CN104140667A - 一种改性聚氨酯灌浆材料及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种改性聚氨酯灌浆材料的制备方法和应用，其中，该方法包括以下步骤：步骤一：将稀释剂、异氰酸酯化合物、水和硅酸盐水泥接触混匀获得组分A；将聚合醇、泡沫稳定剂和催化剂接触混匀获得组分B；步骤二：将组分A与组分B接触混匀。本发明解决了现有单纯聚氨酯灌浆材料成本高、固结体强度低、无机灌浆材料凝结时间长、强度发展缓慢等缺点，获得了一种成本低、凝固时间可调、发泡固结体强度高、渗透性好、环境友好型材料。

Description

一种改性聚氨酯灌浆材料及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及建筑材料领域，具体的，涉及一种改性聚氨酯灌浆材料及其制备方法和应用。

背景技术

灌浆材料是指在一定压力作用下灌入底层、岩石或构筑物中的缝隙、孔洞中,达到减少挤出渗漏、改善裂隙岩体的物理力学性质，增加建筑物和构筑物地基的整体稳定性，提高其抗渗性、强度、耐久性的流体质材料。灌浆材料种类繁多,一般主要分为无机灌浆材料和有机灌浆材料。

无机灌浆材料主要是水泥浆，水泥砂浆、超细水泥浆、粘土浆、水泥粘土浆、水泥石灰浆等。其中，水泥浆是目前应用范围最广、需求量最大的无机灌浆材料。水泥浆具有料源广、成本低、配浆简单、灌浆操作工艺方便等优点，因此在各类灌浆工程中广泛使用。然而，水泥浆液凝结时间长，在有动水条件下，容易流失，被水冲走；强度发展缓慢，不能达到某些特殊要求的作业中；凝结受温度影响较大，低温环境下施工困难。

有机灌浆材料有木质素系列、环氧树脂系列、丙烯酰胺系列、聚氨酯系列等。聚氨酯灌浆材料自上世纪六十年代问世以来，以其独特的化学反应过程，遇水后能迅速发生交联反应并反应二氧化碳，该二氧化碳可以推动浆液二次渗透，进入岩体或构筑物的细微裂缝，并迅速与待处理岩体壁面或构筑物缝面粘结固化为一体，具有固结体强度高、抗渗能力强，且常温下反应固化，浆液渗透能力强，加固堵水效果优异等优点战胜了其它化学灌浆材料，广泛应用于各类灌浆工程中。但由于成本较高，部分外加剂对环境有污染，操作工艺较复杂，固结体强度低等缺点，聚氨酯材料的应用受到了极大的限制。

发明内容

为此，本发明的目的在于克服上述现有技术中存在的缺陷，提供一种成本较低、固结时间可调、固结体强度高、流动性好的改性聚氨酯灌浆材料。

本发明提供了一种改性聚氨酯灌浆材料的制备方法，其中，该方法包括以下步骤：

步骤一：将稀释剂、异氰酸酯化合物、水和硅酸盐水泥接触混匀获得组分A；

将聚合醇、泡沫稳定剂和催化剂接触混匀获得组分B；

步骤二：将组分A与组分B接触混匀。

优选的，该方法包括将稀释剂与异氰酸酯化合物接触混匀获得混合物1，再将混合物1与水接触获得混合物2，混合物2与硅酸盐水泥接触获得组分A；以及，该方法包括将聚合醇与泡沫稳定剂接触混匀后与催化剂接触获得组分B。

本发明还提供了一种改性聚氨酯灌浆材料，其中，所述改性聚氨酯灌浆材料是按照本发明所述的方法制备的。

本发明还提供了所述的改性聚氨酯灌浆材料在建筑领域的应用。

本发明所提供的改性聚氨酯灌浆材料及其制备方法和应用，解决了现有单纯聚氨酯灌浆材料成本高、固结体强度低、无机灌浆材料凝结时间长、强度发展缓慢等缺点，获得了一种成本低、凝固时间可调、发泡固结体强度高、渗透性好、环境友好型材料。

具体实施方式

本发明提供了许多可应用的创造性概念，该创造性概念可大量的体现于具体的上下文中。在下述本发明的实施方式中描述的具体的实施例仅作为本发明的具体实现方式的示例性说明，而不构成对本发明范围的限制。

本发明提供了一种改性聚氨酯灌浆材料的制备方法，其中，该方法包括以下步骤：

步骤一：将稀释剂、异氰酸酯化合物、水和硅酸盐水泥接触混匀获得组分A；

将聚合醇、泡沫稳定剂和催化剂接触混匀获得组分B；

步骤二：将组分A与组分B接触混匀。

其中，在步骤一中，接触混合获得组分A的过程可以按照以下步骤进行：首先将稀释剂与异氰酸酯化合物接触混匀，再将混合物1与水接触获得混合物2，接下来将混合物2与硅酸盐水泥接触获得组分A。

