【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 基甲酸酯等基團(tuán)對(duì)－NCO 基團(tuán)的競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)，催化劑對(duì) H2O 與－NCO 基團(tuán)反應(yīng)的催化活性越高，H 2O 與－NCO 反應(yīng)的速度快，反應(yīng)放出的 CO2 就越多，發(fā)泡率就增加。綜合考慮各方面因素，視情況選擇二月桂、三乙醇胺、三乙胺中的一種或兩種復(fù)合來(lái)作為催化劑。河南理工大學(xué) 2022 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）10 分散劑分散劑是一種在分子內(nèi)同時(shí)具有親油性和親水性?xún)煞N相反性質(zhì)的界面活性劑?？删环稚⒛切╇y于溶解于液體的無(wú)機(jī)、有機(jī)的固體顆粒，同時(shí)也能防止固體顆粒的沉降和凝聚，形成安定懸浮液所需的藥劑。 分 散 劑 一 般 分 為 無(wú) 機(jī) 分 散 劑 和 有 機(jī) 分 散 劑 兩 大 類(lèi) 。 常 用 的 無(wú) 機(jī) 分 散 劑 有硅 酸 鹽 類(lèi) (例 如 水 玻 璃 )和 堿 金 屬 磷 酸 鹽 類(lèi) (例 如 三 聚 磷 酸 鈉 、 六 偏 磷 酸 鈉 和焦 磷 酸 鈉 等 )。 有 機(jī) 分 散 劑 包 括 三 乙 基 己 基 磷 酸 、 十 二 烷 基 硫 酸 鈉 、 甲 基戊 醇 、 纖 維 素 衍 生 物 、 聚 丙 烯 酰 胺 、 古 爾 膠 、 脂 肪 酸 聚 乙 二 醇 酯 等 。 本實(shí)驗(yàn)所用分散劑為博誠(chéng)化工生產(chǎn)的分散劑。分散劑的選擇原則：（1）分散性能好，防止填料粒子之間相互聚集； （2）與樹(shù)脂、填料有適當(dāng)?shù)南嗳菪裕粺岱€(wěn)定性良好； （3）成型加工時(shí)的流動(dòng)性好； 不引起顏色飄移； （4）不影響制品的性能； 無(wú)毒、價(jià)廉；（5）分散劑的用量一般為 母 料 質(zhì) 量 的 5％ 。分 散 劑 機(jī) 理 ：（ 1） 吸 附 于 固 體 顆 粒 的 表 面 ， 使 凝 聚 的 固 體 顆 粒 表 面 易于 濕 潤(rùn) ； （ 2） 高 分 子 型 的 分 散 劑 ， 在 固 體 顆 粒 的 表 面 形 成 吸 附 層 ,使 固體 顆 粒 表 面 的 電 荷 增 加 ， 提 高 形 成 立 體 阻 礙 的 顆 粒 間 的 反 作 用 力 ； （ 3）使 固 體 粒 子 表 面 形 成 雙 分 子 層 結(jié) 構(gòu) ,外 層 分 散 劑 極 性 端 與 水 有 較 強(qiáng) 親 合 力 ，增 加 了 固 體 粒 子 被 水 潤(rùn) 濕 的 程 度 .固 體 顆 粒 之 間 因 靜 電 斥 力 而 遠(yuǎn) 離 ； （ 4）使 體 系 均 勻 ， 懸 浮 性 能 增 加 ， 不 沉 淀 ， 使 整 個(gè) 體 系 物 化 性 質(zhì) 一 樣 。 以 上 所述 ,使 用 分 散 劑 能 安 定 地 分 散 液 體 中 的 固 體 顆 粒 。分 散 劑 作 用 ： 能 提 高 和 改 善 固 體 或 液 體 物 料 分 散 性 能 的 助 劑 。 固 體 染料 研 磨 時(shí) ， 加 入 分 散 劑 ， 有 助 于 顆 粒 粉 碎 并 阻 止 已 碎 顆 粒 凝 聚 而 保 持 分 散體 穩(wěn) 定 。 不 溶 于 水 的 油 性 液 體 在 高 剪 切 力 攪 拌 下 ， 可 分 散 成 很 小 的 液 珠 ， 停攪 拌 后 ， 在 界 面 張 力 的 作 用 下 很 快 分 層 ， 而 加 入 分 散 劑 后 攪 拌 ， 則 能 形 成穩(wěn) 定 的 乳 濁 液 。 其 主 要 作 用 是 降 低 液 液 和 固 液 間 的 界 面 張 力 。 