CN104231203B - 一种高强聚氨酯灌浆加固材料及其制备和使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高强聚氨酯灌浆加固材料，由A、B双组分组成，A组分由聚醚多元醇10～50重量份、催化剂0.01～5重量份以及第一助剂0.5～20重量份组成，所述第一助剂选自增塑剂、高效阻燃剂、特种抑泡剂中的一种或多种的混合物；B组分由异氰酸酯和/或其预聚物25～75重量份、高效阻燃剂5～20重量份以及第二助剂0～10重量份组成，所述第二助剂选自增塑剂和/或特种抑泡剂。本发明的高强聚氨酯灌浆加固材料在遇大量的明水的情况下其发泡依然可控，并保持良好的固结体抗压强度，在煤矿、地铁、隧洞等地下潮湿空间作为快速加固材料，仍可安全使用。

Description

一种高强聚氨酯灌浆加固材料及其制备和使用方法
技术领域
本发明涉及化学注浆材料，尤其涉及一种遇水发泡可控的高强聚氨酯灌浆加固材料，属于化工领域。
背景技术
随着我国经济的快速发展，能源紧缺促使煤矿开采业大力发展，一批大型、高产高效的井矿纷纷投产，传统煤矿采深加大随之而来的生产安全和高效生产保障问题十分严峻，如大的断裂带、破碎松散围岩区、裂隙发育带、动压增大下冒顶、地下水害等直接影响煤矿井下安全和高效生产。此外国家基础设施的快速发展，西南、西北地区各类铁路隧洞、公路隧洞、引水隧洞的建设同样面临着复杂地质条件下的灾害问题。
化学注浆加固材料主要有环氧树脂和聚氨酯两大类灌浆加固材料。环氧树脂灌浆材料强度大，但固化慢，固化速度不可控，在突发地质灾害情况下很难实现快速加固处理；而聚氨酯灌浆材料固化快，固化速度可调，在煤矿井下化学注浆快速加固处理中得到了广泛的应用和发展。
由于大多数煤矿、地铁、隧洞等地下空间非常潮湿，甚至其岩壁缝隙中存在大量的明水，排水相对比较困难。已有的聚氨酯灌浆加固材料主剂中的预聚体含有大量的异氰酸酯基团，与缝隙表面或者碎基材中的水分接触，发生反应，释放出大量的二氧化碳气体，浆液膨胀，易形成多孔、疏松的聚氨酯硬质泡沫。泡沫越疏松，强度就越低。原有的聚氨酯灌浆加固材料，在这种恶劣的情况使用，其发泡情况是不可控的，遇大量的明水情况下，已有的聚氨酯灌浆加固材料的发泡倍率可高达十倍以上，导致固结体基本没有强度，其抗压强度不到0.1MPa，完全起不到加固的作用，从而严重影响加固效果，甚至有可能产生更严重的煤矿井下安全事故。
发明内容
针对现有的聚氨酯灌浆材料遇大量明水时，发泡倍率很大的缺点，本发明公开了一种遇水发泡可控的高强聚氨酯灌浆快速加固材料，在保留原有高强聚氨酯灌浆材料综合性能的基础上，本发明的聚氨酯灌浆材料施工时遇大量的明水，其发泡依然可控，最大发泡倍率约3倍左右，而此时的固结体抗压强度仍比较大，仍能保持10MPa以上，作为快速加固材料，仍可安全使用。
为实现上述目的，本发明是通过下述技术方案实现的：
一种高强聚氨酯灌浆加固材料，由A、B双组分组成，A组分由聚醚多元醇10～50重量份、催化剂0.01～5重量份以及第一助剂0.5～20重量份组成，所述第一助剂选自增塑剂、高效阻燃剂、特种抑泡剂中的一种或多种的混合物；B组分由异氰酸酯和/或其预聚物25～75重量份、高效阻燃剂5～20重量份以及第二助剂0～10重量份组成，所述第二助剂选自增塑剂和/或特种抑泡剂；其中第一助剂和/或第二助剂中至少一者含有特种抑泡剂。
在本发明中，所述的聚醚多元醇选自PPG类聚醚多元醇、POP类聚合物聚醚多元醇、PTMEG类聚四氢呋喃型多元醇等中的一种和/或一种以上的混合物。
