CN113150736A - 一种吸水型高聚物改性聚氨酯灌浆料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种吸水型高聚物改性聚氨酯灌浆料及其制备方法，其原料包括限定量的聚醚多元醇、异氰酸酯、吸水型高聚物、液体填料及溶剂；其制备方法如下：先将聚醚多元醇与异氰酸酯反应制备聚氨酯灌浆料预聚体；再将吸水型高聚物与液体填料混合、抽气后加到聚氨酯灌浆料预聚体中，使用溶剂调节粘度，得到吸水型高聚物改性聚氨酯灌浆料。本发明的吸水型高聚物改性聚氨酯灌浆料遇水发泡迅速且完全，降低聚氨酯发泡收缩效果，且弹性效果好，保证了快速堵漏的目的，并且反复水环境中达到二次、多次循环水的堵漏效果，还能在固结体气体、水分流失的条件下不会破损或脱离灌浆缝，做到一次灌浆即可做到堵漏的目的，对于解决建筑防水工程具有重要意义。
Description
技术领域
本发明属于建筑防水材料技术领域，具体涉及一种吸水型高聚物改性聚氨酯灌浆料及其制备方法，该吸水型高聚物改性聚氨酯灌浆料为建筑结构裂缝修补及堵水作用的材料。
背景技术
聚氨酯灌浆材料是目前建筑裂缝堵漏修复常用的灌浆材料之一。聚氨酯灌浆材料是以聚合物多元醇和多异氰酸酯反应制成的以过量异氰酸酯预聚体为主体，加入其他添加剂制成的一种具有遇水膨胀堵漏及防水作用的灌浆材料。按照原材料的差别可分为水溶性聚氨酯灌浆料和油溶性聚氨酯灌浆料。两种类型的聚氨酯灌浆料均可用作建筑裂缝堵漏修复。
聚氨酯灌浆料在灌浆设备加压作用下注入建筑裂缝，浆液遇水即发泡固结，并且在机械灌注压力和反应发泡产生的二氧化碳膨胀压力的协同作用下注入细微裂缝，与水发生反应固结，以达到快速堵漏止水的目的。
而在当下的建筑防水工程应用中发现，现有的聚氨酯灌浆料存在下列问题：
（1）聚氨酯灌浆料灌注到裂缝当中时，浆液遇水部位快速发泡膨胀，对裂缝进行堵漏。除遇水部位外，后续灌注的浆液大多未发生反应。造成灌注结束时还有相当量的未反应浆液存在裂缝当中。已经堵漏修补完成的前提下，这部分浆液尚未发生反应。这些浆液在后续很长时间内继续反应，虽然已反应的材料会给它一部分阻隔作用，但只延长反应了时间，它仍给封闭的裂缝施加一个很大的应力，造成裂缝宽度加大而纵向延伸，容易对建筑造成二次破坏。
（2）聚氨酯灌浆料为了达到快速堵漏的目的，其发泡倍率大，发泡速度快，以产生足够量的气体膨胀发泡的体积以达到快速堵漏的目的；而后期随着气体的逐步流失，发泡固结体体积产生很大收缩，造成灌浆固结体与裂缝界面脱离。即使聚氨酯灌浆料内部未反应材料具备可再吸水膨胀的功能，仍然无法弥补气体散失造成的体积差。
（3）聚氨酯灌浆料一旦失去气体和水的支撑，干缩后的固结体硬且脆，在结构震动及反复水冲击的条件下，容易破裂，失去对裂缝的堵漏修补效果。
（4）无论是水性聚氨酯灌浆料还是油性聚氨酯灌浆料，单次注浆无法做到长久的堵漏修复，难免出现复漏，二次灌浆也无法根治。需要多次反复灌浆，数量和灌浆压力难以很好地控制，不免对裂缝造成破坏。难以达到真正堵漏的目的。
现有聚氨酯灌浆料存在诸多问题，使得其应用范围受限，无法满足当下不同地域不同建筑结构的堵漏修补工作。例如：南方地区地下建筑水环境复杂多样，灌浆料对地下建筑一旦造成二次破坏，水环境对建筑结构侵蚀更加严重；北方地区气候干湿交替时间较长，夏季雨水多时注浆堵漏，到了冬季等气候干燥的时间，灌浆料收缩严重，灌浆料今年灌注了明年还需要在进行；而对于经常处于震动环境如地铁、车站、机场等地区，建筑经常受震动应力，灌浆料受应力作用破碎，碎裂后也失去了堵漏效果；而在沿海地区的海滨建筑等地下水往复交替的地方，经常灌浆不但对建筑造成损害，而且对自然环境也造成不可修复的影响。
