CN102251442A - 一种聚氨酯道碴层、及其制备方法和用途 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种聚氨酯道碴层及其制备方法及使用该聚氨酯道碴层的铁路设施。本发明提供的聚氨酯道碴层包括一个聚氨酯填充的碴料层和一个聚氨酯外保护层，该聚氨酯填充的碴料层包括碴料和填充于碴料间的聚氨酯泡沫。本发明提供的聚氨酯道碴层可以减小在巨大载荷作用下碴料发生碰撞、移位和破碎沙化的几率，聚氨酯外保护层喷涂在聚氨酯填充的碴料层的表面，使其与外界环境隔离，从而防止雨、雪、杂物等进入道碴道床内部，此外，还可以避免聚氨酯填充的碴料层中的聚氨酯泡沫与外界环境中的水分接触发生水解。将本发明提供的聚氨酯道碴层用于铁路道碴道床，能显著延长道床的养护周期，节省大量的道床维护费用。
Description
技术领域
本发明涉及聚氨酯领域，尤其涉及一种聚氨酯道碴层及其制备方法及使用该聚氨酯道碴层的铁路道床和铁路。
背景技术
铁路道床常指轨枕下方、路基上方铺设的道碴层，它是轨道框架的基础，主要作用是支承轨枕，把钢轨和轨枕传来的巨大铁路车辆荷载均匀地分布到路基基床面上，减少路基变形，保证行车安全。另外，道碴还有缓冲减震等作用。有碴铁路道床通用性特别好，建设成本非常低，因此使用范围非常广。
有碴铁路道床的维修成本很高，除定期养护外，还必须定期利用停运天窗或中断铁路运输利用大型养护机械进行道床维修。这是因为在使用过程中，轨枕传递来的振动造成道碴颗粒在道床结构中的位置发生变化，并且，道碴的尖锐边缘被逐渐磨平由锐变钝，并产生粉化。此外，道碴的颗粒结构无法避免外部煤炭、尘土、流沙、垃圾等杂物进入道床，使道床发生板结，更严重的会引起道床发生沉降、翻浆冒泥，或导致枕木或铁轨断裂等严重影响安全的问题。
目前已经有多种用聚合物材料对道碴道床进行加固的方法。例如，US2007172590A披露了一种制备道碴道床的方法，该道碴道床以道碴碴料和聚氨酯泡沫组成，聚氨酯泡沫由异氰酸酯及能和异氰酸酯发生反应的化合物的反应混合物来制得。DE 2305536A披露了一种通过将聚氨酯发泡原料浇注到轨道枕木的孔隙中，发泡，固化，以加固道碴道床的方法。
然而，上述方法所选用的多元醇材料仅限于聚醚多元醇，因为基于聚酯多元醇的聚氨酯泡沫易水解，其水解后的物理机械性能将大幅降低，从而大大缩短道碴道床的维护周期，否则将给铁路运输安全带来巨大的隐患。
发明内容
本发明的目的之一，在于提供一种制备聚氨酯道碴层的方法。根据本发明的一个实施例，所述方法包括一个步骤：将包括下列反应成分的第一反应体系喷涂到一个聚氨酯填充的碴料层的表面，以形成一个聚氨酯外保护层，
(1a)一种或多种多异氰酸酯，所述多异氰酸酯可用通式R(NCO)n表示，其中R表示含2-18个碳原子的脂肪族烃基、或含6-15个碳原子的芳烃基、或含8-15个碳原子芳脂族烃基，n＝2-4；
(1b)一种或多种聚醚多元醇和/或端氨基聚醚，所述聚醚多元醇和/或端氨基聚醚的分子量大于200，官能度为2-6；
(1c)一种或多种扩链剂；和
(1d)0-0.5wt.％的一种或多种发泡剂，以1b和1c的重量按100wt.％计；
所述聚氨酯外保护层的拉伸强度为4-20MPa。
优选的，所述聚氨酯外保护层的密度为0.6-1.5g/cm3，硬度为10-90Shore A，断裂伸长率为100-550％。
优选的，所述聚氨酯填充的碴料层包括碴料和填充于所述碴料间的聚氨酯泡沫，所述聚氨酯泡沫为包括下列反应成分的第二反应体系的反应产物，
(2a)一种或多种多异氰酸酯，所述多异氰酸酯可用通式R(NCO)n表示，其中R表示含2-18个碳原子的脂肪族烃基、或含6-15个碳原子的芳烃基、或含8-15个碳原子芳脂族烃基，n＝2-4；
(2b)一种或多种多元醇，所述多元醇选自：聚酯多元醇、聚醚多元醇、聚碳酸酯多元醇、聚四氢呋喃多元醇、聚己内酯多元醇；
(2c)一种或多种扩链剂；和
(2d)0.3-4.5wt.％的一种或多种发泡剂，以2b和2c的重量按100wt.％计；
所述聚氨酯泡沫的断裂伸长率为120-400％。
优选的，所述聚氨酯填充的碴料层中的聚氨酯泡沫的密度为0.02-0.5g/cm3，硬度为5-60 Asker C，拉伸强度为0.2-5MPa。
本发明的目的之二，在于提供一种制备聚氨酯道碴层。根据本发明的一个实施例，所述聚氨酯道碴层包括一个聚氨酯填充的碴料层和一个聚氨酯外保护层，所述聚氨酯外保护层为包括下列反应成分的第一反应体系的反应产物，所述第一反应体系喷涂于所述聚氨酯填充的碴料层的表面，
(1a)一种或多种多异氰酸酯，所述多异氰酸酯可用通式R(NCO)n表示，其中R表示含2-18个碳原子的脂肪族烃基、或含6-15个碳原子的芳烃基、或含8-15个碳原子芳脂族烃基，n＝2-4；
(1b)一种或多种聚醚多元醇和/或端氨基聚醚，所述聚醚多元醇和/或端氨基聚醚的分子量大于200，官能度为2-6；
(1c)一种或多种扩链剂；和
(1d)0-0.5wt.％的一种或多种发泡剂，以1b和1c的重量按100wt.％计；
