CN105622879B - 环境友好型低粘高强聚氨酯注浆抬升材料及其制备方法 - Google Patents

环境友好型低粘高强聚氨酯注浆抬升材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种环境友好型低粘高强聚氨酯注浆抬升材料及其制备方法，材料由A、B双组分组成。其中，A组分主要含有复合聚醚多元醇、低粘度环氧树脂复合物、胺类催化剂、泡沫稳定剂、水和阻燃剂；B组分主要含有有机锡类催化剂和多异氰酸酯等。本发明的注浆抬升材料臭氧消耗潜值为0，清洁环保，同时具有浆液粘度较低，流动性良好和可注性好等特点，起发时间可控制在10‑30s之间，发泡完全时间可在60‑120s内调控，泡沫表观芯密度在50‑80kg/m3之间,泡孔均匀细密，压缩强度为0.45‑0.70MPa。同时泡沫体和岩石、土壤均具有较强的粘接性，可适用于不同地质条件下的建筑物、交通路面和工程的抬升修复。

Description

环境友好型低粘高强聚氨酯注浆抬升材料及其制备方法
一、技术领域
本发明涉及一种力学强度较高、综合性能优良的轻质注浆抬升材料及其制备方法，具体地说是一种环境友好型低粘高强聚氨酯注浆抬升材料及其制备方法。
二、背景技术
聚氨酯注浆抬升材料为一种经注浆发泡后形成的具有一定强度和抬升作用的硬质泡沫，可用于地基抬升、修复。目前已逐渐应用于建筑及交通领域，为建筑体及路面的快速修复和安全提供了保障。然而，普通的聚氨酯注浆抬升材料在应用过程中，由于材料自身强度不足，易发生修复点再次塌陷的问题。究其原因主要有：其一，由于聚氨酯硬质泡沫材料的结构特性，其自身强度与固结体相比要小得多；其二，普通聚氨酯注浆抬升材料多使用低沸点的物理发泡剂，在注浆过程中，聚氨酯反应产生大量的反应热，将加速物理发泡剂的逸出，造成泡沫结构破坏，强度随之降低。因此是否具有较高的自身强度和较低的泡沫开孔率，已成为聚氨酯注浆抬升材料能否安全应用的关键因素。
三、发明内容
本发明旨在提供一种环境友好型低粘高强聚氨酯注浆抬升材料及其制备方法，所要解决的技术问题是遴选合适的组分和配比使聚氨酯注浆抬升材料在注浆发泡时具有较高的自身强度和较好的结构稳定性，并且具有较高的环保性能。
本发明环境友好型低粘高强聚氨酯注浆抬升材料的原料按质量份数构成为：
各组分比例优选为：
其中：
所述复合聚醚多元醇由聚醚多元醇A和聚醚多元醇B按任意比例混合组成；所述聚醚多元醇A的官能度为3-4、数均分子量为300-500、粘度为100-1000mPa·s；所述聚醚多元醇B的官能度为2-6、数均分子量为100-1000、粘度为2000-4000mPa·s。
所述低粘度环氧树脂复合物选自不同分子量的环氧化合物、由环氧树脂C与非活性稀释剂组成的混合物，或由环氧树脂C与活性稀释剂组成的混合物；
所述不同分子量的环氧化合物是由数均分子量小于400的低分子量环氧树脂、数均分子量在400～1400之间的中分子量环氧树脂、数均分子量大于1400的高分子量环氧树脂所组成的复合物；
所述环氧树脂C选自环氧树脂E-51、环氧树脂E-44或环氧树脂EP-828；所述非活性稀释剂选自邻苯二甲酸二丁酯或邻苯二甲酸二辛酯中的一种或混合；所述活性稀释剂选自新戊二醇二缩水甘油醚、甲基苯缩水甘油醚和苯基缩水甘油醚中的一种或几种。
所述胺类催化剂选自三乙醇胺、三亚乙基二胺、吡啶、2-(二甲氨基甲基)苯酚、2,4,6-三(二甲氨基甲基)苯酚、2-乙基-4-甲基咪唑、N-甲基咪唑、N-乙基咪唑、1-苯甲基-2甲基咪唑中的一种或几种。
所述有机锡类催化剂选自辛酸亚锡(简称T9)或二月桂酸二丁基锡(简称T12)。
所述泡沫稳定剂为具有聚醚-聚硅氧烷结构的有机聚硅氧烷，如AK8805、AK8818或AK8889等，可选自其中的一种或几种。