进一步的，本发明并不限制所述聚醚多元醇中醇羟基的个数，可以是聚醚二元醇、聚醚三元醇、聚醚四元醇等中的一种和/或一种以上的混合物，优选的是结构简单、性能稳定的小分子多元醇，包括聚醚二元醇、聚醚三元醇或二者的混合物。
在本发明中，所述的异氰酸酯选自甲苯二异氰酸酯(TDI)、二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、多亚甲基多苯基多异氰酸酯(PAPI)中的一种或多种的混合物；在本发明中所用的还可以是异氰酸酯的预聚物，于本领域技术人员而言。预聚物是一个明确的化学概念，指的是聚合度介于单体与最终聚合物之间的一种分子量较低(1500以下)的聚合物，也称为低聚物、齐聚物(Oligmer)，是由少数链节组成的聚合物，如二聚体、三聚体、四聚体，或这些低聚物的混合物。当本发明所用的异氰酸酯的预聚物时，选自甲苯二异氰酸酯(TDI)、二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、多亚甲基多苯基多异氰酸酯(PAPI)分别对应的预聚物中的一种或多种的混合物。
在本发明中，所述的催化剂选自脂肪胺类、脂环胺类、芳香胺类和醇胺类及其铵盐类化合物等叔胺类催化剂以及二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡、异辛酸铅等有机金属催化剂一种或多种的混合物。
在本发明中，所述的特种抑泡剂为聚醚类抑泡剂、矿物油类抑泡剂、有机硅类抑泡剂等中的一种或多种的混合物。
在本发明中，所述的高效阻燃剂为三(2-氯乙基)磷酸酯、三(2-氯异丙基)磷酸酯、多聚磷酸酯类阻燃剂、甲基膦酸二甲酯等中的一种或多种的混合物，所选用的抑泡剂要求与聚氨酯相容性好，抑泡能力强。
在本发明中，所述的增塑剂选自为邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二异壬酯、氯化石蜡等中的一种或多种的混合物，上述所用的增塑剂与聚氨酯相容性好，基本不迁移或很少迁移，稳定性和协同性显著。
进一步，相应的，本发明公开了上述的遇水发泡可控的高强聚氨酯灌浆加固材料的制备方法，包括下述步骤：
(1)先将聚醚多元醇加入反应釜中，搅拌，然后加入催化剂、高效阻燃剂、增塑剂以及其它高性能助剂等搅拌均匀；
(2)将步骤(1)上述物料在反应釜下料口处放出，经检验合格后，灌装即可得遇水发泡可控的高强聚氨酯灌浆加固材料的A组分；
(3)将异氰酸酯或其预聚物加入反应釜中，搅拌，然后加入高效阻燃剂、增塑剂以及其它高性能助剂等搅拌均匀；
(4)将步骤(3)上述物料在反应釜下料口处放出，经检验合格后，灌装
即可得遇水发泡可控的高强聚氨酯灌浆加固材料的B组分。
进一步的，本发明公开了上述遇水发泡可控的高强聚氨酯灌浆加固材料料的使用方法，包括下述步骤：
将组分A、B混合反应后注浆施工使用；
优选的，A、B组分的体积比是1∶1。
在实际应用时，本发明的高强聚氨酯灌浆加固材料由受过专业培训的人员且有专业施工设备的施工队伍采用专用化学注浆泵进行注浆施工。
具体实施方式
为了更好的理解本发明的实质，下述给出了本发明的实施方式，仅用于说明本发明是如何实施的，并非限制本发明仅可由以下方案实施，在理解本发明技术方案的基础上，对本发明进行的变更、替换、结构修饰等依旧属于本发明的保护范围，本发明的保护范围涵盖于其权利要求及其等同变换。
下述所用的原料，均有市售。
实施例1
A组份：
B组份：
异氰酸酯 44
增塑剂 5
高效阻燃剂 5
实施例2
A组份：
B组份：
异氰酸酯 40
高效阻燃剂 13.5
特种抑泡剂 0.5。
实施例3
A组份：
B组份：