因此，在当下我国幅员辽阔、建筑地区多样、建筑形态多样的条件下，现有的聚氨酯灌浆料很难满足这些问题。
发明内容
为了克服现有聚氨酯灌浆材料的反应整体时间长、膨胀收缩率大、结构弹性效果差以及单次修复效果不足等造成的防水失效问题，本发明的第一个目的是提供一种吸水型高聚物改性聚氨酯灌浆料；灌浆料用注浆机械注入混凝土裂缝中在吸水型高聚物的作用下，使灌浆料在灌注过程快速完成发泡固结；过程中吸水型高聚物同时也能吸水膨胀加快灌浆材料的固结与膨胀速度，形成一个含水率较高的吸水聚合物和聚氨酯混合的弹性固结体，达到与裂缝动态填补，减少固结体的干缩速度；在循环潮湿的状态，并能反复膨胀进行对裂缝进行自我封堵，达到自我防水修复。进而抵抗建筑形变等因素带来的裂缝的变化，实现动态防水的目的。第二个目的是提供了一种吸水型高聚物改性聚氨酯灌浆料及其制备方法。
所述的一种吸水型高聚物改性聚氨酯灌浆料，其特征在于其原料由以下重量份数的组分组成：
聚醚多元醇 35～55份
异氰酸酯 10～30份
吸水型高聚物 8～22份
液体填料 10～20份
溶剂 12～20份。
进一步地，本发明的原料由以下重量份数的组分组成：
聚醚多元醇 40～55份
异氰酸酯 10～22份
吸水型高聚物 10～18份
液体填料 12～18份
溶剂 12～20份。
进一步地，本发明的原料按重量百分比计由以下组分构成：
聚醚多元醇 42～50份
异氰酸酯 15～22份
吸水型高聚物 12～18份
液体填料 12～18份
溶剂 12～20份。
进一步地，本发明的聚醚多元醇的官能度为3.5～4.5，数均分子量6000～9000，聚醚多元醇为聚醚480、聚醚460、聚醚4110或聚醚450中的至少一种。
进一步地，本发明的异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯中的至少一种。
进一步地，本发明的吸水型高聚物的分子量为2000～3000万，吸水倍率为200～400g水/g，细度为200～400目，吸水型高聚物选自淀粉接枝丙烯腈吸水树脂、淀粉接枝丙烯酸钠吸水树脂、淀粉接枝丙烯酰胺吸水树脂、淀粉接枝丙烯酸甲酯吸水树脂、聚丙烯酸钠吸水树脂、聚丙烯酰胺吸水树脂中的一种或两种。
进一步地，本发明的液体填料选取邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛酯、氯化石蜡、水溶性硅油中的至少一种。
进一步地，本发明的溶剂为碳酸二甲酯、二甲苯、乙酸丁酯、四氯化碳中的至少一种。
更进一步地，本发明还限定了吸水型高聚物改性聚氨酯灌浆料的制备方法，按投料比，先将聚醚多元醇与异氰酸酯反应制备聚氨酯灌浆料预聚体；再将吸水型高聚物与液体填料混合，并进行抽气脱水；最后将脱水的吸水型高聚物和液体填料混合物加到聚氨酯灌浆料预聚体中，使用溶剂调节粘度，得到吸水型高聚物改性聚氨酯灌浆料。
进一步地，所述的吸水型高聚物改性聚氨酯灌浆料的制备方法，具体包括以下步骤：
1）将聚醚多元醇投入带有真空减压蒸馏装置和搅拌器的反应釜中升温115～120℃，在此温度下连续真空脱水，真空度为0.09～0.095MPa；然后将温度将至80±5℃，在常压下加入异氰酸酯，温度控制在85～90℃反应2.5小时制备聚氨酯灌浆料预聚体；
