CN107227017A - 一种常温合成型环保聚氨酯灌浆堵漏剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种常温合成型环保聚氨酯灌浆堵漏剂及其制备方法，其特征在于，包括以下组分，以重量百分比计：异氰酸酯55％～75％，第一聚醚5％～9％，第二聚醚4％～6％，第三聚醚0.3％～0.6％，催化剂0.4％～1.0％，增塑剂8％～15％，溶剂10％～20％，稳泡剂0.3％～0.6％。本发明主要通过高活性的反应物聚合MDI、伯羟基聚醚、仲氨基聚醚，同时辅以催化剂、氯化石蜡，二氯甲烷、硅油等在常温(20℃左右)聚合反应而成，解决了高温下生产带来的溶剂挥发、燃烧等系列问题，同时简化了生产工艺，并能降低成本。

Description

一种常温合成型环保聚氨酯灌浆堵漏剂及其制备方法
技术领域
本发明属于防水材料技术领域，具体涉及一种常温合成型环保聚氨酯灌浆堵漏剂。
背景技术
防水材料基本可分为四大类：防水卷材、防水涂料、刚性及堵漏防水材料、密封材料。防水卷材、防水涂料一般形成一定厚度的防水层起到防水作用；密封材料一般适用于节点，对局部防水起到加强作用；刚性及堵漏防水材料包括众多，灌浆防水材料属于其中一种，灌浆防水材料在建筑防水领域为一类小众材料，但是对于解决一些建筑中特殊的疑难杂症渗漏水有着独到之处，甚至有立竿见影之功效。
化学灌浆(Chemical Grouting)是将一定的化学材料(无机或有机材料)配制成真溶液，用化学灌浆泵等压送设备将其灌入地层或缝隙内，使其渗透、扩散、胶凝或固化，以增加地层强度、降低地层渗透性、防止地层变形和进行混凝土建筑物裂缝修补的一项加固基础，防水堵漏和混凝土缺陷补强技术。灌浆材料众多，目前常见的有：聚氨酯灌浆材料、环氧灌浆材料、丙烯酸灌浆材料、水玻璃灌浆材料、水泥基灌浆材料。环氧灌浆材料、水玻璃灌浆材料、水泥基灌浆材料一般用于结构加固灌浆的较多，聚氨酯灌浆材料、丙烯酸灌浆材料多用于建筑灌注浆防水，即对建筑局部返潮、裂隙渗水等进行化学注浆，起到防水作用，而从性价比及注浆防水效果比较，聚氨酯灌浆材料优于丙烯酸灌浆材料。聚氨酯灌浆材料(执行标准JC/T2041-2010《聚氨酯灌浆材料》)又分为水溶性聚氨酯灌浆材料(WPU)和油溶性聚氨酯灌浆材料(OPU)两种，WPU发泡迅速，但是干缩变形大，泡体强度小，防水作用不持久；OPU泡体稳定后基本不变形，泡体强度大，防水持久，在重点建筑工程的灌浆防水中属于首选材料。
目前油溶性聚氨酯灌浆材料(OPU)生产、环保等方面受到限制。原材料基本组成为：多苯基多亚甲基多异氰酸酯(PAPI)、仲羟基封端聚醚(M500、M3000)、溶剂(二甲苯、丙酮等)、稳泡剂、催化剂等，还是按照传统的生产工艺生产：常温下批量加入PAPI，开启搅拌机加入聚醚，升温至85℃左右，保温3h，然后降温至50℃，加入溶剂、稳泡剂、催化剂等，搅拌半小时出料。可以看出，生产过程中需要加热，并且还较高，加入大量(一般20％左右)的易挥发、易燃易爆溶剂，生产过程可谓危险重重，那么，为什么要加热呢，直接原因是仲羟基封端聚醚的活性不够，即常温下仲羟基封端聚醚与-NCO反应太过缓慢，不加热实行不了正常工业化生产。若不添加溶剂，则产品粘度太高，不适合注浆施工。
为解决传统工艺生产油溶性聚氨酯灌浆材料(OPU)过程中存在的诸多问题，本发明由此而来。
发明内容
本发明的目的是提供一种常温合成型环保聚氨酯灌浆堵漏剂及其制备方法，主要通过高活性的反应物聚合MDI、伯羟基聚醚、仲氨基聚醚，同时辅以催化剂、氯化石蜡，二氯甲烷、硅油等在常温(20℃左右)聚合反应而成，解决了高温下生产带来的溶剂挥发、燃烧等系列问题，同时简化了生产工艺，并能降低成本。
为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：
