[发明专利]一种原位合成可控纳米二氧化硅增强亲水性聚氨酯注浆堵水材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种原位合成可控纳米二氧化硅增强亲水性聚氨酯注浆堵水材料及其制备方法，其特征在于：是由组份A和组份B混合后得到，其中组份A是由异氰酸酯与聚合物多元醇通过聚合反应生成的预聚体经与稀释剂混合后构成；组份B是含硅化合物通过原位合成含可控纳米二氧化硅的水溶液。本发明的亲水性聚氨酯注浆堵水材料具有较高的固结体强度与尺寸稳定性，具有高包水性、凝胶时间可调、重复堵水性好的优点；本发明的亲水性聚氨酯注浆堵水材料制备工艺简单，原料来源广泛，可用于煤矿及其他建筑物的防渗堵水。

技术领域

本发明涉及一种亲水性聚氨酯注浆堵水材料，具体的说是一种原位合成可控纳米二氧化硅增强亲水性聚氨酯注浆堵水材料及其制备方法。

背景技术

聚氨酯注浆材料是由多异氰酸酯与聚合物多元醇通过聚合反应合成的化学浆料，广泛应用于基础设施、煤矿开采及地下工程中。聚氨酯注浆材料按照亲水与否分为油性和亲水性两种。其中，油性聚氨酯注浆材料是由低分子质量的聚合物多元醇与多异氰酸酯为基料，配以催化剂等助剂合成的单组分或双组分浆材。其凝胶时间可调，得到的固结体强度高。但是遇到大量动水的情况下，由于其不亲水，容易被水冲散而无法达到预想的效果。亲水性聚氨酯注浆材料多选用高分子量的亲水性聚醚多元醇，并以异氰酸酯进行封端。遇水后能够迅速自乳化，并发生扩链、支化及交联反应形成凝胶状固结体，以达到防渗堵水的目的。

通常，亲水性注浆材料为了达到更好的包水效果，会选择高分子量的聚醚多元醇，所以固结体交联度不会太高，导致其固结体的强度较低。并且，由于生成的固结体含有较高的水分，所以固结体在失水过后会产生较大的体积收缩，造成与岩体的粘结面开裂。当收缩后的固结体再次遇水时，不能产生足够的体积膨胀，所以其重复堵水效果较差。与无机注浆材料，如水泥类、水玻璃类和粘土类相比，聚氨酯注浆材料由于其可以与水反应，所以堵水效率高。但是其成本较高，使得其应用受到限制。

发明内容

本发明旨在提供一种原位合成可控纳米二氧化硅增强亲水性聚氨酯注浆堵水材料及其制备方法，所要解决的问题是在保留原有亲水性聚氨酯注浆堵水材料优良综合性能的基础上，通过简单的改变反应条件来原位合成尺寸可控的纳米二氧化硅，利用纳米二氧化硅分子结构中不饱和残键及不同键和状态的羟基，与亲水性聚氨酯材料复合形成氢键及化学结合来提高固结体的力学性能。使本发明聚氨酯堵水材料具有固结体强度高、尺寸稳定性高的特点。引入廉价的含硅化合物，成本低。并且，含硅化合物中离子的存在使得固结体渗透压变高，不易失水。凝胶时间可调、不易燃、耐候性良好。

本发明解决技术问题，采用的技术方案是：

本发明原位合成可控纳米二氧化硅增强亲水性聚氨酯注浆堵水材料，其特点在于：所述的原位合成可控纳米二氧化硅增强亲水性聚氨酯注浆堵水材料是由组份A和组份B按质量比1：1～1：3混合后得到；

所述组份A是由异氰酸酯与聚合物多元醇通过聚合反应生成的预聚体，经与稀释剂混合后构成，所述组分A中各原料按质量份数构成为：

聚合物多元醇 100份；

异氰酸酯 10～40份；

惰性稀释剂 20～100份；

所述组份B中各原料按质量份数构成为：

所述异氰酸酯为二苯基甲烷二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯或异佛尔酮二异氰酸酯中的至少一种。

所述聚合物多元醇为亲水聚醚多元醇(EO≥80％)，官能度3～5，分子量6000～12000，羟值为15～50mgKOH/g。

所述惰性稀释剂为二乙二醇乙醚醋酸酯、邻苯二甲酸二丁酯、烷基磷酸酯、丙二醇碳酸酯或乙二醇丁醚醋酸酯中的至少一种。

所述催化剂是由三乙醇胺、三乙烯二胺与二月桂酸二丁基锡中的至少一种组成的协效催化剂。