因 而 分 散劑 也 是 表 面 活 性 劑 。 河南理工大學(xué) 2022 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）11 實(shí) 驗(yàn) 方 法 粘度的測(cè)定 測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)采用《膠粘劑粘度的測(cè)定》GB／T 27971995【51】標(biāo)準(zhǔn)。測(cè)試原理為：將己知恒速的轉(zhuǎn)子浸入到被測(cè)的試樣樣品中，所產(chǎn)生的阻力通過(guò)與轉(zhuǎn)子相連的指針在一個(gè)刻度盤(pán)上表示出來(lái)，即圓盤(pán)上的刻度盤(pán)指針?biāo)甘境鏊恼扯然蛩恼扯鹊谋稊?shù)。儀器設(shè)備如下：NDJ．1 旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)，測(cè)量誤差小于士 5％；超級(jí)恒溫水溶，溫度波動(dòng)范圍小于士 ℃；溫度計(jì)，分度為 ℃；秒表，精度為 ；容器，直徑為 6~7cm，高度不低于 11cm。 注意事項(xiàng)：視試樣粘度大小，選用適宜的轉(zhuǎn)子及轉(zhuǎn)速，使讀數(shù)在刻度盤(pán)的20％～80％的范圍內(nèi)。將轉(zhuǎn)子垂直浸入試樣中心，使液面至轉(zhuǎn)子的位標(biāo)線(xiàn)。將待測(cè)試容器中的試樣及轉(zhuǎn)子恒溫(25 士 0．5)℃，并保持試樣溫度均勻。開(kāi)動(dòng)旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)，讀出轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)指針在圓盤(pán)上不變時(shí)的讀數(shù)，對(duì)每個(gè)試樣測(cè)試 2 次。 測(cè)試方法： （1） 將被測(cè)液體置于直徑不小于 70mm 的燒杯或直筒形容器中，準(zhǔn)確地控制被測(cè)液體溫度。 （2） 將保護(hù)架裝在儀器上（向右旋入裝上；向左旋出卸下） 。 （3）將選配好的轉(zhuǎn)子旋入連接螺桿（向左旋入裝上；向右旋出卸下） 。 （4） 旋轉(zhuǎn)升降旋鈕使儀器緩緩下降，轉(zhuǎn)子逐漸浸入被測(cè)液體中，直到轉(zhuǎn)子液面標(biāo)志和液面相平為止（調(diào)正儀器水平） 。開(kāi)啟電機(jī)開(kāi)關(guān)，轉(zhuǎn)動(dòng)變速旋鈕，使所需轉(zhuǎn)速數(shù)向上，對(duì)準(zhǔn)速度指示點(diǎn)，使轉(zhuǎn)子在液體中旋轉(zhuǎn)（一般20~30 秒） ，待指針趨于穩(wěn)定（或按規(guī)定時(shí)間進(jìn)行讀數(shù)） ，按下指針控制桿使計(jì)數(shù)固定下來(lái)，再關(guān)閉電機(jī)，使指針停在讀數(shù)窗內(nèi)，讀取讀數(shù)。 試驗(yàn)裝置見(jiàn)下圖：河南理工大學(xué) 2022 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）12 凝膠時(shí)間測(cè)定儀器設(shè)備采用 NDJ．1 旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)。測(cè)試方法：（1）可操作時(shí)間的測(cè)試將剛配制好的漿液恒定在 25℃(注：測(cè)試溫度對(duì)漿液可操作時(shí)間的影響時(shí)，漿液則恒定在對(duì)應(yīng)的溫度條件下)，記下拌合均勻的時(shí)間 to，用 NDJ．