一种常温合成型环保聚氨酯灌浆堵漏剂，其特征在于，包括以下组分，以重量百分比计：
进一步的，所述异氰酸酯为聚合MDI-200，所述MDI-200为MDI和多苯基多亚甲基多异氰酸酯的混合物，平均官能度为2.7，粘度为100～300mPa.s。
进一步的，所述第一聚醚分子量为4000～5000、官能度为3的伯羟基封端的聚醚，含水率≤0.05％。
进一步的，所述第二聚醚分子量为400～500、官能度为3的伯羟基封端的聚醚，含水率≤0.05％。
进一步的，所述第三聚醚分子量为400～500、官能度为2的仲氨基封端的聚醚，含水率≤0.05％。
进一步的，所述催化剂为双吗啉基二乙基醚，分子式为C12H24N2O3。
进一步的，所述增塑剂为液体氯化石蜡，如市售氯化石蜡42和氯化石蜡52。
进一步的，所述溶剂为二氯甲烷，分子式为CH2Cl2。
进一步的，所述稳泡剂为甲基硅油，粘度为200～800mPa.s。
如上所述的常温合成型环保聚氨酯灌浆堵漏剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
在常温条件下(20℃左右)先将第一聚醚、第二聚醚、第三聚醚加入第一反应釜中，搅拌混合均匀待用。将聚合MDI-200加入第二反应釜中，开启搅拌，搅拌速度为200～500r/min。然后将第一反应釜中的聚醚混合物缓缓加入第二反应釜中，加完搅拌1小时后，滴加双吗啉基二乙基醚催化剂到第二反应釜中，常温下反应3～4小时，然后降低搅拌速度至50～100r/min，将增塑剂氯化石蜡和溶剂二氯甲烷分别加入第二反应釜中，搅拌半小时，加入稳泡剂甲基硅油，继续搅拌半小时后即可出料制得所述常温合成型环保聚氨酯灌浆堵漏剂。
本发明工作原理如下：
由于异氰酸酯结构中含有不饱和键，因此具有高活性，理论上，异氰酸酯可以和所有提供活性氢的化合物反应，属亲核反应，常见的如：(1)与羟基化合物(如多元醇、聚醚、聚酯酰胺、蓖麻油等)反应生成氨基甲酸酯；(2)与含氨基化合物生成取代脲或缩二脲；(3)与水反应生成胺和二氧化碳，进一步生成取代脲等。
测试表明，伯醇、仲醇、叔醇与苯异氰酸酯反应的相对速率约为1.0：0.3:0.003～0.007，也就是，伯醇反应速率是仲醇的3.3倍、是叔醇的120～330倍。在工业化生产上直接表现为生产效率的大小，若采用伯醇与异氰酸酯反应一釜料6h，那么采用仲醇则需要20h，采用叔醇则需要720～2000h，采用仲醇、叔醇的效率太慢，基本不符合生产要求，特别是叔醇基本可以排除。目前基本采用仲醇封端聚醚生产聚氨酯灌浆料，但是鉴于近20小时的生产时间，实际采取加热(85℃左右)缩短反应时间，提高效率。即使反应后期降温至50℃左右，仍然导致加入的溶剂(一般20％左右)大量挥发、易燃易爆，生产过程可谓危险重重。
由此可见，传统工艺生产油溶性聚氨酯灌浆材料(OPU)还存在诸多问题。本发明为此研制了在不加热的情况下实现OPU生产，降低能耗，提高生产安全性。主要通过高活性的反应物聚合MDI、伯羟基聚醚、仲氨基聚醚及其他辅助原料实现。
如上述，异氰酸酯反应是碳原子上的亲核反应，所以电子取代基对异氰酸酯的活性有重要影响，即吸电子取代基可提高异氰酸酯的活性，而推电子基降低其反应性，各类取代基对异氰酸酯的反应性影响如下表1：
表1各类取代基对异氰酸酯的反应性影响
聚合MDI主要由约50％MDI和PAPI组成，结构式可表示为：(式中n＝0、1、2、3…)，当n＝0时，为纯MDI，约占聚合MDI50％，当n≠0时，则为PAPI。从结构式可看出，聚合MDI的异氰酸酯电子取代基为苯基，并且n≠0时苯基含量较大，因此聚合MDI的活性较MDI的活性更高，这在试验中已被证实，当然较取代基为对甲苯基的TDI上的异氰酸酯活性高，因此本发明选用适合常温反应的高活性聚合MDI作为原料之一。至于另一重要反应物聚醚也要选择高活性，在含活性氢的化合物中，亲核中心的电子云密度越大，负电性越强，它与异氰酸酯反应活性越高，反应速度越快，其排列顺序如下：
