CN112480656A - 一种环保型聚氨酯玻纤复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种环保型聚氨酯玻纤复合材料及其制备方法，所述聚氨酯玻纤复合材料包括以下重量份比的组分：20~30份多异氰酸酯化合物、聚醚多元醇40~60份、玻璃纤维3~5份、相容剂1~2份、催化剂0.5~2份、泡沫稳定剂0.5~2份、增塑剂0.5~1份。本发明环保型聚氨酯玻纤复合材料中加入不同长度的玻璃纤维，通过该玻璃纤维交织形成的聚氨酯玻纤复合材料具有更强的力学性能，且体系中加入环氧乙烷、环氧丙烷、硅烷偶联剂的复配的相容剂，避免玻璃纤维的加入导致聚氨酯体系的流动性差，并提高了与聚氨酯的相容性。
Description
技术领域
本发明属于防水堵漏技术领域，具体涉及一种环保型聚氨酯玻纤复合材料及其制备方法。
背景技术
化学灌浆是将一定的化学材料（无机或有机材料）配制成溶液，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，以增强地层强度、降低地层渗透性、防止地层变形和进行混凝土建筑物裂缝缝补的一项加固基础，防水堵漏和混凝土缺陷补强技术。化学灌浆技术已在我国水电、建筑、交通和采矿等领域得到广泛应用。
化学灌浆材料主要有环氧树脂和聚氨酯两大类灌浆加固材料。环氧树脂灌浆材料强度大，但固化慢，固化速度不可控，在突发地质灾害情况下很难实现快速加固处理；而聚氨酯灌浆材料固化快，固化速度可调，在煤矿井下化学注浆快速加固处理中得到了广泛的应用和发展。
聚氨酯灌浆材料主剂中的预聚体含有大量的异氰酸酯基团，与缝隙表面或者碎基材中的水分接触，发生反应，释放出大量的二氧化碳气体，浆液膨胀，易形成多孔、疏松的聚氨酯硬质泡沫。泡沫越疏松，强度就越低。现有的建筑工程如煤矿、地铁、隧洞等地下空间非常潮湿，甚至其岩壁缝隙中存在大量的明水，排水相对比较困难。原有的聚氨酯灌浆材料，在这种有大量水恶劣的情况使用，聚氨酯灌浆加固材料的发泡倍率可高达十倍以上，导致固结体强度大大降低，其抗压强度甚至不到0.1MPa，从而严重影响加固效果。
发明内容
本发明的目的是提供一种环保型聚氨酯玻纤复合材料及其制备方法，所制备的复合材料的具有优异的力学性能，避免发泡倍率高所导致抗压强度大大降低的弊端。
本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种环保型聚氨酯玻纤复合材料，包括以下重量份比的组分：多异氰酸酯化合物20~30份、聚醚多元醇40~60份、玻璃纤维3~5份、相容剂1~2份、催化剂0.5~2份、泡沫稳定剂0.5~2份、增塑剂0.5~1份。
优选的，所述多异氰酸酯化合物为质量比为1~2：2~3的甲苯二异氰酸酯和多亚甲基多苯基多异氰酸酯的复配物。
优选的，所述聚醚多元醇为2~4官能度的聚醚多元醇，分子量400~5000，羟值10~300mgKOH/g，所述聚醚多元醇由多元醇、环氧乙烷和环氧丙烷进行聚合而成。
优选的，所述玻璃纤维为质量比为1：1的短玻璃纤维和长玻璃纤维，所述短玻璃纤维的长度为0.1~0.3mm，所述长玻璃纤维的长度为6~8mm。
优选的，所述相容剂为环氧丙烷、环氧乙烷、硅烷偶联剂的复配物。
优选的，所述环氧乙烷、环氧丙烷、硅烷偶联剂的质量比为8~12：3~7：1~2。
优选的，所述泡沫稳定剂为质量比为5~10:5~10:2~5的环氧乙烷、环氧丙烷、聚烷烃硅氧烷的复配物。
优选的，所述增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯或邻苯二甲酸二辛酯，所述催化剂为有机金属催化剂。
一种环保型聚氨酯玻纤复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将聚醚多元醇进行真空脱水处理后，加入多异氰酸酯化合物进行反应得到预聚体。
（2）将玻璃纤维和相容剂进行混合，充分搅拌分散。
（3）将步骤（1）的预聚体和步骤（2）的混合物进行混合，并加入催化剂、增塑剂和泡沫稳定剂充分混合。
