一種封閉煤層瓦斯用高分子噴塗材料的製作方法

2023-05-16 07:06:21

本發明涉及一種煤礦噴塗密閉材料，特別是一種封閉煤層瓦斯用噴塗雙組分噴塗材料。

背景技術：

隨著我國經濟的持續快速發展，能源危機的出現促使煤礦開採業加速發展，對礦井的生產效率提出了更高的要求。煤礦瓦斯是造成礦難的一個重要因素，通過在煤巖體表面噴塗高分子材料，可以有效地封堵煤巖體漏風裂隙。

現有技術中可用於封堵煤巖體漏風裂隙的高分子材料存在如下技術缺陷：抗拉強度和附著力小、空氣透氣率高，在瓦斯氣體壓力較大時不能有效地封堵，造成漏氣。

技術實現要素：

針對現有技術的不足，本發明的目的在於提供一種抗拉強度和附著力大、空氣透氣率低的封閉煤層瓦斯用高分子噴塗材料。

本發明的技術方案是這樣實現的：

一種封閉煤層瓦斯用高分子噴塗材料，由a組分和b組分組成,所述a組分由水玻璃和添加劑組成，所述添加劑的質量為所述水玻璃的質量的0.05～35％；所述b組分由異氰酸酯類物質、調凝劑和增塑劑組成，所述調凝劑的質量為所述異氰酸酯類物質的質量的0.001～17％，所述增塑劑的質量為所述異氰酸酯類物質的質量的0.5～30％，a組分與b組分的體積比＝1∶10～10∶1。

一種封閉煤層瓦斯用高分子噴塗材料，由a組分和b組分組成,所述a組分由偏鋁酸鹼金屬鹽、水玻璃和添加劑組成，所述添加劑的質量為所述水玻璃的質量的0.05～35％，所述偏鋁酸鹼金屬鹽的質量為所述水玻璃的質量的0.001～5％；所述b組分由異氰酸酯類物質、調凝劑和增塑劑組成，所述調凝劑的質量為所述異氰酸酯類物質的質量的0.001～17％，所述增塑劑的質量為所述異氰酸酯類物質的質量的0.5～30％，a組分與b組分的體積比＝1∶10～10∶1。

一種封閉煤層瓦斯用高分子噴塗材料，由a組分和b組分組成,所述a組分由矽酸鋯、偏鋁酸鹼金屬鹽、水玻璃和添加劑組成，所述添加劑的質量為所述水玻璃的質量的0.05～35％，所述偏鋁酸鹼金屬鹽的質量為所述水玻璃的質量的0.001～5％，矽酸鋯的加入量為所述水玻璃的質量的1～5％；所述b組分由異氰酸酯類物質、調凝劑、增塑劑和改性環糊精組成，所述調凝劑的質量為所述異氰酸酯類物質的質量的0.001～17％，所述增塑劑的質量為所述異氰酸酯類物質的質量的0.5～30％，所述改性環糊精的加入量為所述異氰酸酯類物質的質量的1～10％，a組分與b組分的體積比＝1∶10～10∶1；改性環糊精的製備方法如下：乙醇和環糊精按照質量比(2-3):1混合，60℃下攪拌1-2h，然後加入分子量為300-1500的聚乙二醇單環己醚，聚乙二醇單環己醚與環糊精的物質的量之比為1:1，反應5-10小時；然後升溫至80-100℃，按照環糊精與3，5-二叔丁基-4-羥基苯胺按照質量比為(2-3):1，將3，5-二叔丁基-4-羥基苯胺溶解於乙醇中，每克3，5-二叔丁基-4-羥基苯胺量取10ml乙醇，在攪拌下滴加3，5-二叔丁基-4-羥基苯胺的乙醇溶液，滴加完畢之後，升溫至500-600℃，反應5-10小時，蒸乾溶劑後得改性環糊精。

