CN108892765B - 一种无溶剂单组份聚氨酯灌浆料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无溶剂单组份聚氨酯灌浆料及其制备方法，所述无溶剂单组份油溶性聚氨酯灌浆料的制备原料包括如下按质量百分比计算的组份：10～20%端羟基疏水性聚合物多元醇；50～70%二异氰酸酯；15～30%液体填料；0.1～0.5%催化剂；0.5～5%泡沫稳定剂；0.3～1.5%除水剂；其中，所述除水剂为单官能度高反应活性低粘度的异氰酸酯。本发明所述的无溶剂单组份油溶性聚氨酯灌浆料完全不含有机溶剂，粘度低，收缩率低、且能够避免因空气中的潮湿水分引起的胀罐现象，储存稳定性优异。

Description

一种无溶剂单组份聚氨酯灌浆料及其制备方法
技术领域
本发明涉及聚氨酯灌浆材料领域，具体地，本发明涉及一种无溶剂单组份聚氨酯灌浆料及其制备方法。
背景技术
聚氨酯灌浆料按聚醚的原材料可分为水溶性聚氨酯灌浆材料和油溶性聚氨酯灌浆材料两个类别，都是以聚合物多元醇和异氰酸酯反应制成过量的异氰酸酯预聚体为主，加入催化剂，泡沫稳定剂、溶剂制成的一种具有堵漏、加固、防水作用的灌浆材料。
水溶性聚氨酯材料遇水快速反应，根据加入不同用量的水可得到不出的发泡体，缺点是使用挥发性大的有机溶剂来降低粘度，使用毒性高的甲苯二异氰酸(TDI)最终制成品中亦会残留较多游离TDI，因而在生产和施工过程中均会对操作人员造成健康伤害、且发泡体失水收缩快，长时间放置容易出现胀罐。例：中国发明专利(CN104262585 A)单组份水溶性聚氨酯化学灌浆材料及其制备方法，其特征是用甲苯二异氰酸(TDI)，使用二甲苯溶剂、聚醚多元醇的分子量为6000，官能度为3.5，环氧乙烷含量为85％。
目前，油溶性聚氨酯灌浆材料强度高，力学性能优于水溶性聚氨酯灌浆材料，但粘度高、需要添加有机溶剂去降低粘度，现有技术中都有加入有机溶剂常用的有机溶剂丙酮、甲苯、二甲苯、三甲苯、丙二醇甲醚醋酸酯来降低粘度作用，而加入三甲苯，丙酮溶剂刺激性大，放置容易出现胀罐不方便运输和影响使用效果、对施工人员身体做成一定危害，、对环境做成一定的污染。中国发明专利(CN 102492287 A)一种环境友好型疏水性聚氨酯灌浆材料的制备方法，其是选用高沸点溶剂选自醚类溶剂用量(10％-25％)用于降低粘度，即使用的是属于低挥发性、难燃的醚类溶剂但醚类溶剂中气味属于较难闻，但醚类溶剂是挥发性较低而在使用时存在一定气味也会影响施工人员的身体和环境污染。中国发明专利(CN102079862 B)单组分油溶性聚氨酯灌浆材料以及其原料和制备方法，其采用二苯基甲烷-4，4’-二异氰酸酯(MDI)或多亚甲基多苯基多异氰酸酯(PAPI)等为异氰酸酯原料，由于用二苯基甲烷-4，4’-二异氰酸酯(MDI)由于容易自聚在室温贮存不稳定，常温下是固体，使用时带来诸多不便；并在单组份聚氨酯灌浆料是在过量的异氰酸酯的预聚体，因在空气中遇潮湿天气容易发生胀罐现象，造成使用效果不佳且影响运输。
因此发展无溶剂聚氨酯灌浆材料解决现阶段存在环保问题有重要意义。
发明内容
基于此，本发明在于克服现有的聚氨酯灌浆材料难以兼顾环保性和抗收缩率的缺陷以及贮存时易发生胀罐现象，提供一种无溶剂油溶性聚氨酯灌浆材料，其完全不含有机溶剂，粘度低，收缩率低、且能够避免因空气中的潮湿水分引起的胀罐现象，储存稳定性优异。
其技术方案如下：
一种无溶剂单组份油溶性聚氨酯灌浆料，其制备原料包括如下按质量百分比计算的组份：
10～20％ 端羟基疏水性聚合物多元醇；
50～70％ 二异氰酸酯；
15～30％ 液体填料；
0.1～0.5％ 催化剂；
0.5～5％ 泡沫稳定剂；
0.3～1.5％ 除水剂；
其中，所述除水剂为单官能度高反应活性低粘度的异氰酸酯。
本发明中，端羟基疏水性聚合物多元醇和二异氰酸酯反应后能得到聚氨酯预聚物，使体系具有堵漏、加固等基本性能；配方中使用了单官能度高反应活性低粘度的异氰酸酯作为除水剂，其与水反应生成惰性的胺化物和二氧化碳，通过反应可消除体系内的微量水分，而生成的胺化物是不与烷基异氰酸酯和芳基异氰酸酯进行反应，能够提高储存稳定，其加入又不影响的固含量的变化，还改善因天气潮湿水分提高继而发生的胀罐现象。本发明为无溶剂单组份油溶性聚氨酯灌浆料，液料中完全不含有机溶剂，符合现在高环保性的要求，能够降低施工人员身体的危害。
