CN104045807A - 一种环保型聚氨酯堵水加固材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种环保型聚氨酯堵水加固材料及其制备方法，其特征在于：是由组份A和组份B按质量比6～9：1混合后得到；组份A是由异氰酸酯D1与聚合物多元醇E1通过聚合反应生成的预聚体，与惰性稀释剂、异氰酸酯D2混合而来；组份B是由聚合物多元醇、催化剂及泡沫稳定剂混合获得。本发明聚氨酯堵水加固材料解决了传统注浆材料只能单纯加固或堵水的局限性问题，具有包水性高、粘度低、强度高、环保性好、耐久性好、不易燃的特点。本发明的聚氨酯堵水加固材料制备工艺简单，对施工人员危害小。可用于煤矿及其他建筑物的基础防渗加固处理。

Description

一种环保型聚氨酯堵水加固材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种环保型聚氨酯堵水加固材料及其制备方法。本发明适用于煤矿及其他建筑物基础防渗加固处理，有效解决了复杂地质条件下，煤岩体加固防塌方、顶板稳定性控制、片帮、渗漏水及涌水、空穴的快速处理等问题。
背景技术
聚氨酯注浆材料是以多异氰酸酯与多羟基化合物经聚合反应制备的化学注浆材料，广泛应用于水利水电、建筑、交通工程和采矿领域中，对变形缝、施工缝、结构缝起到防水堵漏作用，对建筑物地基复杂地层起到加固补强等作用。
聚氨酯堵水加固材料是聚氨酯与一些添加剂所组成的化学注浆，遇水以后能立即与水发生扩链、支化及交联反应，产生CO2气体，造成体积膨胀并最终生成一种不溶于水的，有一定强度的凝胶状固结体。聚氨酯注浆材料分为加固材料和堵水材料两种。其中，加固材料多采用分子量较小的聚醚多元醇与官能度较大的多异氰酸酯反应，以获得较大的强度。但遇到大量动水时，堵水效果较差。堵水材料多应用分子量较大的聚醚多元醇，但其强度较加固材料低。国内研究、应用聚氨酯堵水加固材料已有30多年的历史，但由于为了获得良好的包水性能，需要选用长链的聚醚多元醇作为原料。并且，为了防止制备过程中的凝胶现象，故选用的多为双官能度的异氰酸酯。所以，预聚体法制备的堵水材料遇水反应生成的固结体力学强度较差。特别是当原本需要堵水的部位在堵水过后一段时间后，由于水分的散失，会导致固结体缺水回缩，与岩体的粘结面开裂。重复堵水效果较差，安全性低。
现有的亲水性聚氨酯堵水加固材料多为预聚体法制备，得到的预聚体粘度较大，需要添加溶剂稀释到合适的粘度。使用的稀释剂多为丙酮、二甲苯等有机溶剂。沸点低，易燃。无论是对生产工人还是施工人员都有较大的危害。在矿用环境中，由于有机溶剂的挥发，会有爆炸的危险。而多年以来，国内外有大量因为切割注浆固结体引起的火灾的报道。并且由于其挥发、易燃性，对贮存与运输的设备要求比较高，提高了成本，在煤矿使用过程中还存在安全隐患。
当前，随着各国对环保节能和安全生产的日益重视，对聚氨酯堵水加固材料的强度、安全性和环保性提出了更高的要求。
发明内容
本发明旨在提供一种环保型聚氨酯堵水加固材料及其制备方法，在保留原有聚氨酯堵水加固材料综合性能的基础上，使本发明聚氨酯堵水加固材料具有兼顾加固、堵水双重性能的特点，并且粘度低、强度高、环保性好、不易燃、耐候性良好。
本发明采用的技术方案是：
本发明环保型聚氨酯堵水加固材料，其特点在于：所述的环保型聚氨酯堵水加固材料是由组份A和组份B按质量比6～9：1混合后得到；
所述组份A是由异氰酸酯D1与聚合物多元醇E1通过聚合反应生成的预聚体，与惰性稀释剂、异氰酸酯D2混合而来，所述组分A中各原料按质量份数构成为：
所述组份B中各原料按质量份的构成为：
聚合物多元醇E2  20～50份，
催化剂          0.5～3份，
泡沫稳定剂      0.5～2份。
所述异氰酸酯D1为二苯基甲烷二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯或六亚甲基二异氰酸酯中的一种或多种。
所述异氰酸酯D2为二苯基甲烷二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯或多亚甲基多苯基多异氰酸酯中的一种或多种。
所述聚合物多元醇E1为亲水聚醚多元醇，官能度3～5，分子量3000～8000，羟值为20～50mgKOH/g。
所述聚合物多元醇E2为聚醚多元醇或聚酯多元醇，官能度2～6，分子量300～1000，羟值为100～500mgKOH/g。
