CN106084739A - 一种耐久性优异的亲水性聚氨酯复合注浆液及其制作方法 - Google Patents

一种耐久性优异的亲水性聚氨酯复合注浆液及其制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种耐久性优异的亲水性聚氨酯复合注浆液，将纳米二氧化硅进行有机改性后添加到原料中，能够分散均匀不易团聚，在基本保持传统聚氨酯注浆液性能的同时，热稳定性和固结体的压缩强度明显增加，且热分解温度和残留质量明显比传统聚氨酯注浆液的高，还添加改性珍珠岩、氧化聚乙烯、纳米海绵、羟丙基淀粉等活性改性剂，在改善了复合注浆液粘度的同时，还提高了耐久性和吸附性，能有效吸附矿井里的细小煤灰尘净化周围环境，本材料无毒、无味、无腐蚀、非易燃易爆、不易变质，注浆材料加固后的土体的抗剪强度、压缩性及渗透性，均有提高。

Description

一种耐久性优异的亲水性聚氨酯复合注浆液及其制作方法
技术领域
本发明涉及注浆材料技术领域，尤其涉及一种耐久性优异的亲水性聚氨酯复合注浆液及其制作方法。
背景技术
在煤矿生产过程中经常遇到断层、褶曲及裂隙发育带等地质构造，煤岩体松散破碎，极易出现大面积冒顶和突水事故，严重威胁煤矿井下安全生产。因此，迫切需要有效的破碎煤岩体加固材料及技术，以解决这个影响煤矿安全与效益的突出问题。目前常采用注浆技术来加固破碎煤岩体，增加巷道的支护强度。根据注浆材料可分为水泥类与化学注浆材料两大类。水泥类注浆材料由于固化时间长、不能注入细小的裂缝等缺点，不适用于煤岩体快速加固。化学注浆材料属于有机高分子材料，具有黏度低、渗透性好、强度增长快、黏结强度高、变形性好等优异的性能，已在煤矿、隧洞、水利水电、铁道、市政等工程领域中得到较广泛的应用，包括聚氨酯、环氧树脂、脲醛树脂等，主要通过压力或化学渗透作用灌入煤岩体裂隙中，能在较短的时间内固结并达到较高的强度，使松散破碎围岩胶结成连续体。其中亲水性聚氨酯（ PU）注浆材料与传统的高分子浆液相比，具有良好的亲水性、强渗透性以及优异的堵动水性能，发展前景广阔。但是，在使用中也存在固结体强度较低、尺寸稳定性差、耐热度不高、阻燃效果差等问题。
《nano-SiO2/PU 亲水性注浆材料的制备与性能研究》一文采用纳米二氧化硅（nano-SiO2）对亲水性PU注浆材料进行了改性。结果表明，与 PU注浆液相比， nano-SiO2/PU复合注浆液热稳定性得到了提高，固结体的压缩强度也明显增加。但因纳米二氧化硅其尺寸小、比表面积大，在亲水性聚氨酯中易团聚，分散不均匀，需要对纳米二氧化硅表面加以修饰改性再加入原料中，同时由于煤矿井下环保以及安全要求越来越高，文中制得的复合注浆其性能指标还完全达不到以上要求，因而需要对现有的生产工艺和原料配比等加以改性。
发明内容
本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种耐久性优异的亲水性聚氨酯复合注浆液及其制作方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种耐久性优异的亲水性聚氨酯复合注浆液，由下列重量份的原料制成：水性聚氨酯乳液100、氧化聚乙烯18-20、黄原胶7-9、纳米二氧化硅1.4-1.7、三乙烯四胺15-17、钛酸钾晶须0.4-0.7、纳米海绵0.5-0.6、珍珠岩13-15、羟丙基淀粉4.7-4.9、磷酸氢二钠0.3-0.5。
所述的一种耐久性优异的亲水性聚氨酯复合注浆液的制作方法，包括以下步骤：
（1）在氮气保护下将三乙烯四胺加热煮沸，加入纳米二氧化硅保持温度搅拌1-2小时，过滤、洗涤干燥后，在零下15-20℃下冷冻3-5小时，加入羟丙基淀粉、磷酸氢二钠超声分散10-20分钟制得胺基化改性纳米二氧化硅；
（2）将珍珠岩在混合强酸中60-80℃超声分散4-6小时，去离子水洗涤至中性，30-50℃真空干燥得到表面羧基化的珍珠岩，加入钛酸钾晶须、纳米海绵超声研磨分散1-2小时得到改性珍珠岩；
（3）将水性聚氨酯乳液、氧化聚乙烯加热至80-90℃，在2000r/min高速搅拌下混匀，加入步骤（1）、（2）反应物料及其它剩余成分在1000r/min速度下搅拌10-20分钟，最后再经超声研磨分散20-30分钟，降温出料。
本发明的优点是：本发明将纳米二氧化硅进行有机改性后添加到原料中，能够分散均匀不易团聚，在基本保持传统聚氨酯注浆液性能的同时，热稳定性和固结体的压缩强度明显增加，且热分解温度和残留质量明显比传统聚氨酯注浆液的高，还添加改性珍珠岩、氧化聚乙烯、纳米海绵、羟丙基淀粉等活性改性剂，在改善了复合注浆液粘度的同时，还提高了耐久性和吸附性，能有效吸附矿井里的细小煤灰尘净化周围环境，本材料无毒、无味、无腐蚀、非易燃易爆、不易变质，注浆材料加固后的土体的抗剪强度、压缩性及渗透性，均有提高。
具体实施方式
一种耐久性优异的亲水性聚氨酯复合注浆液，由下列重量份的原料制成：水性聚氨酯乳液100、氧化聚乙烯18、黄原胶7、纳米二氧化硅1.4、三乙烯四胺15、钛酸钾晶须0.4、纳米海绵0.5、珍珠岩13、羟丙基淀粉4.7、磷酸氢二钠0.3。
所述的一种耐久性优异的亲水性聚氨酯复合注浆液的制作方法，包括以下步骤：
（1）在氮气保护下将三乙烯四胺加热煮沸，加入纳米二氧化硅保持温度搅拌1-2小时，过滤、洗涤干燥后，在零下15-20℃下冷冻3-5小时，加入羟丙基淀粉、磷酸氢二钠超声分散10-20分钟制得胺基化改性纳米二氧化硅；
（2）将珍珠岩在混合强酸中60-80℃超声分散4-6小时，去离子水洗涤至中性，30-50℃真空干燥得到表面羧基化的珍珠岩，加入钛酸钾晶须、纳米海绵超声研磨分散1-2小时得到改性珍珠岩；
（3）将水性聚氨酯乳液、氧化聚乙烯加热至80-90℃，在2000r/min高速搅拌下混匀，加入步骤（1）、（2）反应物料及其它剩余成分在1000r/min速度下搅拌10-20分钟，最后再经超声研磨分散20-30分钟，降温出料。
使用本发明生产的亲水性聚氨酯复合注浆液的技术参数指标如下：
（1）与水反应所得的固结体的压缩强度为2.89MPa，遇水膨胀率为116.8%；
（2）最大热分解温度为418.5℃，残留质量为6.5%；
（3）黏度为988mPa•s。