2）将吸水型高聚物、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升温115～120℃，在此温度下连续真空脱水，真空度为0.09～0.095MPa；
3）将步骤1）和步骤2）的产物降温至70℃以下，将步骤2）的产物加入到步骤1）的产物中，搅拌真空脱气，真空度为0.09～0.095MPa；然后加入溶剂调节粘度，搅拌均匀出料包装，得吸水型高聚物改性聚氨酯灌浆料。
更进一步地，本发明还限定了所述的吸水型高聚物改性聚氨酯灌浆料的干湿循环反复膨胀性能测试方法。
通过采用上述技术，与现有技术相比，本发明的优点如下：
（1）本发明通过采用限定的配方，改变了灌浆料反应特性，由原来的遇水接触面的反应，经由吸水型高聚物亲和水作为一个反应助剂，分散在整体当中，将面反应变为体反应，将发泡控制在灌浆期，杜绝了后续反应对结构造成的二次损害；
（2）本发明采用的吸水型高聚物水亲和效果好且同时具备膨胀效果，在灌浆过程中，聚氨酯发泡固结体与吸水型高聚物相互进行补充，两者结合，在降低了聚氨酯灌浆料的发泡倍率及膨胀体积峰值的同时，还降低了灌浆材料的用量；
（3）当灌浆料堵漏完成，在后续过程中，吸水型高聚物缓慢失水，此过程固结体失去气体开始收缩，而吸水型高聚物具备保水效果，支撑起灌浆料的结构，使得整体灌浆料不至于严重收缩脱离裂缝。并且在干湿交替的环境中，吸水型高聚物还能够及时吸附裂缝中的水分，通过在膨胀进行防水修复，达到堵水的效果。一次修复，杜绝后患。
（4）吸水型高聚物的弹性较聚氨酯固结体要大，在震动结构中，灌浆料中吸水型高聚物与聚氨酯结合，刚柔并济，灌浆液的刚与吸水型高聚物的柔相互结合，能够应对复杂多变的震动结构。
本发明的效果在于：本发明的吸水型高聚物改性聚氨酯灌浆料遇水发泡迅速且完全，降低聚氨酯发泡收缩效果，且弹性效果好；这不仅保证了快速堵漏的目的，并且反复水环境中达到二次、多次循环水的堵漏效果；还能在固结体气体、水分流失的条件下不会破损或脱离灌浆缝，做到一次灌浆即可做到堵漏的目的，对于解决建筑防水工程具有重要意义。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进一步说明。但本发明的保护范围并不仅限于此：
1、实施例中性质测试参考国家建材行业标准《聚氨酯灌浆材料》JC/T2041-2010的测试方法。
2、实施例中168h收缩比例测试方法如下：
在标准试验条件下，用天平称取试样（50±0.1）g于带刻度500ml的干燥容器中，加入100ml水，并迅速搅拌均匀（约10s），待发泡结束后，再加水到500ml刻度处，记录后续加水到500ml时水的体积V1；
然后将试样捞出，于标准实验条件下放置168h，而后再将试样放入带刻度500ml的干燥容器中，加水到500ml刻度处，记录加水的体积V2；
试样168h收缩比例按照式（1）计算：
式中：
S ——试样168h收缩比例，用百分数表示（%）；
V1——第一次加水的体积数，单位为毫升（ml）；
V2——第二次加水的体积数，单位为毫升（ml）。
取三个试样，按该方法测定三次，将三次测定结果的平均值为试验结果，每个测定结果与平均值的相对偏差应小于10%。若有一个测定结果不符，则将其剔除。取剩余两个测定结果的平均值为试验结果。若有两个测定结果超出要求，则应重新试验。
3、实施例中干湿循环反复膨胀性测试方法如下：
1）在标准试验条件下，用天平称取试样（20±0.1）g于带刻度500ml的干燥容器中，加入100ml水，并迅速搅拌均匀（约10s），待发泡结束后，加水至500ml，放于标准条件下放置24h；
