一种矿用粉煤灰/聚氨酯注浆复合材料及其制备方法与流程

本发明涉及注浆材料，尤其是涉及一种矿用粉煤灰/聚氨酯注浆复合材料及其制备方法。

背景技术：

1、注浆是预防和控制煤炭开采过程中伴随的地面垮塌、矿井突水以及围岩冒顶与透水隐患的最有效手段，也是提升煤矿开采安全性的最重要工序之一。聚氨酯类高分子注浆材料因其良好的可设计性、高渗透性、强黏附性及易操作性在煤矿注浆应用范围越来越广，但其高反应放热的问题使其应用于井下注浆时易造成安全隐患，且成本较高。

2、随着煤矿安全标准不断革新，最新安全生产行业标准(煤矿加固煤岩体用高分子材料，aq/t 1089-2020)要求煤矿加固煤岩体高分子材料最高反应温度不高于100℃，压缩强度不低于40mpa。当前矿用聚氨酯注浆加固材料的研究趋势是进一步降低注浆材料的放热温度以提高使用安全性，同时要满足其阻燃与机械强度的要求。

3、粉煤灰由于其本身理化性质稳定，耐高温、耐腐蚀、质量轻、成本低，是提升高分子基体阻燃性的理想无机填料。专利申请号为202310033105.6的专利申请中公开了低放热粉煤灰填充聚氨酯复合材料及制备方法，是以干法改性粉煤灰复配水滑石填充聚氨酯，制备得到的粉煤灰填充聚氨酯注浆复合材料具有阻燃、疏水、抗静电、黏结性能高等优良性能。在其实施方式中测试了放热量以及粘结强度，并未测试复合注浆材料体系的最高反应温度、氧指数以及抗压强度等安全生产行业标准必须测试的项目，对于实际注浆应用指导作用有限。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种矿用粉煤灰/聚氨酯注浆复合材料及其制备方法，以解决现有的聚氨酯类高分子注浆材料成本高、反应温度高导致的应用于井下注浆时易造成安全隐患的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种矿用粉煤灰/聚氨酯注浆复合材料及其制备方法，制备方法包括以下步骤：

3、s1、a组分的制备

4、将聚醚多元醇一、阻燃剂、催化剂与粉煤灰按质量比为60～70:30～40:1.5～2:10～40混合均匀，得到a组分；

5、s2、b组分的制备

6、将多异氰酸酯、聚醚多元醇二、增塑剂、表面活性剂按质量比60～75:2～10:5～25:1～5混合均匀，得到b组分；

7、s3、粉煤灰/聚氨酯注浆复合材料的制备

8、利用化学注浆泵将a组分和b组分按质量比为1.1:1～1.5:1进行搅拌混合至均匀，得到粉煤灰/聚氨酯注浆复合材料；将粉煤灰/聚氨酯注浆复合材料注入煤矿待加固的裂缝或空洞中固化。

9、优选地，步骤s1中混合前将粉煤灰在烘箱中120℃下烘干，粉煤灰细度≤300目。

10、优选地，聚醚多元醇一为羟值为350±20的聚醚多元醇305、羟值为260±25的聚醚多元醇370中的一种或两种组合。

11、优选地，阻燃剂为磷酸三(1-氯-2-丙基)酯、三(2-氯乙基)磷酸酯或磷酸三乙酯中一种或者几种组合。

12、优选地，催化剂为三(二甲氨基丙基)六氢三嗪或有机金属类催化剂kb-1中的一种或两种的组合。

13、优选地，异氰酸酯为多亚甲基多苯基异氰酸酯pm200、44v20l、m20s、papi 27、mr-200中的一种。

14、优选地，聚醚多元醇二为羟值为168±10的聚醚多元醇310、羟值为475±20的聚醚多元醇303、羟值为280±10的聚醚多元醇204、羟值为350±20的聚醚多元醇305中的一种或者两种组合。

15、优选地，增塑剂为52#氯化石蜡、邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二丁酯中一种或者两种组合。

16、优选地，表面活性剂为ak8803或ak8805。

17、因此，本发明采用上述一种矿用粉煤灰/聚氨酯注浆复合材料及其制备方法，具有如下技术效果：

18、(1)本发明通过引入粉煤灰作为阻燃填料对a组分进行了改性，提高聚氨酯注浆材料的阻燃性能，经测试复合注浆材料的氧指数大于30，高于煤矿安全生产标准的28，明显提高了材料的阻燃性能；

