CN105330831A - 用于聚氨酯单组份灌浆材料的聚醚多元醇及其制法和用途 - Google Patents

用于聚氨酯单组份灌浆材料的聚醚多元醇及其制法和用途 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种聚氨酯防水灌浆材料用的复合起始剂聚醚多元醇及其制备方法。该方法主要是解决原有聚氨酯灌浆用聚醚包水量小且与水反应形成的固结体强度低等缺点。该方法包括以下步骤：投入混合起始剂及固体催化剂，搅拌均匀后升温脱水，通入EO/PO，通料结束后老化；降温，加水及中和剂磷酸，中和搅拌，加入硅酸铝吸附剂，升温抽真空脱去粗醚中低沸物及水分，中控分析水分合格后压滤得到成品。

Description

用于聚氨酯单组份灌浆材料的聚醚多元醇及其制法和用途
技术领域
本发明涉及聚氨酯用聚醚多元醇及其制法，用于制备聚氨酯灌浆材料，特别是单组份聚氨酯灌浆材料。
背景技术
聚氨酯灌浆材料简称氰凝，是由多异氰酸酯与多羟基化合物反应制备的预聚体，再与一些其它添加剂如催化剂、匀泡剂、发泡剂、缓凝剂等组成的化学浆液。由于浆液中含有未反应的端—NCO基团，当浆液注入到多孔的建筑物或疏松地层中时，-NCO基团一旦与水接触，发生扩链、支化、交联等化学反应，在建筑物缝隙或者地基土壤颗粒的孔隙间，生成不溶于水的凝胶状固结体，而且固结体中含大量极性基团，与建筑物缝隙、颗粒表面有很强的亲合力、粘结强度，可以封堵涌水和地基中的流水。反应生成的CO2气体把浆液进一步压进疏松地层的孔隙中，使多孔结构完全充填密实。目前，聚氨酯灌浆材料已广泛应用于水利水电、建筑、交通及采矿的防水堵漏、加固补强等诸多方面。
聚氨酯灌浆材料可分为水溶性和油溶性2大类。油溶性聚氨酯灌浆材料固结体强度高、抗渗透性好，大多用于工程的加固补强。水溶性聚氨酯灌浆材料以其亲水性好，包水量大、固结体弹性好，被广泛用于工程的防水堵漏。水溶性聚氨酯浆液通常用特种亲水性聚醚多元醇与多异氰酸酯预聚而成，浆液遇水后乳化、分散到水中形成不溶于水的弹性凝胶固结体，达到以水止水的作用。由于多异氰酸酯类化合物中不含亲水基团，聚醚多元醇的亲水性决定水溶性聚氨酯的亲水性。
中国专利CN1320029C，介绍了一种在催化剂的作用下，直接以植物油脂和/或天然羧酸和多元醇为起始剂，与环氧化物开环聚合，制备含有羧酸酯基团的聚醚多元醇制备方法。其中天然羧酸包括天然脂肪酸，多元醇可以是含两个以上羟基化合物，或含两个以上羟基化合物与环氧化物的聚合物；反应温度为90-160℃，催化剂包括氢氧化钾、氢氧化钠或二甲胺中的一种或几种；中和剂为脂肪酸。但此方法制备出来的聚醚多元醇相对分子量不高，不能满足水利、水电、隧道、人防和工业、民用建筑中混凝土伸缩缝、裂缝等及基础的防渗堵漏要求。
中国专利CN10120392公开了一种聚氨酯防水灌浆材料，该专利用季戊四醇在催化剂条件下，与环氧化物开环聚合，制备季戊四醇聚醚多元醇，理论上季戊四醇单独合成聚醚多元醇能显著提高聚氨酯预聚体的固化产物包水量，达到25倍以上，且聚醚相对分子量可到达8000-10000。但由于目前季戊四醇熔点较高，与EO/PO反应较为困难，从可操作角度出发，必须在季戊四醇中添加了低分子液体醇作为复合起始剂。且此方法的环氧开环温度需要在120-150℃，能耗较高，因此需开发一种相对低能耗且具有更高保水量的聚醚多元醇。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种高包水量聚氨酯防水灌浆材料用聚醚多元醇及其制备方法，其主要解决现有技术所存在的制备出的聚醚多元醇由于分子量不高，无法满足水利、水电、隧道、人防和工业、民用建筑中混凝土伸缩缝、裂缝等及基础的防渗堵漏要求，及最大限度的提高用该聚醚多元醇制得的聚氨酯预聚体的包水量。
本发明的技术方案如下：
一种聚氨酯防水灌浆材料用聚醚多元醇制备方法，其包括下列步骤：
a.在装有搅拌器、温度计的高压反应釜中加入适量复合起始剂、催化剂，氮气置换3次后开始拉真空至-0.98MPa，然后升温，脱水后，降温至105℃，开始连续通入PO、EO或其混合物EO占聚醚总质量的质量百分含量在80-98％之间，所述的复合起始剂是官能度(f)在3-5之间，羟值在15-28mgKOH/g之间；
b.通完后于保温老化至负压，降温出料得到粗醚，再将粗醚用氮气压至精制釜后处理；
c.在精制釜中加入聚醚质量分数5％-10％的水后升温搅拌，再加入催化剂质量1.9-1.95倍的磷酸搅拌，再加入聚醚质量分数0.3％-0.5％的精制剂搅拌，最后升温抽真空脱水至水分质量分数≤0.08％，中控pH为5.0-7.0，压滤除去精制剂得到成品聚氨酯防水灌浆材料用聚醚多元醇，所述的精制为硅酸镁、硅酸铝或其混合物。
上述的制备方法，步骤a所述的复合起始剂可以是乙二醇、甘油、季戊四醇、山梨醇或蔗糖中的两种或几种。
上述的制备方法，步骤a中，所述的催化剂的用量优选的是占聚醚总质量分数的0.1％-0.3％。
上述的制备方法，步骤a中，所述的升温脱水温度优选的是115-125℃。
上述的制备方法，步骤a中，所述的通入EO/PO气液反应温度优选的是105-115℃，所述的气液反应压力是-0.05-0.15MPa。
上述的制备方法，步骤c中，所述的中和剂磷酸优选的浓度为90-95％。
上述的制备方法，步骤c中，所述的加水后优选的是升温至75-85℃，搅拌时间优选的是为1小时；加入磷酸中和搅拌时间优选的是为1小时；升温真空脱水优选的是温度为115-125℃。
