CN107987288A - 一种交联剂及其制备方法及丙烯酸盐灌浆材料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种交联剂及其制备方法及丙烯酸盐灌浆材料，涉及建筑材料技术领域。本发明的交联剂包括如下重量份的组分：多异氰酸酯5‑25份，聚乙二醇单烯丙基醚75‑95份,催化剂0‑1份。添加有本发明的交联剂的丙烯酸盐灌浆材料的固结物的断裂伸长率可达300％‑450％，可有效适应裂缝或接缝的形变而不发生破坏，具有优异的防渗堵漏效果，同时，其固砂体抗压强度可达400kPa‑450kPa，具有良好的耐水压破坏性能。

Description

一种交联剂及其制备方法及丙烯酸盐灌浆材料
技术领域
本发明涉及建筑材料领域，尤其涉及一种交联剂及其制备方法及丙烯酸盐灌浆材料。
背景技术
丙烯酸盐化学灌浆材料的研究和应用始于上世纪40年代，当时由于丙烯酸不能大量生产，材料来源困难，因而未能广泛应用。1980年美国开始用丙烯酸盐(AC-400)来代替丙烯酰胺灌浆材料，我国于80年代中后期，在前人工作的基础上研发出丙烯酸盐化学灌浆材料，90年代在国际会议上进行了交流，并在长江三峡等工程中得到了应用。2005年之后，有比利时迪尼夫等国外公司在地铁等部门推广应用丙烯酸盐化学灌浆材料。
早期丙烯酸盐灌浆材料使用的交联剂为N,N'-亚甲基双丙烯酰胺，该化合物有一定毒性，目前使用的丙烯酸盐灌浆材料多采用无毒型固化剂，如乙二醇二丙烯酸酯或聚二烯丙基醚等。但是目前国内市场上使用的丙烯酸盐灌浆材料均存在一些问题，有些材料的断裂伸长率较低，没有良好的柔性，不能很好的适应裂缝或接缝的形变而易导致开裂，而有些断裂伸长率较高的材料，其强度较低，不能长期有效的抵抗水的作用力，导致后期再次出现渗漏。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种交联剂及其制备方法及丙烯酸盐灌浆材料，主要目的是解决丙烯酸盐灌浆材料柔性与强度均较差的问题。
为达到上述目的，本发明主要提供了如下技术方案：
一方面，本发明实施例提供了一种交联剂，包括如下重量份的组分：
多异氰酸酯 5-25份，
聚乙二醇单烯丙基醚 75-95份,
催化剂 0-1份。
作为优选，所述多异氰酸酯为10-20份，所述聚乙二醇单烯丙基醚为80-95份,所述催化剂为0.1-0.2份。
作为优选，所述多异氰酸酯选自甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、多亚甲基多苯基异氰酸酯的芳香族多异氰酸酯、环己烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯及异佛尔酮二异氰酸酯的脂肪族多异氰酸酯中的至少一种。
作为优选，所述甲苯二异氰酸酯为2,4’-甲苯二异氰酸酯和/或2,6’-甲苯二异氰酸酯。
作为优选，所述聚乙二醇单烯丙基醚的分子式的一端为烯丙基或甲基烯丙基，另一端为羟基；所述聚乙二醇单烯丙基醚的分子量为400-1000。
作为优选，所述催化剂为有机金属盐类催化剂。
另一方面，本发明实施例提供了上述交联剂的制备方法，所述方法包括：
按配方准备多异氰酸酯、聚乙二醇单烯丙基醚和催化剂原料；
在氮气气氛中，将聚乙二醇单烯丙基醚加热至第一温度，在真空和第一温度下恒温脱水后得到脱水聚乙二醇单烯丙基醚；
所述脱水聚乙二醇单烯丙基醚在常压下降温至第二温度后向其中加入多异氰酸酯，再加热升温至第三温度，恒温反应后得到第二产物；
所述第二产物降温至第四温度后向其中加入催化剂，恒温反应后得到第三产物，所述第三产物即为交联剂。
作为优选，所述第一温度为100℃-120℃；真空度为-0.095MPa～-0.1MPa，脱水时间为2h-3h；所述第二温度为50℃-60℃；所述第三温度为80℃-85℃，在所述第三温度下恒温反应的时间为2h-3h；所述第四温度为70℃-75℃，在所述第四温度下恒温反应的时间为1h-2h；所述第三产物降温至50℃-60℃后即为所述交联剂。
又一方面，本发明实施例提供了一种丙烯酸盐灌浆材料，其使用的交联剂为上述交联剂。