所述聚氨酯外保护层的拉伸强度为4-20MPa。
优选的，所述聚氨酯外保护层的密度为0.6-1.5g/cm3，硬度为10-90Shore A，断裂伸长率为100-550％，
优选的，所述聚氨酯填充的碴料层包括碴料和填充于所述碴料间的聚氨酯泡沫，所述聚氨酯泡沫为包括下列反应成分的第二反应体系的反应产物，
(2a)一种或多种多异氰酸酯，所述多异氰酸酯可用通式R(NCO)n表示，其中R表示含2-18个碳原子的脂肪族烃基、或含6-15个碳原子的芳烃基、或含8-15个碳原子芳脂族烃基，n＝2-4；
(2b)一种或多种多元醇，所述多元醇选自：聚酯多元醇、聚醚多元醇、聚碳酸酯多元醇、聚四氢呋喃多元醇、聚己内酯多元醇；
(2c)一种或多种扩链剂；和
(2d)0.3-4.5wt.％的一种或多种发泡剂，以2b和2c的重量按100wt.％计；
所述聚氨酯泡沫的断裂伸长率为120-400％。
优选的，所述聚氨酯泡沫的密度为0.02-0.5g/cm3，硬度为5-60 AskerC，拉伸强度为0.2-5MPa，
本发明的目的之三，在于提供一种铁路道床，所述铁路道床包括一个本发明所提供的聚氨酯道碴层和一段铁路路基，所述聚氨酯道碴层设置在所述铁路路基上。
本发明的目的之四，在于提供一种本发明所提供的聚氨酯道碴层在铁路道床中的应用。
根据本发明提供的聚氨酯道碴层包括一个聚氨酯填充的碴料层和一个聚氨酯外保护层，该聚氨酯填充的碴料层可以固定道床的碴料，减小在巨大载荷作用下碴料发生碰撞、移位和破碎沙化的几率，该聚氨酯外保护层将聚氨酯填充的碴料层与外界环境隔离，可以防止雨、雪、杂物等进入道碴道床内部，延长聚氨酯道床使用寿命，尤其可以避免以聚酯多元醇为基础的高强度聚氨酯填充的碴料层材料与外界环境中的水分接触发生水解。由于聚氨酯道碴层由外喷涂聚氨酯层保护，将本发明提供的制备聚氨酯道碴层用于铁路道碴道床，能显著延长道床的养护周期，节省大量的道床维护费用。
附图说明
附图是示例性而非限制性的。
图1为根据本发明提供的聚氨酯道碴层的横截面示意图。
具体实施方式
根据本发明提供的制备聚氨酯道碴层的方法，将第二反应体系浇注到碴料间中，经发泡形成一个包括碴料和聚氨酯泡沫的聚氨酯填充的碴料层，再将第一反应体系喷涂于所述聚氨酯填充的碴料层的表面，形成一个聚氨酯外保护层。该聚氨酯填充的碴料层可以固定碴料，减小在巨大载荷作用下碴料发生碰撞、移位和破碎沙化的几率；该聚氨酯外保护层将聚氨酯填充的碴料层与外界环境隔离，可以防止雨、雪、杂物等进入道碴道床内部，尤其可以避免聚氨酯填充的碴料层材料与外界环境中的水分接触发生水解，提高整个聚氨酯道床使用寿命。
其次，聚氨酯填充的碴料层和聚氨酯外保护层之间具有良好的粘接，从而保证本发明提供的聚氨酯道碴层是一个稳定的整体。
由于本发明提供的聚氨酯道碴层包括聚氨酯外保护层，所以用以制备聚氨酯填充的碴料层的第二反应体系除可以采用聚醚多元醇体系外，还可以根据需要采用其它多元醇体系，如聚酯多元醇，以获得更好的物理机械性能，而不必担心基于聚酯多元醇的聚氨酯遇水易水解的问题；再如采用聚酯多元醇体系、聚己内酯多元醇体系或聚碳酸酯多元醇体系为第二反应体系制得的聚氨酯道碴层具有良好的物理机械性能，特别适用于重载铁路道床；采用聚四氢呋喃多元醇体系为第二反应体系制得的聚氨酯道碴层在低温条件下仍具有良好的物理机械性能，特别适用于高寒、高海拔地区的铁路道床。
图1是根据本发明提供的一个实施例制得的聚氨酯道碴层的横截面示意图。如图1所示，将第二反应体系浇注到碴料20间，经发泡形成一个包括碴料20和聚氨酯泡沫30的聚氨酯填充的碴料层，再将第一反应体系喷涂于所述聚氨酯填充的碴料层的表面，形成一个聚氨酯外保护层10。
第一反应体系
根据本发明提供的制备聚氨酯道碴层的方法，将第一反应体系喷涂于所述聚氨酯填充的碴料层的表面，形成一个聚氨酯外保护层。
本发明所述的第一反应体系优选但不限于，单组分、双组分或多组分的聚氨酯反应体系，特别优选双组分的聚氨酯反应体系。
所述的双组分聚氨酯反应体系包括以异氰酸酯为主的A1组分和以多元醇、端氨基聚醚或它们混合物为主的B1组分。
所述A1组分包括一种或多种多异氰酸酯。所述多异氰酸酯可用通式R(NCO)n表示，其中R表示含2-18个碳原子的脂肪族烃基、含6-15个碳原子的芳烃基、含8-15个碳原子芳脂族烃基，n＝2-4。
所述多异氰酸酯优选但不限于，乙烯基二异氰酸酯、四亚甲基1，4-二异氰酸酯、己二异氰酸酯(HDI)、十二烷基1，2-二异氰酸酯、环丁烷-1，3-二异氰酸酯、环己烷-1，3-二异氰酸酯、环己烷-1，4-二异氰酸酯、1-异氰酸酯基-3，3，5-三甲基-5-异氰酸酯基甲基环己烷、六氢甲苯-2，4-二异氰酸酯、六氢苯基-1，3-二异氰酸酯、六氢苯基-1，4-二异氰酸酯、全氢化-二苯甲烷2，4-二异氰酸酯、全氢化-二苯甲烷4，4-二异氰酸酯、亚苯基1，3-二异氰酸酯、亚苯基1，4-二异氰酸酯、杜烯1，4-二异氰酸酯、均二苯乙烯均二苯乙烯1，4-二异氰酸酯、3，3-二甲基4，4-二苯基二异氰酸酯、甲苯-2，4-二异氰酸酯(TDI)、甲苯-2，6-二异氰酸酯(TDI)、二苯甲烷-2，4’-二异氰酸酯(MDI)、二苯甲烷-2，2’-二异氰酸酯(MDI)、二苯甲烷-4，4’-二异氰酸酯(MDI)、亚萘基-1，5-二异氰酸酯(NDI)、它们的异构体、它们与它们的异构体之间的混合物。
