[发明专利]充填密闭用硅酸盐改性高分子发泡材料

说明书

本发明涉及一种充填密闭用硅酸盐改性高分子发泡材料,属于硅酸盐改性技术领域。本发明硅酸盐改性高分子发泡材料原料中约60％重量比例是硅酸盐改性水溶液组分，约40％是结构阻燃异氰酸酯。和目前煤矿充填密闭用酚醛泡沫相比，其解决了酚醛泡沫特有的延燃性测试很难通过，甲醛含量高的两个瓶颈。其氧指数≥35％，膨胀倍率≥25，最高反应温度≤95℃，气味等级(80℃)≤3.5，雾气测试≤5mg，烟气毒性指数≤5。特别是其不含卤素阻燃剂，发烟量小，不会释放出具有腐蚀性或刺激性卤化氢气体，不会产生有毒致癌物质多溴代苯并恶英和多溴代二苯并呋喃,不会增加煤质中的卤素含量。

技术领域

本发明涉及一种硅酸盐改性高分子发泡材料,属于硅酸盐改性材料技术领域。

背景技术

注浆工程广泛用于矿山、隧道等地下工程加固及防渗堵漏，提高岩土(煤)层的力学强度和变形模量，加强岩土(煤)层的整体性；或者截断渗透水流，降低岩土(煤)层的渗透性，提高地层的抗渗能力。对地下注浆工程而言，注浆材料和注浆理论是目前注浆工程领域的两个重要研究内容。有机注浆材料是近年来的一个重要研究方向，其和水泥、水泥-水玻璃、水泥-粉煤灰等颗粒浆液相比，具有固沙体强度高、固化快、韧性好、耐久性好、浆液粘度低、灌注性和渗透性好等特点。

煤矿充填密闭用有机泡沫分为聚氨酯泡沫和有机泡沫两种。聚氨酯泡沫具有以下优点：1、粘度低，能很好地渗入细小的裂缝中；2、极好的粘合能力与地层形成很强的粘合；3、其良好的柔韧性能承受随后的地层运动；4、发泡时间可以调控，快到几秒，慢到几分钟；5、发泡倍数可以调控，5-10倍，20-50倍，可以按照客户要求调控；6、泡沫具有高闪点，阻燃，不产生有害气体的特点，和水不相容；7、发泡后一旦固结，迅速使破碎基体得到补强，压缩20-30％也不脆裂。但是其内部放热较大，如果注浆量一次过大现场控制不当，可能有烧芯自燃现象，并且由于需要阻燃，添加卤素阻燃剂较多导致燃烧烟雾比较大，现在已经被行业内淘汰。

煤矿目前使用充填密闭用有机泡沫为酚醛泡沫，其氧指数高，氧指数≥35％、固化内部放热量小，大大降低了自燃现象。缺点除了泡沫强度差，比较酥脆外，还有两个致命缺点；1、虽然其氧指数高，但是其延燃情况严重，延燃其实是酚醛泡沫的阴燃，酚醛泡沫阴燃危害特别严重，酚醛泡沫一旦阴燃就能持续下去，直到材料全部耗尽为止(浅谈阴燃火灾，消防科技.1992(04)，高锦田)。因此AQ/T1090-2020行标特意为了酚醛泡沫的阴燃规定了延燃性实验方法，但是由于这是酚醛泡沫的本质决定的，几乎无法解决。2、甲醛含量高，难以满足GB18583溶剂型部分中其他胶粘剂部分的高分子发泡材料有害物质限量的相关规定(≤0.50g/kg)。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术存在的不足之处，本发明充填密闭用硅酸盐改性高分子发泡材料使用预聚异氰酸酯改性硅酸盐，结合了无机注浆材料和高分子注浆材料的优点。和目前煤矿充填密闭用酚醛泡沫相比，其解决了酚醛泡沫延燃性测试很难通过，甲醛含量高的两个瓶颈。其氧指数≥35％，膨胀倍率≥25，最高反应温度≤95℃，气味等级(80℃)≤3.5，雾气测试≤5mg(没有物理添加型阻燃剂向环境扩散现象)，烟气毒性指数≤5。特别是其不含卤素阻燃剂，发烟量小，不会释放出具有腐蚀性或刺激性卤化氢气体，不会产生有毒致癌物质多溴代苯并恶英和多溴代二苯并呋喃,不会增加煤质中的卤素含量。

本发明的目的之一是提供一种充填密闭用硅酸盐改性高分子发泡材料，其特殊之处在于包括预聚异氰酸酯和硅酸盐改性水溶液，二者的质量比为1：(1.2～1.4)，所述预聚异氰酸酯的P含量为4.4％，N含量为7.9％，NCO％含量为11.9％，结构式如下：

所述硅酸盐改性水溶液包括：液体硅酸钠、小分子醇、水、催化剂；所述液体硅酸钠占硅酸盐改性水溶液重量的63-66％；所述小分子醇占硅酸盐改性水溶液重量的17％～20％，所述水占硅酸盐改性水溶液重量的14-17％；所述催化剂占硅酸盐改性水溶液重量的1.5-2.5％；