一种安全型快凝巷道封闭涂料及其制备方法与流程

1.本发明涉及一种快凝低热有机无机复合喷涂材料的制备，具体的说是一种以液态水玻璃改性的聚氨酯喷涂材料，属于无机改性聚氨酯注浆领域。


背景技术：

2.1、瓦斯抽采和通风管理是目前国内煤矿治理瓦斯和煤自燃灾害的主要方法，但单一手段并不能完全解决相应灾害的防控工作。巷道封闭技术是治理瓦斯与煤自燃灾害另一有效途径。利用涂料封闭技术在巷道表面建立有效的封闭层，即可达到阻断裂隙场，在相应的巷道或工作面内避免瓦斯渗漏和煤自燃灾害的发生。这对于煤矿井下很大一部分无法通过瓦斯抽采、通风管理和其它现有手段进行瓦斯和煤自燃治理的工程具有巨大意义。
3.2、常用的喷涂材料主要分为无机单组分喷涂料及有机双组分喷涂料，无机单组分喷涂凝胶慢，无法挂厚，孔隙大，很难封闭巷道围岩渗透的瓦斯及水；目前有机双组分喷涂料主要是聚氨酯类，虽然性能优异且封闭性强，但遇水容易发泡且喷涂时存在气味大、阻燃以及抗静电性能差、反应热高等问题。
4.3、水玻璃材料成本低并且抗静电、阻燃性能优异，但力学性能较差；目前市面上有许多水玻璃类涂料，因此水玻璃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。但是由于异氰酸酯是油性物质，水玻璃是水性物质，在其使用时存在两组分相容性差等问题，导致喷涂材料的力学性能实际值与理想值存在较大偏差，特别是与巷道的粘结性能偏低，从而根本上影响巷道封闭。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种安全型快凝巷道封闭涂料，它是以水玻璃为主要无机液体组分制备的高相容性水玻璃改性聚氨酯涂料，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，该涂料快凝，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瓦斯、堵水。
6.本发明的一种安全型快凝巷道封闭涂料，它是体积比1：1的a组分与b组分的混合物，
7.所述a组分由下述质量分数的物质组成：
[0008][0009][0010]
所述b组分由下述质量分数的物质组成：
[0011]
异氰酸酯
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75-95；
[0012]
氨酯改性mdi类预聚体
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
30-45；
[0013]
酯类降粘剂
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10-45。
[0014]
上述的安全型快凝巷道封闭涂料，所述的水玻璃为模数为2.0-3.5的硅酸钠的水溶液，波美度为35-50。
[0015]
上述的安全型快凝巷道封闭涂料，所述的硅烷偶联剂为氨丙基三甲氧基硅烷、氨丙基三乙氧基硅烷、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。
[0016]
上述的安全型快凝巷道封闭涂料，所述扩链剂为二乙基甲苯二胺、二甲硫基甲苯二胺、wandalink6200、丙三醇中的一种或多种。
[0017]
上述的安全型快凝巷道封闭涂料，所述端氨基聚醚为端氨基聚醚t-3000、t-5000、d-2000、d-4000中的一种或多种。
[0018]
上述的安全型快凝巷道封闭涂料，所述催化剂为三乙烯二胺、二甲基乙氧基乙醇、cucat-wnk01复合催化剂中的一种或多种。cucat-wnk01复合催化剂是广州优润合成新材料有限公司生产。
[0019]
上述的安全型快凝巷道封闭涂料，所述异氰酸酯为多苯基多亚甲基多异氰酸酯，系烟台万华聚氨酯股份有限公司生产。
[0020]
上述的安全型快凝巷道封闭涂料，氨酯改性mdi类预聚体为旭川化学有限公司生产的xcpc系列的氨酯改性mdi类预聚体。氨酯改性mdi类预聚体由低分子量聚醚或小分子多元醇与异氰酸酯预聚而成，最终预聚体在常温下粘度≤10000mpa
·
s，-nco％值在14-20％之间。
[0021]