优选的，一种环保型聚氨酯玻纤复合材料的制备方法，具体包括下列步骤：
（1）将聚醚多元醇在100~120℃进行真空脱水处理1.5~3h，降温至30~40℃加入多异氰酸酯化合物，在70~80℃下进行聚合反应2~3h得到预聚体。
（2）将玻璃纤维和相容剂进行混合，充分搅拌分散。
（3）将步骤（1）的预聚体和步骤（2）的混合物进行混合，并加入催化剂、增塑剂和泡沫稳定剂成分搅拌混合均匀。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明在聚氨酯材料中加入玻璃纤维，使得聚氨酯灌浆材料在实际应用过程中的抗压强度得到提高，加入的玻璃纤维为不同长度的玻璃纤维，通过该玻璃纤维交织形成的聚氨酯玻纤复合材料具有更强的力学性能；同时体系中加入环氧乙烷、环氧丙烷、硅烷偶联剂的复配的相容剂，避免玻璃纤维的加入导致聚氨酯体系的流动性差，且提高了与聚氨酯体系的相容性；另外，体系中的泡沫稳定剂为环氧乙烷、环氧丙烷、聚烷烃硅氧烷的复配物，增加了与预聚体的相容性。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1
一种环保型聚氨酯玻纤复合材料，包括以下重量份比的组分：甲苯二异氰酸酯10份、多亚甲基多苯基多异氰酸10份、聚醚多元醇（3官能度、羟值50mgKOH/g）50份、玻璃纤维3份、相容剂1份、催化剂二月桂酸二丁基锡1份、泡沫稳定剂1份、增塑剂邻苯二甲酸二丁酯0.5份。
其中，玻璃纤维为质量比为1：1的短玻璃纤维和长玻璃纤维，所述短玻璃纤维的长度为0.1mm，所述长玻璃纤维的长度为7mm；相容剂为质量比为12：7：2的环氧乙烷、环氧丙烷、硅烷偶联剂的复配物；泡沫稳定剂为质量比为10: 10:3的环氧乙烷、环氧丙烷、聚烷烃硅氧烷的复配物。
一种环保型聚氨酯玻纤复合材料的制备方法，具体包括下列步骤：
（1）将聚醚多元醇在120℃进行真空脱水处理1.5h，降温至40℃加入多异氰酸酯化合物，在80℃下进行聚合反应2h得到预聚体。
（2）将玻璃纤维和相容剂进行混合，充分搅拌分散。
（3）将步骤（1）的预聚体和步骤（2）的混合物进行混合，并加入催化剂、增塑剂和泡沫稳定剂成分搅拌混合均匀。
实施例2
一种环保型聚氨酯玻纤复合材料，包括以下重量份比的组分：甲苯二异氰酸酯10份、多亚甲基多苯基多异氰酸酯15份、聚醚多元醇（4官能度的聚醚多元醇， 40mgKOH/g ）50份、玻璃纤维4份、相容剂1.5份、催化剂二月桂酸二丁基锡1份、泡沫稳定剂2份、增塑剂邻苯二甲酸二辛酯1份。
其中，玻璃纤维为质量比为1：1的短玻璃纤维和长玻璃纤维，所述短玻璃纤维的长度为0.2mm，所述长玻璃纤维的长度为6mm；相容剂为质量比为12：5：1.5的环氧丙烷、环氧乙烷、硅烷偶联剂的复配物；泡沫稳定剂为质量比为8:10:3的环氧乙烷、环氧丙烷、聚烷烃硅氧烷的复配物。
一种环保型聚氨酯玻纤复合材料的制备方法，具体包括下列步骤：
（1）将聚醚多元醇在100℃进行真空脱水处理3h，降温至30℃加入多异氰酸酯化合物，在70℃下进行聚合反应2h得到预聚体。
（2）将玻璃纤维和相容剂进行混合，充分搅拌分散。
（3）将步骤（1）的预聚体和步骤（2）的混合物进行混合，并加入催化剂、增塑剂和泡沫稳定剂成分搅拌混合均匀。
实施例3
一种环保型聚氨酯玻纤复合材料，包括以下重量份比的组分：甲苯二异氰酸酯10份、多亚甲基多苯基多异氰酸酯10份、聚醚多元醇（3官能度、羟值80mgKOH/g） 60份、玻璃纤维5份、相容剂2份、催化剂二月桂酸二丁基锡1份、泡沫稳定剂2份、增塑剂邻苯二甲酸二丁酯0.5份。
其中，玻璃纤维为质量比为1：1的短玻璃纤维和长玻璃纤维，所述短玻璃纤维的长度为0.3mm，所述长玻璃纤维的长度为6mm；相容剂为质量比为10：4：2的环氧丙烷、环氧乙烷、硅烷偶联剂的复配物；泡沫稳定剂为质量比为8:8:3的环氧乙烷、环氧丙烷、聚烷烃硅氧烷的复配物。
一种环保型聚氨酯玻纤复合材料的制备方法，具体包括下列步骤：
（1）将聚醚多元醇在110℃进行真空脱水处理2h，降温至30℃加入多异氰酸酯化合物，在80℃下进行聚合反应2.5h得到预聚体。
