一種煤礦用堵漏複合材料聚氨酯彈性體的製備方法
2023-05-12 08:50:41 2
專利名稱：一種煤礦用堵漏複合材料聚氨酯彈性體的製備方法
技術領域：
本發明涉及一種煤礦用堵漏複合材料聚氨酯彈性體的製備方法，屬 有機+無機化合物彈性體複合材料的合成方法及應用的技術領域。
背景技術：
在煤礦井下，煤炭自燃、瓦斯洩漏等災害嚴重威脅著生產和人身安 全，在引起自燃與瓦斯事故諸多因素中，漏風是最重要的因素之一。
目前，煤礦井下漏風的封堵方法主要有水泥砂漿噴塗、水泥粉煤 灰噴塗、石膏噴塗、聚氨酯泡沫噴塗等，這些方法都需要噴塗設備，噴 塗易產生塗層不均，產生二次裂隙，影響堵漏效果；其中聚氨酯泡沫噴
塗可用雙組份罐預充高壓氣方式，但固化時間不可調，粘結性較差、價 格高，不適宜大面積施工，只可用於局部構築快速封閉，還有一些有機 材料大都含有溶劑，不符合環保要求，還有的堵漏材料製備工藝複雜、 汙染嚴重、堵漏效果不好，均存在一些技術上的不足。
發明內容
發明目的
本發明的目的就是針對背景技術的不足，採用新的有機、無機化學 物質和合成方法，製備一種聚氨酯彈性體密閉堵漏複合材料，以大幅度 提高煤礦用堵漏材料的性能和堵漏效果。
技術方案
本發明使用的化學物質材料為聚醚多元醇、 一縮二乙二醇、甲苯 二異氰酸酯、3,3， -二氯-4,4-二氨基二苯甲烷、三乙醇胺、鄰苯二甲酸二辛酯、三(2-氯乙基)磷酸酯、十八垸基二甲基羥乙基季銨硝酸鹽、碳 酸牽丐、亞甲基雙奈磺酸納、二氧化鈦、Y-甲基丙烯醯氧基丙基三甲氧基 矽烷、醋酸苯貢、冰醋酸、磷酸、無水乙醇、去離子水，其配比用量如 下以克、毫升為計量單位
聚醚多元醇N22G: (C3H60)nH20 聚醚多元醇N33o: (C3H60)nC3H803 一縮二乙二醇C4H10O3
甲苯二異氰酸酯C9H6N202 3,3' -二氯-4,4-二氨基二苯甲烷 氨水NH3 H20
鄰苯二甲酸二辛酯C24H3804
三(2-氯乙基)磷酸酯C6H12C13P
十八烷基二甲基羥乙基季銨硝酸鹽
碳酸鈣CaC03
納米二氧化鈦Ti02
461.43g士0.01g 51.29g士0.01g 5.99g士0.01g 134.2g士0.1g C13H12N2C12 25.89g士0.01g 4g士0.1g 160g士0.1g 39.59g士0.01g C22H48N204 llg士O.lg 190g士0.1g 3.76g士0.01g
2.5g土0鹿g
亞甲基雙奈磺酸納C21H1406S2Na2 Y-甲基丙烯醯氧基丙基三甲氧基矽垸KHsw C10H2O5Si
11.186g士0扁g
醋酸苯貢C8H8H902 0.6462g±0.0001g 冰醋酸C2H402 2g士0.1g 磷酸H3P04 0.02g士0.0001g 無水乙醇CH3OH 3000g±50g 去離子水H20 3000ml±50ml
聚氨酯彈性體製備方法如下
(1)精選化學物質材料 對製備使用的化學物質材料要進行精選，並進行質量純度控制: 聚醚多元醇N22。 97.5% 聚醚多元醇N33。 97.5%
一縮二乙二醇 99.5%甲苯二異氰酸酯 99.5%