在其中一个实施例中，所述二异氰酸酯为碳化二亚胺改性MDI(液化MDI)、PAPI、MDI中的至少一种。本发明不使用毒性大的甲苯二异氰酸酯，环保性能更优。
在其中一个实施例中，所述的端羟基疏水性聚合物多元醇为官能度为2-4、分子量在500-2000的聚醚三元醇，聚醚四元醇，聚四亚甲基醚而醇中的至少一种。选用高官能度和低分子量的多元醇，由于官能度高，支化度大、分子量低，使制得泡沫体有很高的强度和硬度，使泡沫体收缩少，难再发生第二次漏水。
在其中一个实施例中，所述液体填料为邻苯二甲酸二异壬酯、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛酯中的至少一种。
在其中一个实施例中，所述催化剂为三亚乙基二胺、N,N二甲基环己胺、N-甲基吗啉、双吗啉二乙基醚，N,N甲基二环己基胺、辛酸亚锡和二月桂酸二丁基锡、异辛酸铋中的一种或两种。
在其中一个实施例中，所述泡沫稳定剂为吐温80、吐温60、聚烷基硅氧烷中的至少一种。
在其中一个实施例中，所述除水剂为TI、BF-5、OF单官能度高反应活性的异氰酸酯中至少一种。
所述的无溶剂单组份油溶性聚氨酯灌浆料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将配方中的端羟基疏水性聚合物多元醇、液体填料投入带有真空减压蒸馏装置和搅拌器的反应釜中加热升温至105-110℃，在温度110℃下连续抽真空脱水3小时，真空度需要＜0.09MPa；
(2)脱水完毕后，将温度降至80±5℃，在常压下加入二异氰酸酯、温度在80±5℃反应2-2.5小时；
(3)反应完毕后，将温度降至常温下加入催化剂，泡沫稳定剂、除水剂搅拌10min出料包装即可，即得到无溶剂聚氨酯灌浆料。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明为无溶剂单组份油溶性聚氨酯灌浆料，液料中完全不含有机溶剂，符合现在高环保性的要求，能够降低施工人员身体的危害；
(2)本发明除水剂是采用单官能度高反应活性低粘度的异氰酸酯，其与水反应生成惰性的胺化物和二氧化碳，通过这反应可消除体系内的微量水分，而生成的胺化物是不与烷基异氰酸酯和芳基异氰酸酯进行反应，能够提高储存稳定，其加入又不影响的固含量的变化，还改善因天气潮湿水分提高继而发生的胀罐现象；
(3)本发明未使用毒性大的甲苯二异氰酸酯，环保性能更优；
(4)本发明使用官能度较高、分子量较低的多元醇，分子量低，羟基与碳化二亚胺改性MDI(C-MDI)进行制得预聚物，由于官能度高，支化度大、分子量低使制得泡沫体有很高的强度和硬度，使泡沫体收缩少，难再发生第二次漏水；
(5)本发明无溶剂单组份聚氨酯灌浆料采用的是单液注浆，施工简单快捷。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施方式，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。
实施例1
以质量百分比计，本实施例中的无溶剂单组份油溶性聚氨酯灌浆料的制备原料包括如下组分：
聚醚三元醇：14％；
聚醚四元醇：5％；
邻苯二甲酸二丁酯：25％；
PAPI(-NCO:32％)：55％；
催化剂：0.1％；
泡沫稳定剂：0.6％；
除水剂TI：0.3％；
所述的催化剂为N-甲基吗啉；所述泡沫稳定剂为吐温80。
本实施例所述无溶剂单组份油溶性聚氨酯灌浆料的制备方法为：
(1)将配方中的聚醚三元醇、聚醚四元醇、邻苯二甲酸二丁酯投入带有真空减压蒸馏装置和搅拌器的反应釜中加热升温至105-110℃，在温度110℃下连续抽真空脱水3小时，真空度需要＜0.09MPa；
(2)脱水完毕后，将温度降至80±5℃，在常压下加入PAPI、温度在80±5℃反应2-2.5小时；
(3)反应完毕后，将温度降至常温下加入催化剂、泡沫稳定剂、除水剂搅拌10min出料包装即可，即得到无溶剂聚氨酯灌浆料。
实施例2
