CN101613454B - 一种高闪点环保型的水溶性聚氨酯化学灌浆材料 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高闪点环保型的水溶性聚氨酯化学灌浆材料。本发明所要解决的技术问题是提供一种高闪点环保型的水溶性聚氨酯化学灌浆材料，在保留原有水溶性聚氨酯灌浆材料综合性能的基础上，使本发明聚氨酯灌浆材料具有高闪点、不易燃，环保性能好的特点。解决该问题的技术方案是：高闪点环保型的水溶性聚氨酯化学灌浆材料，其特征是由异氰酸酯10～35重量份、亲水性聚醚30～80重量份、增塑剂5～30重量份、高沸点复合溶剂10-50重量份和泡沫稳定剂0.5～3重量份组成。本发明适用于大坝及其它建筑物基础防渗处理，地铁、隧道涌水处理等。
Description
技术领域
本发明涉及一种高闪点环保型的水溶性聚氨酯化学灌浆材料。适用于大坝及其它建筑物基础防渗处理，地铁、隧道涌水处理等。
背景技术
聚氨酯灌浆材料是应用于水利、水电、隧道、地铁、矿山、人防、工业及民用建筑等工程中起防渗、堵漏、加固作用的重要灌浆材料。聚氨酯化学灌浆材料按其性能可分为水溶性(亲水型)和油溶性(疏水型)两大类；按制备方法可分为一步法和预聚法。其中一步法是将灌浆材料制成两个组份，一个组份是聚醚多元醇，另一个组份是异氰酸酯，这种方法制备的灌浆材料固化快、强度高，但在使用过程中需要双液泵以及混合设备，设备投资比较大。所以在实际使用中更多是采用预聚法制备的聚氨酯灌浆材料。预聚法是将过量异氰酸酯与聚醚多元醇反应而制得端异氰酸酯基(-NCO)预聚体，然后根据需要加入溶剂、催化剂、表面活性剂等组成化学浆液。
由于水溶性聚氨酯灌浆材料具有与水反应快、并有二次扩散的功能，其固结体还具有遇水膨胀的性能，因此一般常用作防水堵漏的首选材料。国内研制、应用聚氨酯灌浆材料已近30年的历史，由于预聚法制备的聚氨酯粘度大，需要加入溶剂才能稀释至可使用的粘度，多年来在国内各个生产厂家使用的均为丙酮、二甲苯等低闪点易燃溶剂。其中，丙酮的闪点为-17.8℃(闭杯法)，二甲苯的闪点为27.2-46.1℃(闭杯法)，在生产和使用过程中对环境保护和人体健康带来不利影响，甚至有可能产生严重的后果。
例如，当在地铁、隧道、地下室等通风不良的部位进行施工时，由于浆液本身具有较大的挥发性，因此产生的挥发物质会对施工人员的人体造成一定的损害，过量吸入丙酮、二甲苯蒸气，对人的呼吸道、食道等器官会引起一定的麻醉作用，长期接触也会对皮肤产生刺激作用。而更为严重的是，目前使用的聚氨酯灌浆材料均含低闪点溶剂，属易燃液体(凡闪点低于61℃的液体均性易燃液体，传统的聚氨酯灌浆材料的闪点一般在-10～20℃之间，在我国2002年公布的危险化学品名录中，仍把聚氨酯化学灌浆材料列为中闪点易燃物品)，因此在施工现场对防火的要求非常高，稍有不慎有可能酿成重大后果。例如：2009年1月8日，华东某地铁11号线施工现场发生火灾，造成一死数伤，其原因就是电线短路引燃聚氨酯化学灌浆材料，2008年12月30日，北方某地铁二号线隧道施工发生火灾事故，也是由于切割时引燃防水材料造成的。这些事故的发生，不仅给人民的生命安全和财产造成损失，也给聚氨酯材料本身的应用造成负面影响。
同时由于传统的聚氨酯灌浆材料属于中闪点易燃液体，因此对运输防火的要求也很高，需要专门的危险品运输车运输，不仅成本高，而且潜在的危险性也较大。