1 旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)每隔 測(cè)定一次漿液粘度，記錄漿液粘度超過(guò) 300mPa．s 的時(shí)間 tt，, tlto 即為漿液的可操作時(shí)間。（2）初凝時(shí)間的測(cè)試將剛配制好的漿液恒定在 25℃ (注：測(cè)試溫度對(duì)漿液可操作時(shí)間和初凝時(shí)間的影響時(shí)，漿液則恒定在對(duì)應(yīng)的溫度條件下)，并記錄漿液剛配制好的時(shí)間to，用 NDJ1 旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)每隔 1h 測(cè)定一次漿液粘度，記錄漿液粘度超過(guò)60000mPa．s 的時(shí)間 tz，t zto 即為漿液的初凝時(shí)間。河南理工大學(xué) 2022 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）13 聚氨酯固化產(chǎn)物抗壓強(qiáng)度的測(cè)定 測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)參用標(biāo)準(zhǔn)《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》DL／T 5150．2022 。儀器設(shè)備有液壓式萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)；試件的預(yù)計(jì)破壞荷載宜在試驗(yàn)機(jī)全量程的20％~80％；試模邊長(zhǎng)為 40mm 的立方體金屬試模 測(cè)試方法包括：抗壓試塊制備：將配制好的漿液倒入試模內(nèi)成型，室溫固化 4h；實(shí)驗(yàn)拆模后將試塊放在實(shí)驗(yàn)機(jī)下壓板正中間，以 ~速度連續(xù)而均勻地加載，當(dāng)試件接近破壞而開(kāi)始迅速變形時(shí)，停止調(diào)整油門(mén)，直至試件被破壞，記錄破壞時(shí)的荷載。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果中抗壓強(qiáng)度按式 F=P/A 計(jì)算，式中：F －抗壓強(qiáng)度，MPa；P－破壞載荷，N；A－立方體試件受壓面積，mm 2；每三個(gè)試件為一組，取平均值作為該組試件的抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果。河南理工大學(xué) 2022 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）14第 3 章 注漿材料工作性能研究 概 述目前，很多煤礦生產(chǎn)受到限制。在工作面，松軟圍巖采煤工作面頂板冒落造成工作面停產(chǎn)時(shí)間占總停產(chǎn)時(shí)間的 40～60%；我國(guó)每年大約有 18%的綜采工作面因頂板控制狀態(tài)不理想而處在低產(chǎn)狀態(tài)。在巷道支護(hù)方面，煤礦井下巷道安全可靠的支護(hù)是確保礦井正常生產(chǎn)的基礎(chǔ)?，F(xiàn)有的支護(hù)和加固技術(shù)手段已難以滿(mǎn)足松軟破碎圍巖工作面生產(chǎn)需要。所以，配制良好的化學(xué)灌漿材料就勢(shì)在必行，這種灌漿材料不但可灌性要好，初凝時(shí)間也不宜太長(zhǎng)，時(shí)間過(guò)長(zhǎng)容易影響漿液的固化以及固結(jié)體的力學(xué)指標(biāo)；還有，漿液固結(jié)體同煤層粘結(jié)強(qiáng)度要足夠高，漿液固結(jié)體的抗壓強(qiáng)度必須滿(mǎn)足要求。由于聚氨酯灌漿材料的初始粘度、初凝時(shí)間、漿液固結(jié)體與煤層粘結(jié)強(qiáng)度以及漿液固結(jié)體本體的抗壓強(qiáng)度等力學(xué)性能指標(biāo)比較適合上述的要求，因此選用聚氨酯作為灌漿材料，并通過(guò)配方試驗(yàn)進(jìn)行改性研究。