CN103694676B - 环保型聚氨酯堵水材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于高分子材料领域，具体涉及一种环保型聚氨酯堵水材料。由聚氨酯预聚体和添加剂制成：聚氨酯预聚体由如下原料制成：聚醚多元醇a（官能度为3‑4，羟值为300‑500）、聚醚多元醇b（官能度为2‑3，羟值为200‑400）、聚醚多元醇c（官能度为2‑3，羟值为100‑200）、除水剂和异氰酸酯；添加剂由如下原料制成：增塑剂、稀释剂、阻燃剂、催化剂和表面活性剂。本聚氨酯堵水材料被注入孔隙裂缝中时，在缝隙中扩散固化，生成有一定强度的泡沫，在凝胶的分子中含有大量极性基团，粘合强度大，堵塞了缝隙，起到了堵水和加固的作用。本发明还提供其制备方法，工艺合理，易于工业化生产。

Description

环保型聚氨酯堵水材料及其制备方法

技术领域

本发明属于高分子材料领域，具体涉及一种环保型聚氨酯堵水材料及其制备方法。

背景技术

各种防水混凝土在地下工程中已经得到了广泛的应用，但经长期使用，易发生渗漏现象。在新开挖的地下工程中，有时会遇到大量的地下水涌出，特别是在岩石中构筑的地下工程，地下水通过岩石裂隙对地下工程可造成严重的危害，此时如果不先进行止水，工程将无法进行。

化学注浆堵漏技术是将化学药品制成的浆液用泵输入到混凝土结构缝中，经凝结、硬化之后起到堵水的作用。注浆堵水法在地下工程中有它重要的意义，已成为一种地下工程防水施工中必不可少的手段。

聚氨酯化学注浆堵漏材料是一种防渗堵漏能力较强，固结强度较高的注浆材料，由于浆液中含有未反应的异氰酸酯基团，遇水发生化学反应交联生成不溶于水的聚合体，因此能达到防渗、堵漏和固结的目的。聚氨酯化学注浆堵漏材料类型有非水溶性聚氨酯、水溶性聚氨酯、弹性聚氨酯等。水溶性聚氨酯虽然防渗止水效果良好，但加固补强较差。弹性聚氨酯是双液注浆材料，操作比较复杂。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种环保型聚氨酯堵水材料，被注入孔隙裂缝中时，在缝隙中扩散固化，生成不溶于水、具有一定强度的泡沫，在凝胶的分子中含有大量极性基团，粘合强度大，有较强的亲和力，堵塞了缝隙，起到了堵水和加固的作用。本发明还提供其制备方法，工艺合理，简单易实施，易于工业化生产。

本发明所述的环保型聚氨酯堵水材料，由质量比为60-80：20-40的聚氨酯预聚体和添加剂制成：

聚氨酯预聚体由如下重量份数的原料制成：聚醚多元醇a15-25份、聚醚多元醇b5-10份、聚醚多元醇c2-5份、除水剂0.1-0.5份和异氰酸酯50-75份；

其中：聚醚多元醇a官能度为3-4，羟值为300-500，

聚醚多元醇b官能度为2-3，羟值为200-400，

聚醚多元醇c官能度为2-3，羟值为100-200；

添加剂由如下重量份数的原料制成：增塑剂3-10份、稀释剂5-15份、阻燃剂3-5份、催化剂0.3-2份和表面活性剂1-3份。

其中：

除水剂选用低毒性单恶唑烷除水剂，优选为安乡艾利特化工生产的ALT-201，恶唑烷除水剂优先与水反应，生成仲氨基醇和挥发性的酮，恶唑烷除水剂的反应产物变成聚氨酯的一部分，另外产生的酮完全从聚氨酯中逸出，能避免异氰酸酯与水分反应，除去体系中的水分。

异氰酸酯为多苯基多亚甲基多异氰酸酯，优选为烟台万华生产的多苯基多亚甲基多异氰酸酯PM200、巴斯夫生产的多苯基多亚甲基多异氰酸酯M20S中的一种或两种以任意比例混合。

