CN106046761B - 高粘接性双组份环氧-聚氨酯共混材料及其制备方法 - Google Patents

高粘接性双组份环氧-聚氨酯共混材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种高粘接性双组份环氧‑聚氨酯共混材料及其制备方法，所述共混材料，由甲组分和乙组分经混合调配而成，甲组分包括如下质量百分比的组分：聚醚多元醇78‑90％，交联剂5‑18％，发泡剂1‑4％，泡沫稳定剂1‑4％，交联型催化剂1‑1.5％，发泡和环氧固化双催化剂1.5‑3％，乙组分按质量比计为：多苯基多亚甲基多异氰酸酯∶环氧树脂＝15∶1～2∶1；发泡和环氧固化双催化剂的重量用量为所述的环氧树脂的2％～40％。本发明具有双酚A型环氧树脂(EP)和聚氨酯(PU)共混形成的互穿网络结构，为一种能兼具聚氨酯灌浆材料和环氧树脂灌浆材料优点的新型化学注浆材料，既能发泡又能在潮湿表面常温快速固化粘接，有望解决路面基层的脱空、松散、裂缝、层间水、唧浆等病害。

Description

高粘接性双组份环氧-聚氨酯共混材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种双组份环氧-聚氨酯共混材料及其制备方法。
背景技术
对于一些具有软弱地基地区，其建筑或道路若在设计或施工阶段未考虑或未采取有效的地基处理措施，则在建成后或使用过程中容易出现大面积的地面沉降，具有混凝土板层结构的建筑或道路在沉降过程中，往往还伴随着大面积的脱空，形成非常大的安全隐患，严重的导致坍塌事故。
目前地基加固处理的方法有多种，传统的开挖重建造成资源极大的浪费，往往重建之后仍然会发生沉降；注浆加固是一项针对软弱地基，地基穴洞缺陷，地基沉降，纠正建筑物和建筑物偏斜的地基加固技术。为了防止地基发生持续的不均匀沉降，可通过专业机械设备注浆到发生沉降的地基中进行加固。注浆加固地基的实质是通过一定的压力将可固化的化学浆液或水泥浆液注入地基土的裂缝或孔隙，以改善地基的物理力学性能。
传统的道路注浆材料是水泥，将搅拌和好的水泥经过压浆管压入到基层或路基，水泥固化以达到加固基层或路基的目的，但是由于水化反应耗时长导致封闭交通时间过长，严重影响交通(特别是高速公路)运输效率。
而高聚物注浆技术解决了这个问题。与传统的水泥注浆养护修复技术相比，高聚物道路注浆材料具有可灌性好，固化快，固化时间可调等优点，从根本上解决了接缝透水、板底脱空带来的问题，有效地防止唧浆、断板等病害的发生，施工快捷，无需养生，对交通影响小。高聚物注浆材料技术改变了以往路面开挖，长时间交通封闭的修补方式，大大节约了成本，是维护高速公路经济且有效的方法。
目前我国研制的化学灌浆类材料品种较多，主要是环氧树脂类灌浆材料，但它们大多数都用应用在大型水利工程中。这些灌浆材料具有良好的耐水性、耐老化性能，但对路面这类受动载荷作用，受力不均匀影响较大的工程而言，目前研究报道较少。目前报道的用于道路修补材料主要是水泥类无机材料和聚氨酯类有机材料，水泥注浆材料颗粒粒径大，流动差，不能用于灌注细微的裂缝，聚氨酯灌浆材料在力学性能(如抗压强度和粘接强度)方面不如环氧树脂灌浆材料，因此对于公路路面长期动载荷作用以及路面不均匀受力，承载能力不足，使用耐久性不佳，不适用于高速公路路基修补。环氧树脂虽然具有粘接力高、在常温下可固化、固化后收缩小、有很高的机械强度和耐热性、稳定性好等优点，但它不能制成发泡材料，用于填充地基中的脱空需要的灌注量较聚氨酯浆料大，因此施工成本较聚氨酯灌浆材料高的多。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于地基工程维修养护的双组份环氧-聚氨酯共混材料及其制备方法，以克服现有技术存在的缺陷。
所述的用于地基工程维修养护的双组份环氧-聚氨酯共混材料，由甲组分和乙组分经混合调配而成；
