CN101220203A - 聚氨酯化学灌浆材料及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种聚氨酯化学灌浆材料及制备方法。首先制备端羟基聚氨酯预聚体：将亲水多元醇或小分子聚醚与异氰酸酯，常温下混合搅拌、升温、保温等，中控检测其中的－NCO％至基本没有时，停止反应，制得端羟基聚氨酯预聚体。然后制备亲水性聚氨酯预聚体：在装有冷凝器、搅拌的反应釜内，将大分子聚醚和反应制备的端羟基预聚体，搅拌均匀。常温下，加入异氰酸酯搅拌、升温、保温等，检测其中的－NCO％，至－NCO％在5.6％～6.0％时，停止反应。再制备聚氨酯灌浆材料：在制备的聚氨酯预聚体中，加入稀释剂，开启搅拌，同时加入泡沫稳定剂，聚氨酯专用催化剂和增塑剂。本发明的聚氨酯化学灌浆材料单液灌浆，施工简单，操作方便；凝胶体无毒性，可用于自来水管道等的堵水。

Description

聚氨酯化学灌浆材料及制备方法

技术领域

本发明属于防水堵漏技术，提出了一种聚氨酯化学灌浆材料及制备方法。

背景技术

灌浆材料19世纪前是造船、建筑业等工程上遇到漏水问题，而用常规方法难以解决，于是采用粘土、水泥、树汁胶等制成溶液，采用注浆式灌注。称灌浆材料。

随着科学的发展，建设工程的需要，由硅酸盐类(水玻璃)、氯化钙类、铬-木质素类发展成高分子化学灌浆材料。19世纪50年代以后相继出现了脲醛树脂、酚醛树脂、“甲凝”(聚甲基丙烯酸酯类)、“丙凝”(聚丙烯酰胺及丙烯酸盐类)、环氧树脂类、“氰凝”(聚氨酯类)等化学灌浆材料。均能够有效地堵水、且价格适中。

硅酸盐类等无机材料，在涌水情况下，易流失，被水冲走。故填加些水泥等添加料堵水。铬-木质素、纸浆等堵水浆材，由于堵水强度不高，而逐渐被高分子灌浆材料所取代。“甲凝”可堵水，但因与混凝土等的粘接强度差、价格较高，使用受到限制。“丙凝”浆液能溶于水，包水量较大，但粘接强度不高，又易收缩，故需增加其它浆材配合方可。环氧树脂类化灌材料，以优异的粘接强度、固结强度高、收缩性较小、可室温固化等优点，在水利电力、海港码头、隧道涵洞、矿井、地铁、桥墩等有较广泛应用。在19世纪60年代国内外相继，出现了聚氨酯化学灌浆材料。其中以日本“竹中工务店”发明的“TACSS”专利，最为引人注目，我们于1973年6月成功的研制出“氰凝”。它是采用含羟基化合物与含异氰酸基化合物逐步加成聚合得到的一种聚氨酯化合物，其反应式：

配以几种助剂，组成化学灌浆材料，结构中的“氰基”遇水反应，生成凝胶体故取名“氰凝”。反应式：

OCN-R₁-NCO+H₂O→OCN-NH-R₁-NH-NCO+CO₂↑

                                      (2)

聚氨酯遇水反应，能生成CO₂，该CO₂可以推动浆液二次渗透，且有其优异的粘接强度、抗压强度、耐撕裂、室温固化、堵水效果佳等优点，战胜了以上各类防水堵漏材料，是至今为止最优秀的灌浆材料。

自从有了聚氨酯化学灌浆材料以来，它可以遇水进行如(2)反应，生成CO₂由于二氧化碳的二次膨胀作用，可以深层堵水，不仅治表而是可以“治本”，是其它高分子化灌材料所无法比拟的。它能够由软弹性到硬树脂，可以根据施工要求在较大范围内人为的加以调节。30余年的施工实例也表明，聚氨酯化学灌浆材料是至今为止国内外最优秀的防水堵漏材料，在砼裂缝的防水堵漏方面，展现巨大潜力与宽阔的应用前景。

由于聚氨酯学科的迅猛发展，国防、工业、交通、运输、电力、水利等发展要求，对防水堵漏材料的要求技术指标日益苛刻。因有环保要求，故有改进之必要。目前我国已有聚氨酯化学灌浆材料：如“新氰凝”、“新型氰凝”、“改性氰凝”等20余种型号性能各异的聚氨酯化学灌浆材料。大致分为两大类型：(1)油溶性(疏水型)(2)水溶性(亲水型)；不足之处：1)堵漏后有时有收缩、疏松迹象。2)凝胶体有时柔韧性较差。3)成本稍高。4)水溶性聚氨酯包水量不足。由于环保的要求，目前急需水溶性好的Pu化灌材料。