增塑剂为邻苯二甲酸酯类；其中邻苯二甲酸酯类优选为邻苯二甲酸二丁脂或邻苯二甲酸二辛脂中的一种或两种以任意比例混合。

稀释剂为柠檬酸三丁酯、柠檬酸三乙酯或乙酸乙酯中的一种或几种以任意比例混合。

阻燃剂为卤代磷酸酯添加型阻燃剂或磷酸酯类添加型阻燃剂中的一种或两种以任意比例混合。卤代磷酸酯添加型阻燃剂优选为磷酸三(1-氯-2-丙基)酯或磷酸三(2-氯乙基)酯中的一种或两种混合；磷酸酯类添加型阻燃剂为磷酸三乙酯或磷酸三丁酯中的一种或两种以任意比例混合。

催化剂为双吗啉基二乙基醚或有机锡催化剂中的一种或两种以任意比例混合，其中有机锡催化剂优选为辛酸亚锡或二丁基二月桂酸锡。

表面活性剂为有机硅表面活性剂，优选为中山东峻化工生产的H-3625或H-3971中的任意一种。

本发明制备得到聚氨酯堵水材料是一种非水溶性聚氨酯快速堵水材料单液注浆，被注入孔隙裂缝中时，预聚体的端异氰酸酯基（-NCO）与水接触，交叉发生扩链、脱气（CO₂）、支化及交联反应，在缝隙中扩散固化，和缝隙中的水发生反应，生成不溶于水、具有一定强度的泡沫体，以起到堵水和补强的作用。在凝胶的分子中含有大量极性基团，如氨基甲酸酯类、脲基、醚键，粘合强度大，有较强的亲和力，从而堵塞了缝隙，起到了堵水和加固的作用。适用于矿山巷道、竖井、地铁、水坝、地下车库、隧道等地下工程的动水、涌水处理，渗水防治。

所述的环保型聚氨酯堵水材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）聚氨酯预聚体的制备：

将聚醚多元醇a、聚醚多元醇b和聚醚多元醇c真空脱水2-3小时后加入到反应釜中，氮气保护条件下，加入除水剂，边搅拌边加入异氰酸酯，升温至75℃-85℃，并保温反应2.0-3.0小时，得到聚氨酯预聚体；

（2）添加剂的制备：

依次加入增塑剂、稀释剂、阻燃剂、催化剂和表面活性剂，在常温下搅拌混合均匀后即得添加剂；

（3）将聚氨酯预聚体和添加剂在氮气保护条件下，常温搅拌混合均匀，得到产品。

综上所述，本发明具有以下优点：

（1）本发明所有组分的原料均绿色无污染，不添加任何挥发性溶剂，如丙酮、甲苯等，不产生任何有毒气体；

（2）本发明采用环保的异氰酸酯来代替甲苯二异氰酸酯（TDI），分子量大，蒸汽压低，产品挥发性较小，没有TDI的强烈刺激性气味，环境污染小，能耗低，对人体毒性相对较小有利于工业安全防护和工人身体健康，满足环保要求。

（3）本发明材料中添加环保型稀释剂，原料液粘度低，渗透性好、遇水混合效果好。

（4）本发明材料中添加合适的阻燃剂，阻燃性能好。

（5）本发明材料遇水后快速发泡，发泡速度和固化速度可调；韧性好，抗变性好；遇水能快速发泡并固化，施工方便，综合成本低。

（6）本发明材料只需采用单液注浆泵压注即可，无需混合，泵送性优良，使用方便且综合成本低。

（7）本发明所述的制备方法，工艺合理，简单易实施，易于工业化生产。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明。

