【技術實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術屬于煤礦巷道加固支護，具體而言，本專利技術涉及涉及一種阻燃二元醇、薄噴支護材料及其制備方法和應用。
技術介紹
1、在煤炭開采過程中，井工開采是主要的開采方式。近年來，我國每年新掘進的巷道總長度超過12000km，且煤、半煤巖巷道占比80％以上，新掘巷道與正在作業(yè)使用的巷道構(gòu)成了我國規(guī)模最大的地下工程。傳統(tǒng)煤礦巷道圍巖普遍采用錨桿、金屬網(wǎng)與托盤、鋼帶等構(gòu)成的錨網(wǎng)支護體系進行支護，但是存在圍巖風化掉落和金屬錨網(wǎng)支護體系失效的問題；也可以采用噴射混凝土支護方式，然而，噴射混凝土支護方式存在材料施工用量和運輸量大、凝結(jié)速度慢和易開裂掉落的問題。
2、因此，取代噴射混凝土，開發(fā)巷道表面薄噴支護材料是目前煤礦巷道圍巖支護技術發(fā)展的新方向。薄噴支護材料開發(fā)的難點在于對巷道薄噴支護材料的阻燃性能、力學性能和粘結(jié)性能都有嚴格要求。為了解決阻燃問題，使用傳統(tǒng)方式的添加型阻燃劑的作用比較單一，加入添加型阻燃劑后嚴重削弱薄噴支護材料的力學性能和粘結(jié)性能，難以達到巷道表面薄噴支護材料的技術要求。
技術實現(xiàn)思路
1、本專利技術是基于專利技術人對以下事實和問題的發(fā)現(xiàn)和認識做出的：目前的煤礦巷道加固支護方式存在圍巖風化掉落、支護體系失效、材料施工用量和運輸量大、凝結(jié)速度慢和易開裂掉落等問題。薄噴支護材料對材料的阻燃性能、力學性能和粘結(jié)性能都有嚴格要求，使用傳統(tǒng)方式的添加型阻燃劑的作用比較單一，加入添加型阻燃劑后嚴重削弱薄噴支護材料的力學性能和粘結(jié)性能，難以達到巷道表面薄噴支護材料的技術要求。
2、本專利技術旨在至少在一定程度上解決相關技術中的技術問題之一。為此，本專利技術的實施例提出一種阻燃二元醇、薄噴支護材料及其制備方法和應用，阻燃二元醇具有剛性的五元芳雜環(huán)結(jié)構(gòu)、橋環(huán)結(jié)構(gòu)和dopo結(jié)構(gòu)，具有本征阻燃特性，賦予了薄噴支護材料優(yōu)異的熱穩(wěn)定性、本征阻燃性能、抗熔滴性、強粘結(jié)性能以及力學性能，薄噴支護材料通過分子主鏈中氫鍵作用、π-π共軛作用和強極性作用實現(xiàn)與巷道的強粘結(jié)，防止開裂掉落，提高巷道的安全水平。
3、本專利技術實施例提供一種阻燃二元醇，所述阻燃二元醇的結(jié)構(gòu)式如下式(i)或式(ii)所示：
4、
5、其中，r1或r2各自獨立地選自未取代的或烷基取代的吡咯基、未取代的或烷基取代的呋喃基。
6、本專利技術實施例的阻燃二元醇帶來的優(yōu)點和技術效果：相關技術中通過在聚酯多元醇中引入含脂肪族結(jié)構(gòu)的有機磷阻燃成分以提高材料阻燃性能，存在顯著損害材料力學性能以及抗熔滴性差的問題。本專利技術的阻燃二元醇中引入dopo結(jié)構(gòu)，具有本征阻燃性能。呋喃和/或吡咯五元芳雜環(huán)結(jié)構(gòu)與橋環(huán)結(jié)構(gòu)以及dopo結(jié)構(gòu)形成剛性的結(jié)構(gòu)，進一步提高材料的熱穩(wěn)定性和阻燃特性。此外，未取代的或烷基取代的吡咯基中含有n元素，能夠與dopo結(jié)構(gòu)的p元素協(xié)同阻燃，具有更優(yōu)異的阻燃性能。基于5-降冰片烯-2,3-二甲酸和/或丙烯海松酸的橋環(huán)酯基結(jié)構(gòu)既能夠提供酯基，可以通過氫鍵和強極性作用提高材料的粘結(jié)強度；還含有雙鍵，能夠強化π-π共軛作用，提高材料的粘結(jié)強度；化學性質(zhì)穩(wěn)定，特殊的非線形分子結(jié)構(gòu)賦予材料優(yōu)異的力學性能。
7、本專利技術實施例中，本專利技術的阻燃二元醇用于聚氨酯時，能夠賦予聚氨酯材料優(yōu)異的熱穩(wěn)定性、本征阻燃特性、抗熔滴性以及力學性能，同時阻燃二元醇的分子主鏈功能基團可與煤巖基底產(chǎn)生氫鍵作用、π-π共軛作用和強極性作用，實現(xiàn)強粘結(jié)作用，防止開裂掉落，提高巷道的安全水平。