上述的安全型快凝巷道封闭涂料，所述酯类降粘剂性剂为皂化甘油、油酸甘油酯、月桂醇磷酸酯、邻苯二甲酸二异壬酯中的一种或多种。
[0022]
本发明同时提供上述安全型快凝巷道封闭涂料的制备方法，在30-40℃下，将水玻璃与硅烷偶联剂真空搅拌后，然后将扩链剂、端氨基聚醚及催化剂分批加入搅拌，搅拌均匀后得到a组分；
[0023]
在30-40℃下，将异氰酸酯、氨酯改性mdi类预聚体、酯类降粘剂混合搅拌后得到b组分；
[0024]
将a组分、b组分混合。
[0025]
与当前巷道使用涂料材料相比，本发明具有以下优势：
[0026]
1、从水玻璃出发进行调配无机组分，在其中加入小分子助剂增加了无机组分与有机组分的相容性，最终体现在具有优异的力学性能。
[0027]
2、选用氨酯改性mdi类预聚体，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具有更低的最高反应温度，粘结性与安全性得到进一步保证。
[0028]
3、与聚氨酯涂料材料相比，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。
具体实施方式
[0029]
一种安全型快凝巷道封闭涂料，由a组分、b组分组成。
[0030]
材料成分：
[0031]
所述a组分质量分数构成如下：
[0032][0033]
所述b组分质量分数构成如下：
[0034]
异氰酸酯
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75-95；
[0035]
氨酯改性mdi类预聚体
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30-45；
[0036]
酯类降粘剂
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10-45。
[0037]
所述的液体水玻璃选自透明且模数为2.0-3.5，波美度为35-50。
[0038]
所述硅烷偶联剂选自氨丙基三甲氧基硅烷、氨丙基三乙氧基硅烷、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等中的一种或多种。
[0039]
所述扩链剂选自二乙基甲苯二胺、二甲硫基甲苯二胺、wandalink6200、丙三醇等的一种或多种。wandalink6200购买自烟台万华聚氨酯股份有限公司。
[0040]
所述端氨基聚醚选自端氨基聚醚t-3000、t-5000、d-2000、d-4000中的一种或多种。
[0041]
所述催化剂选自固体三乙烯二胺、二甲基乙氧基乙醇、三乙烯二胺溶液a33(33％的三乙烯二胺，溶液是一缩二丙二醇)、cucat-wnk01复合专用催化剂中的一种或多种，其中cucat-wnk01来自广州优润合成新材料有限公司。
[0042]
所述异氰酸酯选自多苯基多亚甲基多异氰酸酯中的一种或多种，购自烟台万华聚氨酯股份有限公司。
[0043]
所述氨酯改性预聚体由低分子量聚醚或小分子多元醇在特定工艺下与异氰酸酯预聚而成，最终预聚体在常温下粘度≤10000mpa
·
s，-nco％值在14-20％之间，氨酯改性预聚体选自旭川化学有限公司xcpc系列。
[0044]
所述酯类降粘剂性剂选自皂化甘油、油酸甘油酯、月桂醇磷酸酯、邻苯二甲酸二异壬酯等中的一种或多种。
[0045]
实施例一：
[0046]
1、在30-40℃下，首先将180份水玻璃(模数2.5，波美度50)与10份3-氯丙基三甲氧基硅烷抽真空搅拌(转速40rpm/min)一段时间，然后将5份二乙基甲苯二胺(e100)、30份d-4000及0.5份液体三乙烯二胺分批加入搅拌一段时间，搅拌均匀后得到a组分；
[0047]
2、在30-40℃下，将85份异氰酸酯pm200(购买自烟台万华聚氨酯股份有限公司)、45份氨酯改性mdi类预聚体、15份油酸甘油酯、10份皂化甘油混合搅拌一段时间后得到b组分；将a,b双组份按照体积比1:1混合通过喷涂机喷涂到巷道表面，测试性能。性能检测如下：
[0048]
表面最高反应温度：90℃；
[0049]
初凝时间：1min；
[0050]