所述多异氰酸酯，还可以包括用碳化二胺、脲基甲酸酯、或异氰酸酯改性所得的异氰酸酯，优选但不限于，二苯甲烷二异氰酸酯、碳化二胺改性的二苯甲烷二异氰酸酯、它们的异构体、它们与它们的异构体之间的混合物。
所述多异氰酸酯，还可以选用异氰酸酯预聚物，所述的异氰酸酯预聚物及其制备方法在本领域是众所周知的。所述预聚物的NCO含量，优选但不限于2-18wt.％，优选5-14wt.％，特别优选7-12wt.％。
所述B1组分，包括聚醚多元醇、端氨基聚醚或它们的混合物。此外，所述第一反应体系还可以进一步包括扩链剂、填料和发泡剂。
所述聚醚多元醇的分子量为200-8000，优选500-6000，平均官能度为2-6，优选2-4。所述聚醚多元醇，优选但不限于聚环氧丙烷多元醇、聚环氧乙烷多元醇、聚四氢呋喃多元醇、以及它们的混合物。
所述端氨基聚醚，优选但不限于以伯氨和仲氨封端的聚醚多元醇，或它们的混合物，所述端氨基聚醚的官能度为2-6，优选2-3。所述端氨基聚醚的分子量优选大于等于1000。所述端氨基聚醚的制备方法在本领域是众所周知的。
所述扩链剂，通常选用分子量小于800的含活泼氢原子化合物，优选分子量为18-400的含活泼氢原子化合物。所述含活泼氢原子化合物，优选但不限于，烷基二醇、二亚烃基二元醇、聚烷基多元醇、它们的混合物，例如：乙二醇、1，4-丁二醇、1，6-己二醇、1，7-庚二醇、1，8-辛二醇、1，9-壬二醇、1，10-癸二醇、二甘醇、二丙二醇、聚亚氧烷基乙二醇、它们的混合物。所述含活泼氢原子化合物，也可以包括其它接枝或不饱和的烷基二醇、它们的混合物，例如：1，2-丙二醇、2-甲基-1，3-丙二醇、2，2-二甲基-1，3-丙二醇、2-丁基-2-乙基-1，3-丙二醇、2-丁烯-1，4-二醇、2-丁炔-1，4-二醇、链烷醇胺、N-烷基二链烷醇胺如乙醇胺、2-丙醇胺、3-氨基-2，2-二甲基丙醇、N-甲基二乙醇胺、N-乙基二乙醇胺、它们的混合物。所述含活泼氢原子化合物，还可以包括脂肪族胺、芳香族胺、它们的混合物，例如：1，2-乙二胺、1，3-丙二胺、1，4-丁二胺、1，6-己二胺，异佛尔酮二胺、1，4-环己二胺、N，N’-二乙基-苯基二胺、2，4-二氨基甲苯、2，6-二氨基甲苯、它们的混合物。所述扩链剂的用量为5-60wt.％，特别优选8-50wt.％，最优选9-20wt.％，以B1的重量按100wt.％计。
所述填料可以选用各种无机填料或有机填料。所述无机填料优选但不限于硅酸盐矿物、金属氧化物、金属盐、无机颜料、天然和合成的纤维矿物、纳米材料、它们的混合物，其非限定性的例子为硅酸钙、碳酸钙、气相二氧化硅、纳米氧化锌、重晶石、硫化锌、玻璃微粒、硅灰石。所述有机填料优选但不限于结晶石蜡、聚合物多元醇、有机来源的微粒、软木。所述无机填料或有机填料可以单独使用或者混合使用。所述填料可起到增强聚氨酯外保护层的强度、阻燃性等作用。所述填料的用量为0-45wt.％，特别优选0-25wt.％，最优选0-20wt.％，以B1的重量按100wt.％计。
所述发泡剂可以选用各种物理发泡剂或化学发泡剂，优选但不限于，水、卤代烃、烃类化合物。所述卤代烃，优选但不限于，一氯二氟代甲烷、二氯一氟代甲烷、二氯氟代甲烷、三氯氟代甲烷、它们的混合物。所述烃类化合物，优选但不限于，丁烷、戊烷、环戊烷、己烷、环己烷、庚烷、它们的混合物。所述的发泡剂，特别优选，水。所述的发泡剂的用量取决于所需制备的聚氨酯填充的碴料层的密度，优选但不限于0-0.5wt.％，特别优选0.03-0.3wt.％，特最优选0.05-0.25wt.％，以第一反应体系中所有多元醇(既包括作为反应组分的多元醇，也包括用作扩链剂的多元醇和其他组分中用到的多元醇)的重量按100wt.％计。
所述B 1组分还可以包括催化剂和表面活性剂。
所述催化剂，优选但不限于，胺类催化剂、有机金属催化剂、它们的混合物。所述的胺类催化剂，优选但不限于，三乙基胺、三丁基胺、三亚乙基二胺、N-乙基吗啉、N，N，N’，N’-四甲基-乙二胺、五甲基二亚乙基-三胺、N，N-甲基苯胺、N，N-二甲基苯胺、它们的混合物。所述的有机金属催化剂，优选但不限于有机锡类化合物，例如：乙酸锡(Ⅱ)、辛酸锡(Ⅱ)、乙基己酸锡、月桂酸锡、二丁基氧化锡、二丁基二氯化锡、二丁基二乙酸锡、二丁基马来酸锡、二辛基二乙酸锡、它们的混合物。所述催化剂的用量为所述的B1组分的用量的0.001-10wt.％。
所述表面活性剂，优选但不限于硅氧烷的氧化乙烯衍生物。所述表面活性剂的用量为所述的B2组分用量的0.01-5wt.％。
所述第一反应体系中，NCO基团与OH基团和/或NH2的摩尔比，优选但不限于70-130∶100，特别优选90-115∶100，所述OH基团和/或NH2基团，以B1组分中多元醇、扩链剂、填料、发泡剂中所含的全部OH基团和/或NH2基团计.
