一种有机无机复合堵水材料及制备方法与流程

本发明涉及矿井水害治理用堵水材料领域，具体涉及一种有机无机复合堵水材料及制备方法。

背景技术：

在煤矿开采领域，巷道渗水是威胁工程安全的常见因素之一，目前已发展多种手段和工艺来进行治理。渗漏水灾一般是由于围岩或者结构混凝土产生裂隙而形成渗水通道所致，因此如何有效将围岩或者结构混凝土产生的裂隙进行封堵是治理此类灾害的关键。灌浆堵水是当前治理渗漏水灾常用方法，传统注浆材料主要为水泥基材料和化学类材料。水泥基堵水材料粘结性强、稳定性好，但吸水量有限，固化时间长，不适宜封堵流动渗水。化学类堵水材料凝固速度快，吸水量大，粘度低，初期堵水效果很好，但其强度低、且耐久性普遍较差，难以满足长期堵水需求。

为了克服上述不足，本发明提供一种有机无机复合堵水材料，兼具无机材料的高强度、高稳定性，以及有机材料的快速凝胶化和高吸水特性，可实现高效且长久的堵水效果。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种有机无机复合堵水材料，包含a和b两种组分，其中所述a组分包含原料及对应重量份为：

丙烯酸盐单体10~20重量份

交联剂2~5重量份

阻聚剂2~5重量份

粘度调节剂15~30重量份

纳米硅溶胶10~20重量份

蒸馏水40~60重量份

所述b组分含包含原料及对应重量份为：

引发剂1~10重量份

促进剂3~10重量份

蒸馏水70~90重量份

根据本发明，所述复合堵水材料中a组分和b组分的质量比为1:1。

根据本发明，所述丙烯酸盐单体为含有c=c双键的可交联丙烯酸盐，可以为丙烯酸钙、丙烯酸镁、丙烯酸锌、丙烯酸钾、丙烯酸钠中的至少一种；作为优选，所述丙烯酸盐为丙烯酸钙、丙烯酸镁中的至少一种。

根据本发明，所述交联剂为含有2个及以上可与丙烯酸盐中c=c双键反应的官能团的单体，可以为甲撑双丙烯酰胺、二乙烯基苯和三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯中的至少一种。

根据本发明，所述阻聚剂为可以捕捉自由基，进而降低化学交联速率的物质，本发明采用对甲基苯酚。

根据本发明，所述粘度调节剂，起调节a液粘度的作用，可以为羧甲基纤维素、羟丙基纤维素和醋酸纤维素中的至少一种。

根据本发明，所述纳米硅溶胶中二氧化硅的质量百分比为10~40%，二氧化硅颗粒粒径为10~30nm；作为优选，所述纳米硅溶胶中二氧化硅的质量百分比为20~30%，二氧化硅颗粒粒径为10~20nm。

根据本发明，所述引发剂为可引发丙烯酸盐和交联剂中活性官能团聚合的物质，可以为过硫酸铵、过氧化氢和过硫酸钾中的至少一种。

根据本发明，所述促进剂为加快溶胶凝胶和原位聚合的物质，可以为三乙醇胺、甲酸钙、氯化钙和硝酸钙中的至少一种。

根据本发明，可通过调节阻聚剂与引发剂的配比来改变凝胶时间。

根据本发明，所述蒸馏水为溶剂。

本发明的另一目的是提供上述有机无机复合堵水材料的制备方法，包含以下步骤：

（1）按重量份比例称取丙烯酸盐单体、交联剂、阻聚剂和粘度调节剂并混合于一定量的蒸馏水中，机械搅拌至各组分分散均匀，后在搅拌状态下将特定重量份的纳米硅溶胶加入到混合溶液中，得到a组分；

（2）按重量份比例称取引发剂和促进剂并混合于一定量的蒸馏水中，机械搅拌至各组分分散均匀，得到b组分；

（3）将步骤（1）和（2）中得到的a和b组分按照质量比1:1混合得到所述堵水材料，之后进行注浆堵水作业。

注浆后，所述复合堵水材料迅速发生化学反应，其中丙烯酸盐单体和交联剂在引发剂的作用下，发生交联反应，生成具有空间网络结构的聚合物，具备强大空间蓄水能力。分散于该网络结构中的无机组分二氧化硅与凝胶融为一体，可以有效限制该网络结构的收缩，增强了凝胶的整体强度。

与现有技术相比，本发明所提供的有机无机复合堵水材料呈现出了凝胶时间快，粘结力强、结构强度高，以及耐久性好等优点。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面进一步详细说明。此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限制本发明的范围。

实施例1

称取丙烯酸钙10重量份、甲撑双丙烯酰胺2重量份、对甲基苯酚2重量份、羧甲基纤维素26重量份均匀混合于蒸馏水40重量份中，搅拌状态下向混合液中分批加入纳米硅溶胶20重量份，得到a组分；

称取过硫酸铵1重量份、甲酸钙3重量份混合均匀于蒸馏水96重量份中，得到b组分；

将上述a和b组分按照质量比1:1进行混合后得到堵水材料，之后进行注浆堵水作业。经过测试，该材料凝固时间为8min，3d后抗压强度为12mpa。

实施例2

称取丙烯酸镁15重量份、二乙烯基苯4重量份、对甲基苯酚4重量份、羟丙基纤维素22重量份均匀混合于蒸馏水40重量份中，搅拌状态下向混合液中分批加入纳米硅溶胶15重量份，得到a组分；

称取过氧化氢2重量份、三乙醇胺6重量份混合均匀于蒸馏水92重量份中，得到b组分；

将上述a和b组分按照质量比1:1进行混合后得到堵水材料，之后进行注浆堵水作业。经过测试，该材料凝固时间为6min，3d后抗压强度为10mpa。

实施例3

称取丙烯酸钙20重量份、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯5重量份、对甲基苯酚5重量份、醋酸纤维素15重量份均匀混合于蒸馏水45重量份中，搅拌状态下向混合液中分批加入纳米硅溶胶10重量份，得到a组分；

称取过硫酸钾10重量份、硝酸钙8重量份混合均匀于蒸馏水82重量份中，得到b组分；

将上述a和b组分按照质量比1:1进行混合后得到堵水材料，之后进行注浆堵水作业。经过测试，该材料凝固时间为3min，3d后抗压强度为9mpa。

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