一种可降解型膨胀高分子注浆材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种可降解型膨胀高分子注浆材料及其制备方法与应用，采用双氧水和硫酸混合溶液对竹屑粉末进行水浴改性，得改性竹屑；将改性竹屑放入水中，水浴加热活化处理；将交联剂、丙烯酸溶液和含亲水基团的活性物质混合、聚合反应，得前驱体；将水浴加热活化后的活化体系去除空气，并向其中加入所述前驱体和引发剂，加热反应，得胶状聚合物；将胶状聚合物绞碎，然后向其中喷洒胶凝催化剂，得可降解型高分子聚合物颗粒体A。分子聚合物颗粒体A。分子聚合物颗粒体A。

【技术实现步骤摘要】
一种可降解型膨胀高分子注浆材料及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于地下工程突涌水封堵材料
，尤其涉及一种可降解型膨胀高分子注浆材料及其制备方法与应用，具体可用于岩溶区涌水封堵。

技术介绍

[0002]公开该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
[0003]伴随着社会的迅猛发展，交通工程发展迅速，基础设施建设的步伐陆续加快，铁路、隧道、公路、矿山等项目日益增多。尤其在21世纪海上丝绸之路大力实施的背景之下，我国东部沿海地区的城际、省际交通建设需求前景巨大。截至2019年底，我国建成的公路、铁路隧道数量超过3万座，其中高铁里程约为3.5万公里，稳稳位列世界第一。此外，2019年新增地铁通车里程937公里，2020年新增通车里程1208公里，同比增速分别达到76.69％、28.98％。十四五新增通车里程有望再上台计阶，预计2021年新增通车1594公里。
[0004]然而，我国地形地貌复杂多变，建设中经常穿越岩溶区，由于裂隙、管道以及溶洞等不良地质构造较为发育，水力联系通畅，致灾性较强，地下工程建设过程中常遭遇突涌水引发的灾难。施工期突涌水、岩层失稳坍塌等灾害对隧道安全构成了重大威胁，造成严重的经济损失、工程停滞、环境破坏，甚至人员伤亡等，严重威胁社会稳定与经济发展。
[0005]岩溶区隧道突涌水不同于一般的涌水，其发生突涌水甚至引发塌方的灾害发生机理极为复杂，也使得对岩溶区突涌水灾害控制技术水平要求很高。尽管现阶段已有学者对这方面展开了研究，也依据自己研发的材料提出了不同的治理方法，但是岩溶区突涌水的极度复杂性使得现有的治理体系缺乏针对性，难以实现高效地的岩溶区突涌水封堵。
[0006]现有技术中已有采用聚丙烯酸盐类吸水树脂作为封堵岩溶突涌水的膨胀高分子注浆材料组分，可以具有较高的膨胀倍率，对岩溶涌水具有高效封堵的治理效果，但是本专利技术人在进一步研究中发现：尽管这种膨胀高分子注浆材料对环境绿色无污染，但聚丙烯酸盐类吸水树脂降解性能较差,吸水膨胀后的凝胶长时间存在于生态环境中,易造成对环境的二次污染。

