CN102702473B - 一种道路工程维修养护用环氧改性聚氨酯双组分注浆材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种道路工程维修养护用环氧改性聚氨酯双组分注浆材料及其制备方法，由A组分和B组分组成，所述的A组分的组成按重量份数计为：聚醚多元醇700-800份；环氧树脂加成物100-300份；发泡剂20-40份；泡沫稳定剂40-80份；催化剂10-40份；B组分为多苯基多亚甲基多异氰酸酯；将A组分、B两组分按质量比为0.8-1.5:1混合搅拌均匀，即可。本发明的有益效果在于：当参与发泡反应固化后，形成的浆液固结体的压缩强度和粘接力得到提升，最高拉伸剪切强度可达4.3Mpa，使本发明优于聚氨酯和环氧树脂共混类的注浆材料；减少了对施工人员的身体危害，也有一定的经济效益。

Description

一种道路工程维修养护用环氧改性聚氨酯双组分注浆材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种道路工程维修养护用环氧改性聚氨酯双组分注浆材料及其制备方法。

背景技术

随着高速公路交通流量的迅速增加、汽车荷重的增大以及使用年限的增加，路面病害日益显现，尤其是路面唧浆病害尤为严重。在重轮载的频繁作用下，基层由于塑性变形累积而同面层脱离接触，水分沿接缝下渗而聚集在脱空的空隙内，在轮载作用下积水成为有压水并同基层内浸湿的细料搅混成悬浆液，沿接缝缝隙溅出，即为“唧浆”。水份和路面荷载是导致唧浆病害的主要原因。路面病害的产生不仅影响行车的舒适性及安全性，而且裂缝的扩展和渗水使道路损坏程度逐渐加重。因此，加强对高速公路路面病害的治理是至关重要的。

高聚物注浆材料具有可灌性好，固化快，固化时间可调等优点，从根本上解决了接缝透水、板底脱空带来的问题，有效地防止唧浆、断板等病害的发生，施工快捷，无需养生，对交通影响小。目前我国研制的化学灌浆材料品种较多，主要是环氧树脂类灌浆材料，但它们大多数都用应用在大型水利工程中。这些灌浆材料具有良好的耐水性、耐老化性能，但对路面这类受动载荷作用，受力不均匀影响较大的工程而言，目前研究报道较少。目前报道的用于道路修补材料主要是水泥类无机材料和聚氨酯类有机材料，水泥注浆材料颗粒粒径大，流动性差，不能用于灌注细微的裂缝。挖掉路面重新铺筑完全完成维修通常需要花费数周甚至数月的时间。在施工期和养护期间，车辆要绕过维修区，这对交通非常繁忙、需要快速维修的道路而言是难以接受的，而且这种方法的成本也很高。聚氨酯灌浆材料在力学性能（如抗压强度和粘接强度）方面不如环氧树脂灌浆材料，因此对于公路路面长期动载荷作用以及路面不均匀受力，承载能力不足，使用耐久性不佳，不适用于高速公路路基修补。环氧树脂虽然具有粘接力高、在常温下可固化、固化后收缩小、有很高的机械强度和耐热性、稳定性好等优点，但它不能制成发泡材料，用于填充地基中的脱空需要的灌注量较聚氨酯浆料大，因此施工成本较聚氨酯灌浆材料高的多。因此一种具有聚氨酯发泡固化填充的特点又具有环氧树脂优良力学性能特点的新型注浆材料是很有吸引力的。

