一种固化反应速率可控的高固结体强度聚氨酯注浆加固材料及制备方法技术

本发明专利技术提出了一种固化反应速率可控的高固结体强度聚氨酯注浆加固材料及制备方法，所述注浆加固材料至少包括以下组分：聚合物多元醇、反应速率控制剂、泡沫稳定剂、阻燃剂以及多异氰酸酯。本发明专利技术提出的聚氨酯注浆加固材料，利用反应速率控制剂，在保证聚氨酯注浆加固材料强度的基础上，实现了对聚氨酯固化反应放热速率的调控，不仅可以控制聚氨酯加固材料的最高反应温度，避免了聚氨酯注浆加固材料因热量聚集产生的烧芯、阴燃及火灾等安全事故的发生，还可根据不同施工地区与地段的地质条件，通过反应速率控制剂种类和用量的选择，对注浆过程中浆液的固化反应速率进行调控，提高了聚氨酯注浆加固材料的使用安全性与形成的固结体强度。体强度。体强度。

【技术实现步骤摘要】
一种固化反应速率可控的高固结体强度聚氨酯注浆加固材料及制备方法


[0001]本专利技术属于高分子材料合成
，具体涉及一种固化反应速率可控的高固结体强度聚氨酯注浆加固材料及制备方法。

技术介绍

[0002]近年来我国注浆技术在煤矿中得到了广泛的应用，它能有效解决煤矿复杂地质条件下岩体出现的破碎变形、巷道顶板或工作面冒顶、瓦斯、火灾以及水害等安全问题，极大的提高了生产效率，使人员与财产安全得到了有效保障。
[0003]化学注浆能在较短时间内固结破碎的岩体，并达到较高的强度。在多种注浆材料中，聚氨酯材料以黏度适中、固化时间可控、固结体韧性良好和强度高等优点，广泛应用于破碎岩体的加固、巷道顶板涌水的封堵等领域，应用前景广阔。
[0004]然而聚氨酯注浆加固材料在使用的过程中放热剧烈，最高反应温度高，且导热性能差，内部易蓄积大量热量，在密闭空间内大量使用时热量难以释放，使得材料芯部发生热分解，导致烧芯、阴燃的现象，造成材料性能劣化甚至产生明火，存在严重的安全隐患。
[0005]目前改善上述聚氨酯注浆加固材料存在的问题的方法主要有：添加二氧化硅、碳酸钙等填料，或引入环氧树脂、有机硅树脂对材料进行共聚杂化，利用填料进行补强，并降低单位质量下注浆材料中异氰酸根与羟基的反应量，改善固化时放热的情况；使用半预聚体法制备材料或对异氰酸酯组分进行部分封端，以减小混合时异氰酸酯与羟基化合物的反应程度，达到降低固化温度的目的。上述方法本质是对聚氨酯的固化反应过程的控制，但存在着浆液粘度较大、可注性差以及施工工艺繁琐等问题，因此需要对聚氨酯的固化反应过程进行更为简捷高效的调控。

