一种低热阻燃快凝巷道喷涂发泡封闭材料及其制备方法与流程

本发明涉及一种低热阻燃有机无机复合喷涂材料，具体的说是一种以液态水玻璃以及预聚体改性的聚氨酯喷涂材料，属于无机有机复合改性聚氨酯喷涂发泡领域。

背景技术：

1、由于煤矿巷道掘进作业中，普遍存在巷道围岩封闭、堵漏风等工序“碎片化”现象，阻滞了煤矿巷道智能化快速掘进技术与装备的发展。目前结合喷涂设备使用喷涂材料实现喷堵技术是我国煤矿围岩封闭及堵漏风的主要形式，相比其他封闭方式来说具有成本低、运输施工简单等特点，并且能够更好的控制围岩变形。目前沿空留巷主要存在井下潮湿、煤壁裂隙以及巷道漏风等问题，从而导致金属网锚网等的氧化锈蚀、煤壁风化以及部分有害气体泄漏，最终严重影响了巷道的稳定与使用安全，这些现实条件的存在对喷涂封闭材料提出了更高的要求。

2、目前巷道喷涂材料主要有四类：水泥类、丙烯酸盐喷膜类、聚合物水泥类以及聚氨酯类。其中水泥类脆性大、有污染、密闭性差，丙烯酸盐喷膜类原材料中氧化剂还原剂有毒性且存储稳定性差，这些缺点以现有技术难以改善。目前在巷道围岩封闭以及堵漏风过程中使用最多的是聚氨酯类喷涂材料，但聚氨酯类喷涂材料存在较大反应热、成本高以及喷涂时易堵管等问题限制了材料的使用，后续需要对聚氨酯类喷涂材料进行改性。

3、目前改性聚氨酯主要有三种方式：无机改性、接枝改性以及预聚体改性。无机改性成本低、高安全性、工艺简单但产品柔韧性差；接枝改性性能优异，但量产工艺复杂；预聚体改性工艺成熟性能优异但成本较高，同时不同的预聚体改性效果差异很大，如何选择或制备不同的预聚体是个难题。

4、水玻璃材料来源易得，成本低并且阻燃、抗静电性能优异，但柔韧性能较差；目前市面上有许多水玻璃类涂料，多用于工民建领域，在煤矿领域中水玻璃类涂料没有，因此水玻璃及预聚体复合改性聚氨酯涂料是一种解决单独使用无机与有机喷涂料的方向。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种低热阻燃快凝巷道喷涂发泡封闭材料，它是以水玻璃为主要无机液体组分，有机液相组分中对异氰酸酯进行部分预聚体改性，以这两种组分制备的高相容性水玻璃及预聚体改性聚氨酯喷涂发泡材料，解决了无机相与有机相的相容性问题，综合发挥无机与有机的优势，该喷涂材料快凝，阻燃抗静电性能好，封闭性优异，产品储存稳定性优异，主要用于以巷道封闭的方式堵风、瓦斯、防止巷道壁粉化金属网锈蚀等。

2、本发明的一种低热阻燃快凝巷道喷涂发泡封闭材料，它是体积比1：1的a组分与b组分的混合物，使用有气喷涂设备，中间通气两边通料的形式，两组分在高速气体的作用下在适宜的出口管路中充分雾化混合。

3、所述a组分由下述质量分数的物质组成：

4、

5、所述b组分由下述质量分数的物质组成：

6、

7、上述的低热阻燃快凝巷道喷涂发泡封闭材料，所述的水玻璃为模数为2.3-2.8的硅酸钠的水溶液，波美度为45-50，密度为1.35-1.5g/cm3。

8、上述的低热阻燃快凝巷道喷涂发泡封闭材料，所述扩链剂为丙三醇。

9、上述的低热阻燃快凝巷道喷涂发泡封闭材料，所述催化剂为二甲氨基乙氧基乙醇(dmaee)、cucat-wnk01、cucat-wnk05催化剂中的一种或多种。cucat-wnk01、cucat-wnk05催化剂是广州优润合成新材料有限公司生产。