8、在一些實施例中，r1或r2各自獨立地選自
9、本專利技術實施例提供一種阻燃二元醇的制備方法，包括以下步驟：
10、(1)將9,10-二氫-9-氧雜-10-磷雜菲-10-氧化物和五元芳雜環(huán)衍生物進行反應，得到二醇化合物；所述五元芳雜環(huán)衍生物包括吡咯衍生物或呋喃衍生物中的至少一種；
11、(2)將二元酸與草酰氯進行反應，反應后加入所述二醇化合物進行酰化反應，得到阻燃二元醇；其中，所述二元酸包括5-降冰片烯-2,3-二甲酸或丙烯海松酸中的至少一種。
12、本專利技術實施例中，dopo與五元芳雜環(huán)衍生物反應生成二醇化合物，二醇化合物與二元酸的草酰氯反應產(chǎn)物進行酰化反應，得到阻燃二元醇，二元酸反應活性高且生成物化學性質(zhì)穩(wěn)定，方法簡單，條件溫和，適宜大量生產(chǎn)。
13、在一些實施例中，所述步驟(1)中，所述吡咯衍生物包括以下結(jié)構(gòu)式中的至少一種：
14、
15、和/或，所述呋喃衍生物包括以下結(jié)構(gòu)式中的至少一種：
16、
17、在一些實施例中，所述步驟(1)中，所述9,10-二氫-9-氧雜-10-磷雜菲-10-氧化物和五元芳雜環(huán)衍生物的摩爾比為1：1；
18、和/或，所述反應的溫度為80～150℃；
19、和/或，所述反應的時間為2～8h。
20、在一些實施例中，所述步驟(2)中，所述二元酸與草酰氯的摩爾比為1：2；
21、和/或，所述反應的溫度為5～40℃；
22、和/或，所述反應的時間為2～5h；
23、和/或，所述二元酸與二醇化合物的摩爾比為1：2；
24、和/或，所述酰化反應的溫度為5～40℃；
25、和/或，所述酰化反應的時間為2～5h。
26、本專利技術實施例提供一種薄噴支護材料，包括第一組分和第二組分，以質(zhì)量計，所述第一組分包括：異氰酸酯50～90份、第一多元醇10～40份、降黏劑0～10份以及阻聚劑0.01～0.5份；
27、以質(zhì)量計，所述第二組分包括：第二多元醇60～80份、阻燃二元醇15～35份、抗靜電劑2～10份以及催化劑0.2～2份；所述阻燃二元醇包括本專利技術實施例所述的阻燃二元醇或本專利技術實施例所述的制備方法制得的阻燃二元醇中的至少一種。
28、本專利技術實施例中，本專利技術的阻燃二元醇用于薄噴支護材料，賦予薄噴支護材料優(yōu)異的熱穩(wěn)定性、本征阻燃特性、抗熔滴性以及力學性能，同時阻燃二元醇的分子主鏈功能基團可與煤巖基底產(chǎn)生氫鍵作用、π-π共軛作用和強極性作用，實現(xiàn)薄噴支護材料與煤巖基底的強粘結(jié)作用，防止開裂掉落，提高巷道的安全水平。薄噴支護材料中可以添加降黏劑，降低薄噴支護材料黏度，提高施工性。薄噴支護材料中添加抗靜電劑，降低表面電阻，增加抗靜電性。薄噴支護材料中還添加微量阻聚劑，有助于提高薄噴支護材料的儲存期。薄噴支護材料具有軟段和硬段的微相分離結(jié)構(gòu)，硬段有利于提高薄噴支護材料的強度，軟段有利于提高薄噴支護材料的韌性，通過優(yōu)選薄噴支護材料中各成分的份數(shù)，有利于獲得強度和韌性性能均優(yōu)異的薄噴支護材料。
29、在一些實施例中，所述第一組分中，所述異氰酸酯包括甲苯二異氰酸酯、二苯基甲烷二異氰酸酯或多苯基多亞甲基多異氰酸酯中的至少一種；
30、和/或，所述第一多元醇包括聚醚多元醇或聚酯多元醇中的至少一種；
31、和/或，所述第一多元醇的羥值為30～500mg?koh/g；
32、和/或，所述降黏本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術保護點】
1.一種阻燃二元醇，其特征在于，所述阻燃二元醇的結(jié)構(gòu)式如下式(I)或式(II)所示：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的阻燃二元醇，其特征在于，R1或R2各自獨立地選自