国际上，聚氨酯灌浆材料正在朝着适应环境保护、安全、高效、耐久等需求方向发展。国内的聚氨酯灌浆材料由于受到原材料和工艺技术、价格和市场等因素的制约，大多含有价格较低的丙酮或二甲苯等易燃溶剂。但是随着国内多起由于操作不当引起的堵水材料失火的事故的发生，人们会越来越多的关注材料的安全性能。因此，研制出高闪点(在100℃以上)、不易燃、环保型的水溶性聚氨酯灌浆材料，不仅满足国家倡导的“以人为本”的管理理念，也能为地铁、煤矿等国家基础建设提供有力的保证，具有非常重要的现实意义。同时由于可以作为普通物品运输，因此对于各类抢险工程的及时性也能得到保证。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种高闪点环保型的水溶性聚氨酯化学灌浆材料，在保留原有水溶性聚氨酯灌浆材料综合性能的基础上，使本发明聚氨酯灌浆材料具有高闪点、不易燃，环保性能好的特点。
本发明所采用的技术方案是：高闪点环保型的水溶性聚氨酯化学灌浆材料，其特征是由异氰酸酯10～35重量份、亲水性聚醚30～80重量份、增塑剂5～30重量份、高沸点复合溶剂10-50重量份和泡沫稳定剂0.5～3重量份组成；工艺过程如下：
(1)在装有冷凝器、搅拌器的反应釜内加入亲水性聚醚30～80重量份和增塑剂5～30重量份，在100～120℃下减压脱水1～3小时，取样，进行水份含量测定，水份含量＜0.10％，然后再加入异氰酸酯10～35重量份，反应温度在70～90℃，反应时间在1.5～2.5小时，生成预聚体反应液；
(2)将步骤(1)生成的预聚体反应液冷却降温至40-50℃，再加入高沸点复合溶剂10-50重量份和泡沫稳定剂0.5-3重量份，搅拌均匀，即得到高闪点环保型水溶性聚氨酯化学灌浆材料。
所述的异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷-4，4’-二异氰酸酯或多亚甲基多苯基多异氰酸酯。
所述的亲水性聚醚为三官能度的或四官能度的聚醚多元醇，分子量5000～10000，羟基值为20～60mg KOH/g。所述的增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯或邻苯二甲酸二辛酯。
所述的高沸点复合溶剂为一种复合脂肪酸酯的混合物，混合物由丁二酸二甲酯10～30重量份、戊二酸二甲酯20～45重量份和己二酸二甲酯35～50重量份混合而成。
所述的泡沫稳定剂为聚烷烃硅氧烷。
本发明的有益效果是：本发明产品既保留了原有水溶性聚氨酯灌浆材料快速堵水的优良性能，又不含如丙酮、二甲苯等低沸点、低闪点的溶剂，而是采用了高沸点复合溶剂，并通过配方调整，使合成的聚氨酯灌浆材料与该复合溶剂能完全匹配。产品施工安全性好，是环保型的聚氨酯化学灌浆材料，特别适用于地铁、隧道、地下室等密闭空间的防水处理。而且其具有良好的亲水性能，遇水后很快分散乳化，进而固化。纯固结体还具有遇水膨胀性能，这对混凝土伸缩缝、变形缝的漏水处理有利。
具体实施方式
实施例1，本例的原料配比为：
聚醚多元醇(分子量6000，羟基值30mg KOH/g) 36重量份
邻苯二甲酸二丁酯 14重量份
甲苯二异氰酸酯 32重量份
高沸点复合溶剂 18重量份
聚烷烃硅氧烷 1重量份
其中高沸点复合溶剂由丁二酸二甲酯20重量份、戊二酸二甲酯32重量份和己二酸二甲酯43重量份混合而成。
工艺过程是：
(1)在装有冷凝器、搅拌器的反应釜内加入聚醚多元醇36重量份和邻苯二甲酸二丁酯14重量份，在110℃下减压脱水2小时，取样，进行水分含量测定，水份含量应＜0.10％，然后再加入甲苯二异氰酸酯32重量份，反应温度在80℃，反应时间在2小时，生成预聚体反应液；