上述的制备方法，步骤c中，所述的中和剂磷酸浓度优选的为90-95％。
一种上述制备方法制备的聚氨酯防水灌浆材料用聚醚多元醇，其数均分子量为11000-15000，其羟值为15-28。
采用复合高官能度小分子醇为起始剂，在催化剂的作用下，与环氧丙烷、环氧乙烷进行聚合加成反应，得到相对分子质量为11000-15000的粗醚制品，最后通过中和、吸附、压滤等精制步骤，得到分子结构分布窄，各种金属离子杂质含量低，不饱和度低的高品质成品聚醚。
采用高官能度的混合起始剂，制成的聚醚、聚氨酯预聚体就能保持独有的该分子结构状态特征，极大的保留了分子内、分子间空间，从而显著提高聚氨酯预聚体的包水量，可以达到预聚体质量的30倍以上，远高于该类普通预聚体固化产物20倍包水量。
具体实施方式
以下结合实施例说明本发明，但本发明不仅仅限定于这些实施例。在实施例中，复合起始剂中所采用的小分子多元醇包含：乙二醇、甘油、季戊四醇、山梨醇或蔗糖中的两种或几种。
方法1：在装有搅拌器、温度计的高压反应釜中加入适量复合起始剂、催化剂，氮气置换3次后开始拉真空至-0.98MPa，然后升温至120℃开始脱水2小时。当水分＜0.1％时，降温至105℃开始连续通入PO/EO混合物。通完后于保温老化至负压，降温出料得到粗醚，再将粗醚用氮气压至精制釜后处理。在精制釜中加入聚醚质量分数5％-10％的水后升温至80℃搅拌1小时，再加入催化剂质量1.9-1.95倍的磷酸中和搅拌1小时，再加入聚醚质量分数0.3％-0.5％的精制剂搅拌1小时，最后升温至120℃抽真空脱水至水分质量分数≤0.08％，中控PH为5.0-7.0，压滤除去精制剂得到成品聚醚。
实施例1：
在聚合反应釜中加入15.4g甘油，11.6g山梨醇，KOH4.5g，氮气置换3次后开始拉真空至-0.98MPa，然后升温至120℃开始脱水2小时。当水分＜0.1％时，降温至105℃开始连续通入PO/EO(其中PO357g，EO2616g)混合物，至压力≤0.15MPa。通完后于保温老化至负压，降温出料得到粗醚，再将粗醚用氮气压至精制釜后处理。在精制釜中加入150g水后升温至80℃搅拌1小时，再加入8.64g磷酸中和搅拌1小时，再加入12g精制剂搅拌1小时，最后升温至120℃抽真空脱水至水分质量分数≤0.08％，中控pH为5.0-7.0，压滤除去精制剂得到成品聚醚。
制备的产品性能指标：
测试项目 指标 测试标准
外观/25℃ 白色至淡黄色膏状物 目测
羟值/mgKOH·g-1 20.12 GB12008.3—1989
酸值/mgKOH·g-1 ≤0.1 GB12008.5—1989
水分/％ ≤0.1 GB12008.6—1989
钾、钠离子/×10-6 0，0 GB12008.4—1989
数均分子量 11711
实施例2：
在聚合反应釜中加入9.74g甘油，19.26山梨醇，KOH4.5g，氮气置换3次后开始拉真空至-0.98MPa，然后升温至115℃开始脱水2小时。当水分＜0.1％时，降温至105℃开始连续通入PO/EO(其中PO59g，EO2912g)混合物。通完后于保温老化至负压，降温出料得到粗醚，再将粗醚用氮气压至精制釜后处理。在精制釜中加入150g水后升温至80℃搅拌1小时，再加入8.64g磷酸中和搅拌1小时，再加入12g精制剂搅拌1小时，最后升温至120℃抽真空脱水至水分质量分数≤0.08％，中控pH为5.0-7.0，压滤除去精制剂得到成品聚醚。
制备的产品性能指标：
测试项目 指标 测试标准
外观/25℃ 白色至淡黄色膏状物 目测
羟值/mgKOH·g-1 21.07 GB12008.3—1989
酸值/mgKOH·g-1 ≤0.1 GB12008.5—1989
水分/％ ≤0.1 GB12008.6—1989
钾、钠离子/×10-6 0，0 GB12008.4—1989
数均分子量 11981
实施例3：
在聚合反应釜中加入12.5g甘油，15.5蔗糖，KOH9g，氮气置换3次后开始拉真空至-0.98MPa，然后升温至125℃开始脱水2小时。当水分＜0.1％时，降温至115℃开始连续通入PO/EO(其中PO238g，EO2734g)混合物。通完后于保温老化至负压，降温出料得到粗醚，再将粗醚用氮气压至精制釜后处理。在精制釜中加入150g水后升温至80℃搅拌1小时，再加入17.28g磷酸中和搅拌1小时，再加入12g精制剂搅拌1小时，最后升温至120℃抽真空脱水至水分质量分数≤0.08％，中控PH为5.0-7.0，压滤除去精制剂得到成品聚醚。
制备的产品性能指标：
测试项目 指标 测试标准
外观/25℃ 白色至淡黄色膏状物 目测
羟值/mgKOH·g-1 18.15 GB12008.3—1989
酸值/mgKOH·g-1 ≤0.1 GB12008.5—1989
水分/％ ≤0.1 GB12008.6—1989
钾、钠离子/×10-6 0，0 GB12008.4—1989
数均分子量 13909
实施例4：
在带有搅拌器、温度计的三口烧瓶中，加入TDI(11.6g-19.9g)与脱水聚醚GJ-480(100g)，开动搅拌，升温至80℃搅拌2h，测定NCO含量，达到或接近理论值时降温至25℃，加入丙酮30g，出料。然后在100mL烧杯中倒入10g上述预聚体，加入相对预聚体质量倍数的水分，搅拌，待固结体凝固后测定其性能，各项性能见下表。

