[发明专利]一种有机无机纳米复合杂化防水堵漏凝胶及其制备方法

说明书

一种有机无机纳米复合杂化防水堵漏凝胶及其制备方法，属于市政和建筑工程新材料技术领域。硅前驱体通过溶胶凝法形成无机硅网络，与此同时丙烯酸盐在促进剂和引发剂作用下，双键发生自由基聚合反应生成线性高分子，紧接着在交联剂的作用下，线性高分子交联呈网络结构的凝胶体，可以容几倍于自身体积的水，是溶胀水但不溶解于水的一类特殊材料。此类有机无机杂化材料能够改善凝胶的吸水和强度，从而解决现阶段单一有机丙烯酸盐类灌浆材料抗压强度差和干缩开裂的问题。在干湿循环的环境中仍然能粘附与混凝土表面，不会因失水干缩脱离混凝土表面或者断裂，遇水后重新膨胀，经历长久的裂缝干缩、膨胀循环后仍不会出现渗漏，起到永久堵漏的作用。

技术领域

本发明涉及一种有机无机纳米复合杂化防水堵漏凝胶及其制备方法。属于市政和建筑工程新材料范畴，精细化工技术领域。

背景技术

由于环境的特殊性，地下工程极易发生渗漏水事故，大量的渗漏水问题不仅造成能源和资源的大量浪费，更影响到建筑业形象的提升与和谐社会的建设，长期的渗漏水破坏会降低工程结构的使用寿命，甚至会危害运营期人员和设备的安全，因此采用多种手段和工艺来治理渗漏水问题显得尤为重要。灌浆法是当前治理渗漏水问题最好方法，通过将一定的材料配制成浆液，用压送设配将其灌入地层或裂缝内，固化后堵塞通道，进而从根本上解决渗漏问题。灌浆材料主要分为水泥基浆材和化学类浆材，其中化学灌浆液是一种真溶液，具有稳定性好、粘度低、可灌注性好、渗透力强、凝胶过程可瞬间完成、凝结时间易控、防水性好以及灌浆工艺操作简单等特点。当今，化学灌浆材料在防水堵漏方面的应用主要有水玻璃类灌浆材料、丙烯酰胺类灌浆材料、聚氨酯类灌浆材料、环氧树脂类灌浆材料和甲基丙烯酸酯类灌浆材料。他们都有各自的不足，例如：聚氨酯类灌浆材料处理初期止漏效果明显，但是耐久性差；丙烯酰胺类灌浆材料融合能力强，能牢固地黏附于混凝土表面，但是具有中等毒性，危害人的神经系统；而水泥-水玻璃类灌浆材料虽固结力强但融合能力差，无法彻底解决渗漏水问题。

近年来，丙烯酸盐类灌浆材料由于其具有无毒、环境友好、粘结力强、融合能力强、抗挤出能力强等优点而被广泛用于治理地下工程渗漏水问题。丙烯酸盐类灌浆材料是以丙烯酸钙和丙烯酸镁为主剂，在引发剂和催化剂的作用下，双键发生自由基聚合反应生成线性高分子，紧接着在交联剂的作用下，线性高分子交联呈网络结构的凝胶体，可以溶几倍于自身体积的水，是溶胀水但不溶解于水的一类特殊材料，因此在动水下不容易被水稀释或冲走。虽然高分子链段中大量亲水基团使其具有良好的溶胀性能，但是其吸水后容易收缩而破裂的缺点限制了其应用范围。本发明突破单一组分凝胶，将无机相以纳米级粒子分散到有机相(高分子聚合物)中，形成复合杂化材料。此类复合杂化凝胶是高分子聚合物与无机物在纳米层次上的复合，兼有无机材料的强度和热力学稳定性和高分子聚合物的功能性，尤其二氧化硅纳米杂化复合凝胶是一类有无机聚合物网络和无机硅网络相互贯穿形成的新型凝胶，能在凝胶强度上有很大的突破。制备的有机无机复合杂化凝胶能够改善凝胶的吸水和强度，以解决现阶段丙烯酸盐类灌浆材料抗压强度差和干缩开裂的问题。制得的有机无机复合杂化凝胶可广泛应用于市政工程和地下结构渗漏水治理。

发明内容

本发明的目的是提供一种有机无机复合杂化凝胶及其制备方法。硅前驱体通过溶胶凝法形成无机硅网络，与此同时丙烯酸盐在交联剂、促进剂、引发剂和催化剂的作用下的原位聚合反应也跟着进行，最终无机硅在纳米层面上与高分子聚合复合，如图1所示。此方法有利于制备出无机相均匀分散的复合杂化凝胶。

本发明采用双液灌浆的方法，其中A液主要成分包含有：丙烯酸盐单体主剂、交联剂、增粘剂、促进剂和硅前驱体；B液包含引发剂和催化剂。

丙烯酸盐单体主剂：优选包括丙烯酸钙或丙烯酸镁中的任意一种或多种。丙烯酸盐由丙烯酸与金属氧化物或金属氢氧化物通过中和反应而制的。

交联剂：优选自N,N’-亚甲基双丙烯酰胺和二乙烯基苯和二异氰酸酯中任意一种。能使线型的分子之间产生化学键，使线型分子相互连在一起，形成三维网络结构，这样提高高分子聚合物材料的强度和弹性。