发明内容

本发明提出一种聚氨酯化学灌浆新材料及制备方法，采用新原料新配方及新合成技术：至二步预聚法。并采用新型催化剂、活性稀释剂、添加剂等，使化学灌浆材料具有很好的优良特性，它能在有水的情况下，成功的应用于有裂缝孔洞的砼，在砼仍松动及不均匀下沉等动态变化情况下止水，使之不开裂、不渗漏。

本发明的技术如下：

一种聚氨酯化学灌浆新材料，主要由如下组分和配比：

亲水多元醇或小分子聚醚    800～900份

大分子聚醚                450～550份

异氰酸酯                  380～560份

稀释剂                    190～250份

泡沫稳定剂                0.3～0.6份

催化剂                    0.2～0.6份

增塑剂                    15～30份。

所述的亲水多元醇或聚醚包括分子量1000，羟值168mg KOH/g的亲水聚醚，或是分子量400的聚乙二醇。分子量4000，羟值42mg KOH/g的亲水聚醚。

1.如权利要求1所述的聚氨酯化学灌浆新材料，其特征是所述的异氰酸酯为二苯基甲烷-4，4′-二异氰酸酯(MDI)或是甲苯二异氰酸酯TDI-80，或为多亚甲基多苯基多异氰酸酯PAPI。

所述的稀释剂是丙酮或环己酮。

所述的泡沫稳定剂是聚烷烃硅氧烷，如二甲基硅氧烷、甲基乙基硅氧烷、苯基乙基硅氧烷、双苯基硅氧烷、丙基苯基硅氧烷或二元及三元硅氧烷。

所述的催化剂是N-甲基吗啡啉、复合叔胺、N-乙基吗啡啉、二吗啉二乙基醚或二甲基咪唑。

所述的增塑剂是是邻苯二甲酸二辛酯(DOP)或是聚氨酯齐聚物。

本发明的聚氨酯化学灌浆新材料的制备方法，其特征是方法如下：

(1)端羟基聚氨酯预聚体的制备：

在装有冷凝器、搅拌转数80～90/min转的反应釜内，抽入800份～900份亲水多元醇或小分子聚醚，开启搅拌，加入100份～120份的异氰酸酯，常温下混合搅拌30min～40min后，升温至45℃～50℃，保持1.0h～1.5h，然后继续升温至80℃～85℃，保持3.5h～4.0h，中控检测其中的-NCO％至基本没有时，停止反应。冷却至室温(25℃)，装桶密封保存待用。制得端羟基聚氨酯预聚体。

(2)亲水性聚氨酯预聚体的制备

在装有冷凝器、搅拌转数80～90转/min的反应釜内，抽入450份～550份大分子聚醚，加入220份～260份上述反应制备的端羟基预聚体，搅拌均匀。常温下，加入270份～310份异氰酸酯搅拌30min～40min后升温至80℃～85℃，保持3h～4h，检测其中的-NCO％。至-NCO％在5.6％～6.0％时，停止反应，降温、待用。

(3)新型聚氨酯灌浆材料的制备

在步骤(2)中制备的聚氨酯预聚体中，加入180份～210份稀释剂，开启搅拌，同时加入0.3～0.6份泡沫稳定剂，0.2～0.6份聚氨酯专用催化剂和15～30份增塑剂，搅拌0.5h～1.0h后停止搅拌，放料、料封、检测入库。

所述各组分均按重量份计

本发明步骤(1)、(2)中所述过的聚醚含水量应在0.1％以下，测定方法采用卡尔·费休(KailFischer)法，用KF-1型水分测定仪测定。

本聚氨酯化学灌浆新材料的特点：

1、为水溶性的化学灌浆材料，其分子内含有强亲水性基团，能溶于水及均匀的分散在水中形成乳液；

2、与水反应后生成不溶于水的有一定包水量水合凝胶体，从而对砼结构及底层有良好的作用；

3、其凝胶体为橡胶状的弹性体，属柔性止水材料；

4、由于有亲水性，形成的凝胶体遇水有二次膨胀，适用于动态缝的堵漏；

5、单液灌浆，施工简单，操作方便；

6、凝胶体无毒性(经国家生物环保部门检测)，可用于自来水管道等的堵水。

(二)产品的性能技术指标：

1、外观：褐色或棕褐色液体

2、密度：(25℃)1.0～1.3g/cm³

3、粘度：(25℃)≥0.30Pa·S

4、体积膨胀率(％)：200～1100

5、固结体遇水膨胀率(％)：≥150

6、凝胶时间(25℃)，浆液∶水＝1∶1为≤60秒

7、粘结强度：≥3.0MPa

8、包水量：≥10倍

9、贮存期：为12个月(一年)