（2）将玻璃纤维和相容剂进行混合，充分搅拌分散。
（3）将步骤（1）的预聚体和步骤（2）的混合物进行混合，并加入催化剂、增塑剂和泡沫稳定剂成分搅拌混合均匀。
对比例1
与实施例1的区别仅在于：不包括短玻璃纤维
对比例2
与实施例1的区别仅在于：不包括长玻璃纤维。
对比例3
与实施例1的区别仅在于：相容剂中不包含环氧乙烷和环氧丙烷。
对比例4
与实施例1的区别仅在于：泡沫稳定剂中不包含环氧乙烷和环氧丙烷。
将实施例1-3与对比例1-2制备的聚氨酯灌浆材料制成尺寸为200mm×200mm×200mm试件，浇筑完毕后迅速将试件搬入标准养护室内进行养护，养护至30天时进行性能检测，检测结果如表1所示：
表1 性能检测结果表
| 测试项目 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 对比例1 | 对比例2 | 对比例3 | 对比例4 |
| 抗压强度（MPa） | 188 | 182 | 184 | 86 | 84 | 100 | 120 |
| 抗拉强度(MPa) | 167 | 168 | 165 | 45 | 44 | 134 | 125 |
除上述实施例外，本发明还包括有其他实施方式，凡采用等同变换或者等效替换方式形成的技术方案，均应落入本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种环保型聚氨酯玻纤复合材料，其特征在于：包括以下重量份比的组分：多异氰酸酯化合物20~30份、聚醚多元醇40~60份、玻璃纤维3~5份、相容剂1~2份、催化剂0.5~2份、泡沫稳定剂0.5~2份、增塑剂0.5~1份。
2.根据权利要求1所述的环保型聚氨酯玻纤复合材料，其特征在于：所述多异氰酸酯化合物为质量比为1~2：2~3的甲苯二异氰酸酯和多亚甲基多苯基多异氰酸酯的复配物。
3.根据权利要求1所述的环保型聚氨酯玻纤复合材料，其特征在于：所述聚醚多元醇为2~4官能度的聚醚多元醇，分子量400~7500，羟值10~300mgKOH/g。
4.根据权利要求1所述的环保型聚氨酯玻纤复合材料，其特征在于：所述玻璃纤维为质量比为1：1的短玻璃纤维和长玻璃纤维，所述短玻璃纤维的长度为0.1~0.3mm，所述长玻璃纤维的长度为6~8mm。
5.根据权利要求1所述的环保型聚氨酯玻纤复合材料，其特征在于：所述相容剂为环氧丙烷、环氧乙烷、硅烷偶联剂的复配物。
6.根据权利要求5所述的环保型聚氨酯玻纤复合材料，其特征在于：所述环氧乙烷、环氧丙烷、硅烷偶联剂的质量比为8~12：3~7：1~2。
7.根据权利要求1所述的环保型聚氨酯玻纤复合材料，其特征在于：所述泡沫稳定剂为质量比为5~10:5~10:2~5的环氧乙烷、环氧丙烷、聚烷烃硅氧烷的复配物。
8.根据权利要求1所述的环保型聚氨酯玻纤复合材料，其特征在于：所述增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯或邻苯二甲酸二辛酯，所述催化剂为有机金属催化剂。
9.一种环保型聚氨酯玻纤复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）将聚醚多元醇进行真空脱水处理后，加入多异氰酸酯化合物进行反应得到预聚体；
（2）将玻璃纤维和相容剂进行混合，充分搅拌分散；
（3）将步骤（1）的预聚体和步骤（2）的混合物进行混合，并加入催化剂、增塑剂和泡沫稳定剂充分混合。
10.根据权利要求9所述的环保型聚氨酯玻纤复合材料的制备方法，其特征在于：具体包括下列步骤：
（1）将聚醚多元醇在100~120℃进行真空脱水处理1.5~3h，降温至30~40℃加入多异氰酸酯化合物，在70~80℃下进行聚合反应2~3h得到预聚体；
（2）将玻璃纤维和相容剂进行混合，充分搅拌分散；
（3）将步骤（1）的预聚体和步骤（2）的混合物进行混合，并加入催化剂、增塑剂和泡沫稳定剂成分搅拌混合均匀。
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