所述聚氨酯外保护层的拉伸强度为4-20MPa。
所述聚氨酯外保护层的密度为0.6-1.5g/cm3，硬度为10-90Shore A，断裂伸长率为100-550％。
喷涂第一反应体系的设备
本发明中，用于喷涂第一反应体系的设备，优选但不限于单组分的喷涂设备、双组分的喷涂设备或多组分的喷涂设备，特别优选双组分的喷涂设备。所述喷涂设备，可以选用高压喷涂设备，也可以选用低压喷涂设备，所述高压喷涂设备的压力为100-300bar，所述低压喷涂设备的压力为5-50bar。
所述喷涂设备，优选但不限于具有整体化混合头的手动喷枪或自动喷枪，特别优选，具有整体化混合头的自动喷枪。通常将原料通过管线输送到喷枪，所述原料在喷枪内部混合后喷出。
所述喷涂设备，优选但不限于，固定体积比的浇注设备或非固定体积比的喷涂设备；当使用固定体积比的喷涂设备时，以异氰酸酯为主的A1组分和以多元醇为主的B1组分的体积比优选但不限于3∶1、2∶1、1∶1、1∶2、1∶3或其它固定的比例；当使用非固定体积比的喷涂设备时，以异氰酸酯为主的A1组分和以多元醇为主的B1组分的体积比在10∶100到100∶10之间变化。所述喷涂设备，还可以包括一个加热装置，所述加热装置可以设置在原料储罐内，也可以设置在输送管线上。
第二反应体系
根据本发明提供的制备聚氨酯道碴层的方法，将第二反应体系浇注到碴料间的孔隙中，经发泡形成一个包括碴料和聚氨酯泡沫的聚氨酯填充的碴料层。
所述的第二反应体系优选但不限于，单组分、双组分或多组分的聚氨酯反应体系，特别优选双组分的聚氨酯反应体系。
所述的双组分聚氨酯反应体系包括以异氰酸酯为主的A2组分和以多元醇为主的B2组分。
所述A2组分包括一种或多种多异氰酸酯。所述多异氰酸酯可用通式R(NCO)n表示，其中R表示含2-18个碳原子的脂肪族烃基、含6-15个碳原子的芳烃基、含8-15个碳原子芳脂族烃基，n＝2-4。
所述多异氰酸酯优选但不限于，乙烯基二异氰酸酯、四亚甲基1，4-二异氰酸酯、己二异氰酸酯(HDI)、十二烷基1，2-二异氰酸酯、环丁烷-1，3-二异氰酸酯、环己烷-1，3-二异氰酸酯、环己烷-1，4-二异氰酸酯、1-异氰酸酯基-3，3，5-三甲基-5-异氰酸酯基甲基环己烷、六氢甲苯-2，4-二异氰酸酯、六氢苯基-1，3-二异氰酸酯、六氢苯基-1，4-二异氰酸酯、全氢化-二苯甲烷2，4-二异氰酸酯、全氢化-二苯甲烷4，4-二异氰酸酯、亚苯基1，3-二异氰酸酯、亚苯基1，4-二异氰酸酯、杜烯1，4-二异氰酸酯、均二苯乙烯均二苯乙烯1，4-二异氰酸酯、3，3-二甲基4，4-二苯基二异氰酸酯、甲苯-2，4-二异氰酸酯(TDI)、甲苯-2，6-二异氰酸酯(TDI)、二苯甲烷-2，4’-二异氰酸酯(MDI)、二苯甲烷-2，2’-二异氰酸酯(MDI)、二苯甲烷-4，4’-二异氰酸酯(MDI)、亚萘基-1，5-二异氰酸酯(NDI)、它们的异构体、它们与它们的异构体之间的混合物。
所述多异氰酸酯，还包括用碳化二胺、脲基甲酸酯、或异氰酸酯改性所得的异氰酸酯，优选但不限于，二苯甲烷二异氰酸酯、碳化二胺改性的二苯甲烷二异氰酸酯、它们的异构体、它们与它们的异构体之间的混合物。
所述多异氰酸酯，还可以选用异氰酸酯预聚物，所述的异氰酸酯预聚物及其制备方法在本领域是众所周知的。所述预聚物的NCO含量，优选但不限于8-30wt.％，优选10-28wt.％。
所述B2组分，包括多元醇、扩链剂、填料和发泡剂。
所述多元醇优选但不限于、聚酯多元醇、聚醚多元醇、聚碳酸酯多元醇、聚四氢呋喃多元醇、聚己内酯多元醇、它们的混合物。
所述聚酯多元醇，由二元羧酸或二元羧酸酐与多元醇反应制得。所述的二元羧酸，优选但不限于，含2-12个碳原子的脂肪族羧酸，例如：丁二酸、丙二酸、戊二酸、己二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸、十二烷基羧酸、顺丁烯二酸、反丁烯二酸、邻苯二甲酸、异酞酸、对苯二酸、它们的混合物。所述的二元酸酐，优选但不限于，邻苯二甲酸酐、四氯苯酐、马来酸酐、它们的混合物。所述的多元醇，优选但不限于，乙二醇、二甘醇、1，2-丙二醇、1，3-丙二醇、二丙二醇、1，3-甲基丙二醇、1，4-丁二醇、1，5-戊二醇、1，6-己二醇、新戊二醇、1，10-癸二醇、丙三醇、三羟甲基丙烷、它们的混合物。
所述聚酯多元醇，还包括由内酯制备的聚酯多元醇。所述由内酯制备的聚酯多元醇，优选但不限于，ε-己内酯。
所述的聚醚多元醇，可以通过已知的工艺过程制备，例如，在催化剂存在下，由烯烃氧化物与起始剂反应制得。所述的催化剂，优选但不限于，碱性氢氧化物、碱性醇盐、五氯化锑、氟化硼合乙醚、它们的混合物。所述的烯烃氧化物，优选但不限于，四氢呋喃、环氧乙烷、1，2-环氧丙烷、1，2-环氧丁烷、2，3-环氧丁烷、氧化苯乙烯、它们的混合物。所述的起始剂，优选但不限于，多羟基化合物，例如：水、乙二醇、1，2-丙二醇、1，3-丙二醇、二甘醇、三羟甲基丙烷、它们的混合物。