上述封閉煤層瓦斯用高分子噴塗材料，所述異氰酸酯類物質為異氰酸酯、異氰酸酯預聚物或異氰酸酯和異氰酸酯預聚物的混合物；

所述異氰酸酯為下述物質中的任意一種或任意兩種及兩種以上的混合物：

(1)二苯基甲烷二異氰酸酯；

(2)環己基二異氰酸酯；

(3)多亞甲基多苯基異氰酸酯；

(4)萘二異氰酸酯；

(5)甲基環己基二異氰酸酯；

(6)二環己基甲烷二異氰酸酯；

(7)己二異氰酸酯；

(8)異佛爾酮二異氰酸酯；

所述異氰酸酯預聚物為下述物質中的任意一種或任意兩種及兩種以上的混合物：

(a)二苯基甲烷二異氰酸酯的預聚物，分子量為1000～2000；

(b)環己基二異氰酸酯的預聚物，分子量為500～1500；

(c)多亞甲基多苯基異氰酸酯的預聚物，分子量為1500～4000；

(d)萘二異氰酸酯的預聚物，分子量為1200～4000；

(e)甲基環己基二異氰酸酯的預聚物，分子量為900～3000；

(f)二環己基甲烷二異氰酸酯的預聚物，分子量為1500～3000；

(g)己二異氰酸酯的預聚物，分子量為900～2000；

(h)異佛爾酮二異氰酸酯的預聚物，分子量為1200～4000。

上述封閉煤層瓦斯用高分子噴塗材料，所述添加劑由甲組分和/或乙組分組成，甲組分為乙二醇、三乙烯二胺、丙三醇、聚酯多元醇、聚醚多元醇和聚醚胺中的一種或多種，乙組分為粉狀氧化鋅和/或粉狀氧化銅。

上述封閉煤層瓦斯用高分子噴塗材料，聚醚多元醇為下述物質中的任意一種或任意兩種及兩種以上的混合物：

(1)以木糖醇為起始劑、羥值為300～360mgkoh/g的聚環氧乙烷/環氧丙烷/環氧丁烷聚醚；

(2)以麥芽糖為起始劑、羥值為320～380mgkoh/g的聚環氧乙烷/環氧丙烷/環氧丁烷聚醚；

(3)以果糖為起始劑、羥值為300～340mgkoh/g的聚環氧乙烷/環氧丙烷/環氧丁烷聚醚；

(4)以葡萄糖為起始劑、羥值為320～360mgkoh/g的聚環氧乙烷/環氧丙烷/環氧丁烷聚醚；

聚醚胺為下述物質中的任意一種或任意兩種及兩種以上的混合物：

(5)以乙烯醇丁二胺為起始劑、羥值為340～380mgkoh/g的聚環氧乙烷/環氧丙烷/環氧丁烷聚醚胺；

(6)以乙烯醇丁三胺為起始劑、羥值為340～380mgkoh/g的聚環氧乙烷/環氧丙烷/環氧丁烷聚醚胺；

(7)以乙烯醇丁四胺為起始劑、羥值為340～380mgkoh/g的聚環氧乙烷/環氧丙烷/環氧丁烷聚醚胺。

上述封閉煤層瓦斯用高分子噴塗材料，所述調凝劑為矽油、改性矽油、pc-41、dmp-30、脂肪族羧酸鋰鹽、芳香族羧酸鋰鹽、叔胺類催化劑和有機金屬類催化劑中的任意一種或任意兩種及兩種以上的混合物。

上述封閉煤層瓦斯用高分子噴塗材料，所述水玻璃為鈉水玻璃、鉀水玻璃和鋰水玻璃中的任意一種、任意兩種或三種，所述水玻璃的模數為1.8～3.0，所述水玻璃在20℃時的粘度為200～500mpa·s。