10、上述的低热阻燃快凝巷道喷涂发泡封闭材料，所述异氰酸酯为多苯基多亚甲基多异氰酸酯pm200，系烟台万华聚氨酯股份有限公司生产。

11、上述的低热阻燃快凝巷道喷涂发泡封闭材料，预聚体制备流程如下：

12、在氮气保护下，将质量分数为44份多苯基多亚甲基多异氰酸酯pm200及10份异佛尔酮二异氰酸酯ipdi加入到反应器中，并搅拌分散均匀，加入(异氰酸酯总质量的0.002％-0.01％)t-12催化剂，滴加融化脱水状态的聚四氢吠喃(分子量1000)，升温至80℃且持续反应3h后，检测物料中异氰酸酯基含量(-nco％含量在5±0.1)以及常温下粘度(≤8000mpa·s)以确定反应终点，此时确定滴加聚四氢吠喃的量，然后加入总质量0.002-0.01％(含水量＜500mg/kg)的磷酸，降温至40℃，出料，便得到符合要求的预聚体。

13、异佛尔酮二异氰酸酯，简称ipdi，化学式为c12h18n2o2，是一种脂环族的二异氰酸酯。

14、t-12催化剂即二月桂酸二丁基锡，分子式：c32h64o4sn，相对分子质量：631.56，cas编号：77-58-7。

15、上述的低热阻燃快凝巷道喷涂发泡封闭材料，所述的硅烷偶联剂为γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、3-氯丙基三甲氧基硅烷中的一种或多种。

16、上述的低热阻燃快凝巷道喷涂发泡封闭材料，所述发泡剂为一氟二氯乙烷(hcfc-141b)。

17、上述的低热阻燃快凝巷道喷涂发泡封闭材料，所述引发剂为过氧化二异丙苯(dcp)、过氧化二叔丁基(dtbp)中的一种或多种。

18、上述的低热阻燃快凝巷道喷涂发泡封闭材料，所述增塑剂为邻苯二甲酸二异壬酯(dinp)、六氢邻苯二甲酸二异壬酯(dinch)、三甲基戊二醇二异丁酸酯(txib)中的一种或多种。dinch,又称环己烷-1,2-二羧酸二异壬酯；cas号：166412-78-8。

19、本发明同时提供上述低热阻燃快凝巷道喷涂发泡封闭材料的制备方法，在50℃下，将去离子水、催化剂、扩链剂在搅拌釜中预混合5min，取适量的混合液加入到含有水玻璃的搅拌釜中，混合液分三次加入，搅拌25min后得到a组分；在50℃下，将异氰酸酯与引发剂先预混合15min，预混合后降温至15-25℃，一次性加入剩余组分混合15min后得到b组分。a组分、b组分经过有气喷涂机喷涂混合后得到巷道喷涂发泡封闭材料。

20、与当前巷道使用的喷涂材料相比，本发明具有以下优势：

21、1、从水玻璃出发进行调配无机组分，引入了硅烷偶联剂及引发剂，引发剂在水玻璃碱性及温度的作用下发挥作用，搭配硅烷偶联剂，增强无机相与有机相之间的连接，进一步解决无机相与有机相相容的问题，充分保证产品发挥正常的柔韧性。

22、2、选用自制的预聚体对有机组分进行改性，与体系异氰酸酯兼容性更强，在保证力学性能达标的前提下使产品喷涂成型具有更低的反应温度，同时保证粘结性。

23、3、与聚氨酯材料相比，具有更大的安全性及低成本；与无机涂料相比，具有更优异的粘结、封闭性以及可操作性。

24、4、改性聚氨酯产品发泡，巷道施工喷涂时单位面积内使用量低，喷涂效率高，节约材料成本以及人工成本。

25、5、采用无机改性及预聚体改性协同的复合改性方式改性聚氨酯，使改性聚氨酯喷涂发泡材料更好地进行矿用，材料的生产工艺简单高效，产品安全性要高，成本低。

技术特征：

1.一种低热阻燃快凝巷道喷涂发泡封闭材料，它是体积比1：1的a组分与b组分的混合物，其特征是：

2.如权利要求1所述的低热阻燃快凝巷道喷涂发泡封闭材料，其特征是：所述的水玻璃为模数为2.3-2.8的硅酸钠的水溶液，波美度为45-50，密度为1.35-1.5g/cm3。