所述的聚碳酸酯多元醇，优选但不限于，聚碳酸酯二醇。所述的聚碳酸酯二醇，可以由二醇与二烃基或二芳基碳酸酯或光气反应制得。所述的二醇，优选但不限于，1，2-丙二醇、1，3-丙二醇、1，4-丁二醇、1，5-戊二醇、1，6-己二醇、二甘醇、三聚甲醛二醇、它们的混合物。所述的二烃基或二芳基碳酸酯，优选但不限于，二苯基碳酸酯。
所述的聚四氢呋喃多元醇，分子量优选但不限于，200-4000，特别优选500-3000；官能度优选但不限于2-6，特别优选2-3。
所述扩链剂，通常选用分子量小于800的含活泼氢原子化合物，优选分子量为18-400的含活泼氢原子化合物。所述含活泼氢原子化合物，优选但不限于，烷基二醇、二亚烃基二元醇、聚烷基多元醇、它们的混合物，例如：乙二醇、1，4-丁二醇、1，6-己二醇、1，7-庚二醇、1，8-辛二醇、1，9-壬二醇、1，10-癸二醇、二甘醇、二丙二醇、聚亚氧烷基乙二醇、它们的混合物。所述含活泼氢原子化合物，也可以包括其它接枝或不饱和的烷基二醇、它们的混合物，例如：1，2-丙二醇、2-甲基-1，3-丙二醇、2，2-二甲基-1，3-丙二醇、2-丁基-2-乙基-1，3-丙二醇、2-丁烯-1，4-二醇、2-丁炔-1，4-二醇、链烷醇胺、N-烷基二链烷醇胺如乙醇胺、2-丙醇胺、3-氨基-2，2-二甲基丙醇、N-甲基二乙醇胺、N-乙基二乙醇胺、它们的混合物。所述含活泼氢原子化合物，还可以包括脂肪族胺、芳香族胺、它们的混合物，例如：1，2-乙二胺、1，3-丙二胺、1，4-丁二胺、1，6-己二胺，异佛尔酮二胺、1，4-环己二胺、N，N’-二乙基-苯基二胺、2，4-二氨基甲苯、2，6-二氨基甲苯、它们的混合物。所述扩链剂的用量为5-60wt.％，特别优选8-50wt.％，最优选9-20wt.％，以B2的重量按100wt.％计。
所述填料可以选用各种无机填料或有机填料。所述无机填料优选但不限于硅酸盐矿物、金属氧化物、金属盐、无机颜料、天然和合成的纤维矿物、纳米材料、它们的混合物，其非限定性的例子为硅酸钙、碳酸钙、气相二氧化硅、纳米氧化锌、重晶石、硫化锌、玻璃微粒、硅灰石。所述有机填料优选但不限于结晶石蜡、聚合物多元醇、有机来源的微粒、软木。所述无机填料或有机填料可以单独使用或者混合使用。所述填料可起到增强聚氨酯碴料层的强度、阻燃性等作用。所述填料的用量为0-45wt.％，特别优选0-25wt.％，最优选0-20wt.％，以B2的重量按100wt.％计。
所述发泡剂可以选用各种物理发泡剂或化学发泡剂，优选但不限于，水、卤代烃、烃类化合物。所述卤代烃，优选但不限于，一氯二氟代甲烷、二氯一氟代甲烷、二氯氟代甲烷、三氯氟代甲烷、它们的混合物。所述烃类化合物，优选但不限于，丁烷、戊烷、环戊烷、己烷、环己烷、庚烷、它们的混合物。所述的发泡剂，特别优选，水。所述的发泡剂的用量取决于所需制备的聚氨酯填充的碴料层的密度，优选但不限于0.3-4.5wt.％，特别优选0.5-3.6wt.％，特最优选0.6-3.2wt.％，以第二反应体系中所有多元醇(既包括作为反应组分的多元醇，也包括用作扩链剂的多元醇和其他组分中用到的多元醇)的重量按100wt.％计。
所述B2组分还可以包括催化剂和表面活性剂。
所述催化剂，优选但不限于，胺类催化剂、有机金属催化剂、它们的混合物。所述的胺类催化剂，优选但不限于，三乙基胺、三丁基胺、三亚乙基二胺、N-乙基吗啉、N，N，N’，N’-四甲基-乙二胺、五甲基二亚乙基-三胺、N，N-甲基苯胺、N，N-二甲基苯胺、它们的混合物。所述的有机金属催化剂，优选但不限于有机锡类化合物，例如：乙酸锡(Ⅱ)、辛酸锡(Ⅱ)、乙基己酸锡、月桂酸锡、二丁基氧化锡、二丁基二氯化锡、二丁基二乙酸锡、二丁基马来酸锡、二辛基二乙酸锡、它们的混合物。所述催化剂的用量为所述的B2组分的用量的0.001-10wt.％。
所述表面活性剂，优选但不限于硅氧烷的氧化乙烯衍生物。所述表面活性剂的用量为所述的B2组分用量的0.01-5wt-％。
所述第二反应体系中，NCO基团与OH基团的摩尔比，优选但不限于70-130∶100，特别优选90-115∶100，所述OH基团，以B2组分中多元醇、扩链剂、填料、发泡剂中所含的全部OH计。
根据本发明提供的方法制得的聚氨酯填充的碴料层中的聚氨酯泡沫的密度为0.02-0.5g/cm3，优选0.05-0.4g/cm3，特别优选0.1-0.3g/cm3。硬度为5-60 Asker C，优选10-40 Asker C。所述聚氨酯填充的碴料层中的聚氨酯泡沫的断裂伸长率为120-400％。
浇注第二反应体系的设备
