发明内容

本发明要解决的技术问题是：一是聚氨酯类加固材料的热稳定性较差，在注浆过程中由于反应放热可能导致固化物的各项性能下降；二是聚氨酯类加固材料的粘结强度不足，对于破碎严重的煤岩体加固效果不够理想；三是聚氨酯类加固材料的刚性强度不够，在连续性压力下形变大，支撑效果相应降低。为解决上述问题，提供了一种环氧树脂改性聚氨酯加固材料及其制备方法，通过在异氰酸酯结构中引入双酚A型环氧树脂基团，进而提高了产品的粘结强度、抗压强度和高温稳定性。

本发明环氧树脂改性聚氨酯加固材料，包括A组分和B组分，其中：以重量份数计，A组分包括聚醚多元醇40～50份、异氰酸酯A5～10份、环氧树脂15～20份、催化剂0.2～0.5份、阻燃剂10～20份和稀释剂10～20份；以重量份数计，B组分包括异氰酸酯B 60～75份、阻燃剂20～30份、增塑剂5～15份和抗静电剂0.1～0.3份。

其中：

所述的聚醚多元醇为以甘油为起始剂，相对分子质量为300～500，羟值为300～500mgKO H/g的聚醚多元醇；选自山东蓝星东大有限公司的DV-125、MN500、MN700中的一种或多种，优选DV-125。

所述的异氰酸酯A为TDI或MDI-50中的一种，优选MDI-50。

所述的环氧树脂为双酚A型环氧树脂E-51或E-44中的一种，选自南通星辰合成材料有限公司的E-44、E-51环氧树脂，优选E-44。双酚A型环氧树脂主链上存在大量的苯环，可赋予材料良好的刚性和热稳定性，具有反应活性的羟基和环氧基提高了材料的内聚力和粘结性能，其中羟基与异氰酸根反应生成氨基甲酸酯，环氧基与异氰酸根反应生成恶唑烷酮，形成空间立体网状交联结构，将环氧树脂中的刚性结构引入到聚氨酯结构中，其中R为异氰酸酯主链、R＇为聚醚多元醇主链、R"为双酚A型环氧树脂主链。在温度较低的环境中，环氧树脂中的环氧基和羟基与异氰酸酯反应程度很慢，因此在预聚过程中通常适当提高反应体系温度，加快反应速度，但过高的温度容易引起局部爆聚，形成不容固化物，因此预聚过程需严格控制反应温度。

双酚A型环氧树脂的结构式：

羟基与异氰酸根反应生成氨基甲酸酯的反应路线：

R-NCO+R’-OH→RNHCOOR’。

异氰酸酯与环氧基反应生成恶唑烷酮的反应路线：

将环氧树脂中的刚性结构引入到聚氨酯的反应路线：

所述的稀释剂为碳酸丙烯酯、邻苯二甲酸二甲酯、磷酸三甲酯或磷酸三乙酯中的一种或多种，优选磷酸三乙酯。

所述的异氰酸酯B为聚合MDI，-NCO含量为30.5～32.0％，选自万华化学集团股份有限公司的PM-200。

所述的阻燃剂为TCEP、TCPP或DMMP中的一种或多种，优选TCPP。

所述的增塑剂为DBP、DOP或DINP中的一种或多种，优选DINP。

本发明所述的环氧树脂改性聚氨酯加固材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)A组分的制备：

室温下用氮气置换预聚釜A三次，投入配方量的双酚A型环氧树脂，利用真空泵将预聚釜A内压力抽至-0.08～-0.1MPa，升温并开启搅拌，将配方量的异氰酸酯A灌入带有液位计的密封储罐中，利用预聚釜A中的负压，分3～5次吸入密封储罐中的异氰酸酯A，预聚釜A温度达到80℃以前投入所有配方量的异氰酸酯A。然后升温至100～150℃，反应3～5h，从预聚釜取样口取样，测得釜内异氰酸根含量达到设计值后降温至60～90℃，开启泄压阀，使釜内压力达到大气压力。然后根据配方量依次投入稀释剂、阻燃剂，继续降温至室温，投入配方量的聚醚多元醇和催化剂，搅拌均匀后得产品A组分；

(2)B组分的制备：

根据配方量将异氰酸酯B、阻燃剂、增塑剂、抗静电剂投入混合釜B中，搅拌均匀后得到产品B组分；

(3)使用时，将A组分和B组分通过气动双液型注浆泵按照体积比1:1混合即可完成注浆。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1、本发明选用双酚A型环氧树脂与异氰酸酯通过环氧基、羟基发生预聚反应，将环氧树脂中的刚性苯环结构引入聚氨酯结构中，提高聚氨酯类加固材料的热稳定性和刚性强度，确保反应后的固化物即使在注浆过程中大量放热的情况下，依然具有较好的稳定性和各项力学性能。

2、本发明中引入双酚A型环氧树脂，体系中的环氧基和羟基进一步提高了固化物产品的粘结强度。

3、本发明中由于双酚A型环氧树脂主链上含有大量的刚性苯环，使材料固化物在持续压力作用下依然可以保持较小的形变，且不脆裂，可以更好的承受地质变化或现场施工过程中产生的各类冲击。

4、本发明制备的环氧树脂改性聚氨酯加固材料，通过在异氰酸酯结构中引入双酚A型环氧树脂基团，提高了产品的粘结强度、刚性强度和高温稳定性，同时保留了聚氨酯材料本身的韧性、耐磨性、可塑性和固化时间可控等特点，作为矿用加固材料，可以有效提高产品的安全使用效果