所述甲组分包括如下质量百分比的组分：
优选的，所述甲组分包括如下质量百分比的组分：
所述的乙组分按质量比计为：多苯基多亚甲基多异氰酸酯∶环氧树脂＝15∶1～2∶1；
优选的，所述的乙组分按质量比计为：多苯基多亚甲基多异氰酸酯∶环氧树脂＝6∶1～2.4∶1；
所述的发泡和环氧固化双催化剂的重量用量为所述的环氧树脂的2％～40％；
优选的，所述的发泡和环氧固化双催化剂的重量用量为环氧树脂的4％～10％；
优选的，所述的聚醚多元醇为硬质泡沫用聚氨酯发泡料聚醚；
更优选的，所述的聚醚多元醇为蔗糖类聚醚多元醇JH-4110；
优选的，所述的交联剂为JH-403、TMP或季戊四醇中的一种或几种；
优选的，所述的发泡剂为水；
优选的，所述的泡沫稳定剂为硅-碳键非水解型聚硅氧烷-聚醚共聚物；
更优选的，所述的泡沫稳定剂为AK-8805；
优选的，所述的交联型催化剂为辛酸亚锡、二月桂酸二丁基锡中的一种或几种；
优选的，所述的发泡和环氧固化双催化剂为DMEA、BDMA、DEA中的一种或几种；
优选的，所述的环氧树脂的环氧当量为180～200；
本发明所述的多苯基多亚甲基多异氰酸酯简称PAPI，或称粗MDI，浅黄色至褐色粘稠液体，有刺激性气味，其实际上是由4,4-二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)与官能度大于2的聚合二苯基甲烷二异氰酸酯(聚合MDI)组成的混合物。
所述的用于地基工程维修养护的双组份环氧-聚氨酯共混材料的制备方法，包括如下步骤：
将聚醚多元醇和交联剂，升温到40-100℃，然后再加入其他组分，保温反应1-10小时，降温回收即可获得所述的甲组分；常温下将多苯基多亚甲基多异氰酸酯(PAPI)和环氧树脂混合，即可得到乙组分；常温下将甲、乙组分搅拌混合，即可获得产品。
本发明优先选用环氧当量在180～200的环氧树脂，固化催化剂选用DMEA、BDMA、DEA中的一种或几种混合，这类催化剂在催化聚氨酯发泡的同时，能够催化环氧开环交联固化，同时发泡反应时放出热量，会促进环氧的开环交联固化，效率较高，使得环氧树脂无需使用单独的固化剂进行固化，节省成本，由于环氧树脂固化物力学综合性能优良，尤其是具有良好的粘接性，且与聚氨酯相容性较好，用于共混改性聚氨酯能达到很好的协同作用，从而使二者优势得到互补。改性后的聚氨酯注浆材料既具有聚氨酯快速发泡固化填充的特点，又具有环氧树脂优良的综合力学性能的特点，尤其是使得聚氨酯注浆材料粘接性得到明显改善，能将地基中松散的沙石粘接得更加牢固。
本发明用物理共混法将环氧树脂和聚氨酯两种不同固化体系同步使用，两者各自交联相互贯穿，形成同步互穿网络结构，达到很好的协同，从而使聚合物具有优于任何单一组分的性能。
本发明的有益效果在于：
该新型灌浆材料具有双酚A型环氧树脂(EP)和聚氨酯(PU)共混形成的互穿网络结构，综合了环氧树脂浆材和聚氨酯浆材的优点，具有符合灌注要求的粘度，两组份混合后在常温下快速反应发泡，体积迅速膨胀，固化后形成硬质泡沫，填充路基中的空隙，并向周围介质施加可控的压力，使松软基层得到挤压密实，减小孔隙率，从而达到加固路基的目的；并且该浆料能在潮湿表面固化粘接，能将路基中潮湿松散的沙石粘接固结成整体，阻隔水对路基的渗透，因此能降低再次出现路面基层的脱空、松散、裂缝、层间水、哪浆等病害的概率。浆料注入后可在15分钟内达到要求的强度，迅速通车，对交通影响小。
当环氧树脂的添加量在5％～25％之间时，环氧树脂与聚氨酯的相容性好，力学协同作用显著，改性后的聚氨酯的拉伸剪切强度1.7MPa可提高到大约3Mpa，T-剥离强度由大约0.6N/mm提高到1.2N/mm。与目前用于道路(工程)维修养护的聚氨酯注浆材料相比，材料不仅能发泡膨胀并且粘接性更好，因此有望提高道路使用耐久性。与水性环氧树脂注浆材料比，该材料具有发泡膨胀性，不仅能将松软基层挤压密实，加固效果更好，而且节省了注浆材料用量，大大降低了成本。