本发明中，用于浇注第二反应体系的设备，优选但不限于单组分的浇注设备、双组分的浇注设备或多组分的浇注设备，特别优选双组分的浇注设备。所述浇注设备，可以选用高压浇注设备，也可以选用低压浇注设备，所述高压浇注设备的压力为100-300bar，所述低压浇注设备的压力为5-50bar。
所述浇注设备，优选但不限于可手动或者自动操作的整体化混合浇注枪头，通常将原料通过管线输送到浇注枪头，所述原料在浇注枪头内部混合后浇注。
所述浇注设备，优选但不限于，固定体积比的浇注设备或非固定体积比的浇注设备；当使用固定体积比的浇注设备时，以异氰酸酯为主的A2组分和以多元醇为主的B2组分的体积比优选但不限于3∶1、2∶1、1∶1、1∶2、1∶3或其它固定的比例；当使用非固定体积比的浇注设备时，以异氰酸酯为主的A2组分和以多元醇为主的B2组分的体积比在10∶100到100∶10之间变化。
所述浇注设备的吐出量，优选但不限于20-5000克每秒钟。
实施例
本发明所公开的具体实施例和方法，其描述是示例性而非限制性的。
上下文中提及的原料说明如下
Desmodur PF：异氰酸酯预聚物，NCO含量23.0％，粘度600mPa·s25℃，可由拜耳材料科技有限公司购得。
Desmodur PA 09：异氰酸酯预聚物，NCO含量24.5％，粘度475mPa·s 25℃，可由拜耳材料科技有限公司购得。
Desmodur K630：异氰酸酯预聚物，NCO含量15％，粘度850mPa·s25℃，可由拜耳材料科技有限公司购得。
Desmodur 0926：异氰酸酯聚酯型预聚物，NCO含量19.2％，粘度1000mPa·s 23℃，可由拜耳材料科技有限公司购得。
Desmodur 0309：异氰酸酯预聚物，NCO含量9.9％，粘度2750mPa·s 25℃，可由拜耳材料科技有限公司购得。
BAYTEC 0310：喷涂聚醚多元醇体系，羟值94，粘度2050mPa·s 25℃，可由拜耳材料科技有限公司购得。
BAYTEC 0357：喷涂聚醚多元醇体系，羟值157，粘度2100mPa·s25℃，可由拜耳材料科技有限公司购得。
BAYTEC 52BC003：喷涂聚醚多元醇体系，羟值205，粘度1100mPa·s 25℃，可由拜耳材料科技有限公司购得。
Terathane 2000：聚四氢呋喃(PTMEG)，羟值56，粘度1200mPa·s40℃，可由拜耳材料科技有限公司购得。
Bayflex CE 8070：扩链剂，羟值1598，粘度18mPa·s 20℃，可由拜耳材料科技有限公司购得。
Bayflex CE 8075：扩链剂，羟值1610，粘度20mPa·s 20，可由拜耳材料科技有限公司购得
Desmophen 2003E：聚酯多元醇体系，羟值56，粘度560mPa·s 75℃，可由拜耳材料科技有限公司购得。
Bayflex 12BX012：聚醚多元醇体系，羟值102，粘度1050mPa·s 25℃，可由拜耳材料科技有限公司购得。
Dabco 33LV：叔胺型催化剂，可由空气化工产品有限公司购得。
DABCO DC193：表面活性剂，可由空气化工产品有限公司购得。
Solkane 365/227：发泡剂，可由苏威氟化学有限公司购得。
HK1250型常规高压浇注机：可由Hennecke公司购得。
H-XP3型常规高压喷涂机：可由GRACO公司购得。
下面，结合实施例对本发明作进一步说明：
实施例1
将碴料堆积成满足道碴道床要求的堆积结构。用HK 1250型常规高压浇注机，于40秒内将第二反应体系的组分DESMODUR PA 09和BAYFLEX 12BX012按表1-1所列用量浇注到碴料的堆积结构内，发泡，经30分钟固化形成聚氨酯填充的碴料层。
表1-1
使用H-XP3型常规高压喷涂机，于30秒内将第一反应体系的组分DESMODUR 0309和BAYTEC 0310按表1-2所列用量喷涂到聚氨酯填充的碴料层上，经过10分钟固化反应形成聚氨酯外保护层。所得聚氨酯外保护层的物理机械性能列于表1-2，
表1-2
所制得聚氨酯道碴层包括一个聚氨酯填充的碴料层和一个聚氨酯外保护层。
该聚氨酯填充的碴料层由聚醚多元醇体系发泡得到，将碴料固定在聚醚聚氨酯泡沫中，具有良好的物理机械性能；该聚氨酯外保护层将该聚氨酯填充的碴料层与外界环境隔离，大大降低了聚氨酯填充的碴料层中的聚醚聚氨酯泡沫遭水浸泡的几率；此外，由于第一反应体系与第二反应体系的化学性质相近，所以经浇注制得的聚氨酯填充的碴料层和经喷涂制得的聚氨酯外保护层之间具有良好的粘接效果，从而使所制得聚氨酯道碴层成为一个一体化的整体结构。
该聚氨酯道碴层具有良好的物理机械性能、良好的稳定性和良好的耐用性，可以显著延长道碴道床的养护周期。本实施例中的聚氨酯道碴层特别适用于潮湿多水地区的铁路道床。
实施例2
