[发明专利]一种矿用高强度阻燃聚氨酯加固材料的制备方法

说明书

一种矿用高强度阻燃聚氨酯加固材料的制备方法，属于新材料技术领域，本发明先将芳纶树脂接枝成芳纶树脂多元醇，然后再将其与阻燃聚醚混合均匀，在催化剂和交联剂的作用下与异氰酸酯聚合得到结构阻燃加固材料，该工艺过程中无需添加型阻燃剂析出隐患，阻燃性能符合行业标准，并且制品具有较高的抗压、抗拉和抗剪强度。

技术领域

本发明属于新材料技术领域，特别涉及矿用高强度阻燃聚氨酯加固材料的生产工艺。

背景技术

芳纶（苯二甲酰苯二胺），是一种新型高科技合成纤维，具有超高强度、高模量和耐高温、耐酸耐碱、重量轻、绝缘、抗老化、生命周期长等优良性能，其强度是钢丝的 5～6倍 ，模量为钢丝或玻璃纤维的2～3倍，韧性是钢丝的2倍，而重量仅为钢丝的1/5左右，在560℃的温度下，不分解，不融化。

芳纶主要分为两种，对位芳酰胺纤维(PPTA)和间位芳酰胺纤维(PMIA)。在芳纶纤维生产领域，对位芳酰胺纤维发展最快，产能主要集中在日本和美国、欧洲。对位芳纶纤维是重要的国防军工材料，为了适应现代战争的需要，美、英等发达国家的防弹衣均为芳纶材质，芳纶防弹衣、头盔的轻量化，有效提高了军队的快速反应能力和杀伤力。除了军事上的应用外，现已作为一种高技术含量的纤维材料被广泛应用于航天航空、机电、建筑、汽车、体育用品等国民经济的各个方面。

聚氨酯具有良好的力学性能、加工性能、抗化学性、防腐、耐磨和粘结性能。因此广泛用于冰箱冷库、建筑、交通运输、石油化工、军用航空等方面，作为绝热保温材料和结构承重材料。德国的拜耳公司和埃森采矿研究中心首先将聚氨酯产品推广到煤矿行业，在1976年德国、法国、美国和我国先后在煤矿开始广泛使用硬泡聚氨酯加固煤层。相比于其他加固材料，聚氨酯加固材料可以用于煤矿加固、堵漏风、漏水等，黏度适中，固化时间可以调节，固化形成的聚氨酯泡沫具有质量轻、导热系数低、阻燃、耐化学腐蚀等特点。随着煤炭需求的逐步上升，聚氨酯加固材料市场前景十分广阔。

然而传统的聚氨酯加固材料为易燃材料，为了达到我国煤炭行业标准MT113-1995《煤矿井下用聚合物制品阻燃抗静电性通用实验方法和判定规则》和我国安全生产行业标准AQ1089-2011《煤矿加固煤岩体高分子材料》中的阻燃要求，加固材料中均使用TCPP、TCEP、DMMP、三聚氰胺等添加型阻燃剂。而且制品强度只是符合我国安全生产行业标准AQ1089-2011《煤矿加固煤岩体用高分子材料》中的抗压强度≥60MPa，抗拉强度≥20MPa，抗剪强度≥20MPa。添加型阻燃剂在材料中不参与任何反应，经过一段时间后会游离出材料，造成环境的污染。隋强男等发表在《环境科学与管理》的《有机磷酸酯类阻燃剂在环境中的最新残留现状研究》指出，欧洲各国污水处理厂水质情况调查显示，大多数污水处理厂的出水中可检出TCPP和TCEP，浓度维持在几百个ng/L。在瑞典，EHDPP、TCPP以及TBEP大量出现在活性污泥中，而在英国，Joyee Cristale等发现亚耳河河水中含有TCEP、TCPP、TDCP等物质。在奥地利的多瑙河测出TCEP残留，德国鲁尔区的河流测出TECP的残留。德国Osnabrueck大学校园采集的土壤中也检测到TCEP的残留。

发明内容

本发明的目的是提出一种具有较高强度、符合阻燃要求并且无单体阻燃剂溢出隐患的矿用高强度阻燃聚氨酯加固材料的制备方法。

本发明包括以下步骤：

1）采用双金属氰化物络合催化剂，以对位芳纶粉末为原料制备芳纶树脂多元醇；

2）将芳纶树脂多元醇、阻燃聚醚、催化剂和交联剂混合，得到组份A，以多亚甲基多苯基多异氰酸酯为组份B；在料温和室温均为20～25℃的条件下，以1∶1的体积比将组份A和组份B混合均匀后静置熟化6h，得矿用高强度阻燃聚氨酯加固材料。

本发明先将芳纶树脂接枝成芳纶树脂多元醇，然后再将其与阻燃聚醚混合均匀，在催化剂和交联剂的作用下与异氰酸酯聚合得到结构阻燃加固材料，该工艺过程中无需添加型阻燃剂析出隐患，阻燃性能符合行业标准，并且制品具有较高的抗压、抗拉和抗剪强度。