[发明专利]一种自限温聚氨酯注浆材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料技术领域，具体涉及一种自限温聚氨酯注浆材料及其制备方法。 

背景技术

目前使用的矿用化学类浆液主要有脲醛树脂注浆材料、丙烯酰胺注浆材料、环氧树脂注浆材料和聚氨酯类注浆材料等，其中脲醛树脂注浆材料一般很脆，韧性很差，并且容易挥发出游离的甲醛，因而其应用受到一定的限制；丙烯酰胺类注浆材料具有很大的毒性，相关文献中在日本有人因该灌浆材料而中毒的报道，因此该注浆材料在日本已经被政府禁用；环氧树脂注浆材料粘度较大、成本高，而且在处理岩体微裂隙方面效果并不明显。目前，聚氨酯类注浆材料因具有较好的弹性和强度，固化时间短而且可调、硬度可调，可带水施工、施工性强，粘度低、渗透性好，防渗堵漏加固等能力强，而获得了广泛应用。 

但是聚氨酯注浆材料的固化过程中反应放热量大、蓄热温度高，容易发生自燃、烧芯和发烟现象，尤其是在煤矿井下特殊环境中容易引发煤矿事故，如兖州煤业集团赵楼煤矿因化学注浆材料反应放热量过高，几乎酿成明火事故；淮北矿业集团涡北煤矿因化学材料处理不当造成煤层自燃发火事故；山西焦煤集团三交河煤矿因化学注浆温度过高引发煤自燃发火倾向性事故；晋城煤业集团某矿曾出现因材料的阻燃性差而出现火灾事故。现有聚氨酯注浆材料存在的安全隐患，急需开发一种蓄热温度低的注浆加固材料。 

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的缺点与不足，提供一种自限温聚氨酯注浆材料及其制备方法，采用沸点在66℃-130℃之间可调的自限温添加剂作为聚氨酯注浆材料的第三组分，通过自限温添加剂中的水或有机溶剂的气化来吸收异氰酸酯与聚醚多元醇反应时放出的热量，保证浆料迅速凝胶固化的同时降低聚氨酯浆料注浆时的蓄热温度，实验证实该注浆料的最高蓄热温度低于所加入的C组分的沸点，该注浆材料能够彻底避免地下工程尤其是煤矿注浆时的火灾事故，具有蓄热温度低、价格低廉、高渗透性和高强度等优点。 

本发明的自限温聚氨酯注浆材料，其特征在于包括A和B组分，以及沸点在66℃-130℃之间可调的C组分自限温添加剂，A、B和C三组分合计百分之百，所述的C组分占注浆材料总质量的5%-55%，C组分自限温添加剂的组成为水：占C组分质量的4%-80% ，碱性添加剂：占C组分质量的10%-50%，惰性溶剂：占C组分质量的0%-96%，中性盐：占C组分质量的0%-20%，其中，所述的水和碱性添加剂为必须添加组分，其碱性溶液的pH＞9，惰性溶剂和中性盐选其中之一；C组分中具体组成的配比并不是在组成范围内各组分的任意组合，而是保证各组分组合后具有固定的沸点，并且沸点在66℃-130℃之间，注浆时可以根据需要限温的范围来设计不同的组合及配比，以便将注浆材料的蓄热温度限制在规定的沸点范围内。 

所述的A组分是异氰酸酯及预聚体，占浆料总质量的30%-50%，所述的B组分是聚醚多元醇及辅料，占浆料总质量的5%-50%，A和B组分具体配比如下： 

A组分：异氰酸酯：占A组分质量的70%-100% ；

预聚体：占A组分质量的0%-30%；

B组分：聚醚多元醇：占B组分质量的50%-89%； 催化剂：占B组分质量的1%-20%； 阻燃剂：占B组分质量的0%-45%； 增塑剂：占B组分质量的0%-30%； 分散剂：占B组分质量的0.1%-10%； 泡沫稳定剂：占B组分质量的0%-10%； 消泡剂或发泡剂中的一种：占B组分质量的0%-30%； 扩链剂：占B组分质量的0%-10%； 抗静电剂：占B组分质量的0%-10%； 

其中，所述的C组分中的水和碱性添加剂为必须添加组分，要求碱性溶液的pH值＞9，惰性溶剂和中性盐选其中之一。C组分中所述的碱性添加剂是强碱和弱酸强碱盐，包括但不限于：氢氧化钠，氢氧化钾，醋酸钠，醋酸钾，草酸钠，草酸钾，碳酸钠，碳酸钾，硅酸钠，硅酸钾和硅酸锂中的一种或多种以任意比例混合的混合物。

所述的惰性溶剂是四氯化碳、正庚烷和环己烷中的一种或多种任意比例混合的混合物。 

所述的中性盐是可溶性盐和不可溶性盐，包括但不限于：氯化钠，氯化钾，氯化镁，硫酸钠，硫酸钾，硫酸铝，碳酸钙，碳酸镁中的一种或多种以任意比例混合的混合物。 

其中，A组分中所述的异氰酸酯的-NCO含量为20%-50%，包括烷基单异氰酸酯，苯基单异氰酸酯，α- 取代苄基异氰酸酯和多异氰酸酯，具体是：甲苯二异氰酸酯(TDI)，二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)和多亚甲基多苯基异氰酸酯(PAPI)其中的一种或多种以任意比例混合的混合物。