以质量百分比计，本实施例中的无溶剂单组份油溶性聚氨酯灌浆料的制备原料包括如下组分：
聚醚四元醇：10％；
邻苯二甲酸二丁酯：18％；
PAPI(-NCO:32％)：70％；
催化剂：0.3％；
泡沫稳定剂：1％；
除水剂TI：0.7％；
所述的催化剂为双吗啉二乙基醚，所述的泡沫稳定剂为吐温60。
本实施例所述的无溶剂单组份油溶性聚氨酯灌浆料的制备方法为：
(1)将配方中的聚合物多元醇、液体填料投入带有真空减压蒸馏装置和搅拌器的反应釜中加热升温至105-110℃，在温度110℃下连续抽真空脱水3小时，真空度需要＜0.09MPa；
(2)脱水完毕后，将温度降至80±5℃，在常压下加入二异氰酸酯、温度在80±5℃反应2-2.5小时；
(3)反应完毕后，将温度降至常温下加入催化剂，泡沫稳定剂、除水剂搅拌10min出料包装即可，即得到无溶剂聚氨酯灌浆料。
实施例3
以质量百分比计，本实施例中的无溶剂单组份油溶性聚氨酯灌浆料的制备原料包括如下组分：
聚醚三元醇：7％；
聚醚四元醇：8％；
邻苯二甲酸二丁酯：22.9％；
PAPI(-NCO:32％)：50％；
液化MDI(C-MDI)：10％；
催化剂：0.2％；
泡沫稳定剂：1.4％；
除水剂TI：0.5％；
所述的催化剂为质量比为1:1的三亚乙基二胺和二月桂酸二丁基锡的混合催化剂；所述的泡沫稳定剂为聚烷基硅氧烷。
本实施例所述的无溶剂单组份油溶性聚氨酯灌浆料的制备方法为：
(1)将配方中的聚醚三元醇、聚醚四元醇、邻苯二甲酸二丁酯投入带有真空减压蒸馏装置和搅拌器的反应釜中加热升温至105-110℃，在温度110℃下连续抽真空脱水3小时，真空度需要＜0.09MPa；
(2)脱水完毕后，将温度降至80±5℃，在常压下加入PAPI、温度在80±5℃反应2-2.5小时；
(3)反应完毕后，将温度降至常温下加入催化剂，泡沫稳定剂、除水剂搅拌10min出料包装即可，即得到无溶剂聚氨酯灌浆料。
实施实例4
以质量百分比计，本实施例中的无溶剂单组份油溶性聚氨酯灌浆料的制备原料包括如下组分：
聚四亚甲基醚二醇：8％；
聚醚四元醇：12％；
邻苯二甲酸二丁酯：28％；
PAPI(-NCO:32％)：50％；
催化剂：0.2％；
泡沫稳定剂：1.3％；
除水剂TI：0.5％；
所述催化剂为三亚乙基二胺；所述的泡沫稳定剂为吐温80。
本实施例所述无溶剂单组份油溶性聚氨酯灌浆料的制备方法为：
(1)将配方中的聚四亚甲基醚二醇、聚醚四元醇、邻苯二甲酸二丁酯投入带有真空减压蒸馏装置和搅拌器的反应釜中加热升温至105-110℃，在温度110℃下连续抽真空脱水3小时，真空度需要＜0.09MPa；
(2)脱水完毕后，将温度降至80±5℃，在常压下加入PAPI、温度在80±5℃反应2-2.5小时；
(3)反应完毕后，将温度降至常温下加入催化剂，泡沫稳定剂、除水剂搅拌10min出料包装即可，即得到无溶剂聚氨酯灌浆料。
实施例5
以质量百分比计，本实施例中的无溶剂单组份油溶性聚氨酯灌浆料的制备原料包括如下组分：
聚醚三元醇：5％；
聚醚四元醇：5％；
邻苯二甲酸二异壬酯：15％；
MDI：70％；
催化剂：0.2％；
泡沫稳定剂：3.4％；
除水剂BF-5：1.4％；
所述的催化剂为N-甲基吗啉；所述泡沫稳定剂为吐温80。
本实施例所述无溶剂单组份油溶性聚氨酯灌浆料的制备方法为：
(1)将配方中的聚醚三元醇、聚醚四元醇、邻苯二甲酸二丁酯投入带有真空减压蒸馏装置和搅拌器的反应釜中加热升温至105-110℃，在温度110℃下连续抽真空脱水3小时，真空度需要＜0.09MPa；
(2)脱水完毕后，将温度降至80±5℃，在常压下加入MDI、温度在80±5℃反应2-2.5小时；
(3)反应完毕后，将温度降至常温下加入催化剂、泡沫稳定剂、除水剂搅拌10min出料包装即可，即得到无溶剂聚氨酯灌浆料。
对比例1
一种无溶剂单组份油溶性聚氨酯灌浆料，其组份与实施例1基本相似，区别在于，本对比例1未使用除水剂，邻苯二甲酸二丁酯的用量为25.3％。
对比例2
一种无溶剂单组份油溶性聚氨酯灌浆料，其组份与实施例1基本相似，区别在于，本对比例2除水剂TI的用量为0.1％，邻苯二甲酸二丁酯的用量为25.2％。
对比例3
