一种相变降温有机加固材料及其制备配方和制备方法与流程

本发明涉及煤矿加固材料，尤其涉及一种相变降温有机加固材料及其制备配方和制备方法。

背景技术：

1、煤矿在采煤过程中，经常受到断层破碎带和不稳定地层引发的冒顶、片帮等危险事故的困扰，不仅影响煤矿的采煤效率，更重要的是矿工的生命安全时时受到威胁。因此，在采煤过程中一般都要使用加固材料进行注浆加固。目前应用最多的是有机高分子聚氨酯加固材料和硅酸盐改性聚氨酯加固材料。有机高分子聚氨酯加固材料主要的缺点之一是反应放热量大，其反应时温度通常能超过120℃，甚至高达140多摄氏度，释放大量热量于煤层中，热量的不断积聚，会增加煤层自燃的风险。因此，如何降低有机加固材料反应时的温度是个技术难点。

2、本发明试图提供一种相变降温有机加固材料及其制备配方和制备方法，可以有效吸收反应放热，降低反应时的温度，并对煤层实现有效注浆加固。

技术实现思路

1、本发明试图提供一种相变降温有机加固材料及其制备配方和制备方法，可以有效吸收反应放热，降低反应时的温度，并对煤层实现有效注浆加固。

2、本发明第一方面提供一种相变降温有机加固材料的制备配方，所述制备配方包含a组分和b组分，其中a组分包括聚醚多元醇、相变材料、增强剂及催化剂，b组分包括异氰酸酯和阻燃剂。

3、进一步，a组分包括：按重量计，聚醚多元醇90～92份、相变材料为5～8份、增强剂0.3～0.4份和催化剂0.75～1.0份；b组分包括：按重量计，异氰酸酯73～75份和阻燃剂25～27份。

4、进一步，所述聚醚多元醇由聚醚多元醇a和聚醚多元醇b按3:1重量比例混合而成，聚醚多元醇a为羟值(mgkoh/g)330～340、平均分子量500的聚醚多元醇，聚醚多元醇b为羟值(mgkoh/g)165～170、平均分子量1000的聚醚多元醇。

5、进一步，所述相变材料为乙烯丙烯酸共聚物(eaa)，其熔点为85～90℃，细度＞400目。

6、进一步，所述增强剂为氧化钙，细度≥2000目。

7、进一步，所述催化剂包括二月桂酸二丁基锡和n,n-二甲基苄胺，按重量计，a组分包括二月桂酸二丁基锡0.15～0.20份和n,n-二甲基苄胺0.6～0.8份。

8、进一步，所述异氰酸酯为多亚甲基多苯基多异氰酸酯(papi)，所述阻燃剂为磷酸三氯乙酯(tcep)。

9、本发明第二方面提供一种相变降温有机加固材料的制备方法，所述制备方法使用根据第一方面所述的相变降温有机加固材料的制备配方，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：1)搅拌下，按重量份依次将聚醚多元醇、催化剂、相变材料、增强剂加入混合釜甲中，常温搅拌均匀；2)对混合釜甲抽真空脱泡，装桶密封得到a组分；3)搅拌下，按重量份依次将异氰酸酯、阻燃剂加入混合釜乙中，常温搅拌均匀；4)对混合釜乙抽真空脱泡，装桶密封得到b组分；5)将a组分和b组分按重量1:1混合即制得所述相变降温有机加固材料。

10、本发明第三方面提供一种相变降温有机加固材料，其通过使用根据第二方面所述的变降温有机加固材料的制备方法制得。

11、本发明通过高(330～340)低(165～170)羟值、不同分子量聚醚多元醇搭配，使羟基与异氰酸根反应的激烈程度得到调和，既保证强度又降低反应时的温度；通过加入小粒径粉末相变材料eaa使之均匀分散于a组分中，当聚醚多元醇与异氰酸酯反应放热达到eaa相变温度时，其吸热熔化，减缓体系升温速度、降低反应时温度。

12、与现有技术相比，本发明的优点在于：

13、(1)创新性地将小粒径粉末相变材料eaa均匀分散于a组分中，当聚醚多元醇与异氰酸酯反应放热达到eaa相变温度时，eaa吸热熔化，减缓体系升温速度，降低反应时温度；(2)创新性地将氧化钙分散于a组分中，吸收副反应产生的二氧化碳气体，消除气孔，使固结体密实，增加其强度。