脂肪族NH2>芳香族NH2>伯OH>水>仲OH>酚OH>羧基>取代脲>酰胺>氨基甲酸酯。
可见，氨基最高，伯OH次之、仲OH活性较小，发明中选用了伯羟基聚醚、仲氨基聚醚。氨基聚醚中还有伯氨基聚醚，由于其与异氰酸酯常温反应太快(5s)，生产中难以控制，本发明中不宜采用，选用反应速率合适的仲氨基聚醚利于生产。异氰酸酯与羟基、氨基都属于放热反应，发明中加入适量的仲氨基聚醚，是为了利用仲氨基聚醚先与聚合MDI快速反应，温度上升5℃左右，这样对反应速度相对较慢的羟基聚醚的反应有促进作用。选用了官能度为3的两种分子量伯羟基封端聚醚：4000-5000分子量的聚醚含有大量的醚键，亲水清强，提高聚氨酯灌浆料亲水性，便于与水混合分散，缩短发泡时间，同时提高发泡体的柔韧性；400-500分子量的聚醚含有醚键较少，但是羟基含量较高，提供更多的与异氰酸酯交联的活性点，提高发泡体的刚性，抗水压力性能。
催化剂能降低反应活化能，加快反应速率，因此在聚氨酯的制备中常常使用催化剂，常用的催化剂为有机叔胺类及有机金属化合物。对催化剂的要求一般是：催化活性高、选择性强。聚氨酯合成中所采用的催化剂，都是既能催化与羟基的反应，也能催化与水的反应，但所有催化剂对这二个反应的催化活性各不相同，本发明催化剂选用胺类催化剂双吗啉基二乙基醚。生产中，先将聚醚混合，使得量少的氨基聚醚与其他聚醚混合分散，避免单独加入氨基聚醚与聚合MDI快速反应形成胶体，并且反应1h后才加入催化剂，这样利于控制反应，降低生产失败风险。
为调整发泡体的软硬度，添加了液体氯化石蜡增塑剂；为降低灌浆材料的粘度选用难燃性二氯甲烷溶剂；为使得发泡体稳定，不易破泡，使用了稳泡剂甲基硅油。
发明优点：
本发明为所述常温合成型环保堵漏材料，在不加热的情况下实现生产，实现了安全生产，并降低能耗，具有如下优点：
1、常温合成，生产在常温(20℃左右)下即可顺利进行，合成过程平稳，不需要额外加热，工艺简单，降低能耗；
2、生产安全性高，由于不需要加热到80℃以上，不会出现易燃易爆、毒性成分大量挥发等安全事故，并且采用难燃性二氯甲烷替代常用的二甲苯、丙酮等危险性溶剂，安全性高；
3、环保，低温生产，挥发成分少，环保性明显提高；
4、力学性能优异，按照JC/T2041-2010《聚氨酯灌浆材料》标准试验，灌浆材料凝固时间40～60s、发泡率1200～1400％、抗压强度7～10MPa，总体性能优异。
具体实施方式
以下结合优选实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
实施例1：
一种常温合成型环保堵漏材料，其制备工艺为：
常温(20℃左右)下，先将9份第一聚醚、4份第二聚醚、0.6份第三聚醚加入第一反应釜中，搅拌混合均匀待用，将65份聚合MDI-200加入第二反应釜中，开启搅拌(200～500r/min)，然后将第一反应釜中的聚醚缓缓加入第二反应釜中，加完搅拌1h后，滴加0.6份双吗啉基二乙基醚催化剂到第二反应釜中，常温反应3～4小时，降低搅速(50～100r/min)，将10份氯化石蜡，10.3份二氯甲烷分别加入第二反应釜中，搅拌半小时，加入0.5份甲基硅油，继续搅拌半小时后出料。
实施例2：
一种常温合成型环保堵漏材料，其制备工艺为：
常温(20℃左右)下，先将6份第一聚醚、6份第二聚醚、0.4份第三聚醚加入第一反应釜中，搅拌混合均匀待用，将67份聚合MDI-200加入第二反应釜中，开启搅拌(200～500r/min)，然后将第一反应釜中的聚醚缓缓加入第二反应釜中，加完搅拌1h后，滴加0.8份双吗啉基二乙基醚催化剂到第二反应釜中，常温反应3～4小时，降低搅速(50～100r/min)，将8份氯化石蜡，11.4份二氯甲烷分别加入第二反应釜中，搅拌半小时，加入0.4份甲基硅油，继续搅拌半小时后出料。
实施例3：