将碴料堆积成满足道碴道床要求的堆积结构。用HK1250型常规高压浇注机，于50秒内将第二反应体系的组分按表2-1所列用量浇注到碴料的堆积结构内，发泡，经20分钟固化形成聚氨酯填充的碴料层。所得聚氨酯填充的碴料层的物理机械性能列于表2-1，
表2-1
使用H-XP3型常规高压喷涂机，于30秒内将第一反应体系的组分DESMODUR K630和BAYTEC52BC003按表2-2所列用量喷涂到聚氨酯填充的碴料层上，经过5分钟固化反应形成聚氨酯外保护层。所得聚氨酯外保护层的物理机械性能列于表2-2。
表2-2
实施例2中，用聚酯多元醇体系作为第二反应体系制备聚氨酯填充的碴料层，当所制得的聚氨酯填充的碴料层的密度为250kg/m3时，其拉伸强度为2.1MPa，其机械性能远远高于聚醚多元醇泡沫体系(用聚醚多元醇泡沫体系制得的聚氨酯填充的碴料层，当密度为300kg/m3时，其拉伸强度为0.83MPa)。实施例2中的基于聚酯多元醇体系的聚氨酯道碴层特别适用于重载铁路道床和沙漠地区的铁路道床。
实施例2制得聚氨酯道碴层包括一个聚氨酯填充的碴料层和一个聚氨酯外保护层。该聚氨酯填充的碴料层由聚酯多元醇体系发泡得到，将碴料固定在聚氨酯泡沫中，具有良好的物理机械性能，该聚氨酯外保护层将该聚氨酯填充的碴料层与外界环境隔离，大大降低了聚氨酯填充的碴料层中的聚氨酯泡沫遇水水解的几率；此外，由于第一反应体系与第二反应体系的化学性质相近，所以经浇注制得的聚氨酯填充的碴料层和经喷涂制得的聚氨酯外保护层之间具有良好的粘接效果，从而使所制得聚氨酯道碴层成为一个一体化的整体结构。
实施例3
将碴料堆积成满足道碴道床要求的堆积结构。用HK1250型常规高压浇注机，于50秒内将第二反应体系的组分按表3-1所列用量浇注到碴料的堆积结构内，发泡，经20分钟固化形成聚氨酯填充的碴料层。所得聚氨酯填充的碴料层的物理机械性能列于表3-1，
表3-1
实施例3中，用聚四氢呋喃多元醇体系作为第二反应体系制备聚氨酯填充的碴料层，当所制得的聚氨酯填充的碴料层的密度为300kg/m3时，其拉伸强度为1.3MPa，其机械性能远远高于普通聚醚多元醇泡沫体系。当温度从+30℃降到-40℃时，材料挠曲强度从1.8转变为3.8MPa，说明材料仍保持在高弹性状态，低温下样品损坏50％时的温度为-70℃(用普通聚醚多元醇制得的聚氨酯填充的碴料层，当密度为300kg/m3时，其拉伸强度为0.83MPa，当温度从+30℃降到-40℃后，材料挠曲强度从1.08变到133.9MPa，材料由高弹性状态变到高刚性塑料态，低温下样品损坏50％时的温度为-30℃)。用聚四氢呋喃多元醇体系作第二反应体系制备聚氨酯填充的碴料层在低温下仍然保持良好的物理机械性能，基于聚四氢呋哺多元醇体系的聚氨酯道碴层适用于高海拔、高寒地区的铁路道床和重载铁路道床。
使用H-XP3型常规高压喷涂机，于30秒内将第一反应体系的组分DESMODUR K630和BAYTEC 52BC003按表3-2所列用量喷涂到聚氨酯填充的碴料层上，经过5分钟固化反应形成聚氨酯外保护层。所得聚氨酯外保护层的物理机械性能列于表3-2，
表3-2
所制得聚氨酯道碴层包括一个聚氨酯填充的碴料层和一个聚氨酯外保护层。
该聚氨酯填充的碴料层由聚四氢呋喃多元醇体系发泡得到，碴料由聚氨酯泡沫固定，聚氨酯固化道床具有良好的物理机械性能；该聚氨酯外保护层将该聚氨酯填充的碴料层与外界环境隔离，大大降低了聚氨酯填充的碴料层中的聚氨酯泡沫遇水水解的几率；此外，由于第一反应体系与第二反应体系的化学性质相近，所以经浇注制得的聚氨酯填充的碴料层和经喷涂制得的聚氨酯外保护层之间具有良好的粘接效果，从而使所制得聚氨酯道碴层成为一个一体化的整体结构。
实施例4
将碴料堆积成满足道碴道床要求的堆积结构。用HK1250型常规高压浇注机，于40秒内将第二反应体系的组分DESMODUR PA 09和BAYFLEX 12BX012按表4-1所列用量浇注到碴料的堆积结构内，发泡，经30分钟固化形成聚氨酯填充的碴料层。
使用H-XP3型常规高压喷涂机，于30秒内将第一反应体系的组分DESMODUR K630和BAYTEC52BC003按表2-2所列用量喷涂到聚氨酯填充的碴料层上，经过10分钟固化反应形成聚氨酯外保护层。所得聚氨酯外保护层的物理机械性能列于表4-2，
表4-1
表4-2
所制得聚氨酯道碴层包括一个聚氨酯填充的碴料层和一个聚氨酯外保护层。
该聚氨酯填充的碴料层由聚醚多元醇体系发泡得到，将碴料固定在聚醚聚氨酯泡沫中，具有良好的物理机械性能；该聚氨酯外保护层将该聚氨酯填充的碴料层与外界环境隔离，大大降低了聚氨酯填充的碴料层中的聚醚聚氨酯泡沫被水浸泡的几率；此外，由于第一反应体系与第二反应体系的化学性质相近，所以经浇注制得的聚氨酯填充的碴料层和经喷涂制得的聚氨酯外保护层之间具有良好的粘接效果，从而使所制得聚氨酯道碴层成为一个一体化的整体结构。
