征在于聚合反应是异氰酸酯与聚醚多元醇，添加稳定剂，溶剂，催化剂，在50-7(TC反应生成预聚体；具体配比为4，4，一MDI:聚氧化丙烯二醇+聚氧化丙烯三醇N，N-二甲基乙酰氨+丙酮的质量比为20:1014:25。8.根据权利要求1所述的一种水溶性瓦斯抽放钻孔密封材料的制备方法，其特征在于催化剂为三乙烯二胺六水、二月桂酸二丁基锡。9.根据权利要求1所述的一种水溶性瓦斯抽放钻孔密封材料的制备方法，其特征在于阻燃剂、抗静电剂可以是TCEP、氯化石蜡、氢氧化铝、三氧化二锑、硼酸铵占总量的18%。10.根据权利要求l、8、9所述瓦斯封孔材料制备制备方法，其特征在于:第二步中所述的异氰酸酯基与水的质量比为16%，催化剂三乙烯二胺六水+二月桂酸二丁基锡占总量的0.lw线4wt。/。；TCEP+氯化石蜡+氢氧化铝+三氧化二锑+硼酸铵占总量的18%。11.根据权利要求l、7所述瓦斯封孔材料制备制备方法，其特征在于聚合反应，反应温度为50-90°C，反应时间为0.5-2.5小时。12.根据权利要求1、10所述瓦斯封孔材料制备制备方法，其特征在于发泡膨胀反应，反应温度为5-4CTC，反应时间为10-60秒，硬化时间为1-IO分钟。全文摘要一种水溶性瓦斯抽放钻孔密封材料的制备方法是异氰酸酯与聚醚多元醇，添加稳定剂，溶剂，催化剂，在50-90℃，无水条件下反应生成预聚体，上述反应生成的预聚体，仍含游离-NCO基团，可继续与水，催化剂，阻燃剂，抗静电剂反应而生成不稳定的氨基甲酸，然后迅速分解成胺和二氧化碳，膨胀发泡；然后胺与异氰酸酯基聚合生成强度更高的聚脲。用该制备方法加工的水溶性瓦斯抽放钻孔密封材料用于瓦斯抽放钻孔密封技术中，不仅膨胀体积大，膨胀率高，气密性好，反应时间可调，而且有一定的弹性和抗负压强度，能够抵抗因矿井塌落引起的变形。封孔效果好，密封时间长，成本低，施工简单，而且产品适应性广，尤适应于三软煤层。文档编号C09K8/42GK101225295SQ200710300028公开日2008年7月23日申请日期2007年12月21日优先权日2007年12月21日发明者毕文彦,管学茂申请人:河南理工大学