异氰酸酯 44
高效阻燃剂 9.7
特种抑泡剂 0.3
实施例4
A组份：
B组份：
异氰酸酯 48
高效阻燃剂 6
按前述工艺制备的高强聚氨酯灌浆加固材料，强度大，不含苯、二甲苯、丙酮等溶剂，固含量为100％，固化后对水质无影响，环保无污染；并且在使用时，双组分反应速度很快，90-120s固化，可用于快速防渗与快速加固处理。
按前述工艺制备的高强聚氨酯灌浆加固材料，不遇水不发泡，遇水发泡，但遇水发泡可控，遇大量明水时，其最大发泡倍率约3倍左右，而此时的固结体抗压强度仍比较大，仍能保持10MPa以上，在煤矿、地铁、隧洞等地下潮湿空间下，作为快速加固材料，仍可安全使用。
申请人对上述实施例的产品进行了实验，发现其均满足下述技术指标：
表1：主要物化性能指标
上述实验结果证实本发明的产品理化性能优异。

Claims (5)

1.一种高强聚氨酯灌浆加固材料，该高强聚氨酯灌浆加固材料遇水发泡可控，其最大发泡倍率3倍，在最大发泡倍率下固结体抗压强度保持10MPa以上，其特征在于，由A、B双组分组成，A组分由聚醚多元醇10～50重量份、催化剂0.01～5重量份以及第一助剂0.5～20重量份组成，所述第一助剂选自增塑剂、高效阻燃剂、特种抑泡剂中的一种或多种的混合物；B组分由异氰酸酯和/或其预聚物25～75重量份、高效阻燃剂5～20重量份以及第二助剂0～10重量份组成，所述第二助剂选自增塑剂和/或特种抑泡剂，其中第一助剂和/或第二助剂中至少一者含有特种抑泡剂，所述特种抑泡剂为聚醚类抑泡剂、矿物油类抑泡剂、有机硅类抑泡剂中的一种或多种的混合物；所述聚醚多元醇选自PPG类聚醚多元醇、POP类聚合物聚醚多元醇、PTMEG类聚四氢呋喃型多元醇中的一种或多种的混合物；所述异氰酸酯选自甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、多亚甲基多苯基多异氰酸酯中的一种或多种的混合物；异氰酸酯预聚物选自甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、多亚甲基多苯基多异氰酸酯分别对应的预聚物中的一种或多种的混合物。
2.根据权利要求1的高强聚氨酯灌浆加固材料，其特征在于，催化剂选自脂肪胺类、脂环胺类、芳香胺类和醇胺类及其铵盐类化合物以及二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡、异辛酸铅中的一种或多种的混合物。
3.根据权利要求1的高强聚氨酯灌浆加固材料，其特征在于，高效阻燃剂为三(2-氯乙基)磷酸酯、三(2-氯异丙基)磷酸酯、多聚磷酸酯类阻燃剂、甲基膦酸二甲酯的一种或多种的混合物。
4.根据权利要求1的高强聚氨酯灌浆加固材料，其特征在于，增塑剂选自邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二异壬酯中的一种或多种的混合物。
5.上述任一权利要求所述的高强聚氨酯灌浆加固材料的制备方法，包括下述步骤：
(1)先将聚醚多元醇加入反应釜中，搅拌，然后加入催化剂、第一助剂搅拌均匀；
(2)将步骤(1)上述物料在反应釜下料口处放出，经检验合格后，灌装即可得遇水发泡可控的高强聚氨酯灌浆加固材料的A组分；
(3)将异氰酸酯或其预聚物加入反应釜中，与高效阻燃剂混合，再添加第二助剂混合均匀；
(4)将步骤(3)上述物料在反应釜下料口处放出，经检验合格后，灌装即可得遇水发泡可控的高强聚氨酯灌浆加固材料的B组分。
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