作为优选，所述丙烯酸盐灌浆材料的固结物的断裂伸长率可达300％-450％；所述丙烯酸盐灌浆材料的固砂体的抗压强度可达400kPa-450kPa。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明以多异氰酸酯与聚乙二醇单烯丙基醚为反应物，在催化剂作用下反应生成一种双端基为烯丙基或甲基烯丙基结构的环保型交联剂，其中多异氰酸酯为交联剂提供强度，聚乙二醇单烯丙基醚为交联剂提供柔性。
添加有本发明的交联剂的丙烯酸盐灌浆材料的固结物的断裂伸长率可达300％-450％，可有效适应裂缝或接缝的形变，而不发生破坏，具有优异的防渗堵漏效果；同时，其固砂体抗压强度可达400kPa-450kPa，具有良好的耐水压破坏性能。
本发明的聚乙二醇单烯丙基醚与多异氰酸酯在催化剂作用下发生如下化学反应：
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下以较佳实施例，对依据本发明申请的具体实施方式、技术方案、特征及其功效，详细说明如后。下述说明中的多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。
实施例1
按配方比例准备原料：以重量份计，9份多异氰酸酯(甲苯二异氰酸酯)，91份聚乙二醇单烯丙基醚(分子量为1000)，0.2份催化剂(二月桂酸二丁锡)；将聚乙二醇单烯丙基醚加入有氮气保护的反应釜中，在搅拌下加热至100℃，恒温抽真空至釜内压力-0.095MPa脱水3小时，关真空降温至50℃加入相应量的多异氰酸酯，再控制升温至80℃反应2小时，又降温至70℃后向体系中加入催化剂反应2小时，然后降温至50℃，即得到交联剂。
实施例2
按配方比例准备原料：以重量份计，11份多异氰酸酯(甲苯二异氰酸酯)，89份聚乙二醇单烯丙基醚(分子量为800)，0.15份催化剂(二月桂酸二丁锡)；将聚乙二醇单烯丙基醚加入有氮气保护的反应釜中，在搅拌下加热至105℃，恒温抽真空至釜内压力-0.097MPa脱水2.5小时，关真空降温至55℃加入相应量的多异氰酸酯，再控制升温至83℃反应2.5小时，又降温至75℃后向体系中加入催化剂反应1.5小时，然后降温至55℃，即得到交联剂。
实施例3
按配方比例准备原料：以重量份计，15份多异氰酸酯(甲苯二异氰酸酯)，85份聚乙二醇单烯丙基醚(分子量为600)，0.1份催化剂(二月桂酸二丁锡)；将聚乙二醇单烯丙基醚加入有氮气保护的反应釜中，在搅拌下加热至110℃，恒温抽真空至釜内压力-0.098MPa脱水2小时，关真空降温至58℃加入相应量的多异氰酸酯，再控制升温至85℃反应3小时，又降温至75℃后向体系中加入催化剂反应1小时，然后降温至58℃，即得到交联剂。
实施例4
按配方比例准备原料：以重量份计，20份多异氰酸酯(甲苯二异氰酸酯)，80份聚乙二醇单烯丙基醚(分子量为400)，0.1份催化剂(二月桂酸二丁锡)；将聚乙二醇单烯丙基醚加入有氮气保护的反应釜中，在搅拌下加热至120℃，恒温抽真空至釜内压力-0.1MPa脱水2小时，关真空降温至60℃加入相应量的多异氰酸酯，再控制升温至85℃反应3小时，又降温至75℃后向体系中加入催化剂反应1小时，然后降温至60℃，即得到交联剂。
实施例5
将上述实施例1-4制备的交联剂分别加入丙烯酸镁水溶液和三乙醇胺组成A组分，过硫酸钠溶于水组成B组分，A、B组分按照体积比1:1混合制备得到四种丙烯酸盐灌浆材料的固结物；
丙烯酸盐灌浆材料配比：
A组份按重量计，包括以下原料组成：
丙烯酸镁水溶液 87份
交联剂 8份
三乙醇胺 5份
B组份按重量计，包括以下原料组成：
水 95份
过硫酸钠 5份
对上述实施例5制备的四种丙烯酸盐灌浆材料的固结物的断裂伸长率和固砂体抗压强度进行测试，其中断裂伸长率按照GB/T 528-2009《硫化橡胶或热塑性橡胶拉伸应力应变性能的测定》进行测试，固砂体抗压强度按照JC/T 2037-2010《丙烯酸盐灌浆材料》进行测试。