所述惰性稀释剂为烷基磷酸酯类或丙二醇碳酸酯。
所述催化剂为三乙醇胺、三乙烯二胺与二月桂酸二丁基锡的一种或几种组成的协效催化剂。
所述泡沫稳定剂为硅-碳键非水解型聚硅氧烷-聚醚共聚物。
本发明环保型聚氨酯堵水加固材料的制备方法，其特点在于是由以下步骤制备而得：
(1)制备组分A：所述组分A是由异氰酸酯D1与聚合物多元醇E1通过聚合反应生成的预聚体，与异氰酸酯D2混合而来，制备过程为：在装有搅拌器的反应釜内加入聚合物多元醇E1100份，在100～130℃下减压脱水1.5～3.5小时，然后冷却至20～40℃，加入异氰酸酯D15～10份，在60-90℃反应1.5-5小时，再冷却至15-40℃，加入异氰酸酯D230～60份和惰性稀释剂15～30重量份搅拌均匀，获得组分A；
(2)制备组分B：所述组分B是由聚合物多元醇E220～50份、催化剂0.5～3份与泡沫稳定剂0.5～2份混合搅拌均匀得来；
(3)将组分A与组分B按质量比6～9：1混合均匀，即得环保型聚氨酯堵水加固材料。
使用时，将组分A与组分B按质量比6～9：1混合均匀，获得环保型聚氨酯堵水加固材料，将其迅速的注入需要防渗堵漏的部位，即使有水分存在，也能迅速的凝胶固化，起到堵水加固的效果。
本发明的有益效果是：本发明聚氨酯堵水加固材料兼顾了堵水与加固的双重优势，具有高包水性、凝胶时间可调、固结体强度高、重复堵水性好，不含挥发性有机溶剂的优点。在保留聚氨酯堵水材料粘度低、自乳化、包水性好等特点的基础上，有较高的强度、耐候性与环境友好性，解决了以往注浆材料只可以单纯堵水或加固的缺陷；不添加有机溶剂，对人体危害小；施工方便；特别适用于矿井巷道松散结构的堵水加固处理。
具体实施方式
下面通过实施例的方式对本发明进行进一步说明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1
(1)在装有搅拌器的反应釜内加入聚合物多元醇E1(官能度为3，羟值27mgKOH/g)100份，在120℃下减压脱水2小时，冷却至30℃，然后加入甲苯二异氰酸酯5份，在60℃反应4小时，冷却至25℃，加入多亚甲基多苯基多异氰酸酯40份和甲基膦酸二甲酯30份，搅拌均匀，为A组分。
(2)将聚合物多元醇E2(官能度为3，羟值450mgKOH/g)30份、二月桂酸二丁基锡3份与聚醚硅氧烷2份混合搅拌均匀为B组分。
(3)使用时，将A组分与B组分以6：1的重量比混合均匀，即得环保型聚氨酯堵水加固材料。
以上实例获得产品技术指标如下：
组分A粘度 360cp
组分B粘度 610cp
包水性 6倍水
压缩强度 0.82MPa
垂直燃烧实验等级 FV-1
实施例2
(1)在装有搅拌器的反应釜内加入聚合物多元醇E1(官能度为3，羟值27mgKOH/g)100份，在120℃下减压脱水2小时，冷却至30℃，然后加入二苯基甲烷二异氰酸酯6份，在80℃反应2.5小时，冷却至25℃，加入多亚甲基多苯基多异氰酸酯45份和丙二醇碳酸酯30份，搅拌均匀，为A组分。
(2)将聚合物多元醇E2(官能度为3，羟值450mgKOH/g)35份、二月桂酸丁二烯2份与聚醚硅氧烷1.5份混合搅拌均匀为B组分。
(3)使用时，将A组分与B组分以8：1的重量比混合均匀，即得环保型聚氨酯堵水加固材料。
以上实例获得产品技术指标如下：
组分A粘度 320cp
组分B粘度 590cp
包水性 7倍水
压缩强度 0.81MPa
垂直燃烧实验等级 FV-1
实施例3
(1)在装有搅拌器的反应釜内加入聚合物多元醇E1(官能度为3，羟值27mgKOH/g)100份，在110℃下减压脱水2小时，冷却至30℃，然后加入甲苯二异氰酸酯6份，在70℃反应3小时，冷却至25℃，加入多亚甲基多苯基多异氰酸酯35份和丙二醇碳酸酯25份，搅拌均匀，为A组分。
(2)将聚合物多元醇E2(官能度为3，羟值450mgKOH/g)28份、三乙醇胺0.5份与聚醚硅氧烷1份混合搅拌均匀为B组分。
(3)使用时，将A组分与B组分以6：1的重量比混合均匀，即得环保型聚氨酯堵水加固材料。
以上实例获得产品技术指标如下：
组分A粘度 370cp
组分B粘度 600cp
包水性 8倍水
压缩强度 0.88MPa
垂直燃烧实验等级 FV-1
实施例4
(1)在装有搅拌器的反应釜内加入聚合物多元醇E1(官能度为3，羟值27mgKOH/g)100份，在110℃下减压脱水2小时，冷却至30℃，然后加入六亚甲基二异氰酸酯5份，在60℃反应4.5小时，冷却至25℃，加入甲苯二异氰酸酯40份和甲基膦酸二甲酯25份，搅拌均匀，为A组分。
