CN111363111A - 一种高韧性低放热的硅酸盐/聚氨酯原位反应复合加固材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高韧性低放热的硅酸盐/聚氨酯原位反应复合加固材料及其制备方法，属于矿用高分子材料领域。本发明加固材料由A组分(硅酸盐水溶液、反应稳定剂、促溶剂和催化剂)和B组份(多异氰酸酯、多羟基化合物、成膜助剂、降粘剂和表面活性剂)按体积比1:1反应固化得到。本发明采用多异氰酸酯对含有水玻璃的加固材料进行改性，所制得的注浆加固材料具有放热温度低、柔韧性好的优点，最高反应温度低于95℃，压缩形变可达40％。极大地提高了注浆加固材料使用过程中的安全性，确保注浆加固材料的加固效果，并且制备方法简单、容易操作，可以进一步降低加固材料的制备成本。

Description

一种高韧性低放热的硅酸盐/聚氨酯原位反应复合加固材料 及其制备方法
技术领域
本发明属于矿用高分子材料领域，具体涉及一种高韧性低放热的硅酸盐/聚氨酯原位反应复合加固材料及其制备方法。
背景技术
化学注浆加固技术中常用的加固材料是硅酸盐注浆、混凝土注浆和聚氨酯注浆加固材料。其中硅酸盐加固材料和混凝土加固材料作为较常用的建筑材料，具有取材方便、造价低、施工简单的特点，并且具有良好的固结能；但是也存在固化时间过长、脆性较大、存在较大尺寸的颗粒使其难以渗透至微小的煤岩层裂隙的缺点。而聚氨酯加固材料为反应型有机高分子材料，具有固化时间短、浆液粘度低、与煤层及岩层粘附力强、材料韧性好的优点；但由于聚氨酯注浆加固材料在反应过程放热量大，会使得材料周围的介质加速氧化，导致火灾隐患。
因此，利用硅酸盐、聚氨酯原位反应对现加固材料进行改性，优化加固材料的性能，解决现有加固材料存在的诸多问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种高韧性低放热的硅酸盐/聚氨酯原位反应复合加固材料；本发明的目的之二在于提供一种高韧性低放热的硅酸盐/聚氨酯原位反应复合加固材料的制备方法。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
1、一种高韧性低放热的硅酸盐/聚氨酯原位反应复合加固材料，所述加固材料由等体积的A组分和B组分组成；
按重量份计，所述A组分包括：硅酸盐水溶液60～80份、反应稳定剂5～10份、促溶剂10～30份和催化剂0.1～0.8份；
按重量份计，所述B组分包括：多异氰酸酯50～80份、多羟基化合物5～30份、成膜助剂0.5～5份、降粘剂10～30份和表面活性剂1～5份。
优选的，所述硅酸盐水溶液的波美度为30～50、模数为2.0～3.5。
优选的，所述硅酸盐水溶液包含但不限于硅酸钠水溶液或硅酸钾水溶液。
优选的，所述反应稳定剂为棕榈油多元醇、环氧树脂、硅氧烷或松香酯多元醇中的任意一种或几种。
优选的，所述促溶剂为液体石蜡、聚乙烯或硬脂酸单甘油酯中的任意一种或几种。
优选的，所述催化剂为二甲基乙醇胺、三甲基羟乙基丙二胺或异丙醇胺中的任意一种或几种。
优选的，所述多异氰酸酯为多甲苯二异氰酸酯、亚甲基多苯基异氰酸酯或二苯基甲烷二异氰酸酯中的一种或几种。
优选的，所述多羟基化合物中含有两个或两个以上的羟基。
优选的，所述多羟基化合物为淀粉、蔗糖或乙二醇中的任意一种或几种。
优选的，所述成膜助剂为苯甲醇、十二碳醇酯或丙二醇苯醚中的任意一种或几种。
优选的，所述降粘剂为芳烃溶剂油、二甲苯或二甲基甲酰胺中的任意一种或几种。
优选的，所述表面活性剂为有机硅系的非离子型表面活性剂。
