[发明专利]聚氨酯灌浆组合物

说明书

发明领域

本发明主要涉及聚氨酯灌浆组合物，更具体地涉及用于在高水压环境下的渗流控制和快速停止漏水的灌浆组合物。

背景信息

已经将水反应性聚氨酯灌浆材料引入灌浆工业几十年了。聚氨酯灌浆材料可以与原位水(in-situ water)反应形成泡沫或凝胶是熟知的。据报道由于异氰酸酯的高反应性和与水的高稀释比例，将聚氨酯灌浆用于在采矿和岩土工程项目的漏水和渗流控制取得很大成功。然而，尚未处理针对在高水压环境下使用的具有所需性能包括反应性、机械性能、粘合性和耐久性的聚氨酯灌浆材料的主要挑战。这对于例如用于采矿和页岩气的岩心钻进、地基开挖和用于地下隧道接合处的快速渗流控制的应用尤其重要。因此，期望开发可以满足在高水压环境下所述应用的灌浆需要的聚氨酯灌浆组合物。

在现有技术中，WO2008134359公开了用于井底应用中的封端异氰酸酯预聚物的弹性体组合物。WO2008134371公开了使用硅烷封端的聚合物作为灌浆材料，并发布了处理陆地地层(earth formation)的方法，该方法包括将至少一种意在形成液相弹性体的可固化液体组合物引入陆地地层中；将至少一种固化剂引入陆地地层中；和使所述至少一种可固化液体组合物与所述至少一种固化剂接触以形成无水凝胶。尽管WO2008134359和WO2008134371记载了用于岩心钻进的灌浆应用，这些专利明显没有集中于聚氨酯预聚物设计和组合物。

另外，WO2010067126记载了包含水含量基本上为0% w/w的硅酸钾和/或硅酸钠粉末和异氰酸酯的组合物、用于制备和硬化这些组合物的方法、填充该组合物的锚杆和由不渗水膜形成并含有该组合物的锚杆支护(rock bolting capsule)。CA2713384侧重于使用用于灌浆应用的硅烷材料。US2005148726公开了通过引入含氟材料具有防沾污性改善的聚氨酯材料的特定应用。

其他两篇相关专利包括CN102093536，其涉及聚氨酯预聚物、聚氨酯灌浆材料和其制备方法，CN102079862，其公开了单组分油溶性聚氨酯灌浆材料、和原材料和其制备方法。然而，发现CN102093536和CN102079862中记载的这两种疏水性灌浆材料都不能在高于1 MPa的水压下固化。

CN102093537公开了水性聚氨酯灌浆材料的制备方法。混合异氰酸酯、迟延剂和亲水性聚醚多元醇以反应并获得最终产品。

CN102079863公开了单组分亲水性聚氨酯灌浆材料以及原材料和其制备方法。

CN102093537和CN102079863的灌浆材料都是亲水性PU灌浆。根据本发明的测试结果，此类灌浆材料形成具有差机械性能和在高水压下对基材的差粘合性的凝胶。

在深入的现有技术研究之后，发现上文引用的文件都没有教导或暗示本发明。

发明概述

目前已经意外发现本发明的组合物和方法满足以上挑战。本发明的优点可以包括：(1)在高水压环境下快速固化；(2)水或流体泄露的快速停止；和(3)封闭裂缝，其具有良好的粘结强度和较好的机械性能和用于耐久性的抗冲击性。

本发明涉及聚氨酯灌浆材料和用于制备这些材料的方法。在一种实施方案中，本发明提供了聚氨酯灌浆组合物，其中该组合物包含异氰酸酯预聚物和辅助组分，该辅助组分选自增塑剂、硅烷偶联剂、催化剂、泡孔稳定剂、阴离子型表面活性剂、填料、发泡剂或其混合物。

在另一种实施方案中，本发明提供了异氰酸酯预聚物组合物，其通过多官能异氰酸酯与包含至少一种含有基于总环氧烷单元计0至50 wt%环氧乙烷单元的聚醚多元醇的多官能多元醇、和任选地其他多官能多元醇如聚酯多元醇、生物可再生多元醇或其混合物、以及至少一种单官能含羟基化合物如具有端羟基的聚环氧乙烷聚合物、聚氧乙烯-聚氧丙烯一元醇类(Monols)或其混合物反应获得。

在另一实施方案中，本发明提供了用于制备本发明的异氰酸酯预聚物组合物和聚氨酯灌浆组合物的方法。

在另一实施方案中，本发明提供了所述聚氨酯灌浆组合物用于在用于采矿和页岩气的岩心钻进、地基开挖和地下隧道接合处中的快速停止漏液和渗流控制的用途。

附图简述