在步骤一中，接触混合获得组分B的过程可以按照以下步骤进行：先将聚合醇与泡沫稳定剂接触混匀后与催化剂接触获得组分B。

在本发明所提供的方法中，对于所述接触混匀的方法没有特别的限制，只要能够使得各种物料充分的混合均匀即可。

本发明所提供的方法中，各个操作步骤均是在常温常压的条件下进行的。

在本发明所提供的方法中，相对于100重量份的水，稀释剂的添加量为100-200重量份；异氰酸酯化合物的添加量为80-150重量份；硅酸盐水泥的添加量为150-200重量份；聚合醇的添加量为100-160重量份；泡沫稳定剂的添加量为1-5重量份、催化剂的添加量为1-5重量份；优选的，相对于100重量份的水，稀释剂的添加量为150-180重量份；异氰酸酯化合物的添加量为100-120重量份；硅酸盐水泥的添加量为160-180重量份；聚合醇的添加量为120-150重量份；泡沫稳定剂的添加量为2-4、催化剂的添加量为2-4重量份。

在本发明的一种实施方式中，所述硅酸盐水泥为普通硅酸盐水泥P.O42.5。

在本发明所提供的制备方法中，所述异氰酸酯化合物选自由甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、多苯基多亚甲基多异氰酸酯、苯二亚甲基二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯和对苯二异氰酸酯所组成的组中的一种或几种。

优选的，所述异氰酸酯化合物可以为甲苯二异氰酸酯和苯二亚甲基二异氰酸酯的组合，或者可以为多亚甲基多异氰酸酯、苯二亚甲基二异氰酸酯和六亚甲基二异氰酸酯。

其中，当所述异氰酸酯化合物为甲苯二异氰酸酯和苯二亚甲基二异氰酸酯的组合时，二者的重量比优选为7：10。

当所述异氰酸酯化合物为多亚甲基多异氰酸酯、苯二亚甲基二异氰酸酯和六亚甲基二异氰酸酯时，三者的重量比优选为5：2：7。

在本发明所述的方法中，所述聚合醇为聚乙二醇和/或聚乙二醇单甲醚。

当所述聚合醇为聚乙二醇和聚乙二醇单甲醚时，二者的重量比为1：0.5-2。

在本发明所提供的方法中，述稀释剂为乙酸丁酯或二氯甲烷；所述泡沫稳定剂选自水溶性硅油、聚乙烯基吡咯烷酮、吐温80中的一种或几种；优选的为聚乙烯基吡咯烷酮。

在本发明中，所使用的催化剂为叔胺类催化剂，具体的，可以为三亚乙基二胺、甲基二乙醇胺、N-甲基吗啡啉、N,N-甲基二环乙基氨中的一种或多种。

最为优选的，所述叔胺类催化剂为三乙胺和三亚乙基二胺的组合，二者的重量比优选为1：1-2。

本发明还提供了一种改性聚氨酯灌浆材料，其中，所述改性聚氨酯灌浆材料是按照本发明所述的改性聚氨酯灌浆材料制备方法制备的。

本发明所提供的改性聚氨酯灌浆材料的制备成本低，凝固时间可调，发泡固体强度高、固结体无收缩性、粘度低、渗透性好并且为无毒无害的环境友好型材料。

本发明所述的改性聚氨酯灌浆材料在配制好后保存期为1h以内

本发明的一个方面还包括所述的改性聚氨酯灌浆材料在建筑领域的应用。

具体的，所述改性聚氨酯灌浆材料可以适用于水电工程中的水库坝基、围堰防渗灌浆、土木工程、煤矿、石油开采等方面的加固补强、防渗漏堵、应急抢险工程中的堵水作业等。

本发明所述的改性聚氨酯灌浆材料的使用方法可以按照本领域常规的灌浆材料使用方法进行。例如可以首先根据工程实际需要钻出灌注孔、埋设灌注管，然后连接灌浆泵和灌浆管开始进行灌浆，从而将本品灌注到指定的位置。

下面通过实施例更详细地描述本发明。

以下实施例中各原料的来源列于表1。

表1

原料	来源厂家
		乙酸乙酯	重庆扬子江乙酰化工有限公司
二氯甲烷	东莞市天瑞化工有限公司
		异氰酸酯化合物	上海联恒异氰酸酯有限公司
聚乙烯吡咯烷酮	东营市鸿亚化工有限公司
		水溶性硅油	广州市聚成兆业有机硅原料有限公司
N,N-甲基二环己基胺	新典化学材料(上海)有限公司
		硅酸盐水泥	拉法基瑞安水泥有限公司
三亚乙基二胺	南京莽原之旭化工有限公司
		N-甲基吗啡啉	无锡市展望化工试剂有限公司

以下实施例中，改性聚氨酯灌浆材料性能的评价按照以下方法进行：上述固化时间、发泡率、固结体抗压强度根据JC/T2041-2010中规定的方法测试，粘度根据GB/T2794-1995中规定的方法测试。称取20g刚混合均匀的改性聚氨酯灌浆材料于带刻度的容器中，记录时间t1，读取体积V1，测量材料发泡停止后的体积，此时视为材料完全凝固，记录时间t2，读取最终体积V2。