所述水为去离子水。
所述阻燃剂为甲基膦酸二甲酯、乙基膦酸二乙酯或丙基膦酸二甲酯中的一种或几种。
所述多异氰酸酯为多苯基多甲基多异氰酸酯(PAPI)，异氰酸根含量30-32％，官能度2.7-2.8。
本发明环境友好型低粘高强聚氨酯注浆抬升材料的制备方法，是按以下步骤操作：
1)将复合聚醚多元醇和低粘度环氧树脂复合物混合均匀，依次加入胺类催化剂、泡沫稳定剂、水和阻燃剂，混合均匀后得到组份A；
2)将有机锡类催化剂和多异氰酸酯混合均匀，得到组份B；
3)将组份A和组份B混合注浆，控制流速使得组份A和组份B的体积比为1:1，即获得环境友好型低粘高强聚氨酯注浆抬升材料。
发泡及固化时，将组份A和组份B按1:1的体积比混合均匀后发泡。
现场施工时，将组份A和组份B分别加注于双液型高压注浆机的两只料桶内，利用控制阀控制组份A和组份B的体积比为1:1，利用高压注浆机将双组份浆液喷入已打好的注浆孔内，混合注浆。注浆完成后利用有机溶剂清洗注浆机。
本发明具有以下特点：
1、环保。本发明材料不使用传统物理发泡剂(如氟氯化碳，环戊烷等)，ODP值为0，且易得、易存储；同时无可挥发性有机溶剂，闪点高，无毒无害，对人类及环境友好；
2、低粘度。本发明采用低粘度环氧树脂复合物，可随不同注浆使用要求来灵活调节，可使组份A的粘度降低，其中室温条件下组份A粘度小于800mPa·s、组份B粘度小于300mPa·s，具有很好的可注性，适合建筑物及路基修补与抬升注浆工艺；
3、高压缩强度。本发明材料在经自由发泡、固化后压缩强度较好，在表观芯密度为50～80kg/m3时，平行于发泡方向的压缩强度可达0.45-0.70MPa，满足建筑物及路基抬升修复的要求；
4、发泡速率可调节。本发明材料可在10-30s内起发，60-120s内发泡完全，凝胶化后就失去流动性并立即具有一定的初始强度；
5、发泡倍率可调节。本发明材料发泡倍率可随配方调整而随之改变，可满足不同使用要求。
6、高粘结性。本发明材料经发泡、固化后与岩土之间粘结性优良，形成的固结泡沫体具有一定的韧性，可适应易形变地基的修补与抬升；
7、成本较低。本发明材料较未改性的普通聚氨酯注浆抬升材料，成本明显降低。
本发明与现有技术相比有以下优点：
1、本发明充分利用了聚氨酯材料的高反应活性和环氧树脂的高力学性能的特点；聚氨酯组份的存在使得材料浆液在10-30s内发泡，随后凝胶固化失去流动性，并具有一定的初始强度，此后，因体系中环氧树脂缓慢固化，使得材料的固结泡沫体强度得以持续上升，最终的压缩强度可达到0.45-0.70MPa，具有较高的力学强度。
2、由于本发明使用了低粘度环氧树脂复合物，在保证材料力学性能的前提下，可根据不同注浆要求灵活地调整双组份浆液的粘度，以满足材料在不同地点、不同用途时的使用。
3、由于本发明使用了水作发泡剂，不使用任何物理发泡剂，成本上有较大的下降，同时相对于物理发泡剂更加清洁、环保。
4、由于本发明使用了价格低廉的环氧树脂，使得材料的生产成本大大降低，解决了聚氨酯泡沫材料价格较高的问题，有利于其应用与推广。
四、具体实施方式
下面用实施例给出对本发明更详细的说明，有助于理解本发明，但并不限制本发明。
实施例1：
1、室温下，分别称取90份聚醚多元醇460(官能度3.2，数均分子量550，粘度250-450mPa·s)、10份聚醚多元醇4110(官能度4，数均分子量500，粘度2500-4500mPa·s)置于干燥过的反应釜中，得到复合聚醚多元醇。
2、将40份低粘度环氧树脂复合物(30份的环氧树脂E-44和10份活性稀释剂新戊二醇二缩水甘油醚)加入干燥过的反应釜中与复合聚醚多元醇混合均匀，再依次加入1.0份2,4,6-三(二甲氨基甲基)苯酚、4份泡沫稳定剂AK-8805、3份去离子水和10份甲基膦酸二甲酯，搅拌分散均匀，得到组分A。