具体实施方式

下面结合案例对本发明作进一步详细描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1：

(1)端羟基聚氨酯预聚体的制备

将900份分子量1000，羟值168mg KOH/g的亲水聚醚抽入反应釜内，取样用卡氏法测定水分，含水分合格后(含水不合格应在105℃～120℃真空脱水1h～2h至水分合格为止)，开启搅拌，加入准确计量的111份MDI，搅拌30min后升温，恒温在45℃保持1h，然后继续升温至80℃，保持3.5h。检测其中的-NCO含量，至其基本没有时(说明MDI被完全封端)，停止反应。冷却至室温(25℃)，密封保存待用。

(2)亲水性聚氨酯预聚体的制备

将480份分子量4000，羟值42mg KOH/g的亲水聚醚抽入反应釜内，取样用卡氏法则定水分，含水合格后(含水不合格，应在105℃～120℃真空脱水1h～2h至水分合格为止)，加入240份上述反应制备的端羟基预聚体，搅拌均匀。常温下，加入准确计量的174份TDI和107份MDI，搅拌30min后升温至80℃，保持3h，检测其中的-NCO含量，至-NCO含量在5.6％～6.0％时，停止反应，冷却至室温(25℃)，密封保存待用。

(3)亲水性聚氨酯灌浆材料的制备

在反应釜内通入氮气，将800份上述亲水性聚氨酯预聚体中常温下加入200份丙酮，开启搅拌，同时加入0.4份的甲基乙基硅氧烷，0.3份的二吗啉二乙基醚及20份增塑剂DOP，搅拌均匀后，停止搅拌，继续通入氮气，放料、料封、检测入库。

实施例2：

(1)端羟基聚氨酯预聚体的制备

将800份分子量1000，羟值168mg KOH/g的亲水聚醚抽入反应釜内，取样用卡氏法测定水分，含水分合格后(含水不合格应在105℃～120℃真空脱水1h～2h至水分合格为止)，开启搅拌，加入准确计量的99份MDI，搅拌30min后升温，恒温在50℃保持1h，然后继续升温至85℃，保持4.0h。检测其中的-NCO含量，至其基本没有时(说明MDI被完全封端)，停止反应。冷却至室温(25℃)，密封保存待用。

(2)亲水性聚氨酯预聚体的制备

将450份分子量4000，羟值42mg KOH/g的亲水聚醚抽入反应釜内，取样用卡氏法则定水分，含水合格后(含水不合格，应在105℃～120℃真空脱水1h～2h至水分合格为止)，加入240份上述反应制备的端羟基预聚体，搅拌均匀。常温下，加入准确计量的174份TDI和107份MDI，搅拌30min后升温至85℃，保持4h，检测其中的-NCO含量，至-NCO含量在5.6％～6.0％时，停止反应，冷却至室温(25℃)，密封保存待用。

(3)亲水性聚氨酯灌浆材料的制备

在反应釜内通入氮气，将800份上述亲水性聚氨酯预聚体中常温下加入100份丙酮和90份环己酮，开启搅拌，同时加入0.3份的双苯基硅氧烷，0.2份的N-甲基吗啡啉及15份增塑剂DOP，搅拌均匀后，停止搅拌，继续通入氮气，放料、料封、检测入库。

实施例3：

(1)端羟基聚氨酯预聚体的制备

将812份分子量400的聚乙二醇抽入反应釜内，常温下开启搅拌加入准确计量的250份MDI，搅拌30min后升温。恒温在48℃保持1h，然后继续升温至82℃，保持3.75h，检测其中的-NCO含量，至其基本没有时(此时MDI被完全封端)停止反应。冷却至室温(25℃)，密封保存待用。

(2)亲水性聚氨酯预聚体的制备

将550份分子量3500，羟值51mg KOH/g的亲水聚醚抽入反应釜内，取样用卡氏法则测定水分，含水合格后(含水不合格，应在105℃～120℃真空脱水1h～2h至水分合格为止)，加入198份上述反应制备的端羟基预聚体，搅拌均匀。常温下，加入准确计量的159份TDI和151份PAPI。搅拌30min后升温至82℃保持3.5h，检测其中的-NCO含量，至-NCO含量在5.6％～6.0％时降温停止反应，冷却至室温(25℃)，密封保存待用。

