CN103865023A - 环保型聚氨酯灌浆材料及其制备方法 - Google Patents

环保型聚氨酯灌浆材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种环保型的聚氨酯灌浆材料，在无氧和无水条件下，将聚醚多元醇、缓凝剂混合，投入反应釜中，搅拌下加入端羟基预聚体，78～85℃温度下，进行聚合反应2～3小时，控制预聚体的-NCOwt％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。

Description

环保型聚氨酯灌浆材料及其制备方法
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
聚氨基甲酸酯,简称为聚氨酯。英文名是polyurethane，简称为PU。在高分子结构的主链上含有很多的氨基甲酸酯基团（—NHCOO—）的大分子聚合物统称为聚氨酯，它是由有机二异氰酸酯或多异氰酸酯与二羟基或多羟基的化合物加聚而成的。聚氨酯材料是一类用途非常广泛的工程材料，它的工业化的生产大多是由有机异氰酸酯和多种含有端羟基的化合物反应而制备得到的。根据实际生产中所选择应用的官能基团的不同或者加工方法的不同，能制备出来作用功能不同、表现方式也各不相同的聚氨酯工业产品。聚氨酯合成材料的形态多种多样，有非常柔软以及十分坚硬的泡沫塑料，耐腐蚀的涂料、油漆，耐磨性能良好的弹性体，合成皮革、涂层树脂，高回弹性的弹性纤维，粘结性能优异的密封胶和胶粘剂等等，逐步地形成了一个具有优异性能并且十分重要的新型的人造合成材料系列。随着聚氨酯材料产品研究制造和应用技术的不断发展，该高分子聚合物已经变成了从人们的日常生活到工农业的生产，从文体医疗器械到航天飞行器制造等各领域中不可或缺的材料，被广泛地应用于居室用品、服装织物、医疗器械、电子元件、石油化工、汽车制造、土木建筑、交通运输、矿山用品、航空、农业等许多领域。
聚氨酯化学灌浆材料是一种防渗堵漏能力较强、固结强度较高的防渗固结材料,是由多异氰酸酯和多羟基化合物反应而成的聚氨基甲酸酯类的高聚物,简称聚氨酯。由于浆液中含有未反应的端异氰酸基团,当把聚氨酯浆液注入到多孔性的建筑物或疏松地基中时,该基团一经与水接触,就发生扩链、脱气、支化及交联反应,在建筑物缝隙或地基的土壤颗粒的孔隙间最终生成不溶于水的凝胶状固结体,在凝胶体中含有大量极性基团,与土颗粒及建筑物缝隙(岩石、混凝土等)表面有强的亲合力,粘结强度大,从而堵塞了缝隙,起到了防渗堵漏和加固地基的作用。反应中生成的二氧化碳,在不能逸出的情况下,将使凝胶体体积膨胀,产生较大的膨胀压力,一方面推动浆液向疏松地层的孔隙、裂缝深处扩散,另一方面促使浆液与土颗粒或建筑物缝隙表面形成较强的结合,这样加大了浆液的扩大范围,也增强了堵漏防渗效果。浆液还有遇水不易被稀释和冲出、胶凝时间可以控制等特点,可广泛应用于各种土建与水利工程的防水堵漏、地基加固、土壤稳定及探矿钻井、石油开采等诸多方面。
水溶性聚氨酯能与水以各种比例混合成乳浊液,并与水反应生成含水凝胶体,由于分子链中亲水基团的存在,使其具有表面活性作用,从而对裂隙的浸透性好,比油溶性聚氨酯有更大的渗透半径。本文主要针对某工程需要,研究了不同种类的外掺材料对浆液性能的影响,为其工程应用提供技术资料。
近年来，随着国家环保政策力度的不断加大，各种环保型材料的开发成为市场热点，聚氨酯灌浆材料也朝着环保和无害化方向发展。目前，我国市场上普遍存在的聚氨酯灌浆材料为丙酮体系，由于丙酮的闭杯闪点为-20℃、开杯闪点为-10℃，沸点仅为56.2℃，是一种不折不扣的易燃易爆化学危险品，且是易制毒品的原料之一，每次购买丙酮须办理准购证，运输又要办理危化品、易制毒品运输营运证，不仅提高了安全管理要求，而且增加了成本。因此，摒弃丙酮的高固含量环境友好型聚氨酯灌浆材料成了近期业内开发研究的重点。本文从原料的选择、材料的合成及性能讨论等方面，研究了高固含量环境友好型聚氨酯灌浆材料的制备。
发明内容
发明需要解决的技术问题在于克服现有技术的缺陷，提供一种阻燃补强型聚氨酯灌浆材料，它不仅具有现有产品的所有性能，而且泡沫体的抗压强度也有所提高，尤其适用于需要泡沫体起支撑作用的施工环境，且还具有良好的阻燃性、油溶性性能等。 
为解决上述问题，本发明是通过以下技术方案来实现的： 
一种环保型的聚氨酯灌浆材料，其制备过程包括以下步骤：
制备预聚体：在无氧和无水条件下，将聚醚多元醇、缓凝剂混合，投入反应釜中，搅拌下，进行负压脱水脱气处理1.5～3小时，降温至10～42℃后加入端羟基预聚体，78～85℃温度下，进行聚合反应2～3小时，控制预聚体的-NCOwt％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；所述的聚醚亲水性聚醚多元醇为官能度为2~6、EO/PO值为99/1~60/40、数均分子量为1000~12000的亲水性聚氧化丙烯-氧化乙烯多元醇，异氰酸酯中异氰酸根与亲水性聚醚多元醇中羟基的摩尔比为1：0.1~1：0.95，
在反应釜内通入氮气，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，再加入缓聚剂、表面活性剂、催化剂、增塑剂，搅拌混合均匀，即得到环保型水溶性聚氨酯化学灌浆材料。
端羟基聚氨酯预聚体的制备是将亲水聚醚抽入反应釜内，含水分合格后，开启搅拌，加入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MDI被完全封端，停止反应。
缓聚剂是磷酸、硫酸、硝酸、盐酸、苯甲酰氯或乙酸。
所述的缓聚剂的用量为原料总质量的10ppm~50ppm。