2）从烧杯中取出固结体，擦干固结体表面水分，使用排水测体积方法测定固结体体积V1;
3）将固结体放到鼓风干燥箱中80℃干燥48h，取出放于标准实验条件的干燥器干燥2h；
4）将干燥的固结体放于盛满500ml水的烧杯中，放置24h，取出固结体，擦干固结体表面水分，使用排水法测定固结体体积V2;
试样反复膨胀效果按式（2）计算：
式中：
S ——试样反复膨胀效果（%）；
V1——反应时吸水膨胀体积（ml）；
V2——失水后再次吸水后膨胀体积（ml）。
取三个试样测定结果的平均值为试验结果，每个测定的结果与平均值的相对偏差应小于10%。若有一个测定结果不符，则将其剔除。取剩余两个测定结果的平均值为试验结果。若有两个测定结果超出要求，则应重新试验。
实施例1
一种吸水型高聚物改性聚氨酯灌浆料，由下列组分及其重量组分制成；
聚醚多元醇460 13份
聚醚多元醇480 22份
甲苯二异氰酸酯 16份
淀粉接枝丙烯酸甲酯吸水树脂 5份
非离子聚丙烯酰胺吸水树脂 7份
水溶性硅油 13份
四氯化碳 7份
碳酸二甲酯 6份
所述低发泡强粘接弹性聚氨酯灌浆料的制备方法：
1）将13份聚醚多元醇460、22份聚醚多元醇480投入带有真空减压蒸馏装置和搅拌器的反应釜中升温至115℃，真空度0.093MPa条件下连续脱水2小时。脱水完毕后，将温度将至80℃，在常压下加入16份甲苯二异氰酸酯吸水树脂，温度控制在87℃反应2.5小时；
2）将5份325目的淀粉接枝丙烯酸甲酯、9份400目的非离子聚丙烯酰胺吸水树脂、13份水溶性硅油投入带有真空减压蒸馏装置和搅拌器的反应釜中升温至116℃，真空度0.092MPa条件下，脱水2小时；
3）将步骤１）和步骤２）的混合物分别降温至66℃以下，将步骤２）的混合物加入到步骤１）混合物中，真空度0.091MPa条件下，搅拌真空脱气15min；然后加入溶剂四氯化碳和碳酸二甲酯，搅拌10min即可。
制得的低发泡强粘接弹性聚氨酯灌浆料为浅黄色液体，无刺激性气味，具体性能指标见表1。
表 
实施例1低发泡强粘接弹性聚氨酯灌浆料性能
实施例2
一种吸水型高聚物改性聚氨酯灌浆料，由下列组分及其重量组分制成；
聚醚多元醇460 46份
甲苯二异氰酸酯 14份
淀粉接枝丙烯腈吸水树脂 12份
邻苯二甲酸二丁酯 13份
碳酸二甲酯 15份
所述低发泡强粘接弹性聚氨酯灌浆料的制备方法：
3）将46份聚醚多元醇460投入带有真空减压蒸馏装置和搅拌器的反应釜中升温至115℃，真空度0.093MPa条件下连续脱水2小时。脱水完毕后，将温度将至80℃，在常压下加入14份甲苯二异氰酸酯，温度控制在87℃反应2.5小时；
4）将12份325目的淀粉接枝丙烯腈、13份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升温至116℃，真空度0.092MPa条件下，脱水2小时；
3）将两者降温至66℃以下，将后者加入到前者中，真空度0.091MPa条件下，搅拌真空脱气15min；然后加入溶剂碳酸二甲酯，搅拌10min即可。
制得的低发泡强粘接弹性聚氨酯灌浆料为浅黄色液体，无刺激性气味，具体性能指标见表2。
表 2实施例2低发泡强粘接弹性聚氨酯灌浆料性能
实施例3
一种低发泡强粘接弹性聚氨酯灌浆料，由下列组分及其重量组分制成；
聚醚多元醇480 44份
二苯基甲烷二异氰酸酯 16份
淀粉接枝丙烯酸钠 7份
阳离子聚丙烯酸钠 6份
52#氯化石蜡 14份
二甲苯 13份