上述封閉煤層瓦斯用高分子噴塗材料，所述偏鋁酸鹼金屬鹽為偏鋁酸鋰或偏鋁酸鈉或偏鋁酸鉀或以上三種偏鋁酸鹽中任意兩種或三種的混合物。

上述封閉煤層瓦斯用高分子噴塗材料，所述增塑劑為磷酸三甲苯酯、磷酸三丁酯和亞磷酸酯中的任意一種或任意兩種及兩種以上的混合物。

本發明的有益效果是：

1.由於本發明封閉煤層瓦斯用高分子噴塗材料採用低成本的水溶性矽酸鹽作為材料的組成部分，材料成本大幅度的降低，使得本發明具有廣闊的推廣應用前景。

2.由於水溶性矽酸鹽為不可燃材料，在材料中加入水溶性矽酸鹽使得材料的阻燃性能得到了提高，從而使更適用於煤礦井下環境。

3.水溶性矽酸鹽可與聚異氰酸酯發生固化反應，而通過配比的調整以及調凝劑、增塑劑和添加劑的摻入，改善了材料的可操作性能及力學性能，使得滿足煤礦井下瓦斯封堵的需要。

4.偏鋁酸鹼金屬鹽的加入可以提高本發明封閉煤層瓦斯用高分子噴塗材料硬化後的抗壓強度和抗彎強度，明顯改善硬化後的封堵材料的使用性能。

5.矽酸鋯和改性環糊精的加入，可以有效地提高抗拉強度和附著力，降低空氣透氣率。

具體實施方式

下面結合具體實施例對本發明進行進一步的詳細說明。

實施例1.

a組分：

鉀水玻璃，模數為2.3，20℃時的粘度為280mpa·s，密度為1.50g/cm3，其所佔a組分總質量百分比為85％；

乙二醇，其所佔a組分總質量百分比為10％，密度1.12g/cm3；

丙三醇，其所佔a組分總質量百分比為5％。

b組分：

多亞甲基多苯基異氰酸酯，多亞甲基多苯基異氰酸酯中異氰酸酯的含量(質量百分比)為30～35％，20℃時的粘度為200mpa·s，密度為1.22g/cm3，多亞甲基多苯基異氰酸酯所佔b組分總質量百分比為70％；

多亞甲基多苯基異氰酸酯的預聚物，分子量為1500～4000；多亞甲基多苯基異氰酸酯的預聚物中異氰酸酯的含量(質量百分比)為8％，40℃時的粘度為3000mpa·s，密度為1.20g/cm3，多亞甲基多苯基異氰酸酯的預聚物所佔b組分總質量百分比為25％；

磷酸三丁酯，其所佔b組分總質量百分比為5％。

a組分、b組分的各成分通過混合攪拌後成為兩種均相的液體，使用時a組分和b組分按體積比1:1配製並噴塗在煤巖體漏風裂隙處即可。

本實施例封閉煤層瓦斯用高分子噴塗材料的抗拉強度為2.3mpa，附著力為1.7mpa，空氣透氣率為0.05l/s·m2【依據aq1088-2011測試】。

實施例2.

a組分：

鈉水玻璃，模數為2.5，20℃時的粘度為300mpa·s，密度為1.55g/cm3，其所佔a組分總質量百分比為75％；

偏鋁酸鉀，其所佔a組分總質量百分比為10％；

以葡萄糖為起始劑，羥值為320～360mgkoh/g的聚環氧丁烷聚醚，20℃時的粘度為360mpa·s，密度為1.08g/cm3，其所佔a組分總質量百分比為10％；

以乙烯醇丁三胺為起始劑，羥值為340～380的聚環氧乙烷聚醚胺，20℃時的粘度為380mpa·s，密度為1.06g/cm3，其所佔a組分總質量百分比為5％；b組分：

萘二異氰酸酯，萘二異氰酸酯中異氰酸酯的含量(質量百分比)為36～42％，20℃時的粘度為15mpa·s，密度為1.45g/cm3，萘二異氰酸酯所佔b組分總質量百分比為70％；

萘二異氰酸酯的預聚物，分子量為1200～4000，萘二異氰酸酯的預聚物中異氰酸酯的含量(質量百分比)為8％，40℃時的粘度為3000mpa·s，密度為1.52g/cm3，萘二異氰酸酯的預聚物所佔b組分總質量百分比為20％；

dmp-30，其所佔b組分總質量百分比為6％；

亞磷酸三苯酯，其所佔b組分總質量百分比為4％。

a組分、b組分的各成分通過混合攪拌後成為兩種均相的液體，使用時a組分和b組分按體積比1：2配製並噴塗在煤巖體漏風裂隙處即可。

本實施例封閉煤層瓦斯用高分子噴塗材料的抗拉強度為2.4mpa，附著力為1.7mpa，空氣透氣率為0.05l/s·m2【依據aq1088-2011測試】。

實施例3.