3、称取110份多异氰酸酯PAPI和0.5份T12，搅拌分散均匀，得到组份B。
4、将组份A与组份B按1:1的体积比混合后在室温下自由发泡，放置三天后进行相关性能测试。
本实施例制备得到的聚氨酯注浆抬升材料的性能见表1：
表1
实施例2：
1、室温下，分别称取90份聚醚多元醇460(官能度3.2，数均分子量550，粘度250-450mPa·s)、10份聚醚多元醇4110(官能度4，数均分子量500，粘度2500-4500mPa·s)置于干燥过的反应釜中，得到复合聚醚多元醇。
2、将40份低粘度环氧树脂复合物(30份的环氧树脂E-51和10份活性稀释剂新戊二醇二缩水甘油醚)加入干燥过的反应釜中与复合聚醚多元醇混合均匀，再依次加入1.0份2,4,6—三(二甲氨基甲基)苯酚、4份泡沫稳定剂AK-8805、3份去离子水和10份甲基膦酸二甲酯，搅拌分散均匀，得到组分A。
3、称取110份多异氰酸酯PAPI和0.5份T12，搅拌分散均匀，得到组份B。
4、将组份A与组份B按1:1的体积比混合后在室温下自由发泡，放置三天后进行相关性能测试。
本实施例制备得到的聚氨酯注浆抬升材料的性能见表2：
表2
实施例3：
1、室温下，分别称取70份聚醚多元醇460(官能度3.2，数均分子量550，粘度250-450mPa·s)、30份聚醚多元醇4110(官能度4，数均分子量500，粘度2500-4500mPa·s)置于干燥过的反应釜中，得到复合聚醚多元醇。
2、将50份低粘度环氧树脂复合物(35份的环氧树脂E-44和15份活性稀释剂新戊二醇二缩水甘油醚)加入干燥过的反应釜中与复合聚醚多元醇混合均匀，再依次加入1.5份2,4,6-三(二甲氨基甲基)苯酚、4份泡沫稳定剂AK-8805、3份去离子水和10份甲基膦酸二甲酯，搅拌分散均匀，得到组分A。
3、称取115份多异氰酸酯PAPI和0.5份T12，搅拌分散均匀，得到组份B。
4、将组份A与组份B按1:1的体积比混合后在室温下自由发泡，放置三天后进行相关性能测试。
本实施例制备得到的聚氨酯注浆抬升材料的性能见表3：
表3
实施例4：
1、室温下，分别称取70份聚醚多元醇460(官能度3.2，数均分子量550，粘度250-450mPa·s)、30份聚醚多元醇4110(官能度4，数均分子量500，粘度2500-4500mPa·s)置于干燥过的反应釜中，得到复合聚醚多元醇。
2、将50份低粘度环氧树脂复合物(35份的环氧树脂E-51和15份活性稀释剂新戊二醇二缩水甘油醚)加入干燥过的反应釜中与复合聚醚多元醇混合均匀，再依次加入1.5份2,4,6-三(二甲氨基甲基)苯酚、4份泡沫稳定剂AK-8805、3份去离子水和10份甲基膦酸二甲酯，搅拌分散均匀，得到组分A。
3、称取115份多异氰酸酯PAPI和0.5份T12，搅拌分散均匀，得到组份B。
4、将组份A与组份B按1:1的体积比混合后在室温下自由发泡，放置三天后进行相关性能测试。
本实施例制备得到的聚氨酯注浆抬升材料的性能见表4：
表4
实施例5：
1、室温下，分别称取70份聚醚多元醇460(官能度3.2，数均分子量550，粘度250-450mPa·s)、30份聚醚多元醇4110(官能度4，数均分子量500，粘度2500-4500mPa·s)置于干燥过的反应釜中，得到复合聚醚多元醇。
2、将50份低粘度环氧树脂复合物(35份的环氧树脂E-44和15份非活性稀释剂邻苯二甲酸二丁酯)加入干燥过的反应釜中与复合聚醚多元醇混合均匀，再依次加入1.5份2,4,6-三(二甲氨基甲基)苯酚、4份泡沫稳定剂AK-8805、3份去离子水和10份甲基膦酸二甲酯，搅拌分散均匀，得到组分A。