聚氨酯是聚氨基甲酸酯的簡(jiǎn)稱(chēng)，英文名稱(chēng)是 polyurethane，它是一種高分子材料。聚氨酯是一種新興的有機(jī)高分子材料，被譽(yù)為“第五大塑料” ，因其卓越的性能而被廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)眾多領(lǐng)域。產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域涉及輕工、化工、電子、紡織、醫(yī)療、建筑、建材、汽車(chē)、國(guó)防、航天、航空…… 但由于其成本較高，普及程度受到一定限制，為此可以考慮加入無(wú)機(jī)成分—硅酸鹽來(lái)降低成本，但這樣以來(lái)又會(huì)降低其強(qiáng)度，為此可加入一些固化劑，增強(qiáng)其固化強(qiáng)度；由于聚氨酯和固化劑混合后的粘度較高， ，而實(shí)際灌漿修補(bǔ)工程中裂縫或空隙往往很小，這樣漿液的可灌性就受到限制，往漿液中添加一定量的稀釋劑也就成為必要，但過(guò)多的稀釋劑有可能使得漿液固結(jié)體力學(xué)指標(biāo)下降，因此，稀釋劑的摻量也要控制在一定的范圍，不能過(guò)多；此外，聚氨酯灌漿材料在某些配比下固化速度可能較慢，這樣會(huì)影響后續(xù)工作，因此，向漿液中加入適當(dāng)促進(jìn)劑以加快漿液的固化反應(yīng)也是有必要的；再者，由于水玻璃為無(wú)機(jī)物質(zhì)，其與有機(jī)物質(zhì)的混合性能有一定限制，為增強(qiáng)其混合均勻度，可考慮在混合液中適河南理工大學(xué) 2022 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）15當(dāng)加入一些分散劑，以使其能夠較好的混合，增強(qiáng)反應(yīng)性。聚氨酯樹(shù)脂的結(jié)構(gòu)為重復(fù)的氨基甲酸酯鏈段單元結(jié)構(gòu)，它由異腈酸酯 RNCO 和多元醇 R/－OH 反應(yīng)而成。異氰酸酯中含有大量活性極強(qiáng)的異氰酸酯端基N39。CO，其中的 N39。C 鍵，極易與含有活性氫的化合物加成反應(yīng)，形成N—C 單鍵式穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。其主要反應(yīng)包括：①異氰酸酯與羥基化合物(—OH)反應(yīng)，生成氨基甲酸酯； ②異氰酸酯與水反應(yīng)生成脲與二氧化碳，體系發(fā)泡膨脹；③異氰酸酯進(jìn)一步與脲或氨基甲酸酯反應(yīng)交聯(lián)固結(jié)，形成體形結(jié)構(gòu)的聚氨酯樹(shù)脂。 素 注 漿 材 料 工 作 性 能 研 究素注漿材料即不加其他添加劑，只在催化劑調(diào)節(jié)下改變注漿材料性能。為便于改性研究的進(jìn)行，需要了解純料試驗(yàn)性能，以便于下一步的改性研究，為此設(shè)計(jì)了單組分配方試驗(yàn)，即素注漿材料性能研究。（1）將硅酸鹽含量固定，改變醇料與黑料之間的摻加比例設(shè)計(jì)了六組配方，具體配方、凝結(jié)時(shí)間及粘度值見(jiàn)下表 321。表 321 醇料與黑料的不同比例對(duì)素注漿材料工作性能的影響編號(hào) 硅酸鹽/g 醇料/g 黑料/g 催化劑/g 凝膠時(shí)間/s 粘度/pa ?s1 10 15 81 3542 85 2313 92 1874 90 1825 95 1766 5 20 102 163通過(guò)上表可以看出，在純料配方中，黑料與多元醇的比例越大，它就越脫離最佳配比，結(jié)果導(dǎo)致黑料過(guò)多，不能充分反應(yīng)，反應(yīng)效率下降，時(shí)間拉長(zhǎng)；另外，由于聚醚多元醇粘度較大，而黑料粘度相對(duì)較低，當(dāng)黑料與醇料比例拉河南理工大學(xué) 2022 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）16大時(shí)，相當(dāng)于將醇料進(jìn)行了稀釋?zhuān)Y(jié)果使得漿液整體較稀，粘度下降。