Claims (2)

1.一种耐久性优异的亲水性聚氨酯复合注浆液，其特征在于，由下列重量份的原料制成：水性聚氨酯乳液100、氧化聚乙烯18-20、黄原胶7-9、纳米二氧化硅1.4-1.7、三乙烯四胺15-17、钛酸钾晶须0.4-0.7、纳米海绵0.5-0.6、珍珠岩13-15、羟丙基淀粉4.7-4.9、磷酸氢二钠0.3-0.5。
2.根据权利要求1所述的一种耐久性优异的亲水性聚氨酯复合注浆液的制作方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）在氮气保护下将三乙烯四胺加热煮沸，加入纳米二氧化硅保持温度搅拌1-2小时，过滤、洗涤干燥后，在零下15-20℃下冷冻3-5小时，加入羟丙基淀粉、磷酸氢二钠超声分散10-20分钟制得胺基化改性纳米二氧化硅；
（2）将珍珠岩在混合强酸中60-80℃超声分散4-6小时，去离子水洗涤至中性，30-50℃真空干燥得到表面羧基化的珍珠岩，加入钛酸钾晶须、纳米海绵超声研磨分散1-2小时得到改性珍珠岩；
（3）将水性聚氨酯乳液、氧化聚乙烯加热至80-90℃，在2000r/min高速搅拌下混匀，加入步骤（1）、（2）反应物料及其它剩余成分在1000r/min速度下搅拌10-20分钟，最后再经超声研磨分散20-30分钟，降温出料。
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