3,3， -二氯-4，4-二氨基二苯甲烷 97.0% 氨水 99.5% 鄰苯二甲酸二辛酯 99.5% 三(2-氯乙基)磷酸酯 97.0% 十八烷基二甲基羥乙基季銨硝酸鹽 99.5%
碳酸鈣 90% 納米二氧化鈦 95% 亞甲基雙奈磺酸納 95%
Y-甲基丙烯醯氧基丙基三甲氧基矽垸KH57: 97. 0% 醋酸苯汞 99.5%
冰醋酸 99.1% 磷酸 99.1%
無水乙醇 99.6% 去離子水 99.9% (2) 二氧化鈦改性處理
① 二氧化鈦改性處理在燒杯中進行，將燒杯置於電熱器上；
② 配製乙醇改性水溶液，將無水乙醇42g、去離子水70ml置於燒杯 中，然後加入改性劑KH570 11.186g，用攪拌器攪拌，成乙醇改性水溶液， 質量濃度為10%;
③ 加入冰醋酸2g，用攪拌器攪拌60min，調節酸鹼度^值為3，偏酸
性；
④ 加入氨水4g，用攪拌器攪拌60min，調節酸鹼度^值為11，偏鹼
性；
⑤ 加入納米二氧化鈦3. 76g士0.01g，加熱器溫度升至80士2i:，進行 偶聯改性反應，用攪拌器攪拌120min，呈糊狀溶液；
(D關閉加熱器，自然冷卻至2(TC;
⑦ 超聲離心分離，將燒杯置於超聲離心分離機上，二氧化鈦顆粒沉 澱，倒掉廢液；
⑧ 去離水洗滌二氧化鈦顆粒，在燒杯中加入去離子水350ml，反覆攪拌洗滌，留存二氧化鈦產物顆粒，倒掉廢液； 去離子水洗滌重複進行5次； ⑨真空千燥
將洗滌後的二氧化鈦產物顆粒置於石英容器中，將容器置於真空幹
燥箱中乾燥處理，乾燥溫度60°C ±2°C ，真空度0. 09MPa，乾燥時間720min， 乾燥後即得改性二氧化鈦粉體； (3)甲組分合成
① 甲組分合成在反應釜中進行，用無水乙醇清洗反應釜腔、試瓶， 使其潔淨；
② 反應釜處理阻燃劑，將阻燃劑三(2-氯乙基)磷酸酯39.59g加入 試瓶中，將試瓶置於反應釜內的瓶座上，然後密封；
開啟真空泵，抽取反應釜內真空，真空度保持在0. 9MPa; 反應釜加熱，溫度由20。C升至115。C土2。C，開啟攪拌器攪拌60min; 然後停止加熱，停止抽真空，使其自然冷卻至2(TC土3'C; 開啟反應釜，將反應釜處理的阻燃劑及試驗瓶取出，置於2(TC常溫 下保存備用；
③ 超聲處理改性納米二氧化鈦、聚醚多元醇、亞甲基雙奈磺酸納 稱取改性納米二氧化鈦14.9g士0.01g、聚醚多元醇N22 380g、
亞甲基雙奈磺酸納2.5g，置幹燒杯中；
將燒杯置於超聲波處理器中，超聲處理30min，超聲處理後備用；
④ 合成甲組分產物
1) 、將盛有阻燃劑的試瓶，重新置於反應釜中；
2) 、將超聲處理的改性納米二氧化鈦、聚醚多元醇、亞甲基雙奈磺 酸納，加入試瓶中；
3) 、加入磷酸0.02g於試瓶中；
4) 、加入甲苯二異氰酸酯134.2g於試瓶中；
5) 、密封、加熱反應釜，繼續抽真空，使反應釜內溫度由2(TC升至 60°C±2°C，同時開啟攪拌器，攪拌30min，然後繼續升溫至80°C ±2°C ， 繼續攪拌反應120min，控制異氰酸酯基-NCO含量為10%;
6) 、反應後，關閉反應釜加熱器，停止加熱；關閉真空泵，停止抽真空，使其隨反應釜自然冷卻至20。C士3T:;
7)、冷卻後，開啟反應釜取出試瓶，試瓶內的產物即為甲組分黃 色透明液體產物；