优选的，所述非离子表面活性剂为DC-3042、DC-4020或B-8409中的任意一种。
2、上述高韧性低放热的硅酸盐/聚氨酯原位反应复合加固材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：
(1)制备A组分：按照重量份数计，取反应稳定剂5～10份、催化剂0.1～0.8份和促溶剂10～30于反应釜中混合均匀并超声分散，再加入硅酸盐水溶液60～80继续搅拌混合均匀得到A组分，密封包装待用；
(2)制备B组分：按照重量份数计：取多异氰酸酯50～80份、多羟基化合物5～30份、成膜助剂0.5～5份、降粘剂10～30份和表面活性剂1～5份，加入反应釜中，于80～100℃下，在N2或空气气氛中水浴加热搅拌，反应得到B组分，待冷却后密封包装待用；
(3)固化：按照等体积比将密封包装的A组分和B组分混合，搅拌使其混合均匀，固化即可得到所述一种高韧性低放热的硅酸盐/聚氨酯原位反应复合加固材料。
本发明的有益效果在于：
1、本发明公开了上述一种高韧性低放热的硅酸盐/聚氨酯原位反应复合加固材料，由等体积比的A组分和B组分混合均匀固化得到，其组成包括硅酸盐水溶液、反应稳定剂、促溶剂、催化剂、多异氰酸酯、多羟基化合物、成膜助剂、降粘剂和表面活性剂。本发明采用多异氰酸酯对含有水玻璃的注浆加固材料进行改性，所制得的注浆加固材料具有放热温度低、柔韧性好的优点，最高反应温度低于95℃，压缩形变可达40％，极大地提高了注浆加固材料使用过程中的安全性，确保注浆加固材料的加固效果；同时硅酸盐与聚氨酯发生原位反应，反应简单迅速，有利于材料在注浆时混合后依靠自身反应固化，提高了施工便捷性。
2、本发明还公开了上述一种高韧性低放热的硅酸盐/聚氨酯原位反应复合加固材料制备方法，制备方法简单、容易操作，可以进一步降低加固材料的制备成本。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例1
按照表1中的重量份数制备组分A和组分B，然后将等体积比的组分A和组分B混合固化即可得到上述一种高韧性低放热的硅酸盐/聚氨酯原位反应复合加固材料。
表1 不同材料的组成成分
Figure BDA0002427321090000031
Figure BDA0002427321090000041
具体的制备方法为：
(1)制备A组分：按照重量份数取反应稳定剂、催化剂和促溶剂于反应釜中混合均匀并利用超声波使其分散，再加入硅酸盐水溶液，继续搅拌混合均匀得到A组分，密封包装待用；
(2)制备B组分：按照重量份数取多异氰酸酯、多羟基化合物、成膜助剂、降粘剂和表面活性剂，加入反应釜中，于80～100℃的温度下，在N2或空气气氛中水浴加热3h搅拌反应得到B组分，待冷却后密封包装待用；
(3)固化：按照等体积比将密封包装的A组分和B组分混合，搅拌使其混合均匀，固化即可得到所述一种高韧性低放热的异氰酸酯改性的水玻璃注浆加固材料。
实施例2
测试实施例1中制备的一种高韧性低放热的硅酸盐/聚氨酯原位反应复合加固材料的压缩强度、压缩形变以及最高反应温度，其结果如表2所示。
表2 不同复合加固材料的性能比较
Figure BDA0002427321090000042
Figure BDA0002427321090000051
