CN105001397A - 隧道加固用聚氨酯材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于聚氨酯材料技术领域，具体涉及一种隧道加固用聚氨酯材料及其制备方法。隧道加固用聚氨酯材料由A组分和B组分组成，A组分：聚醚多元醇A、聚醚多元醇B、增强改性剂、泡沫稳定剂、水、物理发泡剂、催化剂和增塑剂，B组分：多亚甲基多苯基多异氰酸酯、二苯甲烷二异氰酸酯和复合改性剂。本发明材料通过配方设计，常温使用固化速度可调，固结体强度高、韧性好；原料液粘度低与岩体粘结性好；材料相关原料绿色，无污染，低气味、不含有挥发性溶剂，不产生任何有毒气体，对人体无害，完全满足材料施工现场的使用要求和环保要求。

Description

隧道加固用聚氨酯材料及其制备方法
技术领域
本发明属于聚氨酯材料技术领域，具体涉及一种隧道加固用聚氨酯材料及其制备方法。
背景技术
在铁路、公路、地铁等大型工程建设的隧道掘进过程中，顶板管理是保证施工安全的关键环节，而破碎岩体引起的冒顶、片帮，一直是隧道掘进过程中无法回避的技术难题，容易发生落石砸人的事故，因此隧道需要加固处理。为提高掘进速度，迫切需要快速、有效的化学加固技术和加固材料。
发明内容
本发明的目的是提供一种隧道加固用聚氨酯材料，对岩体具有良好的粘结性，粘合后抗剪切性及韧性好，耐冲击，并且相关原料低气味、不含有挥发性溶剂，不产生任何有毒气体，完全满足材料施工现场的使用要求和环保要求；本发明同时提供了隧道加固用聚氨酯材料的制备方法，科学合理、简单易行。
本发明所述的隧道加固用聚氨酯材料，由A组分和B组分组成， 
A组分由如下重量百分比的原料制成：
B组分由如下重量百分比的原料制成：
多亚甲基多苯基多异氰酸酯     50-90％
二苯甲烷二异氰酸酯           5-25％
复合改性剂                   5-25％；
所述的增强改性剂为玻璃短纤维、玻璃微珠、高岭土和碳酸钙按0.5-1:1-2:1-3:0.5-1的质 量比混合制成的粉料；
所述的复合改性剂为邻苯二甲酸二甲酯、邻苯二甲酸二丁酯和邻苯二甲酸二辛脂按照0.5-2:1-2:1-3的质量比混合而成。
所述的聚醚多元醇A为3官能度，分子量为200-1000的聚环氧丙烷醚多元醇。
所述的聚醚多元醇B为6官能度，分子量为200-1000的聚环氧丙烷醚多元醇。
所述的泡沫稳定剂为Si-C类表面活性剂。
所述的水为化学发泡剂。
所述的物理发泡剂为1,1-二氯-1-氟代乙烷。 
所述的催化剂为有机金属催化剂和有机胺催化剂；优选二月桂酸二丁基锡、三亚乙基二胺和五甲基二亚乙基三胺，二月桂酸二丁基锡、三亚乙基二胺和五甲基二亚乙基三胺的质量比为0.1-1.5:1-2.5:0.5-3。
所述的增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯。
本发明所述的隧道加固用聚氨酯材料的制备方法，步骤如下：
(1)A组分的制备：先将聚醚多元醇A和聚醚多元醇B装入混合釜中搅拌，然后加入增强改性剂、催化剂、物理发泡剂、水、泡沫稳定剂、增塑剂，在常温下搅拌均匀，取样检测合格后，即可包装；
(2)B组分的制备：将多亚甲基多苯基多异氰酸酯、二苯甲烷二异氰酸酯和复合改性剂装入混合釜中搅拌均匀，取样检测合格后，即可包装；
将A、B组分按A:B＝1:1的重量比混合均匀，即得隧道加固用聚氨酯材料。
本发明制得的隧道加固用聚氨酯材料经检测，产品质量指标可以达到：
模塑芯密度：              800-1200kg/m3
压缩强度：                ≥80MPa