所述低发泡强粘接弹性聚氨酯灌浆料的制备方法：
1）将44份聚醚多元醇480投入带有真空减压蒸馏装置和搅拌器的反应釜中升温至118℃，真空度0.092MPa，在此温度下连续真空脱水2小时。脱水完毕后，将温度将至80℃，在常压下加入16份二苯基甲烷二异氰酸酯，温度控制在90℃反应2.5小时；
2）将7份淀粉接枝聚丙烯酸钠、6份阳离子聚丙烯酸钠、14份52#氯化石蜡投入带有真空减压蒸馏装置和搅拌器的反应釜中升温117℃，真空度0.092MPa,在此温度下连续真空脱水2小时；
3）将两者降温至68℃，将后者加入到前者中搅拌，真空度0.095MPa脱气15min；然后加入二甲苯，搅拌10min即可。
制得的低发泡强粘接弹性聚氨酯灌浆料为浅黄色液体，具体性能指标见表3。
表 3实施例3低发泡抢占接弹性聚氨酯灌浆料
实施例4
一种低发泡强粘接弹性聚氨酯灌浆料，由下列组分及其重量组分制成；
聚醚多元醇4110 45份
六亚甲基二异氰酸酯 17份
非离子聚丙烯酸钠 6份
聚丙烯酰胺吸水树脂 6份
水溶性硅油 13份
乙酸丁酯 13份
所述低发泡强粘接弹性聚氨酯灌浆料的制备方法：
1）将45份聚醚多元醇4110投入带有真空减压蒸馏装置和搅拌器的反应釜中升温115℃，真空度0.095MPa，在此温度下连续真空脱水2小时。脱水完毕后，将温度将至80℃，在常压下加入17份六亚甲基二异氰酸酯，温度控制在90℃反应2.5小时；
2）将6份非离子聚丙烯酸钠、6份聚丙烯酰胺吸水树脂、13份水溶性硅油投入带有真空减压蒸馏装置和搅拌器的反应釜中升温至120℃，真空度0.095MPa，在此温度下连续真空脱水2小时；
3）将两者降温至70℃，将后者加入到前者中搅拌，真空度0.09MPa脱气15min；然后加入溶剂13份乙酸丁酯，搅拌10min即可。
制得的低发泡强粘接弹性聚氨酯灌浆料为浅黄色液体，具体性能指标见表4。
表 4实施例4低发泡强粘接弹性聚氨酯灌浆料
实施例5
一种低发泡强粘接弹性聚氨酯灌浆料，由下列组分及其重量组分制成；
聚醚多元醇480 27份
聚醚多元醇450 23份
甲苯二异氰酸酯 20份
非离子聚丙烯酸钠 6份
淀粉接枝丙烯酰胺 6份
水溶性硅油 10份
碳酸二甲酯 8份
所述低发泡强粘接弹性聚氨酯灌浆料的制备方法：
1）将27份聚醚多元醇480、23份聚醚多元醇450投入带有真空减压蒸馏装置和搅拌器的反应釜中升温115℃，真空度0.095MPa，在此温度下连续真空脱水2小时。脱水完毕后，将温度将至80℃，在常压下加入20份甲苯二异氰酸酯，温度控制在90℃反应2.5小时；
2）将6份非离子聚丙烯酸钠、6份淀粉接枝丙烯酰胺、10份水溶性硅油投入带有真空减压蒸馏装置和搅拌器的反应釜中升温至120℃，真空度0.095MPa，在此温度下连续真空脱水2小时；
3）将两者降温至70℃，将后者加入到前者中搅拌，真空度0.09MPa脱气15min；然后加入溶剂8份碳酸二甲酯，搅拌10min即可。
制得的低发泡强粘接弹性聚氨酯灌浆料为浅黄色液体，具体性能指标见表5。
表 5实施例5低发泡强粘接弹性聚氨酯灌浆料
从上述实施例可知，本发明的吸水型高聚物改性聚氨酯灌浆料注浆后形成的固结体，具有较低的发泡率并在失水后可吸水膨胀至原有的体积，并在很长时间内保持膨胀效果，使得本发明的吸水型高聚物改性聚氨酯灌浆料在注浆时不会损伤建筑结构，注浆固结体不易收缩，应对往复水循环的堵漏效果好，是一种具备良好的堵漏防水效果的灌浆料。
Claims (10)
