一种高相容性水玻璃改性聚氨酯注浆材料及制备方法一、技术领域
本发明涉及一种聚氨酯注浆材料及其制备方法，具体地说是一种高相容性水玻璃改性聚
氨酯注浆材料及制备方法，属于改性聚氨酯技术领域。
二、背景技术
松散的煤岩层结构是威胁煤矿安全生产的重要隐患。这些松散的结构往往在承受巨大地
下压力时发生冒顶、破碎、塌方等事故。通过注浆材料可以有效的将松散破碎的煤岩体迅速
胶结成一个整体，提高整个煤岩层的抗压力，防止事故的发生。
常用的注浆材料有水泥基注浆材料、环氧树脂注浆材料、酚醛树脂注浆材料、聚氨酯注
浆材料以及水玻璃注浆材料。而这些材料特有的一些缺点限制了其进一步应用，所以将上述
的几种材料复合是一个提升材料综合性能的好方法。
聚氨酯材料的力学性能较好，但是阻燃抗静电性能较差，成本较高；而价格低廉的水玻
璃注浆材料有着优异的抗静电和阻燃性能，缺点是力学性能较差。利用水玻璃改性聚氨酯可
以提高注浆材料的综合性能。然而异氰酸酯为油溶性物质，水玻璃为水溶性物质，两者相容
性较差，复合材料的力学强度相比聚氨酯明显偏低。
三、发明内容
针对上述问题，本发明旨在提供一种高相容性水玻璃改性聚氨酯注浆材料及制备方法，
所要解决的技术问题是提高聚氨酯与水玻璃两相的相容性，降低两相的分离程度。本发明注
浆材料的固结时间可调，固结体强度高，保质期长。
本发明高相容性水玻璃改性聚氨酯注浆材料，是由组份A和组份B按体积比1：1的比
例混合注浆得到；
所述组份A按质量份数构成如下：
所述多苯基多亚甲基多异氰酸酯，购自烟台万华聚氨酯股份有限公司；
所述酯固化剂选自三醋酸甘油酯、乙酸乙酯、邻苯二甲酸二丁酯中的一种或几种。
所述催化剂选自异辛酸铅、辛酸亚锡、三乙胺、三乙烯二胺、N,N-二甲基苄胺、N,N-二
甲基环己胺中的一种或几种。
所述稳定剂选自苯甲酸、磷酸、乙酸、硫酸中的一种或几种。
所述组份B为模数2.0-3.0、波美度40-50°Bé的液态硅酸钠水玻璃，购自青岛东岳泡花碱
有限公司。
本发明高相容性水玻璃改性聚氨酯注浆材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)向MDI或TDI中加入酯固化剂，按照异氰酸酯基与羟基摩尔比2-4：1的比例滴加
多元醇，60～120℃下反应3h，反应结束后得到含亲水链段的聚氨酯预聚体；向含亲水链段
的聚氨酯预聚体中加入多苯基多亚甲基多异氰酸酯、催化剂和稳定剂，搅拌均匀后即得组份
A，密封保存；
所述多元醇是由数均分子量200-1000的聚酯多元醇、数均分子量200-1000的聚乙二醇
中的一种或几种构成。
聚酯多元醇购自济宁华凯树脂有限公司，牌号PBA-580。
(2)在10-50℃下将组份A和组份B按照体积比1：1的比例用双液混合注浆机混合注
浆即可，固化时间在40-300s。
本发明通过在油溶性的异氰酸酯引入亲水性的聚乙二醇和聚酯多元醇链段，一方面提高
异氰酸酯的亲水性；另一方面利用聚酯多元醇较高的内聚能增强材料粘接性能及内聚力，从
而实现两相共混时相容性增加，力学性能提高。复合注浆材料的抗压强度可达50MPa，拉伸
强度可达22.5MPa，粘接强度可大4.5MPa。
与当前注浆材料相比本发明有如下优点：
1、阻燃和抗静电性能优异，材料力学性能好。
2、通过调节催化剂用量可实现固化时间从从40s-300s连续可调且保质时间更长，当催化