花兴艳等人，在聚氨酯/环氧树脂互穿网络硬泡的热稳定性研究中，提到了一种以环氧树脂改性聚氨酯硬泡的制备方法：文中将聚醚多元醇、环氧树脂、DMP-30、二丁基锡二月桂酸酯、水及泡沫稳定剂混合均匀，制作为A组分，与PAPI（B组分）迅速高速搅拌混合制成泡沫材料。究其本质，该方法主要通过物理共混的方式，将环氧树脂及其固化剂DMP-30同时加入聚氨酯发泡用白料组份中，以期望环氧树脂和聚氨酯两种聚合物网络永久性互相穿插缠结在一起，形成IPN互穿网络聚合物合金。但在实际的注浆施工过程中，存在以下难以克服的弊病：一是环氧树脂和DMP-30混合后原料储存期变短，容易变质无法使用；二是施工完后形成的聚合物互穿网络堵塞枪头和注浆机难以清洗，耗时费力；三是在快速注浆施工过程中为了提高效率，还需使用胺类催化剂与锡类催化剂复配使用，小分子胺类极易挥发，威胁施工人员的身体健康。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的弊病，改变环氧树脂的加入方式，在聚氨酯黑白料的适用期不受到影响的情况下，不再堵塞注浆枪头和机器，同时可以减少和避免胺类催化剂的使用。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种道路工程维修养护用环氧改性聚氨酯双组分注浆材料，其特征在于由A组分和B组分组成，所述的A组分的组成按重量份数计为：

聚醚多元醇 700-800份；环氧树脂加成物  100-300份；发泡剂  20-40份；

泡沫稳定剂 40-80份；催化剂  10-40份；

所述的环氧树脂加成物的制备方法是：以二乙醇胺和液态环氧树脂CYD-128为原料，以丁酮为溶剂，经合成得到环氧树脂加成物CYD128-DEA的溶液，其中按摩尔比二乙醇胺：环氧树脂CYD-128为1~2：1，合成反应温度为65~80℃，反应时间3~4 h；所得环氧树脂加成物CYD128-DEA的溶液减压蒸馏除去溶剂；

B组分为多苯基多亚甲基多异氰酸酯（PAPI）；

其中，A组分和B组分按质量计的混合比例为0.8-1.5:1。

按上述方案，所述的聚醚多元醇为硬质泡沫用聚氨酯发泡料聚醚YC-4110。

按上述方案，其特征是所述的发泡剂为水。

按上述方案，其特征是所述的泡沫稳定剂为硅-碳键非水解型泡沫稳定剂SD-601。

按上述方案，其特征是所述的催化剂为辛酸亚锡和二月桂酸二丁基锡中的一种或两种的混合。

按上述方案，其特征是所述的环氧树脂CYD-128的环氧值为0.51~0.54g/100g。

所述的道路工程维修养护用环氧改性聚氨酯双组分注浆材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

1）按下述配比取料，其中按重量份数计为：

聚醚多元醇 700-800份；环氧树脂加成物  100-300份；发泡剂  20-40份；

泡沫稳定剂 40-80份；催化剂  10-40份；

所述的环氧树脂加成物的制备方法是：以二乙醇胺和液态环氧树脂CYD-128为原料，以丁酮为溶剂，经合成得到环氧树脂加成物CYD128-DEA的溶液，其中按摩尔比二乙醇胺：环氧树脂CYD-128为1~2：1，合成反应温度为65~80℃，反应时间3~4 h；所得环氧树脂加成物CYD128-DEA的溶液减压蒸馏除去溶剂；

2）向环氧树脂加成物中加入聚醚多元醇，发泡剂、泡沫稳定剂和催化剂，搅拌混合均匀后自然冷却到室温即可得注浆材料的A组分；

3）以多苯基多亚甲基多异氰酸酯（PAPI）为B组分，

4）将A组分、B两组分按质量比为0.8-1.5:1混合搅拌均匀，即可得到道路工程维修养护用环氧改性聚氨酯双组分注浆材料。

本发明所述的多苯基多亚甲基多异氰酸酯简称PAPI，或称粗MDI，浅黄色至褐色粘稠液体，有刺激性气味，其实际上是由4,4'二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI）与官能度大于2的聚合二苯基甲烷二异氰酸酯（聚合MDI）组成的混合物。

环氧树脂/二乙醇胺加成物（CYD128-DEA）合成反应条件温和高效，无需加入催化剂，经过测环氧值确定，在75℃下反应4小时，环氧基的开环率即可达到90%以上；以丁酮为溶剂可以减压蒸馏后重复利用；产物CYD128-DEA由于其特殊的分子结构，同时携带羟基和两个叔胺原子，不仅可以直接参与固化交联形成环氧改性的聚氨酯硬泡，而且具有自催化的功能。