固化时间的测定：从式样刚混合均匀到发泡体体积停止变化所经历的时间，即：t＝t2-t1

发泡率的测定：反应形成的泡沫状固结体相对于原浆液的体积增长率，即：

Fc＝V2/V1×100％

固结体强度：通过制成长宽高均为40mm的立方体试件，用JSE-300型压力试验机进行测试。

粘度：通过ZNN-D6B型电动六速粘度计测得。

实施例1-9

实施例1-9用于说明本发明所提供的改性聚氨酯灌浆材料的制备方法。

按照表2列出的组分含量，制备改性聚氨酯灌浆材料。

在混合釜中，先加入稀释剂，再加入异氰酸酯化合物并搅拌均匀后加入水混匀，最后加入硅酸盐水泥在常压下混合均匀后制得组分A。

在混合釜中，先加入聚合醇再加入泡沫稳定剂搅拌均匀，最后加入催化剂搅拌混合均匀，制得组分B。

将组分A和组分B混合均匀，获得改性聚氨酯灌浆材料。

表2

实施例1-9中，各组分的具体选择如下：

实施例1-5中各组分的选择如下：稀释剂(乙酸丁酯)，异氰酸酯化合物(甲苯二异氰酸酯、苯二亚甲基二异氰酸酯的重量比为23：34)，聚合醇为(聚乙二醇和聚乙二醇单甲醚的重量比为2:1)，泡沫稳定剂(水溶性硅油与聚乙烯基吡咯烷酮的重量比为1：1)，催化剂(N,N-甲基二环己基氨)。

实施例6

按照实施例1的方法制备改性聚氨酯灌浆材料，不同的是，稀释剂由乙酸丁酯和二氯甲烷按照17：23的重量比混合组成。

实施例7

按照实施例1的方法制备改性聚氨酯灌浆材料，不同的是，异氰酸酯化合物由多苯基多亚甲基多异氰酸酯、苯二亚甲基二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯按照25：9：34的重量比组成。

实施例8

按照实施例1的方法制备改性聚氨酯灌浆材料，不同的是，所使用的聚合醇为聚乙二醇。

实施例9

按照实施例1的方法制备改性聚氨酯灌浆材料，不同的是，所使用的催化剂为三亚乙基二胺和N-甲基吗啡啉按照重量比1：2组合获得的。

测试实施例1

检测改性聚氨酯灌浆材料1-9的固化时间、发泡率、固结体抗压强度和粘度，结果列于表3。

表3

应该注意的是，上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。单词第一、第二以及第三等的使用不表示任何顺序，可将这些单词解释为名称。

Claims (10)

1.一种改性聚氨酯灌浆材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一：将稀释剂、异氰酸酯化合物、水和硅酸盐水泥接触混匀获得组分A；

将聚合醇、泡沫稳定剂和催化剂接触混匀获得组分B；

步骤二：将组分A与组分B接触混匀。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，该方法包括将稀释剂与异氰酸酯化合物接触混匀获得混合物1，再将混合物1与水接触获得混合物2，混合物2与硅酸盐水泥接触获得组分A；以及，该方法包括将聚合醇与泡沫稳定剂接触混匀后与催化剂接触获得组分B。

3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其中，相对于100重量份的水，稀释剂的添加量为100-200重量份；异氰酸酯化合物的添加量为80-150重量份；硅酸盐水泥的添加量为150-200重量份；聚合醇的添加量为100-160重量份；泡沫稳定剂的添加量为1-5重量份、催化剂的添加量为1-5重量份；优选的，相对于100重量份的水，稀释剂的添加量为150-180重量份；异氰酸酯化合物的添加量为100-120重量份；硅酸盐水泥的添加量为160-180重量份；聚合醇的添加量为120-150重量份；泡沫稳定剂的添加量为2-4、催化剂的添加量为2-4重量份。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述硅酸盐水泥为P.O42.5。

5.根据权利要求1或4所述的制备方法，其中，所述异氰酸酯化合物选自由甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、多苯基多亚甲基多异氰酸酯、苯二亚甲基二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯和对苯二异氰酸酯所组成的组中的一种或几种。

6.根据权利要求1或2所述的制备方法，其中，所述聚合醇为聚乙二醇和/或聚乙二醇单甲醚。

7.根据权利要求1或2所述的制备方法，其中，所述稀释剂为乙酸丁酯或二氯甲烷。

8.根据权利要求1或2所述的制备方法，其中，所述泡沫稳定剂选自水溶性硅油、聚乙烯基吡咯烷酮、吐温80中的一种或几种。

9.一种改性聚氨酯灌浆材料，其特征在于，所述改性聚氨酯灌浆材料是按照权利要求1-8中任意一项所述的方法制备的。

10.权利要求9所述的改性聚氨酯灌浆材料在建筑领域的应用。