该聚氨酯道碴层具有良好的物理机械性能、良好的稳定性和良好的耐用性，可以显著延长道碴道床的养护周期。本实施例中的聚氨酯道碴层特别适用于潮湿多水地区的铁路道床。
虽然本发明已将较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种更动与润饰，因此发明的保护范围应以申请专利的权利要求范围为准。
Claims (10)
1.一种制备聚氨酯道碴层的方法，所述方法包括一个步骤：将包括下列反应成分的第一反应体系喷涂到一个聚氨酯填充的碴料层的表面，以形成一个聚氨酯外保护层，
(1a)一种或多种多异氰酸酯，所述多异氰酸酯可用通式R(NCO)n表示，其中R表示含2-18个碳原子的脂肪族烃基、或含6-15个碳原子的芳烃基、或含8-15个碳原子芳脂族烃基，n＝2-4；
(1b)一种或多种聚醚多元醇和/或端氨基聚醚，所述聚醚多元醇和/或端氨基聚醚的分子量大于200，官能度为2-6；
(1c)一种或多种扩链剂；和
(1d)0-0.5wt.％的一种或多种发泡剂，以1b和1c的重量按100wt.％计；
所述聚氨酯外保护层的拉伸强度为4-20MPa。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述聚氨酯外保护层的密度为0.6-1.5g/cm3，硬度为10-90Shore A，断裂伸长率为100-550％。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述聚氨酯填充的碴料层包括碴料和填充于所述碴料间的聚氨酯泡沫，所述聚氨酯泡沫为包括下列反应成分的第二反应体系的反应产物，
(2a)一种或多种多异氰酸酯，所述多异氰酸酯可用通式R(NCO)n表示，其中R表示含2-18个碳原子的脂肪族烃基、或含6-15个碳原子的芳烃基、或含8-15个碳原子芳脂族烃基，n＝2-4；
(2b)一种或多种多元醇，所述多元醇选自：聚酯多元醇、聚醚多元醇、聚碳酸酯多元醇、聚四氢呋喃多元醇、聚己内酯多元醇；
(2c)一种或多种扩链剂；和
(2d)0.3-4.5wt.％的一种或多种发泡剂，以2b和2c的重量按100wt.％计；
所述聚氨酯泡沫的断裂伸长率为120-400％。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，聚氨酯泡沫的密度为0.02-0.5g/cm3，硬度为5-60Asker C，拉伸强度为0.2-5MPa。
5.一种聚氨酯道碴层，所述聚氨酯道碴层包括一个聚氨酯填充的碴料层和一个聚氨酯外保护层，所述聚氨酯外保护层为包括下列反应成分的第一反应体系的反应产物，所述第一反应体系喷涂于所述聚氨酯填充的碴料层的表面，
(1a)一种或多种多异氰酸酯，所述多异氰酸酯可用通式R(NCO)n表示，其中R表示含2-18个碳原子的脂肪族烃基、或含6-15个碳原子的芳烃基、或含8-15个碳原子芳脂族烃基，n＝2-4；
(1b)一种或多种聚醚多元醇和/或端氨基聚醚，所述聚醚多元醇和/或端氨基聚醚的分子量大于200，官能度为2-6；
(1c)一种或多种扩链剂；和
(1d)0-0.5wt.％的一种或多种发泡剂，以1b和1c的重量按100wt.％计；
所述聚氨酯外保护层的拉伸强度为4-20MPa。
6.如权利要求5所述的聚氨酯道碴层，其特征在于，所述聚氨酯外保护层的密度为0.6-1.5g/cm3，硬度为10-90Shore A，断裂伸长率为100-550％。
7.如权利要求5所述的聚氨酯道碴层，其特征在于，所述聚氨酯填充的碴料层包括碴料和填充于所述碴料间的聚氨酯泡沫，所述聚氨酯泡沫为包括下列反应成分的第二反应体系的反应产物，
(2a)一种或多种多异氰酸酯，所述多异氰酸酯可用通式R(NCO)n表示，其中R表示含2-18个碳原子的脂肪族烃基、或含6-15个碳原子的芳烃基、或含8-15个碳原子芳脂族烃基，n＝2-4；
(2b)一种或多种多元醇，所述多元醇选自：聚酯多元醇、聚醚多元醇、聚碳酸酯多元醇、聚四氢呋喃多元醇、聚己内酯多元醇；
(2c)一种或多种扩链剂；和
(2d)0.3-4.5wt.％的一种或多种发泡剂，以2b和2c的重量按100wt.％计；
所述聚氨酯泡沫的断裂伸长率为120-400％。
8.如权利要求7所述的聚氨酯道碴层，其特征在于，聚氨酯泡沫的密度为0.02-0.5g/cm3，硬度为5-60Asker C，拉伸强度为0.2-5MPa。
9.一种铁路道床，所述铁路道床包括一个如权利要求5-9所述的聚氨酯道碴层和一段铁路路基，所述聚氨酯道碴层设置在所述铁路路基上。
10.如权利要求5-9所述的聚氨酯道碴层在铁路道床中的应用。
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