本发明的有益效果在于：CYD128-DEA加成物两端最多有六个羟基，与羟基组分的相容好，不仅解决了环氧树脂聚氨酯共混注浆材料原料存放短时间易变质的问题，还可以使改性环氧直接参与聚氨酯发泡反应，避免了环氧树脂固化反应的滞后性，浆料1h即可达到最高固结强度的90%，而一般情况下环氧树脂的固化需要7d才到达最高强度。同时，CYD128-DEA分子链上有大量的刚性苯环结构，当参与发泡反应固化后，形成的浆液固结体的压缩强度和粘接力得到提升，最高拉伸剪切强度可达4.3Mpa，使本发明优于聚氨酯和环氧树脂共混类的注浆材料；

同时在快速注浆施工中难以避免的使用胺类和锡类的复配催化剂，小分子的胺类催化剂极易挥发到空气中，危害施工人员的身体健康，本发明中的羟基组分由于加入了CYD128-DEA加成物，加入量占浆液20%Wt时粘结固化效果达到最佳，并且，此时其所携带的叔胺原子刚好能够替代胺类催化剂的使用量，只需加入锡类催化剂即可快速发泡固结，得到高性能的环氧改性聚氨酯注浆材料。本发明在提高了浆料性能的同时，既减少了对施工人员的身体危害，也有一定的经济效益。

具体实施方式

以下实施例是对本发明的进一步说明，但是本发明不限于以下实施例。

实施例1：

制备方法包括以下步骤：

以二乙醇胺和环氧树脂CYD-128为原料，其物料摩尔比二乙醇胺：环氧树脂CYD-128为2：1，以丁酮为溶剂，反应温度为80℃，反应时间4 h，合成得到环氧树脂CYD128-DEA加成物的溶液；将反应产物减压蒸馏除去溶剂；加入聚醚YC-4110、发泡剂水、泡沫稳定剂SD-601和催化剂二月桂酸二丁基锡，搅拌混合均匀后自然冷却到室温即可得注浆材料的A组分；以多苯基多亚甲基多异氰酸酯（PAPI）为B组分；将A、B两组分混合搅拌均匀，即可得到环氧改性的聚氨酯灌浆材料。

30s之后体积开始膨胀，90s之后凝胶固化；力学性能测试结果显示：拉伸剪切强度4.3MPa，T-剥离强度为1.1 N/mm。

实施例2：

制备方法包括以下步骤：

以二乙醇胺和环氧树脂CYD-128为原料，其物料摩尔比二乙醇胺：环氧树脂CYD-128为1：1，以丁酮为溶剂，反应温度为80℃，反应时间4 h，合成得到环氧树脂CYD128-DEA加成物的溶液；将反应产物减压蒸馏除去溶剂；加入一定量的聚醚YC-4110、发泡剂水、泡沫稳定剂SD-601和催化剂二月桂酸二丁基锡，搅拌混合均匀后自然冷却到室温即可得注浆材料的A组分；以多苯基多亚甲基多异氰酸酯（PAPI）为B组分；A、B两组分按上述比例混合搅拌均匀，即可得到环氧改性的聚氨酯灌浆材料。

40s之后体积开始膨胀，100s之后凝胶固化；力学性能测试结果显示：拉伸剪切强度3.6 MPa，T-剥离强度为1.3 N/mm。

实施例3：

制备方法包括以下步骤：

以二乙醇胺和环氧树脂CYD-128为原料，其物料摩尔比二乙醇胺：环氧树脂CYD-128为1.5：1，以丁酮为溶剂，反应温度为80℃，反应时间3 h，合成得到环氧树脂CYD128-DEA加成物的溶液；将反应产物减压蒸馏除去溶剂；加入一定量的聚醚YC-4110、发泡剂水、泡沫稳定剂SD-601和催化剂二月桂酸二丁基锡，搅拌混合均匀后自然冷却到室温即可得注浆材料的A组分；以多苯基多亚甲基多异氰酸酯（PAPI）为B组分；A、B两组分按上述比例混合搅拌均匀，即可得到环氧改性的聚氨酯灌浆材料。