技术实现思路

[0007]针对现有技术中存在的技术问题，本专利技术提供一种可降解型膨胀高分子注浆材料及其制备方法与应用。
[0008]为解决以上技术问题，本专利技术的以下一个或多个实施例提供了如下技术方案：
[0009]第一方面，本专利技术提供一种可降解型高分子聚合物颗粒体A的制备方法，包括如下步骤：
[0010]采用双氧水和硫酸混合溶液对纤维素系高分子吸水树脂或天然聚合物粉末进行水浴改性，得改性纤维素系高分子吸水树脂或改性天然聚合物；
[0011]将改性纤维素系高分子吸水树脂或改性天然聚合物放入水中，水浴加热活化处理；
[0012]将交联剂、丙烯酸溶液和含亲水基团的活性物质混合、聚合反应，得前驱体；
[0013]将水浴加热活化后的活化体系去除空气，并向其中加入所述前驱体和引发剂，加热反应，得胶状聚合物；
[0014]将胶状聚合物绞碎，然后向其中喷洒胶凝催化剂，得可降解型高分子聚合物颗粒体A。
[0015]第二方面，本专利技术提供所述制备方法制备得到的可降解型高分子聚合物颗粒体A。
[0016]第三方面，本专利技术提供一种可降解型膨胀高分子注浆材料包，包括所述可降解型高分子聚合物颗粒体A和交联固化液B，两者分开存放。
[0017]第四方面，本专利技术提供一种可降解型膨胀高分子注浆材料，包括所述可降解型高分子聚合物颗粒体A和交联固化液B，两者混合均匀。
[0018]第五方面，本专利技术提供所述可降解型膨胀高分子注浆材料包的使用方法，包括如下步骤：将可降解型高分子聚合物颗粒体A和交联固化液B混合均匀，将得到的混合液作为注浆材料注入岩体破碎带的裂隙中，即可。
[0019]第五方面，本专利技术提供所述可降解型高分子聚合物颗粒体A、所述可降解型膨胀高分子注浆材料包或所述可降解型膨胀高分子注浆材料在建筑工程领域的应用，尤其在岩溶区涌水封堵中的应用。
[0020]与现有技术相比，本专利技术的以上一个或多个技术方案取得了以下有益效果：
[0021]相比于本专利技术的在先专利(授权公告号：ZL201911128522.9)，本专利技术采用废弃竹屑改性制成，变废为宝，原材料价格低廉，来源广泛，大大降低了注浆材料的制作成本，且制备工艺简单，易于实现工业化。本专利技术制成的高分子聚合物颗粒体A是可降解的环境友好型注浆材料。
[0022]改性竹屑的添加，能够改变树脂的交联结构从而得到更多的孔结构，有利于提高材料的吸水膨胀性能。
[0023]为了在保证先前膨胀高分子注浆材料的高效封堵治理优势的前提下，进一步增加注浆材料的可降解功能，本专利技术通过研究高聚物结构，联系其结果与性能，分别从可降解性功能、遇水膨胀倍率、耐盐性能、胶凝固化速率、突涌水封堵性能等角度设计优化高分子注浆材料的原料组成和结构。通过在原有原料的基础上加入改性处理的竹屑，在实现可降解功能的同时，充分利用了原本废弃的竹屑，降低了生产成本。制备的注浆材料可高效的治理高压大流量岩溶突涌水，同时在一段时间内可自行降解，在进行岩溶区突涌水高效治理的同时，注重对生态环境的保护。
附图说明
[0024]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0025]图1为本专利技术实施例中高分子聚合物颗粒体降解图。
具体实施方式
[0026]应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0027]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本专利技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0028]第一方面，本专利技术提供一种可降解型高分子聚合物颗粒体A的制备方法，包括如下步骤：
[0029]采用双氧水和硫酸混合溶液对纤维素系高分子吸水树脂或天然聚合物粉末进行水浴改性，得改性纤维素系高分子吸水树脂或改性天然聚合物；
[0030]将改性纤维素系高分子吸水树脂或改性天然聚合物放入水中，水浴加热活化处理；
[0031]将交联剂、丙烯酸溶液和含亲水基团的活性物质混合、聚合反应，得前驱体；
[0032]将水浴加热活化后的活化体系去除空气，并向其中加入所述前驱体和引发剂，加热反应，得胶状聚合物；
[0033]将胶状聚合物绞碎，然后向其中喷洒胶凝催化剂，得可降解型高分子聚合物颗粒体A。
[0034]在一些实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可降解型高分子聚合物颗粒体A的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：采用双氧水和硫酸混合溶液对纤维素系高分子吸水树脂或天然聚合物粉末进行水浴改性，得改性纤维素系高分子吸水树脂或改性天然聚合物；将改性改性纤维素系高分子吸水树脂或改性天然聚合物放入水中，水浴加热活化处理；将交联剂、丙烯酸溶液和含亲水基团的活性物质混合、聚合反应，得前驱体；将水浴加热活化后的活化体系去除空气，并向其中加入所述前驱体和引发剂，加热反应，得胶状聚合物；将胶状聚合物绞碎，然后向其中喷洒胶凝催化剂，得可降解型高分子聚合物颗粒体A。2.根据权利要求1所述的可降解型高分子聚合物颗粒体A的制备方法，其特征在于：双氧水和硫酸混合溶液中，H2O2的浓度为4wt％～8wt％，H2SO4的浓度为2wt％～6wt％；进一步的，每克纤维素系高分子吸水树脂或天然聚合物放入10
‑
50ml双氧水和硫酸混合溶液中进行改性处理；进一步的，对纤维素系高分子吸水树脂或天然聚合物进行改性的温度为60
‑
80℃，改性的温度为3小时以上；进一步的，纤维素系高分子吸水树脂或天然聚合物粉末的粒径为100
‑
200目；在一些实施例中，对纤维素系高分子吸水树脂或天然聚合物粉末进行改性过程中，还包括对改性纤维素系高分子吸水树脂或天然聚合物粉末进行洗涤和干燥的步骤；进一步的，采用去离子水对改性纤维素系高分子吸水树脂或天然聚合物粉末进行洗涤；或采用真空干燥箱对改性纤维素系高分子吸水树脂或天然聚合物粉末进行干燥；更进一步的，对改性竹屑粉末的干燥温度为75
‑
85℃，干燥时间大于12小时；更进一步的，纤维素系高分子吸水树脂为羟乙基纤维素或甲基纤维素或羧甲基纤维素；天然聚合物为竹屑、淀粉、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、丙烯酰胺等中的任意一种或者几种的混合物。3.根据权利要求1所述的可降解型高分子聚合物颗粒体A的制备方法，其特征在于：对改性竹屑进行活化步骤中，每克改性竹屑粉末放入10
‑
20ml去离子水中，水浴加热活化；进一步的，对改性竹屑粉末进行水浴活化的温度为75
‑
85℃，优选为80℃；水浴活化的时间大于1小时；在一些实施例中，所述交联剂选自N,N
‑
亚甲基双丙烯酰胺、季戊四醇三烯丙基醚、季戊四醇三丙烯酸酯、聚乙二醇二缩水甘油醚、乙氧基化甘油三丙烯酸酯、乙二醇二甲基丙烯酸酯中的任意一种或多种；在一些实施例中，所述丙烯酸溶液的质量分数为20
‑
60％；进一步的，所述交联剂为丙烯酸质量的0.3
‑
1.8％；在一些实施例中，所述含亲水基团的活性物质为丙烯酸质量的0.5
‑
20％；进一步的，所述含亲水基团的活性物质选自淀粉、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺或纤维素系高分子吸水树脂中的一种或几种的混合物。4.根据权利要求1所述的可降解型高分子聚合物颗粒体A的制备方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘人太，马晨阳，李术才，闫瑾，陈孟军，张庆松，郑卓，白继文，刘衍凯，张春雨，刘凯，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：