(2)将步骤(1)生成的预聚体反应液冷却降温至40℃，再加入高沸点复合溶剂18重量份和聚烷烃硅氧烷1重量份，搅拌均匀，即得到高闪点环保型水溶性聚氨酯化学灌浆材料。
以上实施例获得的产品的技术指标如下：
| 性能 | 指标 |
| 外观 | 浅黄色透明液体 |
| 粘度(mPa·s，25℃) | ～275 |
| 凝胶时间(min) | ＜3 |
| 包水量(倍) | ＞20 |
| 遇水膨胀率(％) | ＞50 |
| LD50(mg/kg) | ＞10000 |
| 闪点(℃) | 116 |
实施例2，本例的原料配比为：
聚醚多元醇(分子量6000，羟基值30mg KOH/g) 50重量份
邻苯二甲酸二丁酯 9重量份
甲苯二异氰酸酯 16重量份
高沸点复合溶剂 25重量份
聚烷烃硅氧烷 1.5重量份
其中高沸点复合溶剂由丁二酸二甲酯20重量份、戊二酸二甲酯32重量份和己二酸二甲酯43重量份混合而成。
工艺过程与实施例1相同。
以上实施例获得的产品的技术指标如下：
| 性能 | 指标 |
| 外观 | 浅黄色透明液体 |
| 粘度(mPa·s，25℃) | ～440 |
| 凝胶时间(min) | ＜1 |
| 包水量(倍) | ＞30 |
| 遇水膨胀率(％) | ＞80 |
| LD50(mg/kg) | ＞10000 |
| 闪点(℃) | 106 |
实施例3，本例的原料配比为：
聚醚多元醇(分子量5000，羟基值20mg KOH/g) 30重量份
邻苯二甲酸二辛酯 5重量份
二苯基甲烷-4，4’-二异氰酸酯 10重量份
高沸点复合溶剂 10重量份
聚烷烃硅氧烷 0.5重量份
其中高沸点复合溶剂由丁二酸二甲酯10重量份、戊二酸二甲酯20重量份和己二酸二甲酯35重量份混合而成。
工艺过程是：
(1)在装有冷凝器、搅拌器的反应釜内加入聚醚多元醇30重量份和邻苯二甲酸二辛酯5重量份，在100℃下减压脱水1小时，取样，进行水分含量测定，水份含量应＜0.10％，然后再加入二苯基甲烷-4，4’-二异氰酸酯10重量份，反应温度在70℃，反应时间在1.5小时，生成预聚体反应液；
(2)将步骤(1)生成的预聚体反应液冷却降温至40℃，再加入高沸点复合溶剂10重量份和聚烷烃硅氧烷0.5重量份，搅拌均匀，即得到高闪点环保型水溶性聚氨酯化学灌浆材料。
实施例4，本例的原料配比为：
聚醚多元醇(分子量10000，羟基值60mg KOH/g) 80重量份
邻苯二甲酸二丁酯 30重量份
多亚甲基多苯基多异氰酸酯 35重量份
高沸点复合溶剂 50重量份
聚烷烃硅氧烷 3重量份
其中高沸点复合溶剂由丁二酸二甲酯30重量份、戊二酸二甲酯45重量份和己二酸二甲酯50重量份混合而成。
工艺过程是：
(1)在装有冷凝器、搅拌器的反应釜内加入聚醚多元醇80重量份和邻苯二甲酸二丁酯30重量份，在120℃下减压脱水3小时，取样，进行水分含量测定，水份含量应＜0.10％，然后再加入多亚甲基多苯基多异氰酸酯35重量份，反应温度在90℃，反应时间在2.5小时，生成预聚体反应液；
(2)将步骤(1)生成的预聚体反应液冷却降温至50℃，再加入高沸点复合溶剂50重量份和聚烷烃硅氧烷3重量份，搅拌均匀，即得到高闪点环保型水溶性聚氨酯化学灌浆材料。
实施例5，本例的原料配比为：
聚醚多元醇(分子量7000，羟基值40mg KOH/g) 55重量份
邻苯二甲酸二丁酯 17重量份
二苯基甲烷-4，4’-二异氰酸酯 22重量份
高沸点复合溶剂 30重量份
聚烷烃硅氧烷 1.5重量份
其中高沸点复合溶剂由丁二酸二甲酯20重量份、戊二酸二甲酯32重量份和己二酸二甲酯42重量份混合而成。
工艺过程是：
