一种高粘结型煤矿用硅酸盐改性聚氨酯加固材料

技术领域

本发明属于矿用加固材料技术领域，具体为一种高粘结型煤矿用硅酸盐改性聚氨酯加固材料。

背景技术

随着煤矿开采规模和深度的不断加大，井下松软破碎带越来越多，使得聚氨酯加固材料的应用也越来越广泛。纯聚氨酯加固材料具有反应速度快，粘度低，强度高等优点，但放热量高，阻燃性能差，使井下环境存在隐患。硅酸盐改性聚氨酯加固材料放热量低，阻燃性能好，在安全性方面更加可靠；在湿度大、有水的环境中不会发泡，能保持较高的强度，且成本较低。

硅酸盐改性聚氨酯加固材料为一种水玻璃注浆加固材料，是目前使用最广的化学注浆加固材料之一，尤其是其绿色环保性受到世界各国的重视。随着水玻璃注浆加固技术发发展，目前开发出系列水玻璃注浆加固技术。如通过向水玻璃、乙酸乙酯中加入两种不同的乳化剂，混合形成水玻璃-乙酸乙酯微乳化学注浆加固材料，其具有较高强度、低成本、无污染、凝胶时间可控等优点，尤其适合钻井护臂堵漏中使用；又如通过使用十二烷基苯磺酸钠表面活性剂，提高水玻璃浆料渗透性，使水玻璃注浆加固材料能灌注0.5mm以下裂隙。

水玻璃注浆加固材料的最大优点是成本低，而不足之处是水玻璃注浆加固料固结后强度偏低，在某些特定环境无法解决工程技术问题，还无法替代某些化学注浆加固材料。另外，水玻璃浆材的耐久性低，水玻璃凝胶固化后，未反应的水玻璃在凝胶后析出，引起脱水收缩，造成抗渗性降低，从而耐久性降低。

现有专利CN 104558514 B一种高强聚氨酯改性硅酸盐注浆加固材料及其制备方法和应用，涉及一种以碱金属硅酸盐为原料的注浆加固材料。该聚氨酯改性硅酸盐注浆加固材料包括：A组分和B组分，其中A组分包括：硅酸钠溶液和催化剂；B组分包括聚合MDI、聚醚多元醇和促溶剂。本发明的应用，为将A组分和B组分等体积混合浇注。该技术是在水玻璃中加入醇类物质，改善材料韧性，使材料的抗拉强度达到20MPa以上。但是经硅酸盐改性的聚氨酯加固材料在粘接强度等方面的性能会降低。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提出一种高粘结型煤矿用硅酸盐改性聚氨酯加固材料，解决粘结强度下降幅度大的问题。

为了达到上述目的，本发明是通过如下技术方案实现的。

一种高粘结型煤矿用硅酸盐改性聚氨酯加固材料，含有A、B两种组分；所述A组分包括重量份为77.8-85.5份水玻璃、7-10份乳化剂，1-3份复配偶联剂、0.3-1份催化剂；B组分包括重量份为30-85份的多异氰酸酯MDI和聚醚多元醇3001预聚物、10-70份的多异氰酸酯MDI和聚醚多元醇MS173预聚物，8-25份的增塑剂B，3-7份的增塑剂C；所述增塑剂B为邻苯二甲酸二丁酯，增塑剂C为柠檬酸三丁己酯。

优选的，所述的复配偶联剂为γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷与N-十二烷基吡咯烷酮的混合物。

优选的，所述的催化剂为二甲氨基乙氧基乙醇与质量百分比浓度为33%的三乙烯二胺溶液的协同催化剂。

优选的，A组分和B组分的体积比为1:1。

优选的，所述的乳化剂为醋酸乙烯-乙烯共聚乳液。

本发明相对于现有技术所产生的有益效果为：

本发明所述的高粘结型煤矿用硅酸盐改性聚氨酯加固材料适用于松散破碎状、多孔性的煤岩体中。当胶粘剂和被粘物接触时，由于存在不同的电子亲和力，两者的界面之间存在接触电势，进而得到双电层。聚氨酯含有大量的亲水基团，乳胶中存在许多正负电荷，乳液颗粒容易在表面形成双电层，有一定的电动势，彼此形成静电引力而粘结在一起。通过偶联剂改性、调整NCO含量、调节R值，大大提高了产品的粘结强度，同时提高了抗拉强度。该高粘结型矿用加固材料粘结强度符合我国安全生产行业标准，且优于行业标准。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。下面结合实施例详细说明本发明的技术方案，但保护范围不被此限制。

实施例1

本材料由A、B双组分组成。其中，A组分主要成分是水玻璃77.8份和助剂，助剂包含乳化剂7份，复配偶联剂KH-560（γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷）与N-916（N-十二烷基吡咯烷酮）为1份，ZR-70（二甲氨基乙氧基乙醇）与A33（33%的三乙烯二胺溶液）协同催化剂为0.3份。

B组分主要成分是多异氰酸酯MDI和聚醚多元醇3001预聚物为30份，多异氰酸酯MDI和聚醚多元醇MS173预聚物为10份，增塑剂B（邻苯二甲酸二丁酯）为8份，增塑剂C（柠檬酸三丁己酯）为3份。

按照V(A组分):V(B组分) = 1:1混合制成高粘结型聚氨酯加固材料。

实施例2

本材料由A、B双组分组成。其中，A组分主要成分是水玻璃85.5份和助剂，助剂包含乳化剂10份，复配偶联剂KH-560与N-916为3份，ZR-70与A33协同催化剂为1份。

B组分主要成分是多异氰酸酯MDI和聚醚多元醇3001预聚物为85份，多异氰酸酯MDI和聚醚多元醇MS173预聚物为70份，增塑剂B为25份，增塑剂C为7份。

按照V(A组分):V(B组分) = 1:1混合制成高粘结型聚氨酯加固材料。

实施例3

本材料由A、B双组分组成。其中，A组分主要成分是水玻璃82.1份和助剂，助剂包含乳化剂8.5份，复配偶联剂KH-560与N-916为2.2份，ZR-70与A33协同催化剂为0.6份。

B组分主要成分是多异氰酸酯MDI和聚醚多元醇3001预聚物为65份，多异氰酸酯MDI和聚醚多元醇MS173预聚物为44份，增塑剂B为19份，增塑剂C为5份。

按照V(A组分):V(B组分) = 1:1混合制成高粘结型聚氨酯加固材料。

对比例1

对比例1与实施例3的不同之处在于对比例1中KH-560加0.5份，N-916加0.5份；实施例3中KH-560加1.8份，N-916加0.5份；其余相同。

对比例2

对比例2与实施例3的不同之处在于B组分主要成分是多异氰酸酯MDI为 65份，聚醚多元醇MS173为44份，增塑剂B为19份，增塑剂C为5份。其余相同。

对比例3

对比例3与实施例3的不同之处在于对比例3中ZR-70加0.2份，A33加0.4份；实施例3中ZR-70加0.5份，A33加0.1份。其余相同。

实施例1-3和对比例1-3的性能测试结果见下表：

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。