剂为0.01份时固结时间可以达到300s，催化剂为0.1份时固结时间为40s。固化反应放热低
于100℃，使用安全。
3、浆液粘度适中渗透性好。
4、成本相对于聚氨酯注浆材料大大下降。
四、附图说明
图1为普通水玻璃聚氨酯复合注浆材料的断面扫描电镜照片。
图2为本发明高相容性水玻璃改性聚氨酯注浆材料的断面扫描电镜照片。
从图中可以看出，图2产生的小颗粒更加细密，这是因为预聚体改善了两相的相容性，
让两相在共混时分散的更加均匀，形成的液滴更小，从而在固化后提高力学性能。
五、具体实施方式
实施例1：对比例—普通水玻璃聚氨酯复合注浆材料
1、在30℃下，向20公斤三醋酸甘油酯中加入60公斤多苯基多亚甲基多异氰酸酯、50g
磷酸和30g三乙烯二胺，搅拌均匀后得组份A，
2、将组份A与组份B(组份B是模数2.8、波美度48°Bé的液态硅酸钠水玻璃)按体积
比1：1用双液混合注浆机混合即可。
性能检测结果如下：
蓄热温度：80℃
固结时间：144s
抗压强度：24MPa
固沙强度：13MPa
粘接强度：2.1MPa
拉伸强度：4.7MPa
氧指数：32
表面电阻：105Ω
储存天数：90天
实施例2：
1、在30℃下，向10公斤MDI中加入20公斤三醋酸甘油酯，搅拌均匀，随后滴加5公
斤脱水后的聚乙二醇400，控制反应温度80℃反应3h，反应结束后向反应液中加入44公斤
多苯基多亚甲基多异氰酸酯、50g磷酸和30g三乙烯二胺，搅拌均匀后即得组份A79公斤，
密封保存；组份B为模数2.5、波美度47°Bé的液态硅酸钠水玻璃。
2、10℃下将组份A和组份B按照体积比1：1的比例用双液混合注浆机混合即可。
性能检测结果如下：
蓄热温度：80℃
固结时间：150s
抗压强度：45MPa
固沙强度：20MPa
粘接强度：4MPa
拉伸强度：17MPa
氧指数：32
表面电阻：105Ω
储存天数：90天
实施例3：
1、在30℃下，向10公斤MDI中加入20公斤三醋酸甘油酯，搅拌均匀，随后滴加脱水
后的聚酯多元醇PBA-580和PEG-400的混合液6.69公斤(其中PBA-5805公斤，PEG-4001.69
公斤)，控制反应温度80℃反应3h；反应结束后加入44公斤多苯基多亚甲基多异氰酸酯，50g
磷酸和40g三乙烯二胺，搅拌均匀得到浆液80.78公斤，即为组份A，密封保存。组份B为
模数2.8、波美度48°Bé的液态硅酸钠水玻璃。
2、常温下将组份A和组份B按照体积比1：1的比例用双液混合注浆机混合即可。
性能检测结果如下：
蓄热温度：87℃
固结时间：107s
抗压强度：50MPa
固沙强度：25MPa
粘接强度：4.5MPa
拉伸强度：22.5MPa
氧指数：32
表面电阻：105Ω
储存天数：90天
通过实施例1、2、3的对比可知，加入预聚体可以明显提高材料的粘接、抗压、固沙、
拉伸强度。通过材料的断面扫描电镜(图1、图2)(图1为实例1所制样品，图2、为实例
二所制样品)可以看出，添加预聚体增加了两相相容性。这是因为通过将亲水的分子链段引
入异氰酸酯中，使原本亲油的异氰酸酯可以更好地与水性的水玻璃相容，而不用再添加任何
附加的表面活性剂。相容性更好意味着形成注浆材料形成的颗粒越小，而颗粒的直径越小，
材料的渗透性能越好，最终固化后相分离程度越低，材料力学性能更好。