本发明为一种能兼具聚氨酯灌浆材料和环氧树脂灌浆材料优点的新型化学注浆材料，既能发泡又能在潮湿表面常温快速固化粘接，有望解决路面基层的脱空、松散、裂缝、层间水、唧浆等病害。
具体实施方式
所采用的原料说明：
JH-4110：蔗糖类聚醚多元醇，羟值：430±15，购于佳化化学股份有限公司；
JH-403：乙二胺聚醚四醇，羟值：380～420，购于佳化化学股份有限公司；
AK-8805：硅-碳键非水解型聚硅氧烷-聚醚共聚物，购于江苏美思德化学股份有限公司；
E-54：双酚A型环氧树脂，环氧值：0.54，购于无锡蓝星石油化工有限责任公司；
TMP：三羟甲基丙烷，羟值：1240～1260mgKOH/g，购于广州新浦泰化工有限公司；
DMEA：N,N-二甲基乙醇胺，购于上海谱振生物科技有限公司；
BDMA：二甲基苄胺，购于广州市缘创化工有限公司；
DEA：二乙醇胺，购于湖北仙粼化工有限公司
以下实施例是对本发明的进一步说明，但是本发明不限于以下实施例。
实施例1
乙组分：按质量比计为：多苯基多亚甲基多异氰酸酯∶环氧树脂＝5∶1；
发泡和环氧固化双催化剂用量占环氧树脂的8.33％；
甲组分的重量百分比的组分：
其中：聚醚多元醇采用聚醚JH-4110，交联剂采用交联剂JH-403，发泡剂为水，泡沫稳定剂为AK-8805，交联型催化剂为辛酸亚锡，发泡和环氧固化双催化剂为DMEA；
乙组分：
多苯基多亚甲基多异氰酸酯采用多苯基多亚甲基异氰酸酯(PAPI)，环氧树脂采用环氧树脂E-54；
制备方法包括以下步骤：
在装有冷凝器、搅拌器的反应釜内，将聚醚JH-4110、交联剂JH-403混合，开启搅拌均匀并加热升温到40℃，再加入水、AK-8805、辛酸亚锡、DMEA保温10小时，降温回收可得甲组分；
常温下将多苯基多亚甲基多异氰酸酯(PAPI)和环氧树脂E-54(环氧值为0.54)混合，即可得到乙组分；
常温下将甲、乙组分搅拌混合均匀。
25s之后体积开始膨胀，120s之后凝胶固化；力学性能测试结果显示：拉伸剪切强度2.9MPa，T-剥离强度为1.18N/mm
实施例2
乙组分：按质量比计为：多苯基多亚甲基多异氰酸酯∶环氧树脂＝4∶1；
发泡和环氧固化双催化剂用量占环氧树脂的6.67％；
甲组分的重量百分比的组分：
其中：聚醚多元醇采用聚醚JH-4110，交联剂采用交联剂JH-403，发泡剂为水，泡沫稳定剂为AK-8805，交联型催化剂为二月桂酸二丁基锡，发泡和环氧固化双催化剂为BDMA；
乙组分：
多苯基多亚甲基多异氰酸酯采用多苯基多亚甲基异氰酸酯(PAPI)，环氧树脂采用环氧树脂E-54；
制备方法包括以下步骤：
在装有冷凝器、搅拌器的反应釜内，将聚醚JH-4110、交联剂JH-403混合，开启搅拌均匀并加热升温到60℃，再加入水、AK-8805、二月桂酸二丁基锡、BDMA保温5小时，降温回收可得甲组分；
常温下将多苯基多亚甲基多异氰酸酯(PAPI)和双酚A型环氧树脂E-54(环氧值为0.54)混合均匀，即可得到乙组分；
常温下将甲、乙组分搅拌混合均匀。
35s之后体积开始膨胀，135s之后凝胶固化；力学性能测试结果显示：拉伸剪切强度3.1MPa，T-剥离强度为1.19N/mm。
实施例3
乙组分：按质量比计为：多苯基多亚甲基多异氰酸酯∶环氧树脂＝6∶1；
发泡和环氧固化双催化剂用量占环氧树脂的10％；
甲组分的重量百分比的组分：
其中：聚醚多元醇采用聚醚JH-4110，交联剂采用交联剂JH-403，发泡剂为水，泡沫稳定剂为AK-8805，交联型催化剂为二月桂酸二丁基锡，发泡和环氧固化双催化剂为DEA；
乙组分：
多苯基多亚甲基多异氰酸酯采用多苯基多亚甲基异氰酸酯(PAPI)，环氧树脂采用环氧树脂E-54；
制备方法包括以下步骤：