1.一种吸水型高聚物改性聚氨酯灌浆料，其特征在于其原料由以下重量份数的组分组成：
聚醚多元醇 35～55份
异氰酸酯 10～30份
吸水型高聚物 8～22份
液体填料 10～20份
溶剂 12～20份。
2.根据权利要求1所述的一种吸水型高聚物改性聚氨酯灌浆料，其特征在于其原料由以下重量份数的组分组成：
聚醚多元醇 40～55份
异氰酸酯 10～22份
吸水型高聚物 10～18份
液体填料 12～18份
溶剂 12～20份。
3.根据权利要求1所述的一种吸水型高聚物改性聚氨酯灌浆料，其特征在于所述的组分按重量百分比计由以下组分构成：
聚醚多元醇 42～50份
异氰酸酯 15～22份
吸水型高聚物 12～18份
液体填料 12～18份
溶剂 12～20份。
4.根据权利要求1-3任一所述的一种吸水型高聚物改性聚氨酯灌浆料，其特征在于聚醚多元醇的官能度为3.5～4.5，数均分子量6000～9000，聚醚多元醇为聚醚480、聚醚460、聚醚4110或聚醚450中的至少一种。
5.根据权利要求1-3任一所述的一种吸水型高聚物改性聚氨酯灌浆料，其特征在于异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯中的至少一种。
6.根据权利要求1-3任一所述的一种吸水型高聚物改性聚氨酯灌浆料，其特征在于吸水型高聚物的分子量为2000～3000万，吸水倍率为200～400g水/g，细度为200～400目，吸水型高聚物选自淀粉接枝丙烯腈吸水树脂、淀粉接枝丙烯酸钠、淀粉接枝丙烯酰胺吸水树脂、淀粉接枝丙烯酸甲酯吸水树脂、聚丙烯酸钠吸水树脂、聚丙烯酰胺吸水树脂中的一种或两种。
7.根据权利要求1-3任一所述的一种吸水型高聚物改性聚氨酯灌浆料，其特征在于液体填料选取邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛酯、氯化石蜡、水溶性硅油中的至少一种；溶剂为碳酸二甲酯、二甲苯、乙酸丁酯、四氯化碳中的至少一种。
8.一种根据权利要求1-3任一所述的吸水型高聚物改性聚氨酯灌浆料的制备方法，其特征在于按投料比，先将聚醚多元醇与异氰酸酯反应制备聚氨酯灌浆料预聚体；再将吸水型高聚物与液体填料混合，并进行抽气脱水；最后将脱水的吸水型高聚物和液体填料混合物加到聚氨酯灌浆料预聚体中，使用溶剂调节粘度，得到吸水型高聚物改性聚氨酯灌浆料。
9.一种根据权利要求8所述的吸水型高聚物改性聚氨酯灌浆料的制备方法，其特征在于其包括以下步骤：
1）将聚醚多元醇投入带有真空减压蒸馏装置和搅拌器的反应釜中升温115～120℃，在此温度下连续真空脱水，真空度为0.09～0.095MPa；然后将温度将至80±5℃，在常压下加入异氰酸酯，温度控制在85～90℃反应2.5小时制备聚氨酯灌浆料预聚体；
2）将吸水型高聚物、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升温115～120℃，在此温度下连续真空脱水，真空度为0.09～0.095MPa；
3）将步骤1）和步骤2）的产物降温至70℃以下，将步骤2）的产物加入到步骤1）的产物中，搅拌真空脱气，真空度为0.09～0.095MPa；然后加入溶剂调节粘度，搅拌均匀出料包装，得吸水型高聚物改性聚氨酯灌浆料。
10.一种根据权利要求1-3任一所述的吸水型高聚物改性聚氨酯灌浆料的干湿循环反复膨胀性能测试方法。
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