(4) 乙組分合成
① 乙組分合成在反應釜中進行，用無水乙醇清洗反應釜腔，使其潔
淨；
② 稱取聚醚多元醇N220 81.43g; 稱取聚醚多元醇N33Q 51.29g; 稱取一縮二乙二醇5.99g;
稱取3,3' -二氯-4,4-二氨基二苯甲烷25.89g; 稱取鄰苯二甲酸二辛酯160g;
稱取碳酸鈣190g;
稱取醋酸苯貢0.6462g;
稱取十八烷基二甲基羥乙基季銨硝酸鹽 llg;
③ 將各組分置於試瓶中，將試瓶置於反應釜內的瓶座上，密閉反應 釜，抽取反應釜內真空，真空度為0.09MPa，加熱反應釜，加熱溫度115 。C土2。C;
④ 在反應釜中，在真空狀態下，混合攪拌180min，使各組分充分混 合、反應；
⑤ 混合、反應後，關閉加熱器，停止抽真空，隨反應釜自然冷卻至 20。C士3。C;
(D開啟反應釜，取出試瓶，得乙組分產物，S卩白色不透明液體產
物；
(5) 、儲存包裝
① 將甲組分黃色透明液體產物置於玻璃瓶中，密閉儲存；
② 將乙組分白色不透明液體產物置於玻璃瓶中，密閉儲存； 置於陰涼、乾燥、潔淨環境，要防水、防潮、防曬、防酸鹼鹽侵蝕，
儲存溫度20。C士3。C，相對溫度《10%;
(6) 檢測、化驗、分析、表徵、對比 對製備的甲組分、乙組分產物分別進行化驗、分析、表徵；對甲、乙各組分產物的色澤、形貌、化學成分、力學性能、阻燃性 能、吸水率、堵漏性能等進行檢測、分析； 用FFIR光滑儀進行紅外光譜表徵分析； 用X射線衍射儀進行晶型結構分析； 用場發射電子顯微鏡儀進行衍射強度分析。
所述的堵漏複合材料聚氨酯彈性體，是由甲組分和乙組分組合而成 的，甲組分為黃色透明液體、乙組分為白色不透明液體，使用時按4:6 混合，攪拌10min，使其混合均勻，噴塗或刷塗被堵漏物體，120min凝 膠乾燥，凝固後成為固體，固體層厚度為4mm。
所述的製備甲、乙組分產物是在反應釜中進行的，在底座1的上部 為反應釜2，在反應釜2內下部為瓶座4，在瓶座4上部為試瓶3，在反 應釜2的上部為密封蓋5，中間位置設有攪拌器6，在反應釜2的左部設 有真空管8，並聯接真空閥9、真空泵7，在底座1上設有液晶顯示屏10、 指示燈ll、控制開關12，在試瓶3中為甲、乙組分材料13。
有益效果
本發明與背景技術相比具有明顯的先進性，它是以改性納米二氧化 鈦、聚醚多元醇、甲苯二異氰酸酯等材料為原料，經甲組分合成、乙組 分合成，在反應釜中、在真空、加熱、攪拌狀態下，採用有機+無機化學 物質，分別合成聚氨酯彈性體甲組分液體產物、乙組分液體產物，使用 時按4:6混合攪拌，噴塗、刷塗堵漏物體厚度可為4皿，乾燥後凝固，堵
漏效果好，粘結力好，乾燥速度快、乾燥後強度好、硬度高，耐高低溫、 耐老化，且具有彈性，吸震、減震效果好，耐酸、耐油、耐水、抗靜電， 填充嚴密，安全可靠，可快速堵漏水、堵漏氣、堵漏油、堵裂縫，乾燥 速度快，甲乙組分合成堵漏後，120min即可乾燥、凝固，此製備方法工 藝流程短，配比合理、製備容易、成本低，是十分理想的煤礦用彈性體 密閉堵漏材料，此材料也可在建築、石油、化工工業中使用。
圖1為反應釜製備甲乙組分產物狀態圖
圖2為聚氨酯彈性體凝固表面形貌圖
圖3為甲乙組分合成凝固後衍射強度圖譜
