[发明专利]一种纳米复合加固材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种纳米复合加固材料及其制备方法，采用的异氰酸酯含量远低于传统复合加固材料，因此降低了反应过程中的放热量，避免单孔注浆量大时引发加固材料大量聚热引发煤体冒烟，甚至井下着火的危险事故的发生；本发明采用原位聚合的方法，利用纳米粒子与聚合物之间产生的独特特性组合大大提高了加固材料的强度并且在井下应用时该材料遇水不发泡，不会影响纳米复合加固材料本身的强度，保障了材料使用时的安全性，进一步保障工作人员的安全。

技术领域

本发明属于复合加固材料技术领域，具体属于一种纳米复合加固材料及其制备方法。

背景技术

在煤炭开采施工过程中，由于煤矿复杂的地质条件，煤岩体片帮、工作面或巷道顶板冒顶、火灾、瓦斯等灾害时有发生，不仅影响煤矿地生产效率，也由此给煤矿带来严重的安全隐患。传统煤矿加固煤岩体用高分子材料可以有效地解决以上安全隐患问题，但是在使用过程中材料放热量大，直接与煤体接触，单孔注浆量大引发材料大量聚热，反应温度随之也进一步提高，极易引发煤体冒烟，甚至发生井下着火的危险事故。此外，传统煤矿加固煤岩体用高分子材料遇水容易发泡膨胀，进而导致力学强度大幅下降，远远不能达到最低标准要求。为了解决传统煤矿加固煤岩体用高分子材料的现存问题，一种煤矿用低放热超高强度纳米复合加固材料应运而生。

发明内容

为了解决现有技术中煤矿用高分子注浆加固材料固化反应放热量高、遇水发泡强度变低等技术问题，本发明提供一种纳米复合加固材料及其制备方法，该复合加固材料具有低放热，超高强度，并且在井下应用时该材料遇水不发泡，不会影响纳米复合加固材料本身的强度。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种纳米复合加固材料，包括A组分和B组分，其中A组分由以下质量份数物质组成：水玻璃150份-250份、环氧树脂30份-80份、环氧稀释剂5份-20份、催化剂0.1份-10份、促溶剂1份-5份；

B组分由以下质量份数物质组成：稀释剂10份-50份，纳米粒子改性预聚体200份-300份，所述纳米粒子改性预聚体包括改性纳米粒子氧化物和预聚体；所述预聚体包括除水的聚丙二醇和多亚甲基多苯基多异氰酸酯。

进一步的，所述液体硅酸钠的模数为2.2-3.0，波美度为42°Bé-50°Bé。

进一步的，所述环氧树脂的型号为E-51、E-44、E-20中至少一种；所述环氧稀释剂的型号为AGE、501、691中至少一种。

进一步的，所述催化剂为二月桂酸二丁基锡、三乙醇胺、油酸钾、三亚乙基二胺、2,4,6-三(二甲胺基甲基)苯酚、有机锡、三乙烯二胺中至少一种；所述促溶剂为月桂醇酸硫酸钠、聚氧乙烯单硬脂酸酯、聚氧乙烯月桂醚中至少一种。

进一步的，所述稀释剂为二甲基甲酰胺、碳酸二甲酯、二乙二醇乙醚中至少一种。

进一步的，所述改性纳米粒子氧化物质量份数为0.5份-3份，所述改性纳米粒子氧化物为改性纳米二氧化硅粒子和/或改性纳米氧化铝粒子。

进一步的，所述预聚体由50份-150份的除水的分子量为400的聚丙二醇和100份-300份多亚甲基多苯基多异氰酸酯中混合均匀。

本发明还提供一种纳米复合加固材料的制备方法，包括以下步骤：

S1：在环氧树脂中加入一定量的环氧稀释剂，搅拌得到环氧树脂组分；在水玻璃中加入促溶剂、催化剂和环氧树脂组分，搅拌均匀即得到A组分；

S2：采用硅烷偶联剂对纳米氧化物粒子进行改性，即得到硅烷偶联剂改性的纳米氧化物粒子；

S3：将除水的聚丙二醇加入多亚甲基多苯基多异氰酸酯中混合反应，即得到预聚体；