增塑剂为邻苯二甲酸二乙酯、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛酯中的一种或其任意两种以上组合。
泡沫稳定剂为聚烷烃硅氧烷。
所述增塑剂的含量为所述预聚体质量的5-10％；所述表面活性剂的含量为所述预聚体质量的1-2％。 
由于采用了以上技术方案，与现有技术相比，本发明具有如下优势：
 (1)浆液阻燃性：本发明的选用了难燃性有机溶剂，降低了灌浆材料在浆液的生产、储运和施工过程中的火灾隐患； 
 (2)泡沫体阻燃性：由本发明中反应生成的泡沫体具有阻燃型，降低了泡沫体所应用环境中的火灾隐患； 
 (3)抗压强度提高：由本发明中反应生成的泡沫体的抗压强度更高，尤其适用于需要泡沫体起支撑作用的施工环境。 
具体实施方式
实施例1
一种聚氨酯灌浆止漏材料，包括以下重量份的各组分：
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。 
制备预聚体：在无氧和无水条件下，将分子量1000－2000聚醚二元醇、苯甲酰氯混合，投入反应釜中，搅拌下，进行负压脱水脱气处理1.5小时，降温至10℃后加入端羟基预聚体，78℃温度下，进行聚合反应2小时，控制预聚体的-NCOwt％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；所述的聚醚亲水性聚醚多元醇为官能度为2~6、EO/PO值为99/1~60/40、数均分子量为1000~12000的亲水性聚氧化丙烯-氧化乙烯多元醇，异氰酸酯中异氰酸根与亲水性聚醚多元醇中羟基的摩尔比为1：0.1~1：0.95，
在反应釜内通入氮气，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，再加入缓聚剂、表面活性剂、催化剂、增塑剂，搅拌混合均匀，即得到环保型水溶性聚氨酯化学灌浆材料。
实施例2
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。 
制备预聚体：在无氧和无水条件下，将分子量1000－2000聚醚二元醇、苯甲酰氯混合，投入反应釜中，搅拌下，进行负压脱水脱气处理1.5小时，降温至10℃后加入端羟基预聚体，78℃温度下，进行聚合反应2小时，控制预聚体的-NCOwt％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；所述的聚醚亲水性聚醚多元醇为官能度为2~6、EO/PO值为99/1~60/40、数均分子量为1000~12000的亲水性聚氧化丙烯-氧化乙烯多元醇，异氰酸酯中异氰酸根与亲水性聚醚多元醇中羟基的摩尔比为1：0.1~1：0.95，
在反应釜内通入氮气，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重量份和聚烷烃硅氧烷0.5-3重量份，搅拌均匀，再加入硫酸、表面活性剂、催化剂、邻苯二甲酸二乙酯，搅拌混合均匀，即得到环保型水溶性聚氨酯化学灌浆材料。
上述内容，仅为本发明的较佳实施例，并非用于限制本发明的实施方案，本领域普通技术人员根据本发明的主要构思和精神，可以十分方便地进行相应的变通或修改，故本发明的保护范围应以权利要求书所要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种环保型的聚氨酯灌浆材料，其特征在于制备过程包括以下步骤：
1）  制备预聚体：在无氧和无水条件下，将聚醚多元醇、缓凝剂混合，投入反应釜中，搅拌下，进行负压脱水脱气处理1.5～3小时，降温至10～42℃后加入端羟基预聚体，78～85℃温度下，进行聚合反应2～3小时，控制预聚体的-NCOwt％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；所述的聚醚亲水性聚醚多元醇为官能度为2~6、EO/PO值为99/1~60/40、数均分子量为1000~12000的亲水性聚氧化丙烯-氧化乙烯多元醇，异氰酸酯中异氰酸根与亲水性聚醚多元醇中羟基的摩尔比为1：0.1~1：0.95，
2）  在反应釜内通入氮气，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，再加入缓聚剂、表面活性剂、催化剂、增塑剂，搅拌混合均匀，即得到环保型水溶性聚氨酯化学灌浆材料。
2.根据权利要求1所述的环保型的聚氨酯灌浆材料，其特征在于：端羟基聚氨酯预聚体的制备是将亲水聚醚抽入反应釜内，含水分合格后，开启搅拌，加入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MDI被完全封端，停止反应。
3.根据权利要求1或2所述的环保型的聚氨酯灌浆材料，其特征在于：缓聚剂是磷酸、硫酸、硝酸、盐酸、苯甲酰氯或乙酸。
4.根据权利要求3所述的环保型聚氨酯灌浆材料，其特征在于：所述的缓聚剂的用量为原料总质量的10ppm~50ppm。
5.根据权利要求1所述的环保型的聚氨酯灌浆材料，其特征在于：增塑剂为邻苯二甲酸二乙酯、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛酯中的一种或其任意两种以上组合。
6.根据权利要求1所述的环保型的环保型的聚氨酯灌浆材料，其特征在于：泡沫稳定剂为聚烷烃硅氧烷。
7.根据权利要求1所述的环保型的聚氨酯灌浆材料，其特征在于：所述增塑剂的含量为所述预聚体质量的5-10％；所述表面活性剂的含量为所述预聚体质量的1-2％。
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