实施例1

聚氨酯预聚体的制备：将聚醚多元醇a（官能度3，羟值370）15kg、聚醚多元醇b（官能度2，羟值380）5kg、聚醚多元醇c（官能度2.7，羟值167）2kg，120℃下真空脱水2.5小时，降温至45℃，加入到合成反应釜中，氮气保护，加入除水剂ALT-201（安乡艾利特化工）0.1kg，边搅拌边缓缓加入多苯基多亚甲基多异氰酸酯PM200（烟台万华)50kg，升温至80℃，反应2.5小时，合成反应完成，经取样检测体系中NCO含量不再降低，即可得到聚氨酯预聚体；

添加剂的制备：加入邻苯二甲酸二丁脂3kg、柠檬酸三丁酯5kg、磷酸三(1-氯-2-丙基)酯3kg、二月桂酸二丁基锡0.3kg、双吗啉基二乙基醚0.5kg、H-3625（中山东峻化工）1kg，在常温下搅拌混合均匀后即可得到添加剂。

将聚氨酯预聚体和添加剂在氮气保护条件下，按质量比为60:40常温搅拌混合均匀，封装，氮气密封，得到产品。

对实施例1制备得到的产品进行性能检测，检测结果如下：

起发时间为25s，固化时间为65s，生成发泡倍率为15倍的的泡沫体，能快速堵水，2min后就不再渗水，抗压强度为1.2MPa。

实施例2

聚氨酯预聚体的制备：将聚醚多元醇a(官能度为3，羟值为450)25kg、聚醚多元醇b（官能度2，羟值280）10kg，聚醚多元醇c（官能度2，羟值110）5kg，在110℃下真空脱水3小时，降温至40℃，加入到合成反应釜中，氮气保护，加入除水剂ALT-201（安乡艾利特化工）0.5kg，边搅拌边缓缓加入多苯基多亚甲基多异氰酸酯PM200（烟台万华)50kg，多苯基多亚甲基多异氰酸酯M20S（巴斯夫）25kg，升温至85℃，反应2.0小时，合成反应完成，经取样检测体系中NCO含量合格后，可得到聚氨酯预聚体；

添加剂：加入邻苯二甲酸二辛酯10kg、柠檬酸三乙酯15kg、磷酸三乙酯5kg、双吗啉基二乙基醚1kg、辛酸亚锡1kg、H-3971（中山东峻化工）3kg，在常温下搅拌混合即可得到添加剂组成物B。

将聚氨酯预聚体和添加剂在氮气保护条件下，按质量比为80:20常温搅拌混合均匀，封装，氮气密封，得到产品。

对实施例2制备得到的产品进行性能检测，检测结果如下：

起发时间为10s，固化时间为30s，生成发泡倍率为20倍的的泡沫体，能快速堵水，1min后动水缝就不再有水流出，抗压强度为1MPa。

实施例3

聚氨酯预聚体由如下重量份数的原料制成：聚醚多元醇a15-25份、聚醚多元醇b5-10份、聚醚多元醇c2-5份、除水剂0.1-0.5份、异氰酸酯50-75份；

聚醚多元醇a官能度为3-4，羟值为300-500，

聚醚多元醇b官能度为2-3，羟值为200-400，

聚醚多元醇c官能度为2-3，羟值为100-200；

添加剂由如下重量份数的原料制成：增塑剂3-10份、稀释剂5-15份、阻燃剂3-5份、催化剂0.3-2份和表面活性剂1-3份。

聚氨酯预聚体的制备：将聚醚多元醇a（官能度4，羟值500）20kg、聚醚多元醇b（官能度3，羟值200）8kg、聚醚多元醇c（官能度3，羟值200）4kg，110℃下真空脱水3小时，降温至45℃，加入到合成反应釜中，氮气保护，加入除水剂ALT-201（安乡艾利特化工）0.3kg，边搅拌边缓缓加入多苯基多亚甲基多异氰酸酯PM200（烟台万华)60kg，升温至80℃，反应2.5小时，合成反应完成，经取样检测体系中NCO含量不再降低，即可得到聚氨酯预聚体；