粘结强度：                ≥3.5MPa
性能完全达到了隧道加固材料的要求。
本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：
(1)能够通过加入增强改性剂及配方的优化进一步提高了传统聚氨酯材料的强度与韧性，使之更加适用于隧道掘进施工环境，有效避免了在隧道掘进施工中存在的冒顶、片帮等安全隐患。
(2)本发明材料通过配方设计，常温使用固化速度可调，固结体强度高、韧性好；原料液粘度低与岩体粘结性好。
(3)本发明材料相关原料绿色，无污染，低气味、不含有挥发性溶剂，不产生任何有毒气体，对人体无害，完全满足材料施工现场的使用要求和环保要求。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明做进一步描述。
实施例1
(1)制备A组分料100公斤：分别称量官能度为3，分子量为380的聚环氧丙烷醚多元醇44公斤，官能度为6，分子量为800的聚环氧丙烷醚多元醇16公斤，玻璃短纤维3公斤、玻璃微珠4公斤、高岭土5公斤和碳酸钙3公斤，水1.5公斤，催化剂二月桂酸二丁基锡0.625公斤，催化剂三乙烯二胺1.25公斤，催化剂五甲基二亚乙基三胺0.625公斤，邻苯二甲酸二丁酯21公斤。将称量好的官能度为3，分子量为380的聚环氧丙烷醚多元醇和官能度为6，分子量为800的聚环氧丙烷醚多元醇装入混合釜中搅拌，然后加入称好的玻璃短纤维、玻璃微珠、高岭土、碳酸钙、水、催化剂、邻苯二甲酸二丁酯在常温下搅拌均匀，取样检测合格后，即可包装。
(2)制备B组分料100公斤：分别称量多亚甲基多苯基多异氰酸酯90公斤，二苯甲烷二异氰酸酯5公斤，邻苯二甲酸二甲酯2公斤、邻苯二甲酸二丁酯1公斤和邻苯二甲酸二辛酯2公斤。
将A、B组分料按A:B＝100:100重量配比混合制成隧道加固用聚氨酯材料，检测产品质量指标。
模塑芯密度：               1200kg/m3
压缩强度：                 110MPa 
粘结强度：                 4.5MPa 
实施例2
(1)制备A组分料100公斤：分别称量官能度为3，分子量为380的聚环氧丙烷醚多元醇50公斤，官能度为6，分子量为800的聚环氧丙烷醚多元醇10公斤，玻璃短纤维3公斤、玻璃微珠3公斤、高岭土4公斤和碳酸钙3公斤，泡沫稳定剂1公斤，1,1-二氯-1-氟代乙烷5公斤，水1.7公斤，催化剂二月桂酸二丁基锡0.625公斤，催化剂三乙烯二胺1.25公斤，催化剂五甲基二亚乙基三胺0.625公斤，邻苯二甲酸二丁酯16.8公斤。将称量好的官能度为3，分子量为380的聚环氧丙烷醚多元醇和官能度为6，分子量为800的聚环氧丙烷醚多元醇装入混合釜中搅拌，然后加入称好的玻璃短纤维、玻璃微珠、高岭土、碳酸钙、水、催化剂、邻苯二甲酸二丁酯、泡沫稳定剂和1,1-二氯-1-氟代乙烷在常温下搅拌均匀，取样检测合格后，即可包装。
(2)制备B组分料100公斤：分别称量多亚甲基多苯基多异氰酸酯70公斤，二苯甲烷二异氰酸酯10公斤，邻苯二甲酸二甲酯6公斤、邻苯二甲酸二丁酯7公斤和邻苯二甲酸二辛酯7公斤。
将A、B组分料按A:B＝100:100重量配比混合制成隧道加固用聚氨酯材料，检测产品质量指标。
模塑芯密度：              850kg/m3
压缩强度：                94MPa 
粘结强度：                3.8MPa 
实施例3