圖4為產物改性後吸收光譜圖
圖中所示，附圖標記清單如下
1、底座，2、反應釜，3、試瓶，4、瓶座，5、密封蓋，6、攪拌器， 7、真空泵，8、真空管，9、真空閥，10、液晶顯示屏，11、指示燈，12、 控制開關，13、甲、乙組分材料。
具體實施例方式
以下結合附圖對本發明做進一步說明-
圖1所示，為反應釜製備甲、乙組分產物狀態圖，反應釜上部密封 蓋要嚴密，真空泵抽真空，要持續保持反應釜內真空度為0.09MPa，反 應釜內要保持潔淨，不得有雜質介入。
各量值準確，嚴格稱量，嚴格控制加熱溫度。
圖2所示，為聚氨酯彈性體凝固後表面形貌圖，圖中可知為添加 二氧化鈦Ti02後的聚氨酸彈性體掃描照片，亮色部分為球形納米二氧化 鈦顆粒，平均粒徑為20nm，均勻分散於基體中，且與基體接觸緊密。
圖3所示，為產物凝固後衍射強度圖譜，圖中可知在a曲線無特 徵峰，在b曲線中有二氧化鈦特徵峰，在衍射角27° 、 36°處出現衍射 峰，對應晶面110、 101。
圖4所示，為產物改性後吸收光譜圖，圖中可知縱坐標為吸收率， 橫坐標為波數QrT1，在2270Cm—'處無特徵峰，在1732Cm—i處為羰基伸縮振 動峰，2960Cm_1、 2930Cm_1、 2865Cm—i為對稱、不對稱伸縮振動峰。
權利要求
1、一種煤礦用堵漏複合材料聚氨酯彈性體的製備方法，其特徵在於使用的化學物質材料為聚醚多元醇、一縮二乙二醇、甲苯二異氰酸酯、3，3』-二氯-4，4-二氨基二苯甲烷、三乙醇胺、鄰苯二甲酸二辛酯、三(2-氯乙基)磷酸酯、十八烷基二甲基羥乙基季銨硝酸鹽、碳酸鈣、亞甲基雙奈磺酸納、二氧化鈦、γ-甲基丙烯醯氧基丙基三甲氧基矽烷、醋酸苯貢、冰醋酸、磷酸、無水乙醇、去離子水，其配比用量如下以克、毫升為計量單位聚醚多元醇N220(C3H6O)nH2O 461.43g±0.01g聚醚多元醇N330(C3H6O)nC3H8O3 51.29g±0.01g一縮二乙二醇C4H10O3 5.99g±0.01g甲苯二異氰酸酯C9H6N2O2134.2g±0.1g3，3』-二氯-4，4-二氨基二苯甲烷C13H12N2Cl2 25.89g±0.01g氨水NH3·H2O4g±0.1g鄰苯二甲酸二辛酯C24H38O4160g±0.1g三(2-氯乙基)磷酸酯C6H12Cl3P 39.59g±0.01g十八烷基二甲基羥乙基季銨硝酸鹽C22H48N2O4 11g±0.1g碳酸鈣CaCO3 190g±0.1g納米二氧化鈦TiO2 3.76g±0.01g亞甲基雙奈磺酸納C21H14O6S2Na2 2.5g±0.001gγ-甲基丙烯醯氧基丙基三甲氧基矽烷KH570C10H20O5Si11.186g±0.001g醋酸苯貢C8H8H9O2 0.6462g±0.0001g冰醋酸C2H4O2 2g±0.1g磷酸H3PO4 0.02g±0.0001g無水乙醇CH3OH 3000g±50g去離子水H2O 3000ml±50ml聚氨酯彈性體製備方法如下(1)精選化學物質材料對製備使用的化學物質材料要進行精選，並進行質量純度控制聚醚多元醇N22097.5％聚醚多元醇N33097.5％一縮二乙二醇 99.5％甲苯二異氰酸酯99.5％3，3』-二氯-4，4-二氨基二苯甲烷97.0％氨水 