[发明专利]低反应温度酚醛树脂注浆加固材料及其制备方法

说明书

本发明属于酚醛树脂注浆材料技术领域，具体涉及一种低反应温度酚醛树脂注浆加固材料及其制备方法。本发明所述的低反应温度酚醛树脂注浆加固材料，由A组分和B组分混合而成，其中A组分包括醛类化合物、苯酚、碱性催化剂、改性剂、引发剂和尿素；B组分包括有机酸、无机酸和水；所述改性剂为聚乙烯醇溶液和丙烯酸的混合物。本发明所述的低反应温度酚醛树脂注浆加固材料，韧性得到显著提高，抗静电性能优越，固化速度常温可调，固结体强度高，内部反应温度低；本发明还提供了一种简单易行的制备方法。

技术领域

本发明属于酚醛树脂注浆材料技术领域，具体涉及一种低反应温度酚醛树脂注浆加固材料及其制备方法。

背景技术

在煤矿生产过程中经常遇到断层、褶曲及裂隙发育带等地质构造，煤岩体松散破碎，极易出现大面积冒顶和透水事故，严重威胁煤矿井下安全生产。因此，破碎煤岩体加固材料及技术的提高就变得势在必得。

破碎煤岩体加固主要采用注浆方式，传统注浆材料可分为两大类：水泥类注浆材料与化学注浆材料。水泥类注浆材料由于固化时间长、不能注入细小的裂缝等缺点，不适用于煤岩体快速加固。化学注浆加固材料属于高分子材料，常用的主要有聚氨酯类、环氧树脂类、聚丙烯酸类、酚醛类加固材料，主要通过压力或化学渗透作用灌入煤岩体裂隙中，能在较短的时间内固结并达到较高的强度，使松散破碎围岩胶结成连续体。

目前主要使用的聚氨酯材料，虽然具有固化速度快、强度高、韧性好等优点，但由于聚氨酯材料本身具有易燃、抗静电性能差、反应温度高(内部最高反应温度可达160℃)的缺点，使其在使用过程中，特别是在高瓦斯矿中的应用，给煤矿生产带来了安全隐患。另外，由于聚氨酯材料本身造价较高，这也从一定程度上限制了其应用。

酚醛材料是一种阻燃性最好的树脂材料之一(氧指数大于28)，虽然具有反应温度低、不易聚热的优点，但其也存在韧性较差、抗静电作用不够优越等缺点。酚醛树脂材料韧性差的原因是因为其本身结构多为“刚性”结构，缺乏柔性基团。酚醛树脂的缩合反应化学反应式如下：

为了解决加固注浆材料柔韧性差、抗静电性能不佳的问题，本领域技术人员采用了多种方案。专利CN104449626A公开了一种用于煤矿加固的改性脲醛树脂注浆材料，A组分包括脲醛树脂溶液、抗静电剂、聚乙二醇、聚丙三醇、甲醇、酚醛树脂和尿素，聚乙二醇和聚丙三醇作为增韧剂，改善了材料的柔韧性，并加入常规抗静电剂增强材料的抗静电性能，但并未对材料的性能进行测试。专利CN103183921A公开了一种煤矿用低温加固材料，A组分包括酚醛树脂及抗静电剂、扩链剂、阻燃剂、偶联剂、催化剂、抗氧剂中的一种或多种，其中扩链剂为醇类或醇胺类，并加入常规抗静电剂改善了材料的抗静电性能。以上专利都采用醇类作为增韧剂或扩链剂对材料进行改性，增强材料的柔韧性，并加入常规抗静电剂改善材料的抗静电性能，但对材料的增韧效果未有测试，无法保证在复杂的地层环境中使用。因此，在现有酚醛树脂材料的基础上，亟待发明一种新型酚醛树脂材料，显著提高材料的柔韧性，并具有优越的抗静电性能，以适用于各种复杂的煤矿地层加固使用。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种低反应温度酚醛树脂注浆加固材料，其韧性得到显著提高，抗静电效果优越，固化速度常温可调，固结体强度高，内部反应温度低；本发明还提供了一种简单易行的制备方法。

本发明所述的低反应温度酚醛树脂注浆加固材料，由A组分和B组分混合而成，A组分包括醛类化合物、苯酚、碱性催化剂、改性剂、引发剂和尿素；B组分包括有机酸、无机酸和水；

所述改性剂为聚乙烯醇溶液和丙烯酸的混合物。

本发明先将聚乙烯醇柔性结构引入酚醛树脂中，起到内増塑作用；然后将丙烯酸引入酚醛树脂，由于双键的存在，在引发剂的作用下可实现分子链的增长，以进一步增强酚醛树脂的强度及韧性。酚醛树脂与聚乙烯醇、丙烯酸嵌段聚合物化学反应式如下：