（2）降低硅酸鹽百分含量，使其減為 53%，通過(guò)改變黑料與醇料比例來(lái)研究諸將材料固結(jié)體強(qiáng)度變化情況，具體設(shè)計(jì)配方、凝結(jié)時(shí)間及粘度值見(jiàn)表 32。表 322 硅酸鹽含量不同時(shí)醇料與黑料比例對(duì)注漿材料工作性能的影響編號(hào) 硅酸鹽/g 醇料/g 黑料/g 催化劑/g 凝膠時(shí)間/s 粘 度/pas1 90 24 1592 90 16 64 36 1943 90 20 60 60 227由上表可知：隨黑料與醇料比例的拉大，反應(yīng)速率加快，反應(yīng)時(shí)間縮短，在較短時(shí)間內(nèi)漿液粘度值即發(fā)生很大變化，有稀變稠。 分 散 劑 對(duì) 注 漿 材 料 工 作 性 能 影 響 研 究由于硅酸鹽為無(wú)機(jī)類(lèi)溶液，那么當(dāng)將醇料與黑料與水玻璃混加攪拌時(shí)，其分散能力有限，不能保證分散均勻，而當(dāng)各種料混合不均勻時(shí)將會(huì)嚴(yán)重影響反應(yīng)進(jìn)行，使得各物質(zhì)反應(yīng)性不好，不能滿(mǎn)足要求。為降低這種不利影響，盡量使反應(yīng)充分進(jìn)行，故考慮在溶液中加入分散劑，使得各物質(zhì)分散良好。（1） 將硅酸鹽、醇料、黑料及各種添加劑固定，改變分散劑含量設(shè)計(jì)六組配方，具體配方、凝膠時(shí)間及粘度值見(jiàn)下表 331。表 331 分散劑量對(duì)注漿材料工作性能影響編號(hào) 硅酸鹽/g 醇料/g 黑料/g 分散劑/g 凝膠時(shí)間/s 粘度/pas1 10 15 81 3622 10 15 78 3583 10 15 72 3474 10 15 67 3425 10 15 58 341河南理工大學(xué) 2022 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）176 10 15 26 335由上表可知，在分散劑系列配方中，隨分散劑含量增加，分散效果越好，各物質(zhì)或各分子間能夠充分接觸，反應(yīng)效率提高，反應(yīng)時(shí)間減少；另外，由于分散較好，粘度較高的醇料能夠較好的溶解，降低其粘度，使得粘度值下降。（2）保持硅酸鹽含量不變，改變黑料與醇料比例，研究分散劑的加入對(duì)凝膠時(shí)間及粘度變化的影響。具體配方、凝膠時(shí)間及粘度值見(jiàn)下表 332。表 332 醇料與黑料配比不同時(shí)分散劑量對(duì)注漿材料工作性能影響編號(hào) 硅酸鹽/g 醇料/g 黑料/g 分散劑/g 凝膠時(shí)間/s 粘度/pas1 94 2252 81 2213 73 218由上表可以看出：當(dāng)黑料與醇料的比例拉大時(shí)，凝膠時(shí)間有所增長(zhǎng)，粘度值有所降低，但隨分散劑量的增加，反應(yīng)時(shí)間仍呈減小趨勢(shì)。（3） 改變硅酸鹽含量，將其降為 55%，黑料與醇料比例為 3：1，通過(guò)改變分散劑量來(lái)研究其在不同配比時(shí)對(duì)漿液凝膠時(shí)間及粘度的影響。具體配方、凝膠時(shí)間及粘度值見(jiàn)下表 333。表 333 硅酸鹽添加量不同時(shí)分散劑量對(duì)注漿材料工作性能的影響編號(hào) 硅酸鹽/g 醇料/g 黑料/g 分散劑/g 催化劑/g 凝膠時(shí)間/s 粘度/pas1 100 20 60 102 2182 100 20 60 1 96 2143 100 20 60 93