a組分：

鈉水玻璃，模數為2.5，20℃時的粘度為300mpa·s，密度為1.55g/cm3，其所佔a組分總質量百分比為42％；

鉀水玻璃，模數為2.3，20℃時的粘度為280mpa·s，密度為1.50g/cm3，其所佔a組分總質量百分比為30％；

偏鋁酸鉀，其所佔a組分總質量百分比為2％；

偏鋁酸鈉，其所佔a組分總質量百分比為3％；

氧化銅，其所佔a組分總質量百分比為2％；

氧化鋅，其所佔a組分總質量百分比為3％；

以葡萄糖為起始劑，羥值為320～360mgkoh/g的聚環氧丁烷聚醚，20℃時的粘度為360mpa·s，密度為1.08g/cm3，其所佔a組分總質量百分比為5％；

以乙烯醇丁三胺為起始劑，羥值為340～380的聚環氧乙烷聚醚胺，20℃時的粘度為380mpa·s，密度為1.06g/cm3，其所佔a組分總質量百分比為8％；

矽酸鋯粉末，過200目篩，其所佔a組分總質量百分比為5％；

b組分：

萘二異氰酸酯，萘二異氰酸酯中異氰酸酯的含量(質量百分比)為36～42％，20℃時的粘度為15mpa·s，密度為1.45g/cm3，萘二異氰酸酯所佔b組分總質量百分比為15％；

多亞甲基多苯基異氰酸酯的預聚物，分子量為1500～4000，多亞甲基多苯基異氰酸酯的預聚物中異氰酸酯的含量(質量百分比)為8％，40℃時的粘度為3000mpa·s，密度為1.20g/cm3，多亞甲基多苯基異氰酸酯的預聚物所佔b組分總質量百分比為15％；

己二異氰酸酯的預聚物，分子量為900～2000，己二異氰酸酯的預聚物中異氰酸酯的含量(質量百分比)為6％，40℃時的粘度為2400mpa·s，密度為1.15g/cm3，己二異氰酸酯的預聚物所佔b組分總質量百分比為20％；

異佛爾酮二異氰酸酯的預聚物，分子量為1200～4000，異佛爾酮二異氰酸酯的預聚物中異氰酸酯的含量(質量百分比)為10％，40℃時的粘度為3500mpa·s，密度為1.12g/cm3，異佛爾酮二異氰酸酯的預聚物所佔b組分總質量百分比為10％；

矽油，其所佔b組分總質量百分比為5％；

二丁基二甲氧基錫，其所佔b組分總質量百分比為5％；

磷酸三丁酯，其所佔b組分總質量百分比為5％；

亞磷酸三苯酯，其所佔b組分總質量百分比為5％；

dmp-30，其所佔b組分總質量百分比為5％；

鄰苯二甲酸鋰，其所佔b組分總質量百分比為5％；

改性環糊精，其所佔b組分總質量百分比為10％；改性環糊精的製備方法如下：乙醇和環糊精按照質量比2:1混合，60℃下攪拌2h，然後加入分子量為300-1500的聚乙二醇單環己醚，聚乙二醇單環己醚與環糊精的物質的量之比為1:1，反應5-10小時；然後升溫至100℃，按照環糊精與3，5-二叔丁基-4-羥基苯胺按照質量比為3:1，將3，5-二叔丁基-4-羥基苯胺溶解於乙醇中，每克3，5-二叔丁基-4-羥基苯胺量取10ml乙醇，在攪拌下滴加3，5-二叔丁基-4-羥基苯胺的乙醇溶液，滴加完畢之後，升溫至600℃，反應5-10小時，蒸乾溶劑後得改性環糊精。

a組分、b組分的各成分通過混合攪拌後成為兩種均相的液體，使用時a組分和b組分按體積比5：2配製並噴塗在煤巖體漏風裂隙處即可。

本實施例封閉煤層瓦斯用高分子噴塗材料的抗拉強度為3.1mpa，附著力為2.2mpa，空氣透氣率為0.01l/s·m2【依據aq1088-2011測試】。

上述實施例僅僅是為清楚地說明本發明創造所作的舉例，而並非對本發明創造具體實施方式的限定。對於所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這裡無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。凡在本發明的精神和原則之內所引伸出的任何顯而易見的變化或變動仍處於本發明創造權利要求的保護範圍之中。