99.5％鄰苯二甲酸二辛酯 99.5％三(2-氯乙基)磷酸酯97.0％十八烷基二甲基羥乙基季銨硝酸鹽99.5％碳酸鈣90％納米二氧化鈦 95％亞甲基雙奈磺酸納 95％γ-甲基丙烯醯氧基丙基三甲氧基矽烷KH57097.0％醋酸苯汞 99.5％冰醋酸 99.1％磷酸 99.1％無水乙醇 99.6％去離子水 99.9％(2)二氧化鈦改性處理①二氧化鈦改性處理在燒杯中進行，將燒杯置於電熱器上；②配製乙醇改性水溶液，將無水乙醇42g、去離子水70ml置於燒杯中，然後加入改性劑KH570 11.186g，用攪拌器攪拌，成乙醇改性水溶液，質量濃度為10％；③加入冰醋酸2g，用攪拌器攪拌60min，調節酸鹼度PH值為3，偏酸性；④加入氨水4g，用攪拌器攪拌60min，調節酸鹼度PH值為11，偏鹼性；⑤加入納米二氧化鈦3.76g±0.01g，加熱器溫度升至80±2℃，進行偶聯改性反應，用攪拌器攪拌120min，呈糊狀溶液；⑥關閉加熱器，自然冷卻至20℃；⑦超聲離心分離，將燒杯置於超聲離心分離機上，二氧化鈦顆粒沉澱，倒掉廢液；⑧去離水洗滌二氧化鈦顆粒，在燒杯中加入去離子水350ml，反覆攪拌洗滌，留存二氧化鈦產物顆粒，倒掉廢液；去離子水洗滌重複進行5次；⑨真空乾燥將洗滌後的二氧化鈦產物顆粒置於石英容器中，將容器置於真空乾燥箱中乾燥處理，乾燥溫度60℃±2℃，真空度0.09MPa，乾燥時間720min，乾燥後即得改性二氧化鈦粉體；(3)甲組分合成①甲組分合成在反應釜中進行，用無水乙醇清洗反應釜腔、試瓶，使其潔淨；②反應釜處理阻燃劑，將阻燃劑三(2-氯乙基)磷酸酯39.59g加入試瓶中，將試瓶置於反應釜內的瓶座上，然後密封；開啟真空泵，抽取反應釜內真空，真空度保持在0.9MPa；反應釜加熱，溫度由20℃升至115℃±2℃，開啟攪拌器攪拌60min；然後停止加熱，停止抽真空，使其自然冷卻至20℃±3℃；開啟反應釜，將反應釜處理的阻燃劑及試驗瓶取出，置於20℃常溫下保存備用；③超聲處理改性納米二氧化鈦、聚醚多元醇、亞甲基雙奈磺酸納稱取改性納米二氧化鈦14.9g±0.01g、聚醚多元醇N220 380g、亞甲基雙奈磺酸納2.5g，置幹燒杯中；將燒杯置於超聲波處理器中，超聲處理30min，超聲處理後備用；④合成甲組分產物1)、將盛有阻燃劑的試瓶，重新置於反應釜中；2)、將超聲處理的改性納米二氧化鈦、聚醚多元醇、亞甲基雙奈磺酸納，加入試瓶中；3)、加入磷酸0.02g於試瓶中；4)、加入甲苯二異氰酸酯134.2g於試瓶中；5)、密封、加熱反應釜，繼續抽真空，使反應釜內溫度由20℃升至60℃±2℃，同時開啟攪拌器，攪拌30min，然後繼續升溫至80℃±2℃，繼續攪拌反應120min，控制異氰酸酯基-NCO含量為10％；6)、反應後，關閉反應釜加熱器，停止加熱；關閉真空泵，停止抽真空，使其隨反應釜自然冷卻至20℃±3℃；7)、冷卻後，開啟反應釜取出試瓶，試瓶內的產物即為甲組分黃色透明液體產物；(4)乙組分合成①乙組分合成在反應釜中進行，用無水乙醇清洗反應釜腔，使其潔淨；②稱取聚醚多元醇N220 81.43g；稱取聚醚多元醇N330 