从表2中的测试得到性能可以看出，通过本发明制备的一种高韧性低放热的硅酸盐/聚氨酯原位反应复合加固材料，采用多异氰酸酯对含有硅酸盐的注浆加固材料进行改性，所制得的加固材料具有以下优点：抗压强度高(大于40Mpa)、最高反应温度低(低于95℃)、压缩形变大(可达40％)，表现出良好的韧性和安全性，从而极大地提高了加固材料使用过程中的安全性，进而确保加固材料的加固效果；同时本发明的制备方法简单、容易操作，可以进一步降低加固材料的制备成本；另外其中含有的硅酸盐与聚氨酯发生简单迅速的原位反应，有利于材料在注浆时混合后依靠自身反应固化，提高了施工过程中的便捷性。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种高韧性低放热的硅酸盐/聚氨酯原位反应复合加固材料，其特征在于，所述加固材料由等体积的A组分和B组分组成：
按重量份计，所述A组分包括：硅酸盐水溶液60～80份、反应稳定剂5～10份、促溶剂10～30份和催化剂0.1～0.8份；
按重量份计，所述B组分包括：多异氰酸酯50～80份、多羟基化合物5～30份、成膜助剂0.5～5份、降粘剂10～30份和表面活性剂1～5份。
2.根据权利要求1所述硅酸盐/聚氨酯原位反应复合加固材料，其特征在于，所述硅酸盐水溶液的波美度为30～50、模数为2.0～3.5，所述硅酸盐水溶液包含但不限于硅酸钠水溶液或硅酸钾水溶液。
3.根据权利要求1所述硅酸盐/聚氨酯原位反应复合加固材料，其特征在于，所述反应稳定剂为棕榈油多元醇、环氧树脂、硅氧烷或松香酯多元醇中的任意一种或几种。
4.根据权利要求1所述硅酸盐/聚氨酯原位反应复合加固材料，其特征在于，所述促溶剂为液体石蜡、聚乙烯或硬脂酸单甘油酯中的任意一种或几种。
5.根据权利要求1所述硅酸盐/聚氨酯原位反应复合加固材料，其特征在于，所述催化剂为二甲基乙醇胺、三甲基羟乙基丙二胺或异丙醇胺中的任意一种或几种；所述多异氰酸酯为多甲苯二异氰酸酯、亚甲基多苯基异氰酸酯或二苯基甲烷二异氰酸酯中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述硅酸盐/聚氨酯原位反应复合加固材料，其特征在于，所述多羟基化合物中含有两个或两个以上的羟基，所述多羟基化合物为淀粉、蔗糖或乙二醇中的任意一种或几种。
7.根据权利要求1所述硅酸盐/聚氨酯原位反应复合加固材料，其特征在于，所述成膜助剂为苯甲醇、十二碳醇酯或丙二醇苯醚中的任意一种或几种。
8.根据权利要求1所述硅酸盐/聚氨酯原位反应复合加固材料，其特征在于，所述降粘剂为芳烃溶剂油、二甲苯或二甲基甲酰胺中的任意一种或几种。
9.根据权利要求1所述硅酸盐/聚氨酯原位反应复合加固材料，其特征在于，所述表面活性剂为有机硅系的非离子型表面活性剂。
10.权利要求1～9任一项所述的硅酸盐/聚氨酯原位反应复合加固材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)制备A组分：按照重量份数计，取反应稳定剂5～10份、催化剂0.1～0.8份和促溶剂10～30于反应釜中混合均匀并超声分散，再加入硅酸盐水溶液60～80继续搅拌混合均匀得到A组分，密封包装待用；
(2)制备B组分：按照重量份数计：取多异氰酸酯50～80份、多羟基化合物5～30份、成膜助剂0.5～5份、降粘剂10～30份和表面活性剂1～5份，加入反应釜中，于80～100℃下，在N2或空气气氛中水浴加热搅拌，反应得到B组分，待冷却后密封包装待用；
(3)固化：按照等体积比将密封包装的A组分和B组分混合，搅拌使其混合均匀，固化即可得到所述一种高韧性低放热的硅酸盐/聚氨酯原位反应复合加固材料。
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