3、称取115份多异氰酸酯PAPI和0.5份T12，搅拌分散均匀，得到组份B。
4、将组份A与组份B按1:1的体积比混合后在室温下自由发泡，放置三天后进行相关性能测试。
本实施例制备得到的聚氨酯注浆抬升材料的性能见表5：
表5
实施例6：
1、室温下，分别称取70份聚醚多元醇460(官能度3.2，数均分子量550，粘度250-450mPa·s)、30份聚醚多元醇4110(官能度4，数均分子量500，粘度2500-4500mPa·s)置于干燥过的反应釜中，得到复合聚醚多元醇。
2、将50份低粘度环氧树脂复合物(35份的环氧树脂E-51和15份非活性稀释剂邻苯二甲酸二丁酯)加入干燥过的反应釜中与复合聚醚多元醇混合均匀，再依次加入1.5份2,4,6-三(二甲氨基甲基)苯酚、4份泡沫稳定剂AK-8805、3份去离子水和10份甲基膦酸二甲酯，搅拌分散均匀，得到组分A。
3、称取115份多异氰酸酯PAPI和0.5份T12，搅拌分散均匀，得到组份B。
4、将组份A与组份B按1:1的体积比混合后在室温下自由发泡，放置三天后进行相关性能测试。
本实施例制备得到的聚氨酯注浆抬升材料的性能见表6：
表6

Claims (5)

1.环境友好型低粘高强聚氨酯注浆抬升材料，其特征在于：其原料按质量份数的构成为：
所述复合聚醚多元醇由聚醚多元醇A和聚醚多元醇B按任意比例混合组成；所述聚醚多元醇A的官能度为3-4、数均分子量为300-500、粘度为100-1000mPa·s；所述聚醚多元醇B的官能度为2-6、数均分子量为100-1000、粘度为2000-4000mPa·s；
所述低粘度环氧树脂复合物选自不同分子量的环氧化合物、由环氧树脂C与非活性稀释剂组成的混合物，或由环氧树脂C与活性稀释剂组成的混合物；所述不同分子量的环氧化合物是由数均分子量小于400的低分子量环氧树脂、数均分子量在400～1400之间的中分子量环氧树脂和数均分子量大于1400的高分子量环氧树脂所组成的复合物；所述环氧树脂C选自环氧树脂E-51、环氧树脂E-44或环氧树脂EP-828；所述非活性稀释剂选自邻苯二甲酸二丁酯和邻苯二甲酸二辛酯中的一种或混合；所述活性稀释剂选自新戊二醇二缩水甘油醚、甲基苯缩水甘油醚和苯基缩水甘油醚中的一种或几种；
所述胺类催化剂选自三乙醇胺、三亚乙基二胺、吡啶、2-(二甲氨基甲基)苯酚、2,4,6-三(二甲氨基甲基)苯酚、2-乙基-4-甲基咪唑、N-甲基咪唑、N-乙基咪唑和1-苯甲基-2- 甲基咪唑中的一种或几种；
所述有机锡类催化剂选自辛酸亚锡或二月桂酸二丁基锡；
所述泡沫稳定剂为含有聚醚-聚硅氧烷结构的有机聚硅氧烷；
所述水为去离子水。
2.根据权利要求1所述的环境友好型低粘高强聚氨酯注浆抬升材料，其特征在于：其原料按质量份数构成为：
3.根据权利要求1或2所述的环境友好型低粘高强聚氨酯注浆抬升材料，其特征在于：所述阻燃剂为甲基膦酸二甲酯、乙基膦酸二乙酯和丙基膦酸二甲酯中的一种或几种。
4.根据权利要求1或2所述的环境友好型低粘高强聚氨酯注浆抬升材料，其特征在于：所述多异氰酸酯为多苯基多甲基多异氰酸酯，异氰酸根含量30-32％，官能度2.7-2.8。
5.一种权利要求1或2所述的环境友好型低粘高强聚氨酯注浆抬升材料的制备方法，其特征在于按以下步骤操作：
1)将复合聚醚多元醇和低粘度环氧树脂复合物混合均匀，依次加入胺类催化剂、泡沫稳定剂、水和阻燃剂，混合均匀后得到组份A；
2)将有机锡类催化剂和多异氰酸酯混合均匀，得到组份B；
3)将组份A和组份B混合注浆，控制流速使得组份A和组份B的体积比为1:1，即获得环境友好型低粘高强聚氨酯注浆抬升材料。
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