19、(2)本发明中复合注浆材料的制备采取了两步法，b组分为通过预反应制备的预聚体，然后b组分再与a组分进行反应制备了最终的复合材料；通过预聚法提前释放了部分反应热，降低材料最高反应温度的同时保证材料仍具有较高的抗压强度；

20、(3)本发明中的粉煤灰同时具有一定的增强效应，一般为降低最高反应温度的填料往往会导致抗压强度的急剧降低，本发明制备的粉煤灰/聚氨酯加固用注浆复合材料基本不会降低强度；经测试抗压强度均高于50mpa，大部分达到60mpa以上，明显高于煤矿安全生产标准的40mpa；断裂伸长率超过45％，在保证高强度的同时兼具一定的韧性，避免加固工程由于地质结构改变导致失效。

技术特征：

1.一种矿用粉煤灰/聚氨酯注浆复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种矿用粉煤灰/聚氨酯注浆复合材料的制备方法，其特征在于：步骤s1中混合前将粉煤灰在烘箱中120℃下烘干，粉煤灰细度≤300目。

3.根据权利要求1所述的一种矿用粉煤灰/聚氨酯注浆复合材料的制备方法，其特征在于：聚醚多元醇一为羟值为350±20的聚醚多元醇305与羟值为260±25的聚醚多元醇370中的一种或两种组合。

4.根据权利要求1所述的一种矿用粉煤灰/聚氨酯注浆复合材料的制备方法，其特征在于：阻燃剂为磷酸三(1-氯-2-丙基)酯、三(2-氯乙基)磷酸酯或磷酸三乙酯中一种或者几种组合。

5.根据权利要求1所述的一种矿用粉煤灰/聚氨酯注浆复合材料的制备方法，其特征在于：催化剂为三(二甲氨基丙基)六氢三嗪或有机金属类催化剂kb-1中的一种或两种的组合。

6.根据权利要求1所述的一种矿用粉煤灰/聚氨酯注浆复合材料的制备方法，其特征在于：异氰酸酯为多亚甲基多苯基异氰酸酯pm200、44v20l、m20s、papi 27、mr-200中的一种。

7.根据权利要求1所述的一种矿用粉煤灰/聚氨酯注浆复合材料的制备方法，其特征在于：聚醚多元醇二为羟值为168±10的聚醚多元醇310、羟值为475±20的聚醚多元醇303、羟值为280±10的聚醚多元醇204、羟值为350±20的聚醚多元醇305中的一种或者两种组合。

8.根据权利要求1所述的一种矿用粉煤灰/聚氨酯注浆复合材料的制备方法，其特征在于：增塑剂为52#氯化石蜡、邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二丁酯中一种或者两种组合。

9.根据权利要求1所述的一种矿用粉煤灰/聚氨酯注浆复合材料的制备方法，其特征在于：表面活性剂为ak8803或ak8805。

10.一种如权利要求1～9任一项所述的矿用粉煤灰/聚氨酯注浆复合材料的制备方法所制备的粉煤灰/聚氨酯注浆复合材料。

技术总结
本发明公开了一种矿用粉煤灰/聚氨酯注浆复合材料及其制备方法，制备方法包括以下步骤：将聚醚多元醇A、阻燃剂、催化剂与粉煤灰按质量比为60～70:30～40:1.5～2:10～40混合均匀，得到A组分；将多异氰酸酯、聚醚多元醇B、增塑剂、表面活性剂按质量比60～75:2～10:5～25:1～5混合均匀，得到B组分；利用化学注浆泵将A组分和B组分按质量比为1.1:1～1.5:1搅拌混合均匀，得到粉煤灰/聚氨酯注浆复合材料；将其注入煤矿待加固的裂缝或空洞中固化。本发明采用上述一种矿用粉煤灰/聚氨酯注浆复合材料及其制备方法，采用粉煤灰作为阻燃增强填料添加到聚氨酯注浆材料中，从而提高聚氨酯注浆材料的阻燃性能，降低注浆材料的最高反应温度与成本，同时保证复合注浆材料仍具有足够高的抗压强度。

技术研发人员：贾钊,史晓亮,郭继伟,潘琦
受保护的技术使用者：山西浩博瑞新材料有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/6/30