(1)在装有冷凝器、搅拌器的反应釜内加入聚醚多元醇55重量份和邻苯二甲酸二丁酯17重量份，在110℃下减压脱水2小时，取样，进行水分含量测定，水份含量应＜0.10％，然后再加入二苯基甲烷-4，4’-二异氰酸酯22重量份，反应温度在80℃，反应时间在2小时，生成预聚体反应液；
(2)将步骤(1)生成的预聚体反应液冷却降温至40℃，再加入高沸点复合溶剂30重量份和聚烷烃硅氧烷1.5重量份，搅拌均匀，即得到高闪点环保型水溶性聚氨酯化学灌浆材料。
实施例6，本例的原料配比为：
聚醚多元醇(分子量7000，羟基值40mg KOH/g) 55重量份
邻苯二甲酸二辛酯 18重量份
多亚甲基多苯基多异氰酸酯 23重量份
高沸点复合溶剂 30重量份
聚烷烃硅氧烷 2重量份
其中高沸点复合溶剂由丁二酸二甲酯20重量份、戊二酸二甲酯33重量份和己二酸二甲酯43重量份混合而成。
本例除原料的含量与实施例5略有不同外，工艺过程与例5相同。
本发明具有以下特点：
1)高闪点：闪点在100℃以上，属非化危品液体，因此有利于运输、环境保护和操作者的人身安全。
2)亲水性好：遇水后先分散乳化，进而凝胶固结，适用于潮湿条件下裂缝的防渗处理和涌水的处理。
3)水膨胀性：固结体具有遇水膨胀性能，这对混凝土伸缩缝的漏水处理有利。
4)单组分操作方便：产品为单组份，不需复杂配制浆液，直接将浆液倒入单液泵，即可灌浆。
5)反应速度快：浆液遇水后迅速发泡固化，达到快速止水的目的。在堵大流量涌水时，还可以与催化剂混合使用，进一步加快反应速度。
6)无毒性：产品属实际无毒类，对人体及环境友好。
Claims (5)
1.一种高闪点环保型的水溶性聚氨酯化学灌浆材料，其特征是由异氰酸酯10～35重量份、亲水性聚醚30～80重量份、增塑剂5～30重量份、高沸点复合溶剂10-50重量份和泡沫稳定剂0.5～3重量份组成；
(1)在装有冷凝器、搅拌器的反应釜内加入亲水性聚醚30～80重量份和增塑剂5～30重量份，在100～120℃下减压脱水1～3小时，取样，进行水份含量测定，水份含量＜0.10％，然后再加入异氰酸酯10～35重量份，反应温度在70～90℃，反应时间在1.5～2.5小时，生成预聚体反应液；
(2)将步骤(1)生成的预聚体反应液冷却降温至40-50℃，再加入高沸点复合溶剂10-50重量份和泡沫稳定剂0.5-3重量份，搅拌均匀，即得到高闪点环保型水溶性聚氨酯化学灌浆材料；
上述组分中，所述高沸点复合溶剂为一种复合脂肪酸酯的混合物，混合物由丁二酸二甲酯10～30重量份、戊二酸二甲酯20～45重量份和己二酸二甲酯35～50重量份混合而成。
2.根据权利要求1所述的高闪点环保型的水溶性聚氨酯化学灌浆材料，其特征是所述的异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷-4，4’-二异氰酸酯或多亚甲基多苯基多异氰酸酯。
3.根据权利要求1所述的高闪点环保型的水溶性聚氨酯化学灌浆材料，其特征是所述的亲水性聚醚为三官能度的或四官能度的聚醚多元醇，分子量5000～10000，羟基值为20～60mgKOH/g。
4.根据权利要求1所述的高闪点环保型的水溶性聚氨酯化学灌浆材料，其特征是所述的增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯或邻苯二甲酸二辛酯。
5.根据权利要求1所述的高闪点环保型的水溶性聚氨酯化学灌浆材料，其特征是所述的泡沫稳定剂为聚烷烃硅氧烷。
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