(3)亲水性聚氨酯灌浆材料的制备

反应釜通入氮气，在800份上述亲水性聚氨酯预聚体中加入200份丙酮，同时加入0.6份苯基乙基硅氧烷，0.6份的N-乙基吗啡啉及30份增塑剂聚氨酯齐聚物，搅拌均匀后，停止搅拌，继续通入氮气，放料、料封、检测入库。

本发明公开和提出的聚氨酯化学灌浆材料及制备方法，本领域技术人员可通过借鉴本文内容，适当改变原料、工艺参数、工艺步骤等环节实现。本发明的材料和方法已通过较佳实施例子进行了描述，相关技术人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和原料进行改动或适当变更与组合，来实现本发明技术。特别需要指出的是，所有相类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，他们都被视为包括在本发明精神、范围和内容中。

Claims (9)

1.一种聚氨酯化学灌浆新材料，其特征是主要由如下组分和配比：

亲水多元醇或小分子聚醚        800～900份

大分子聚醚                    450～550份

异氰酸酯                      380～500份

稀释剂                        190～250份

泡沫稳定剂                    0.3～0.6份

催化剂                        0.2～0.6份

增塑剂                        15～30份。

2.如权利要求1所述的聚氨酯化学灌浆新材料，其特征是所述的亲水多元醇或小分子聚醚包括分子量1000，羟值168mg KOH/g的亲水聚醚，或是分子量400的聚乙二醇，大分子聚醚是分子量4000，羟值42mg KOH/g的亲水聚醚。

3.如权利要求1所述的聚氨酯化学灌浆新材料，其特征是所述的异氰酸酯为二苯基甲烷-4，4′-二异氰酸酯或是甲苯二异氰酸酯TDI-80，或为多亚甲基多苯基多异氰酸酯PAPI。

4.如权利要求1所述的聚氨酯化学灌浆新材料，其特征是所述的稀释剂是丙酮或环己酮。

5.如权利要求1所述的聚氨酯化学灌浆新材料，其特征是所述的泡沫稳定剂是聚烷烃硅氧烷。

6.如权利要求5所述的聚氨酯化学灌浆新材料，其特征是所述的聚烷烃硅氧烷包括二甲基硅氧烷、甲基乙基硅氧烷、苯基乙基硅氧烷、双苯基硅氧烷、丙基苯基硅氧烷或二元及三元硅氧烷。

7.如权利要求1所述的聚氨酯化学灌浆新材料，其特征是所述的催化剂是是N-甲基吗啡啉、复合叔胺、N-乙基吗啡啉、二吗啉二乙基醚或二甲基咪唑。

8.如权利要求1所述的聚氨酯化学灌浆新材料，其特征是所述的增塑剂是是邻苯二甲酸二辛酯或是聚氨酯齐聚物。

9.权利要求1所述的聚氨酯化学灌浆新材料的制备方法，其特征是方法如下：

(1)端羟基聚氨酯预聚体的制备：

在装有冷凝器、搅拌转数80～90/min转的反应釜内，抽入800～900份亲水多元醇或小分子聚醚，开启搅拌，加入100～120份的异氰酸酯，常温下混合搅拌30min～40min后开始升温，升温至45℃～50℃，保持1.0h～1.5h，然后继续升温至80℃～85℃，保持3.5h～4.0h，中控检测其中的-NCO％至基本没有时，停止反应。冷却至室温，制得端羟基聚氨酯预聚体；

(2)亲水性聚氨酯预聚体的制备

在装有冷凝器、搅拌转数80～90转/min的反应釜内，抽入450～550份大分子聚醚，同样测水分，合格后加入220～260份上述反应制备的端羟基预聚体，搅拌均匀。常温下，加入270～310份异氰酸酯搅拌30min～40min后，升温至80℃～85℃，保持3h～4h，检测其中的-NCO％。至-NCO％在5.6％～6.0％时，停止反应；

(3)新型聚氨酯灌浆材料的制备

在步骤(2)中制备的聚氨酯预聚体中，加入180～210份稀释剂，开启搅拌，同时加入0.3～0.6份泡沫稳定剂，0.2～0.6份聚氨酯专用催化剂和15～30份增塑剂，搅拌均匀后停止搅拌。