51.29g；稱取一縮二乙二醇5.99g；稱取3，3』-二氯-4，4-二氨基二苯甲烷25.89g；稱取鄰苯二甲酸二辛酯160g；稱取碳酸鈣190g；稱取醋酸苯貢0.6462g；稱取十八烷基二甲基羥乙基季銨硝酸鹽 11g；③將各組分置於試瓶中，將試瓶置於反應釜內的瓶座上，密閉反應釜，抽取反應釜內真空，真空度為0.09MPa，加熱反應釜，加熱溫度115℃±2℃；④在反應釜中，在真空狀態下，混合攪拌180min，使各組分充分混合、反應；⑤混合、反應後，關閉加熱器，停止抽真空，隨反應釜自然冷卻至20℃±3℃；⑥開啟反應釜，取出試瓶，得乙組分產物，即白色不透明液體產物；(5)、儲存包裝①將甲組分黃色透明液體產物置於玻璃瓶中，密閉儲存；②將乙組分白色不透明液體產物置於玻璃瓶中，密閉儲存；置於陰涼、乾燥、潔淨環境，要防水、防潮、防曬、防酸鹼鹽侵蝕，儲存溫度20℃±3℃，相對溫度≤10％；(6)檢測、化驗、分析、表徵、對比對製備的甲組分、乙組分產物分別進行化驗、分析、表徵；對甲、乙各組分產物的色澤、形貌、化學成分、力學性能、阻燃性能、吸水率、堵漏性能等進行檢測、分析；用FFIR光滑儀進行紅外光譜表徵分析；用X射線衍射儀進行晶型結構分析；用場發射電子顯微鏡儀進行衍射強度分析。
2、 根據權利要求1所述的一種煤礦用堵漏複合材料聚氨酯彈性體的制 備方法，其特徵在於所述的堵漏複合材料聚氨酯彈性體，是由甲組分和 乙組分組合而成的，甲組分為黃色透明液體、乙組分為白色不透明液體， 使用時按4:6混合，攪拌10min，使其混合均勻，噴塗或刷塗被堵漏物體， 120min凝膠乾燥，凝固後成為固體，固體層厚度為4mm。
3、 根據權利要求1所述的一種煤礦用堵漏複合材料聚氨酯彈性體的制 備方法，其特徵在於所述的製備甲、乙組分產物是在反應釜中進行的， 在底座(1)的上部為反應釜(2)，在反應釜(2)內下部為瓶座(4)，在 瓶座(4)上部為試瓶(3)，在反應釜(2)的上部為密封蓋(5)，中間位 置設有攪拌器(6)，在反應釜(2)的左部設有真空管(8)，並聯接真空閥(9)、真空泵(7)，在底座(1)上設有液晶顯示屏(10)、指示燈(11)、 控制開關(12)，在試瓶(3)中為甲、乙組分材料(13)。
全文摘要
本發明涉及一種煤礦用堵漏複合材料聚氨酯彈性體的製備方法，它是以改性納米二氧化鈦、聚醚多元醇、甲苯二異氰酸酯等材料為原料，在反應釜試瓶中、在真空、加熱、攪拌狀態下，分別合成甲組分黃色透明液體產物、乙組分白色不透明液體產物，使用時按4∶6攪拌混合，噴塗或刷塗被堵漏物體，乾燥後凝固，堵漏效果好，粘結力好，硬度高，耐高低溫、耐老化，具有彈性，吸震、減震、耐酸、耐油、耐水、抗靜電，填充嚴密、絕緣、緻密性好，可快速堵漏水、堵漏氣、堵漏油、堵裂縫，乾燥速度快，甲、乙組分合成堵漏後，120min即可乾燥凝固，凝固層厚度可達4mm，此製備方法工藝流程短、配比合理，此材料也可在建築、石油、化工工業中使用。
文檔編號C08G18/76GK101613452SQ200910074918
公開日2009年12月30日 申請日期2009年7月13日 優先權日2009年7月13日
發明者吳玉國, 王俊峰, 翟建山, 賈林才, 鄔劍明 申請人:鄔劍明