50s之后体积开始膨胀，120s之后凝胶固化；力学性能测试结果显示：拉伸剪切强度2.8 MPa，T-剥离强度为0.9 N/mm。

实施例4：

制备方法包括以下步骤：

以二乙醇胺和环氧树脂CYD-128为原料，其物料摩尔比二乙醇胺：环氧树脂CYD-128为2：1，以丁酮为溶剂，反应温度为80℃，反应时间4 h，合成得到环氧树脂CYD128-DEA加成物的溶液；将反应产物减压蒸馏除去溶剂；加入一定量的聚醚YC-4110、发泡剂水、泡沫稳定剂SD-601和催化剂二月桂酸二丁基锡，搅拌混合均匀后自然冷却到室温即可得注浆材料的A组分；以多苯基多亚甲基多异氰酸酯（PAPI）为B组分；A、B两组分按上述比例混合搅拌均匀，即可得到环氧改性的聚氨酯灌浆材料。

50s之后体积开始膨胀，120s之后凝胶固化；力学性能测试结果显示：拉伸剪切强度3.2MPa，T-剥离强度为0.8 N/mm。

Claims (6)

1.一种道路工程维修养护用环氧改性聚氨酯双组分注浆材料，其特征在于由A组分和B组分组成，所述的A组分的组成按重量份数计为：

聚醚多元醇 700-800份；环氧树脂加成物  100-300份；发泡剂  20-40份；

泡沫稳定剂 40-80份；催化剂  10-40份；所述的聚醚多元醇为硬质泡沫用聚氨酯发泡料聚醚YC-4110；

所述的环氧树脂加成物的制备方法是：以二乙醇胺和液态环氧树脂CYD-128为原料，以丁酮为溶剂，经合成得到环氧树脂加成物CYD128-DEA的溶液，其中按摩尔比二乙醇胺：环氧树脂CYD-128为1~2：1，合成反应温度为65~80℃，反应时间3~4 h；所得环氧树脂加成物CYD128-DEA的溶液减压蒸馏除去溶剂；

B组分为多苯基多亚甲基多异氰酸酯；

其中，A组分和B组分按质量计的混合比例为0.8-1.5:1。

2.按权利要求1所述的道路工程维修养护用环氧改性聚氨酯双组分注浆材料，其特征是所述的发泡剂为水。

3.按权利要求1所述的道路工程维修养护用环氧改性聚氨酯双组分注浆材料，其特征是所述的泡沫稳定剂为硅-碳键非水解型泡沫稳定剂SD-601。

4.按权利要求1所述的道路工程维修养护用环氧改性聚氨酯双组分注浆材料，其特征是所述的催化剂为辛酸亚锡和二月桂酸二丁基锡中的一种或两种的混合。

5.按权利要求1所述的道路工程维修养护用环氧改性聚氨酯双组分注浆材料，其特征是所述的环氧树脂CYD-128的环氧值为0.51~0.54g/100g。

6.权利要求1所述的道路工程维修养护用环氧改性聚氨酯双组分注浆材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

1）按下述配比取料，其中按重量份数计为：

聚醚多元醇 700-800份；环氧树脂加成物  100-300份；发泡剂  20-40份；

泡沫稳定剂 40-80份；催化剂  10-40份；所述的聚醚多元醇为硬质泡沫用聚氨酯发泡料聚醚YC-4110；

所述的环氧树脂加成物的制备方法是：以二乙醇胺和液态环氧树脂CYD-128为原料，以丁酮为溶剂，经合成得到环氧树脂加成物CYD128-DEA的溶液，其中按摩尔比二乙醇胺：环氧树脂CYD-128为1~2：1，合成反应温度为65~80℃，反应时间3~4 h；所得环氧树脂加成物CYD128-DEA的溶液减压蒸馏除去溶剂；

2）向环氧树脂加成物中加入聚醚多元醇，发泡剂、泡沫稳定剂和催化剂，搅拌混合均匀后自然冷却到室温即可得注浆材料的A组分；

3）以多苯基多亚甲基多异氰酸酯为B组分，

4）将A组分、B两组分按质量比为0.8-1.5:1混合搅拌均匀，即可得到道路工程维修养护用环氧改性聚氨酯双组分注浆材料。