3.一種權(quán)利要求1或2所述的阻燃二元醇的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的阻燃二元醇的制備方法，其特征在于，所述步驟(1)中，所述吡咯衍生物包括以下結(jié)構(gòu)式中的至少一種：
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的阻燃二元醇的制備方法，其特征在于，所述步驟(1)中，所述9,10-二氫-9-氧雜-10-磷雜菲-10-氧化物和五元芳雜環(huán)衍生物的摩爾比為1：1；
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的阻燃二元醇的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)中，所述二元酸與草酰氯的摩爾比為1：2；
7.一種薄噴支護材料，其特征在于，包括第一組分和第二組分，以質(zhì)量計，所述第一組分包括：異氰酸酯50～90份、第一多元醇10～40份、降黏劑0～10份以及阻聚劑0.01～0.5份；
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的薄噴支護材料，其特征在于，所述第一組分中，所述異氰酸酯包括甲苯二
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的薄噴支護材料，其特征在于，所述第二組分中，所述第二多元醇包括聚醚多元醇或聚酯多元醇中的至少一種；
10.一種權(quán)利要求7-9中任一項所述的薄噴支護材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的薄噴支護材料的制備方法，其特征在于，所述步驟1)中，所述反應的溫度為50～120℃；和/或，所述反應的時間為2～3h。
12.一種權(quán)利要求1或2所述的阻燃二元醇或權(quán)利要求7-9中任一項所述的薄噴支護材料的應用，其特征在于，用于巷道。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的應用，其特征在于，所述巷道包括煤礦巷道。
...【技術特征摘要】
1.一種阻燃二元醇，其特征在于，所述阻燃二元醇的結(jié)構(gòu)式如下式(i)或式(ii)所示：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的阻燃二元醇，其特征在于，r1或r2各自獨立地選自
3.一種權(quán)利要求1或2所述的阻燃二元醇的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的阻燃二元醇的制備方法，其特征在于，所述步驟(1)中，所述吡咯衍生物包括以下結(jié)構(gòu)式中的至少一種：
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的阻燃二元醇的制備方法，其特征在于，所述步驟(1)中，所述9,10-二氫-9-氧雜-10-磷雜菲-10-氧化物和五元芳雜環(huán)衍生物的摩爾比為1：1；
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的阻燃二元醇的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)中，所述二元酸與草酰氯的摩爾比為1：2；
7.一種薄噴支護材料，其特征在于，包括第一組分和第二組分，以質(zhì)量計，所述第一組分包括：異氰酸酯50～90份、第一多元醇1...
【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：姜鵬飛，何宗科，王子越，韋堯中，劉暢，張群濤，陳惠元，郭吉昌，羅超，陳志良，李帥，吳樂，張煒，劉國棟，張輝，李世林，任旺，王正勝，
申請(專利權(quán))人：中煤科工天津巖層智控科技有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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