技术实现思路

[0006]本专利技术提出了一种固化反应速率可控的高固结体强度聚氨酯注浆加固材料及制备方法，制备的聚氨酯注浆加固材料的反应放热速率可控，固结体芯部最高反应温度低，浆液粘度低，具有良好的流动性和可注性，且固化后得到的固结体强度高、韧性好，可适应易形变岩体的加固与稳定。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术是通过如下的技术方案实现的。
[0008]本专利技术提出一种固化反应速率可控的高固结体强度聚氨酯注浆加固材料，所述注浆加固材料至少包括以下组分：
[0009]聚合物多元醇；
[0010]反应速率控制剂；
[0011]泡沫稳定剂；
[0012]阻燃剂；以及
[0013]多异氰酸酯。
[0014]在本专利技术一实施例中，所述注浆加固材料中各组分质量份数为：
[0015][0016][0017]在本专利技术一实施例中，所述聚合物多元醇选自数均分子量为300～1000、平均官能度为2～6以及室温下粘度为100～1000mPa
·
s的聚合物中的一种或多种的任意比例混合物。
[0018]在本专利技术一实施例中，所述反应速率控制剂为氮杂环卡宾的金属配合物，其中，所述氮杂环卡宾通过2,4,6
‑
三甲基苯胺、乙二醛、氯化铵、甲醛、磷酸、无水硫酸镁、1,4
‑
双(溴甲基)苯和乙醚和叔丁醇钾反应获得；用于配位的金属盐包括氯化铁、氯化锌、氯化铝、氯化镁、氯化锰、溴化铁、溴化锌、溴化铝、溴化镁或溴化锰中的任意一种。
[0019]在本专利技术一实施例中，所述泡沫稳定剂包括具有长聚硅氧烷链段的改性有机硅油。
[0020]在本专利技术一实施例中，所述阻燃剂包括甲基膦酸二甲酯、乙基膦酸二甲酯、多聚磷酸铵、三(2
‑
氯乙基)磷酸酯、三(氯异丙基)磷酸酯，三(1,3
‑
二氯
‑2‑
丙基)磷酸酯、氢氧化镁或氢氧化铝中一种或多种的任意比例混合物。
[0021]在本专利技术一实施例中，所述多异氰酸酯包括异佛尔酮二异氰酸酯、多亚甲基多苯基多异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯或甲苯二异氰酸酯中一种或多种的任意比例混合物；其中，所述多异氰酸酯的异氰酸根质量分数为30～35％，平均官能度为2.7～3.0。
[0022]在本专利技术一实施例中，所述注浆加固材料固化后的压缩强度为60～80MPa。
[0023]本专利技术还提出一种固化反应速率可控的高固结体强度聚氨酯注浆加固材料的制备方法，至少包括以下步骤：
[0024]将聚合物多元醇在110～130℃、
‑
0.1MPa条件下干燥1～2小时，冷却至室温后密封保存备用，得到除水聚合物多元醇；
[0025]将反应速率控制剂加入所述除水聚合物多元醇中，在70～90℃条件下加热10～20min，溶解后冷却至室温，密封保存备用，得到反应速率控制剂溶液；
[0026]将所述除水聚合物多元醇与所述反应速率控制剂溶液、泡沫稳定剂和阻燃剂均匀混合，得到组分A；以及
[0027]多异氰酸酯为组分B，将所述组分A与所述组分B混合，搅拌均匀倒入模具中进行固化，获得所述聚氨酯注浆加固材料。
[0028]本专利技术提出的一种固化反应速率可控的高固结体强度聚氨酯注浆加固材料及制备方法，制备的聚氨酯注浆加固材料浆液粘度低，具有良好的流动性和可注性，易于施工。可根据不同施工地区与地段的地质条件，通过反应速率控制剂种类和用量的选择，对注浆过程中浆液的固化反应速率进行调控，且聚氨酯注浆加固材料固化后得到的固结体压缩强
度高，满足注浆加固材料工程应用需求。
附图说明
[0029]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0030]图1为本专利技术中一种固化反应速率可控的高固结体强度聚氨酯注浆加固材料制备方法的流程图。
具体实施方式
[0031]以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，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专利技术的其他优点与功效。本专利技术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，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。
[0032]应当理解的是，本专利技术能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本专利技术的范围完全地传递给本领域技术人员。如没有特别说明，以下实施例所示的“％”和“份”分别是指“质量％”和“质量份”。
[0033]下面结合若干实施例及附图对本专利技术的技术方案做进一步详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0034]本专利技术提出了一种固化反应速率可控的高固结体强度聚氨酯注浆加固材料，注浆加固材料由聚合物多元醇、反应速率控制剂、泡沫稳定剂、阻燃剂以及多异氰酸酯等组分反应而成。其中，聚合物多元醇的质量份数例如本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种固化反应速率可控的高固结体强度聚氨酯注浆加固材料，其特征在于，所述注浆加固材料至少包括以下组分：聚合物多元醇；反应速率控制剂；泡沫稳定剂；阻燃剂；以及多异氰酸酯。2.根据权利要求1所述的一种固化反应速率可控的高固结体强度聚氨酯注浆加固材料，其特征在于，所述注浆加固材料中各组分质量份数为：3.根据权利要求1所述的一种固化反应速率可控的高固结体强度聚氨酯注浆加固材料，其特征在于，所述聚合物多元醇选自数均分子量为300～1000、平均官能度为2～6以及室温下粘度为100～1000mPa
·
s的聚合物中的一种或多种的任意比例混合物。4.根据权利要求1所述的一种固化反应速率可控的高固结体强度聚氨酯注浆加固材料，其特征在于，所述反应速率控制剂为氮杂环卡宾的金属配合物，其中，所述氮杂环卡宾通过2,4,6
‑
三甲基苯胺、乙二醛、氯化铵、甲醛、磷酸、无水硫酸镁、1,4
‑
双(溴甲基)苯、乙醚和叔丁醇钾反应获得；用于配位的金属盐包括氯化铁、氯化锌、氯化铝、氯化镁、氯化锰、溴化铁、溴化锌、溴化铝、溴化镁或溴化锰中的任意一种。5.根据权利要求1所述的一种固化反应速率可控的高固结体强度聚氨酯注浆加固材料，其特征在于，所述泡沫稳定剂包括具有长聚硅氧烷链段的改性有机硅油。6.根据权利要求1所述的一种固化反应速率可控的高固结体强度聚氨酯注浆加固材料，其特征在于，所述阻燃剂包括甲基膦酸二甲酯、乙基膦酸二甲酯、多聚磷酸铵、三(2
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【专利技术属性】
技术研发人员：丁运生，樊康鑫，王俊杰，董晓宇，杨雷，杜晶华，张雪敏，齐新慧，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：