14、具体实施方式

15、为使对本发明的目的、构造、特征、及其功能有进一步的了解，兹配合实施例详细说明如下。

16、本发明第一方面实施例提供一种相变降温有机加固材料的制备配方，所述制备配方包含a组分和b组分，其中a组分包括聚醚多元醇、相变材料、增强剂及催化剂，b组分包括异氰酸酯和阻燃剂。a组分包括：按重量计，聚醚多元醇90～92份、相变材料为5～8份、增强剂0.3～0.4份和催化剂0.75～1.0份；b组分包括：按重量计，异氰酸酯73～75份和阻燃剂25～27份。

17、所述聚醚多元醇由聚醚多元醇a和聚醚多元醇b按3:1重量比例混合而成，聚醚多元醇a为羟值(mgkoh/g)330～340、平均分子量500的聚醚多元醇，聚醚多元醇b为羟值(mgkoh/g)165～170、平均分子量1000的聚醚多元醇。通过将高(330～340)低(165～170)羟值、不同分子量聚醚多元醇搭配，使羟基与异氰酸根反应的激烈程度得到调和，既保证强度又降低了反应时的温度。

18、所述相变材料为乙烯丙烯酸共聚物(eaa)，其熔点为85～90℃，细度＞400目。加入小粒径粉末相变材料eaa使之均匀分散于a组分中，当聚醚多元醇与异氰酸酯反应放热达到eaa相变温度时，eaa吸热熔化，减缓体系升温速度、降低反应时的温度；同时，eaa熔化后展露的羧酸基团可以和异氰酸酯反应，增强了强度。

19、所述增强剂为氧化钙，细度≥2000目。有机加固材料中难免存在少量水分，副反应产生的二氧化碳气体使固结体产生气孔，严重时甚至引起膨胀，使固结体强度明显下降。增强剂氧化钙可以吸收二氧化碳，消除气孔，使固结体密实，增加其强度。

20、所述催化剂包括二月桂酸二丁基锡和n,n-二甲基苄胺，按重量计，a组分包括二月桂酸二丁基锡0.15～0.20份和n,n-二甲基苄胺0.6～0.8份。催化剂二月桂酸二丁基锡和n,n-二甲基苄胺协同催化，具有缓和反应，减少反应放热速度，降低反应时的温度的作用。

21、所述异氰酸酯为多亚甲基多苯基多异氰酸酯(papi)，所述阻燃剂为磷酸三氯乙酯(tcep)。阻燃剂tcep具有阻燃、降温作用。

22、本发明第二方面实施例提供一种相变降温有机加固材料的制备方法，所述制备方法使用根据第一方面实施例所述的相变降温有机加固材料的制备配方，所述制备方法包括以下步骤：1)搅拌下，按重量份依次将聚醚多元醇、催化剂、相变材料、增强剂加入混合釜甲中，常温搅拌均匀；2)对混合釜甲抽真空脱泡，装桶密封得到a组分；3)搅拌下，按重量份依次将异氰酸酯、阻燃剂加入混合釜乙中，常温搅拌均匀；4)对混合釜乙抽真空脱泡，装桶密封得到b组分；5)将a组分和b组分按重量1:1混合即制得所述相变降温有机加固材料。

23、本发明第三方面实施例提供一种相变降温有机加固材料，其通过使用根据第二方面实施例所述的变降温有机加固材料的制备方法制得。

24、本发明实施例通过高(330～340)低(165～170)羟值、不同分子量聚醚多元醇的搭配，使羟基与异氰酸根反应的激烈程度得到调和，既保证强度又降低反应时温度；通过加入小粒径粉末相变材料eaa使之均匀分散于a组分中，当聚醚多元醇与异氰酸酯反应放热达到eaa相变温度时，eaa吸热熔化，减缓体系升温速度，降低反应时的温度，同时，eaa熔化后展露的羧酸基团可以和异氰酸酯反应，增强了强度；有机加固材料中难免存在少量水分，副反应产生的二氧化碳气体使固结体产生气孔，严重时甚至引起膨胀，使固结体强度明显下降，增强剂氧化钙可以吸收二氧化碳，消除气孔，使固结体密实，增加其强度；催化剂二月桂酸二丁基锡和n,n-二甲基苄胺协同催化，具有降低反应时温度的作用；阻燃剂tcep具有阻燃、降温作用。

25、本发明创新性地将小粒径粉末相变材料eaa均匀分散于a组分中，当聚醚多元醇与异氰酸酯反应放热达到eaa相变温度时，eaa吸热熔化，减缓体系升温速度，降低反应时温度；创新性地将氧化钙分散于a组分中，吸收副反应产生的二氧化碳气体，消除气孔，使固结体密实，增加其强度。