添加剂的制备：加入邻苯二甲酸二丁脂5kg、乙酸乙酯10kg、磷酸三(1-氯-2-丙基)酯4kg、双吗啉基二乙基醚0.3kg、H-3625（中山东峻化工）2kg，在常温下搅拌混合均匀后即可得到添加剂。

将聚氨酯预聚体和添加剂在氮气保护条件下，按质量比为70：30常温搅拌混合均匀，封装，氮气密封，得到产品。

对实施例3制备得到的产品进行性能检测，检测结果如下：

起发时间为38s，固化时间为55s，生成发泡倍率为25倍的的泡沫体，能快速堵水，1.5min后就不再渗水，抗压强度为0.8MPa。

Claims (10)

1.一种环保型聚氨酯堵水材料，其特征在于：由质量比为60-80：20-40的聚氨酯预聚体和添加剂制成：

聚氨酯预聚体由如下重量份数的原料制成：聚醚多元醇a 15-25份、聚醚多元醇b 5-10份、聚醚多元醇c 2-5份、除水剂0.1-0.5份和异氰酸酯50-75份；

其中：聚醚多元醇a官能度为3-4，羟值为300-500 mgKOH/g，

聚醚多元醇b官能度为2-3，羟值为200-400 mgKOH/g，

聚醚多元醇c官能度为2-3，羟值为100-200 mgKOH/g；

添加剂由如下重量份数的原料制成：增塑剂3-10份、稀释剂5-15份、阻燃剂3-5份、催化剂0.3-2份和表面活性剂1-3份；

除水剂选用ALT-201。

2.根据权利要求1所述的环保型聚氨酯堵水材料，其特征在于：除水剂为安乡艾利特化工生产的ALT-201。

3.根据权利要求1所述的环保型聚氨酯堵水材料，其特征在于：异氰酸酯为多苯基多亚甲基多异氰酸酯。

4.根据权利要求1所述的环保型聚氨酯堵水材料，其特征在于：增塑剂为邻苯二甲酸二丁脂或邻苯二甲酸二辛脂中的一种或两种以任意比例混合。

5.根据权利要求1所述的环保型聚氨酯堵水材料，其特征在于：稀释剂为柠檬酸三丁酯、柠檬酸三乙酯或乙酸乙酯中的一种或几种以任意比例混合。

6.根据权利要求1所述的环保型聚氨酯堵水材料，其特征在于：阻燃剂为卤代磷酸酯添加型阻燃剂或磷酸酯类添加型阻燃剂中的一种或两种以任意比例混合。

7.根据权利要求6所述的环保型聚氨酯堵水材料，其特征在于：卤代磷酸酯添加型阻燃剂为磷酸三(1-氯-2-丙基)酯或磷酸三(2-氯乙基)酯中的一种或两种混合；磷酸酯类添加型阻燃剂为磷酸三乙酯或磷酸三丁酯中的一种或两种以任意比例混合。

8.根据权利要求1所述的环保型聚氨酯堵水材料，其特征在于：催化剂为双吗啉基二乙基醚或有机锡催化剂中的一种或两种以任意比例混合。

9.根据权利要求1所述的环保型聚氨酯堵水材料，其特征在于：表面活性剂为中山东峻化工生产的H-3625或H-3971中的任意一种。

10.一种权利要求1-9任一所述的环保型聚氨酯堵水材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）聚氨酯预聚体的制备：

将聚醚多元醇a、聚醚多元醇b和聚醚多元醇c真空脱水2-3小时后加入到反应釜中，氮气保护条件下，加入除水剂，边搅拌边加入异氰酸酯，升温至75℃-85℃，并保温反应2.0-3.0小时，得到聚氨酯预聚体；

（2）添加剂的制备：

依次加入增塑剂、稀释剂、阻燃剂、催化剂和表面活性剂，在常温下搅拌混合均匀后即得添加剂；

（3）将聚氨酯预聚体和添加剂在氮气保护条件下，常温搅拌混合均匀，得到产品。