终凝时间：1.5min；
[0051]
抗压强度：20mpa；
[0052]
拉伸强度：10mpa；
[0053]
粘结强度：4mpa；
[0054]
表面电阻：10^6ω；
[0055]
氧指数：32。
[0056]
a组分、b组分单独存储时间：6个月。
[0057]
实施例二：
[0058]
1、在30-40℃下，首先将150份水玻璃(模数2.5，波美度50)与15份γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷抽真空搅拌(转速40rpm/min)一段时间，然后将5份丙三醇、20份d-4000及0.5份二甲基乙氧基乙醇、1份a33催化剂分批加入搅拌一段时间，搅拌均匀后得到a组分；
[0059]
2、在30-40℃下，将95份pm200、25份氨酯改性mdi类预聚体、25邻苯二甲酸二异壬酯混合搅拌一段时间后得到b组分；将a,b双组份按照体积比1:1混合通过喷涂机喷涂到巷道表面，测试性能。性能检测如下：
[0060]
表面最高反应温度：85℃；
[0061]
初凝时间：2min；
[0062]
终凝时间：2.5min；
[0063]
抗压强度：15mpa；
[0064]
拉伸强度：8mpa；
[0065]
粘结强度：3mpa；
[0066]
表面电阻：10^6ω；
[0067]
氧指数：34。
[0068]
a组分、b组分单独存储时间：6个月。
[0069]
实施例三：
[0070]
1、在30-40℃下，首先将180份水玻璃(模数2.4，波美度50)与15份3-氯丙基三甲氧基硅烷抽真空搅拌(转速40rpm/min)一段时间，然后将5份e100、20份d-4000及1.5份cucat-wnk01复合专用催化剂分批加入搅拌一段时间，搅拌均匀后得到a组分；
[0071]
2、在30-40℃下，将85份pm200、45份氨酯改性mdi类预聚体、25油酸甘油酯混合搅拌一段时间后得到b组分；将a,b双组份按照体积比1:1混合通过喷涂机喷涂到巷道表面，测试性能。性能检测如下：
[0072]
表面最高反应温度：85℃；
[0073]
初凝时间：45s；
[0074]
终凝时间：1min；
[0075]
抗压强度：20mpa；
[0076]
拉伸强度：12mpa；
[0077]
粘结强度：4.5mpa；
[0078]
表面电阻：10^6ω；
[0079]
氧指数：34；
[0080]
a组分、b组分单独存储时间：6个月。
[0081]
实施例四：
[0082]
1、在30-40℃下，首先将180份水玻璃(模数2.4，波美度50)与5份氨丙基三甲氧基硅烷、10份氨丙基三乙氧基硅烷抽真空搅拌(转速40rpm/min)一段时间，然后将3份二甲硫基甲苯二胺、2份wandalink6200、2份d-2000、10份t-3000、10份t-5000及1.5份固体三乙烯二胺分批加入搅拌一段时间，搅拌均匀后得到a组分；
[0083]
2、在30-40℃下，将85份pm200、45份氨酯改性mdi类预聚体、15份油酸甘油酯、10份月桂醇磷酸酯混合搅拌一段时间后得到b组分；将a,b双组份按照体积比1:1混合通过喷涂机喷涂到巷道表面，测试性能。性能检测如下：
[0084]
表面最高反应温度：85℃；
[0085]
初凝时间：43s；
[0086]
终凝时间：55s；
[0087]
抗压强度：15mpa；
[0088]
拉伸强度：8mpa；
[0089]
粘结强度：3mpa；
[0090]
表面电阻：10^6ω；
[0091]
氧指数：34。
[0092]
a组分、b组分单独存储时间：6个月。
[0093]
通过4个实施例对比，实施例三综合性能最佳。由实例分析可知：水玻璃的种类及用量对最终的力学性能有较大影响，同时小分子助剂3-氯丙基三甲氧基硅烷及丙三醇的加入，改善了无机相与有机相的相容性，一方面通过引入无机有机专用cucat-wnk01催化剂，改善了无机有机催化过程；另一方面引入预聚体，改善最终的力学性能，形成高性能巷道涂料，可以有效的对巷道围岩进行封闭，起到堵瓦斯堵水作用。
[0094]
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。