在装有冷凝器、搅拌器的反应釜内，将聚醚JH-4110、交联剂JH-403混合，开启搅拌均匀并加热升温到80℃，再加入水、AK-8805、二月桂酸二丁基锡、DEA保温1小时，降温回收可得甲组分；
常温下将多苯基多亚甲基多异氰酸酯(PAPI)和双酚A型环氧树脂E-54(环氧值为0.54)混合均匀，即可得到乙组分；
常温下将甲、乙组分搅拌混合均匀。
25s之后体积开始膨胀，120s之后凝胶固化；力学性能测试结果显示：拉伸剪切强度2.2MPa，T-剥离强度为0.7N/mm。
实施例4
乙组分：按质量比计为：多苯基多亚甲基多异氰酸酯∶环氧树脂＝3∶1；
发泡和环氧固化双催化剂用量占环氧树脂的5％；
甲组分的重量百分比的组分：
其中：聚醚多元醇采用聚醚JH-4110，交联剂采用季戊四醇，发泡剂为水，泡沫稳定剂为AK-8805，交联型催化剂为二月桂酸二丁基锡，发泡和环氧固化双催化剂为BDMA；
乙组分：
多苯基多亚甲基多异氰酸酯采用多苯基多亚甲基异氰酸酯(PAPI)，环氧树脂采用环氧树脂E-54；
制备方法包括以下步骤：
在装有冷凝器、搅拌器的反应釜内，将聚醚JH-4110、季戊四醇混合，开启搅拌均匀并加热升温到100℃，再加入水、AK-8805、二月桂酸二丁基锡、BDMA保温1小时，降温回收可得甲组分；
常温下将多苯基多亚甲基多异氰酸酯(PAPI)和双酚A型环氧树脂E-54(环氧值为0.54)混合均匀，即可得到乙组分；
常温下将甲、乙组分搅拌混合均匀。
35s之后体积开始膨胀，140s之后凝胶固化；力学性能测试结果显示：拉伸剪切强度3.1MPa，T-剥离强度为1.25N/mm。
实施例5
乙组分：按质量比计为：多苯基多亚甲基多异氰酸酯∶环氧树脂＝2.4∶1；
发泡和环氧固化双催化剂用量占环氧树脂的4％；
甲组分的重量百分比的组分：
其中：聚醚多元醇采用聚醚JH-4110，交联剂采用TMP，发泡剂为水，泡沫稳定剂为AK-8805，交联型催化剂为二月桂酸二丁基锡，发泡和环氧固化双催化剂为BDMA；
乙组分：
多苯基多亚甲基多异氰酸酯采用多苯基多亚甲基异氰酸酯(PAPI)，环氧树脂采用环氧树脂E-54；
制备方法包括以下步骤：
在装有冷凝器、搅拌器的反应釜内，将聚醚JH-4110、TMP混合，开启搅拌均匀并加热升温到70℃，再加入水、AK-8805、二月桂酸二丁基锡、BDMA保温3小时，降温回收可得甲组分；
常温下将多苯基多亚甲基多异氰酸酯(PAPI)和双酚A型环氧树脂E-54(环氧值为0.54)混合均匀，即可得到乙组分；
常温下将甲、乙组分搅拌混合均匀。
35s之后体积开始膨胀，145s之后凝胶固化；力学性能测试结果显示：拉伸剪切强度3.2MPa，T-剥离强度为1.26N/mm。

Claims (2)

1.一种高粘接性双组份环氧-聚氨酯共混材料，其特征在于，由甲组分和乙组分经混合调配而成，所述甲组分由如下质量百分比的组分组成：
所述的聚醚多元醇为蔗糖类聚醚多元醇JH-4110；所述的交联剂为JH-403、TMP或季戊四醇；所述的发泡剂为水；所述的泡沫稳定剂为硅-碳键非水解型聚硅氧烷-聚醚共聚物AK-8805；
所述的交联型催化剂为辛酸亚锡、二月桂酸二丁基锡中的一种；
所述的发泡和环氧固化双催化剂为DMEA、BDMA、DEA中的一种；
所述的乙组分按质量比计为：多苯基多亚甲基多异氰酸酯∶环氧树脂＝6∶1～2.4∶1；所述的发泡和环氧固化双催化剂的重量用量为环氧树脂的4％～10％；所述的环氧树脂的环氧当量为180～200。
2.根据权利要求1所述的高粘接性双组份环氧-聚氨酯共混材料，其特征在于，由以下步骤制备得到：将聚醚多元醇和交联剂，升温到40-100℃，然后再加入其他组分，保温反应1-10小时，降温回收即可获得所述的甲组分；常温下将多苯基多亚甲基多异氰酸酯(PAPI)和环氧树脂混合，即可得到乙组分；常温下将甲、乙组分搅拌混合，即可获得产品。
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