(2)将聚合物多元醇E2(官能度为3，羟值450mgKOH/g)25份、二月桂酸二丁基锡1份与聚醚硅氧烷2份混合搅拌均匀为B组分。
(3)使用时，将A组分与B组分以7：1的重量比混合均匀，即得环保型聚氨酯堵水加固材料。
以上实例获得产品技术指标如下：
组分A粘度 360cp
组分B粘度 630cp
包水性 7倍水
压缩强度 0.95MPa
垂直燃烧实验等级 FV-1
实施例5
(1)在装有搅拌器的反应釜内加入聚合物多元醇E1(官能度为3，羟值30mgKOH/g)100份，在120℃下减压脱水2小时，冷却至30℃，然后加入二苯基甲烷二异氰酸酯6份，反应温度在80℃，反应时间在3小时，冷却至25℃，加入多亚甲基多苯基多异氰酸酯35份，丙二醇碳酸酯30份，搅拌均匀，为A组分。
(2)将聚合物多元醇E2(官能度为4，羟值510mgKOH/g)25份、二月桂酸二丁基锡2份与聚醚硅氧烷3份混合搅拌均匀为B组分。
(3)使用时，将A组分与B组分以5：1的重量比混合均匀，即得环保型聚氨酯堵水加固材料。
以上实例获得产品技术指标如下：
组分A粘度 330cp
组分B粘度 600cp
包水性 6倍水
压缩强度 0.98MPa
垂直燃烧实验等级 FV-1

Claims (9)

1.一种环保型聚氨酯堵水加固材料，其特征在于：所述的环保型聚氨酯堵水加固材料是由组份A和组份B按质量比6～9：1混合后得到；
所述组份A是由异氰酸酯D1与聚合物多元醇E1通过聚合反应生成的预聚体，与惰性稀释剂及异氰酸酯D2混合而来，所述组分A中各原料按质量份数构成为：
所述组份B中各原料按质量份数构成为：
聚合物多元醇E2  20～50份，
催化剂          0.5～3份，
泡沫稳定剂      0.5～2份。
2.根据权利要求1所述的环保型聚氨酯堵水加固材料，其特征在于：所述异氰酸酯D1为二苯基甲烷二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯或六亚甲基二异氰酸酯中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的环保型聚氨酯堵水加固材料，其特征在于：所述异氰酸酯D2为二苯基甲烷二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯或多亚甲基多苯基多异氰酸酯中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的环保型聚氨酯堵水加固材料，其特征在于：所述聚合物多元醇E1为亲水聚醚多元醇，官能度3～5，分子量3000～8000，羟值为20～50mgKOH/g。
5.根据权利1所述的环保型聚氨酯堵水加固材料，其特征在于：所述聚合物多元醇E2为聚醚多元醇或聚酯多元醇，官能度2～6，分子量300～1000，羟值为100～500mgKOH/g。
6.根据权利1所述的环保型聚氨酯堵水加固材料，其特征在于：所述惰性稀释剂为烷基磷酸酯类或丙二醇碳酸酯。
7.根据权利1所述的环保型聚氨酯堵水加固材料，其特征在于：所述催化剂为三乙醇胺、三乙烯二胺与二月桂酸二丁基锡的一种或几种组成的协效催化剂。
8.根据权利1所述的环保型聚氨酯堵水加固材料，其特征在于：所述泡沫稳定剂为硅-碳键非水解型聚硅氧烷-聚醚共聚物。
9.一种权利要求1所述环保型聚氨酯堵水加固材料的制备方法，其特征在于是由以下步骤制备而得：
(1)制备组分A：所述组分A是由异氰酸酯D1与聚合物多元醇E1通过聚合反应生成的预聚体，与异氰酸酯D2混合而来，制备过程为：在装有搅拌器的反应釜内加入聚合物多元醇E1100份，在100～130℃下减压脱水1.5～3.5小时，然后冷却至20～40℃，加入异氰酸酯D15～10份，在60-90℃反应1.5-5小时，再冷却至15-40℃，加入异氰酸酯D230～60份和惰性稀释剂15～30重量份搅拌均匀，获得组分A；
(2)制备组分B：所述组分B是由聚合物多元醇E220～50份、催化剂0.5～3份与泡沫稳定剂0.5～2份混合搅拌均匀得来；
(3)将组分A与组分B按质量比6～9：1混合均匀，即得环保型聚氨酯堵水加固材料。
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