通过上述检验结果可知：实施例5制备的四种(对应实施例1-4)丙烯酸盐灌浆材料的固结物的断裂伸长率分别为410％、379％、365％、355％；其固砂体抗压强度分别为407kPa、418kPa、422kPa、431kPa。
本发明的聚乙二醇单烯丙基醚与多异氰酸酯在催化剂作用下发生如下化学反应：
本发明研发的交联剂配方为：以重量份计，多异氰酸酯5-25份，聚乙二醇单烯丙基醚75-95份,催化剂0-1份。
进一步优选配方为：多异氰酸酯为10-20份，聚乙二醇单烯丙基醚为80-95份,催化剂为0.1-0.2份。
本发明以多异氰酸酯与聚乙二醇单烯丙基醚为反应物，在催化剂作用下反应生成一种双端基为烯丙基或甲基烯丙基结构的环保型交联剂，其中多异氰酸酯为交联剂提供强度，聚乙二醇单烯丙基醚为交联剂提供柔性。添加有本发明的交联剂的丙烯酸盐灌浆材料的固结物的断裂伸长率可达300％-450％，可有效适应裂缝或接缝的形变，而不发生破坏，具有优异的防渗堵漏效果；同时，其固砂体抗压强度可达400kPa-450kPa，具有良好的耐水压破坏性能。
本发明实施例中未尽之处，本领域技术人员均可从现有技术中选用。
以上公开的仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以上述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种交联剂，其特征在于，所述交联剂包括如下重量份的组分：
多异氰酸酯 5-25份，
聚乙二醇单烯丙基醚 75-95份,
催化剂 0-1份。
2.如权利要求1所述的一种交联剂，其特征在于，所述多异氰酸酯为10-20份，所述聚乙二醇单烯丙基醚为80-95份,所述催化剂为0.1-0.2份。
3.如权利要求1或2所述的一种交联剂，其特征在于，所述多异氰酸酯选自甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、多亚甲基多苯基异氰酸酯的芳香族多异氰酸酯、环己烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯及异佛尔酮二异氰酸酯的脂肪族多异氰酸酯中的至少一种。
4.如权利要求3所述的一种交联剂，其特征在于，所述甲苯二异氰酸酯为2,4’-甲苯二异氰酸酯和/或2,6’-甲苯二异氰酸酯。
5.如权利要求1或2所述的一种交联剂，其特征在于，所述聚乙二醇单烯丙基醚的分子式的一端为烯丙基或甲基烯丙基，另一端为羟基；所述聚乙二醇单烯丙基醚的分子量为400-1000。
6.如权利要求1或2所述的一种交联剂，其特征在于，所述催化剂为有机金属盐类催化剂。
7.如权利要求1-6任一项所述的一种交联剂的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
按配方准备多异氰酸酯、聚乙二醇单烯丙基醚和催化剂原料；
在氮气气氛中，将聚乙二醇单烯丙基醚加热至第一温度，在真空和第一温度下恒温脱水后得到脱水聚乙二醇单烯丙基醚；
所述脱水聚乙二醇单烯丙基醚在常压下降温至第二温度后向其中加入多异氰酸酯，再加热升温至第三温度，恒温反应后得到第二产物；
所述第二产物降温至第四温度后向其中加入催化剂，恒温反应后得到第三产物，所述第三产物即为交联剂。
8.如权利要求7所述的一种交联剂的制备方法，其特征在于，所述第一温度为100℃-120℃；真空度为-0.095MPa～-0.1MPa，脱水时间为2h-3h；所述第二温度为50℃-60℃；所述第三温度为80℃-85℃，在所述第三温度下恒温反应的时间为2h-3h；所述第四温度为70℃-75℃，在所述第四温度下恒温反应的时间为1h-2h；所述第三产物降温至50℃-60℃后即为所述交联剂。
9.一种丙烯酸盐灌浆材料，其特征在于，所述灌浆材料使用的交联剂为权利要求1-8任一项所述的交联剂。
10.如权利要求9所述的一种丙烯酸盐灌浆材料，其特征在于，所述丙烯酸盐灌浆材料的固结物的断裂伸长率为300％-450％；所述丙烯酸盐灌浆材料的固砂体的抗压强度为400kPa-450kPa。
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