(1)制备A组分料100公斤：分别称量官能度为3，分子量为380的聚环氧丙烷醚多元醇45公斤，官能度为6，分子量为800的聚环氧丙烷醚多元醇15公斤，玻璃短纤维3公斤、玻璃微珠4公斤、高岭土4公斤和碳酸钙3公斤，泡沫稳定剂1.5公斤，1,1-二氯-1-氟代乙烷5公斤，水2公斤，催化剂二月桂酸二丁基锡0.625公斤，催化剂三乙烯二胺1.25公斤，催化剂五甲基二亚乙基三胺0.625公斤，邻苯二甲酸二丁酯15公斤。将称量好的官能度为3，分子量为380的聚环氧丙烷醚多元醇和官能度为6，分子量为800的聚环氧丙烷醚多元醇装入混合釜中搅拌，然后加入称好的玻璃短纤维、玻璃微珠、高岭土、碳酸钙、水、催化剂、邻苯二甲酸二丁酯、泡沫稳定剂、1,1-二氯-1-氟代乙烷在常温下搅拌均匀，取样检测合格后，即可包装。
(2)制备B组分料100公斤：分别称量多亚甲基多苯基多异氰酸酯65公斤，二苯甲烷二异氰酸酯10公斤，邻苯二甲酸二甲酯7公斤、邻苯二甲酸二丁酯8公斤和邻苯二甲酸二辛酯10公斤。
将A、B组分料按A:B＝100:100重量配比混合制成隧道加固用聚氨酯材料，检测产品质量指标。
模塑芯密度：               800kg/m3
压缩强度：                 88MPa 
粘结强度：                 3.6MPa 。

Claims (9)

1.一种隧道加固用聚氨酯材料，由A组分和B组分组成，其特征在于：
A组分由如下重量百分比的原料制成：
B组分由如下重量百分比的原料制成：
多亚甲基多苯基多异氰酸酯    50-90％
二苯甲烷二异氰酸酯          5-25％
复合改性剂                  5-25％；
所述的增强改性剂为玻璃短纤维、玻璃微珠、高岭土和碳酸钙按0.5-1:1-2:1-3:0.5-1的质量比混合制成的粉料；
所述的复合改性剂为邻苯二甲酸二甲酯、邻苯二甲酸二丁酯和邻苯二甲酸二辛脂按照0.5-2:1-2:1-3的质量比混合而成。
2.根据权利要求1所述的隧道加固用聚氨酯材料，其特征在于所述的聚醚多元醇A为3官能度，分子量为200-1000的聚环氧丙烷醚多元醇。
3.根据权利要求1所述的隧道加固用聚氨酯材料，其特征在于所述的聚醚多元醇B为6官能度，分子量为200-1000的聚环氧丙烷醚多元醇。
4.根据权利要求1所述的隧道加固用聚氨酯材料，其特征在于所述的泡沫稳定剂为Si-C类表面活性剂。
5.根据权利要求1所述的隧道加固用聚氨酯材料，其特征在于所述的物理发泡剂为1,1-二氯-1-氟代乙烷。
6.根据权利要求1所述的隧道加固用聚氨酯材料，其特征在于所述的催化剂为有机金属催化剂和有机胺催化剂。
7.根据权利要求6所述的隧道加固用聚氨酯材料，其特征在于所述的催化剂为二月桂酸二丁基锡、三亚乙基二胺和五甲基二亚乙基三胺，二月桂酸二丁基锡、三亚乙基二胺和五甲基二亚乙基三胺的质量比为0.1-1.5:1-2.5:0.5-3。
8.根据权利要求1所述的隧道加固用聚氨酯材料，其特征在于所述的增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯。
9.一种权利要求1-8任一所述的隧道加固用聚氨酯材料的制备方法，其特征在于步骤如下：
(1)A组分的制备：先将聚醚多元醇A和聚醚多元醇B装入混合釜中搅拌，然后加入增强改性剂、催化剂、物理发泡剂、水、泡沫稳定剂、增塑剂，在常温下搅拌均匀，取样检测合格后，即可包装；
(2)B组分的制备：将多亚甲基多苯基多异氰酸酯、二苯甲烷二异氰酸酯和复合改性剂装入混合釜中搅拌均匀，取样检测合格后，即可包装；
将A、B组分按A:B＝1:1的重量比混合均匀，即得隧道加固用聚氨酯材料。
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