Claims (8)

1.一种聚氨酯防水灌浆材料用聚醚多元醇制备方法，其特征是包括下列步骤：
a.在装有搅拌器、温度计的高压反应釜中加入适量复合起始剂、催化剂，氮气置换3次后开始拉真空至-0.98MPa，然后升温，脱水后，降温至105℃，开始连续通入PO、EO其混合物，EO占聚醚总质量的质量百分含量在80-98％之间，所述的复合起始剂是官能度(f)在3-5之间，最终成品聚醚羟值在15-28mgKOH/g之间；
b.通完后于保温老化至负压，降温出料得到粗醚，再将粗醚用氮气压至精制釜后处理；
c.在精制釜中加入聚醚质量分数5％-10％的水后升温搅拌，再加入催化剂质量1.9-1.95倍的磷酸搅拌，再加入聚醚质量分数0.3％-0.5％的精制剂搅拌，最后升温抽真空脱水至水分质量分数≤0.08％，中控pH为5.0-7.0，压滤除去精制剂得到成品聚氨酯防水灌浆材料用聚醚多元醇，所述的精制剂为硅酸镁、硅酸铝或其混合物。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是：步骤a所述的复合起始剂是乙二醇、甘油、季戊四醇、山梨醇或蔗糖中的两种或几种。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是：步骤a中，所述的催化剂的用量是占聚醚总质量分数的0.1％-0.3％。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是：步骤a中，所述的升温脱水温度是115-125℃。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是：步骤a中，所述的通入EO/PO气液反应温度是105-115℃，所述的气液反应压力是-0.05-0.15MPa。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是：步骤c中，所述的中和剂磷酸的浓度为90-95％。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是：步骤c中，所述的加水后升温至75-85℃，搅拌时间为1小时；加入磷酸中和搅拌时间为1小时；升温真空脱水的温度为115-125℃。
8.一种权利要求1所述制备方法制备的聚氨酯防水灌浆材料用聚醚多元醇，其数均分子量为11000-15000，其羟值为15-28。
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