一种常温合成型环保堵漏材料，其制备工艺为：
常温(20℃左右)下，先将7份第一聚醚、5份第二聚醚、0.6份第三聚醚加入第一反应釜中，搅拌混合均匀待用，将58份聚合MDI-200加入第二反应釜中，开启搅拌(200～500r/min)，然后将第一反应釜中的聚醚缓缓加入第二反应釜中，加完搅拌1h后，滴加0.4份双吗啉基二乙基醚催化剂到第二反应釜中，常温反应3～4小时，降低搅速(50～100r/min)，将14份氯化石蜡，14.5份二氯甲烷分别加入第二反应釜中，搅拌半小时，加入0.5份甲基硅油，继续搅拌半小时后出料。
性能测试：
根据JC/T2041-2010《聚氨酯灌浆材料》标准进行测试，结果如下表2：
表2实施例常温合成型环保堵漏材料常规性能测试结果
序号 项目 技术指标 实施例1 实施例2 实施例3
1 不挥发物含量/％≥ 78 88.6 86.7 84.2
2 密度/(g/cm3)≥ 1.05 1.05 1.05 1.05
3 粘度/mPa.s≤ 1.0×103 1.0×103 1.0×103 1.0×103
4 凝固时间/s≤ 800 45 56 50
5 发泡率/％≥ 1000 1240 1380 1280
6 抗压强度/MPa≥ 6 7.8 9.4 8.3
需要指出的是，以上所述者仅为用以解释本发明之较佳实施例，并非企图据以对本发明作任何形式上之限制，是以，凡有在相同之发明精神下所作有关本发明之任何修饰或变更，皆仍应包括在本发明意图保护之范畴。

Claims (10)

1.一种常温合成型环保聚氨酯灌浆堵漏剂，其特征在于，包括以下组分，以重量百分比计：
2.根据权利要求1所述的常温合成型环保聚氨酯灌浆堵漏剂，其特征在于，所述异氰酸酯为聚合MDI-200，所述MDI-200为MDI和多苯基多亚甲基多异氰酸酯的混合物，平均官能度为2.7，粘度为100～300mPa.s。
3.根据权利要求1所述的常温合成型环保聚氨酯灌浆堵漏剂，其特征在于，所述第一聚醚分子量为4000～5000、官能度为3的伯羟基封端的聚醚，含水率≤0.05％。
4.根据权利要求1所述的常温合成型环保聚氨酯灌浆堵漏剂，其特征在于，所述第二聚醚分子量为400～500、官能度为3的伯羟基封端的聚醚，含水率≤0.05％。
5.根据权利要求1所述的常温合成型环保聚氨酯灌浆堵漏剂，其特征在于，所述第三聚醚分子量为400～500、官能度为2的仲氨基封端的聚醚，含水率≤0.05％。
6.根据权利要求1所述的常温合成型环保聚氨酯灌浆堵漏剂，其特征在于，所述催化剂为双吗啉基二乙基醚，分子式为C12H24N2O3。
7.根据权利要求1所述的常温合成型环保聚氨酯灌浆堵漏剂，其特征在于，所述增塑剂为液体氯化石蜡。
8.根据权利要求1所述的常温合成型环保聚氨酯灌浆堵漏剂，其特征在于，所述溶剂为二氯甲烷，分子式为CH2Cl2。
9.根据权利要求1所述的常温合成型环保聚氨酯灌浆堵漏剂，其特征在于，所述稳泡剂为甲基硅油，粘度为200～800mPa.s。
10.如权利要求1～9任一项所述的常温合成型环保聚氨酯灌浆堵漏剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
在常温条件下先将第一聚醚、第二聚醚、第三聚醚加入第一反应釜中，搅拌混合均匀待用，然后将聚合MDI-200加入第二反应釜中，开启搅拌，搅拌速度为200～500r/min，然后将第一反应釜中的聚醚混合物缓缓加入第二反应釜中，加完搅拌1小时后，滴加双吗啉基二乙基醚催化剂到第二反应釜中，常温下反应3～4小时，然后降低搅拌速度至50～100r/min，将增塑剂氯化石蜡和溶剂二氯甲烷分别加入第二反应釜中，搅拌半小时，加入稳泡剂甲基硅油，继续搅拌半小时后即可出料制得所述常温合成型环保聚氨酯灌浆堵漏剂。
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