一种无溶剂单组份油溶性聚氨酯灌浆料，其组份与实施例1基本相似，区别在于，本对比例3除水剂TI的用量为1.8％，邻苯二甲酸二丁酯的用量为23.5％。
对实施例1-5制备得到的无溶剂聚氨酯灌浆料进行密度、粘度、凝固时间、不挥发物含量、发泡率、抗压强度性能测试，测试方法参考标准JC/T2041-2010，测试结果见表1。
表1
Figure GDA0002552819670000081
对实施例1-5所制备的无溶剂单组份油溶性聚氨酯灌浆料的稳定性进行测试，50℃鼓风烘箱测试聚氨酯灌浆料储存稳定性，结果见表2。
表2
Figure GDA0002552819670000082
Figure GDA0002552819670000091
对实施例1-5制备的无溶剂单组份油溶性聚氨酯灌浆料和对比例1、对比例2制备的无溶剂单组份油溶性聚氨酯灌浆料进行胀罐测试，采用金属罐储存，测试聚氨酯灌浆料胀罐情况，检测条件为：常温存放，35℃/75％湿度，储存30天。测试结果见表3。
表3
测试项目 罐子外观状态 开罐气体状态 发泡率％
测试方法 目测 目测 JC/T2041-2010
实施例1 罐完好、没发胀 没气体溢出 1260
实施例2 罐完好、没发胀 没气体溢出 1480
实施例3 罐完好、没发胀 没气体溢出 1370
实施例4 罐完好、没发胀 没气体溢出 1100
实施例5 罐完好、没发胀 没气体溢出 1085
对比例1 罐严重发胀 大量气体溢出 1800
对比例2 罐严重发胀 大量气体溢出 1560
对比例3 罐严重发胀 大量气体溢出 673
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种无溶剂单组份油溶性聚氨酯灌浆料，其特征在于，其制备原料由如下按质量百分比计算的组份组成：
10~20%端羟基疏水性聚合物多元醇；
50~70%二异氰酸酯；
15~30%液体填料；
0.1~0.5%催化剂；
0.5~5%泡沫稳定剂；
0.3~1.5%除水剂；
其中，所述除水剂为TI或BF-5。
2.根据权利要求1所述的无溶剂单组份油溶性聚氨酯灌浆料，其特征在于，所述二异氰酸酯为碳化二亚胺改性MDI、PAPI、MDI中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的无溶剂单组份油溶性聚氨酯灌浆料，其特征在于，所述的端羟基疏水性聚合物多元醇为官能度为2-4、分子量在500-2000的聚醚三元醇，聚醚四元醇，聚四亚甲基醚二醇中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的无溶剂单组份油溶性聚氨酯灌浆料，其特征在于，所述液体填料为邻苯二甲酸二异壬酯、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛酯中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的无溶剂单组份油溶性聚氨酯灌浆料，其特征在于，所述催化剂为三亚乙基二胺、N,N-二甲基环己胺、N-甲基吗啉、双吗啉二乙基醚，N-甲基二环己基胺、辛酸亚锡、二月桂酸二丁基锡、异辛酸铋中的一种或两种。
6.根据权利要求1所述的无溶剂单组份油溶性聚氨酯灌浆料，其特征在于，所述泡沫稳定剂为吐温80、吐温60、聚烷基硅氧烷中的至少一种。
7.权利要求1-6任一项权利要求所述的无溶剂单组份油溶性聚氨酯灌浆料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）将配方中的端羟基疏水性聚合物多元醇、液体填料投入带有真空减压蒸馏装置和搅拌器的反应釜中加热升温至105-110℃，在温度110℃下连续抽真空脱水3小时，真空度需要＜0 .09MPa；
（2）脱水完毕后，将温度降至80±5℃，在常压下加入二异氰酸酯、温度在80±5℃反应2-2 .5小时；
（3）反应完毕后，将温度降至常温下加入催化剂，泡沫稳定剂、除水剂搅拌10min出料包装即可，即得到无溶剂单组份油溶性聚氨酯灌浆料。
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