3.如权利要求1所述的低热阻燃快凝巷道喷涂发泡封闭材料，其特征是：所述催化剂为二甲氨基乙氧基乙醇dmaee、cucat-wnk01、cucat-wnk05催化剂中的一种或多种。

4.如权利要求1所述的低热阻燃快凝巷道喷涂发泡封闭材料，其特征是：所述扩链剂为丙三醇；所述异氰酸酯为多苯基多亚甲基多异氰酸酯pm200；所述的硅烷偶联剂为γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、3-氯丙基三甲氧基硅烷中的一种或多种。

5.如权利要求1所述的低热阻燃快凝巷道喷涂发泡封闭材料，其特征是：预聚体的制备方法如下：将多苯基多亚甲基多异氰酸酯pm200及异佛尔酮二异氰酸酯ipdi加入到反应器中，搅拌分散均匀，加入t-12催化剂，并滴加聚四氢吠喃，升温至80℃且持续反应3h后，检测物料中异氰酸酯基含量在(5±0.1)％及常温下粘度≤8000mpa·s确定反应终点，然后加入含水量＜500mg/kg的磷酸，降温至40℃，出料，得到预聚体。

6.如权利要求1所述的低热阻燃快凝巷道喷涂发泡封闭材料，其特征是：所述发泡剂为一氟二氯乙烷hcfc-141b。

7.如权利要求1所述的低热阻燃快凝巷道喷涂发泡封闭材料，其特征是：所述引发剂为过氧化二异丙苯dcp、过氧化二叔丁基dtbp中的一种或多种。

8.如权利要求1所述的低热阻燃快凝巷道喷涂发泡封闭材料，其特征是：所述增塑剂为邻苯二甲酸二异壬酯dinp、六氢邻苯二甲酸二异壬酯dinch、三甲基戊二醇二异丁酸酯txib中的一种或多种。

9.如权利要求1所述的低热阻燃快凝巷道喷涂发泡封闭材料，其特征是：所述的水玻璃为模数为2.5的硅酸钠的水溶液，波美度为50；扩链剂为丙三醇；催化剂为二甲氨基乙氧基乙醇dmaee和cucat-wnk01；异氰酸酯为多苯基多亚甲基多异氰酸酯pm200；引发剂为过氧化二异丙苯dcp；发泡剂为一氟二氯乙烷hcfc-141b；硅烷偶联剂为3-氯丙基三甲氧基硅烷；增塑剂为邻苯二甲酸二异壬酯dinp。

10.权利要求1-9任一所述的低热阻燃快凝巷道喷涂发泡封闭材料的制备方法，其特征是：在50℃下，将去离子水、催化剂、扩链剂在搅拌釜中预混合5min，将所得混合液分三次加入到含有水玻璃的搅拌釜中，搅拌25min后得到a组分；在50℃下，将异氰酸酯与引发剂先预混合15min，预混合后降温至15-25℃，一次性加入剩余组分预聚体、发泡剂、硅烷偶联剂、增塑剂混合15min后得到b组分；a组分、b组分分别经过气力输送后雾化混合喷出。

技术总结
本发明提供一种低热阻燃快凝巷道喷涂发泡封闭材料，它解决了无机相与有机相的相容性问题，综合发挥无机与有机的优势，具有快凝，阻燃抗静电性能好，封闭性优异，储存稳定性优异等特点，用于对巷道围岩进行封闭，起到堵风、瓦斯、防止煤壁风化及金属网锈蚀等作用。该低热阻燃快凝巷道喷涂发泡封闭材料是体积比1：1的A组分与B组分的混合物，A组分包括质量分数的水玻璃85‑95份；扩链剂0‑4份；去离子水0‑4份；催化剂2‑6份；B组分包括质量分数的异氰酸酯75‑95份；预聚体3‑15份；引发剂2‑6份；发泡剂0‑6份；硅烷偶联剂2‑6份；增塑剂2‑6份。

技术研发人员：胡正甫,吴建生,陶三宝,李亚军,仝玉柱
受保护的技术使用者：南京科工煤炭科学技术研究有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12