CN114015012B - 一种用于路面施工的高聚物注浆料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及注浆材料的领域，具体公开了一种用于路面施工的高聚物注浆料及其制备方法，所述高聚物注浆材料由组分A和组分B混合制成，组分A和组分B的重量份配比为1：（0.7‑1.0）；所述组分A为改性聚氨酯预聚体；所述组分B由包括如下各重量份的原料制备而成：聚酯多元醇、扩链剂、粉煤灰、增塑剂、有机蒙脱土、KH570和锡类催化剂；其中，改性聚氨酯预聚体通过13‑15重量份的聚酯多元醇、3‑5重量份的端羟基聚硅氧烷、总重量份为2.4‑2.6的P(NIPAM‑co‑MA)和异氰酸酯，在0.08‑0.12重量份的苯甲酰氯的催化下反应制得；其具有降低高聚物注浆材料的热胀冷缩，使路面不易涨出或凹陷的优点。

Description

一种用于路面施工的高聚物注浆料及其制备方法
技术领域
本申请涉及注浆材料的领域，更具体地说，它涉及一种用于路面施工的高聚物注浆料及其制备方法。
背景技术
现有的路面一般是混凝土或沥青材料，但由于长期使用，以及温度的变化引起的热胀冷缩，路面会产生脱空、沉陷、拱起和裂纹等受损现象，若不及时采取措施，将造成路面的加速衰变。
在对路面产生的裂缝等进行修复时，现有的比较常用的材料有热熔聚氨酯注浆材料、室温硫化灌注液态聚氨酯浆材以及液体自流平室温硫化聚硫密封材料等。由于热熔聚氨酯浆材的施工简单，易操作，被广泛应用。
针对上述中的相关技术，发明人认为热熔聚氨酯注浆材料受热膨胀严重，常涨出路面，对过往车辆及行人存在危险因素，限制了该类注浆材料的推广。
发明内容
为了降低高聚物注浆材料的热胀冷缩，使路面不易涨出或凹陷，本申请提供一种用于路面施工的高聚物注浆料及其制备方法。
第一方面，本申请提供的一种用于路面施工的高聚物注浆料采用如下的技术方案：
一种用于路面施工的高聚物注浆料，所述高聚物注浆材料由组分A和组分B混合制成，组分A和组分B的重量份配比为1：（0.7-1.0）；
所述组分A为改性聚氨酯预聚体；
所述组分B由包括如下各重量份的原料制备而成：聚酯多元醇25-30份、扩链剂5-10份、粉煤灰10-15份、增塑剂15-20份、有机蒙脱土5-10份、KH570 4-7份和锡类催化剂0.6-1.1份；
其中，改性聚氨酯预聚体通过13-15重量份的聚酯多元醇、3-5重量份的端羟基聚硅氧烷、总重量份为2.4-2.6重量份的P(NIPAM-co-MA)和异氰酸酯，在0.08-0.12重量份的苯甲酰氯的催化下反应制得。
通过采用上述技术方案，NIPAM为N-异丙基丙烯酰胺，MA为丙烯酸甲酯，按照两者一定的比例进行聚合，由于氢键的作用，可以制得具有温敏性的P(NIPAM-co-MA)为两者的共聚物分子，其温敏性表现在在高温下，分子体积缩小，温度降低时，其分子膨胀；将其加入到改性聚氨酯预聚体的制备过程中，利用P(NIPAM-co-MA)分子中含有的羧基，可以反映到该型聚氨酯预聚体分子中，从而中和最终的高聚物注浆料的热胀冷缩，使其在高温下不易膨胀，在低温下不易收缩，使高聚物注浆料修补的路面不易因为温度的变化发生突出或凹陷。
优选的，所述改性聚氨酯预聚体的制备方法包括如下步骤：
将聚酯多元醇、端羟基聚硅氧烷和苯甲酰氯进行真空脱水处理，然后在氮气氛围下，温度为40-55℃下，加入P(NIPAM-co-MA)，同时滴加异氰酸酯，添加完毕后，升温至80-90℃，搅拌反应3-5h，真空干燥，得改性聚氨酯预聚体。
通过采用上述技术方案，通过进行参数的限制，可以制备得到改性聚氨酯预聚体。
优选的，所述P(NIPAM-co-MA)与所述异氰酸酯添加的重量份比为（0.25-0.40）：1。
通过采用上述技术方案，在此添加量下，制备的高聚物注浆料具有较低的热胀倍数和冷缩倍数。
优选的，所述P(NIPAM-co-MA)由NIPAM和MA共聚制得，其中NIPAM与MA的重量份比为70：（1.5-4.5）。
通过采用上述技术方案，在此范围下，制备的P(NIPAM-co-MA)的温敏性表现较好，MA的量添加的过多时，会降低其温敏性。
优选的，所述异氰酸酯为对苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、亚苯二甲基二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯和异佛尔酮二异氰酸酯中的一种或几种。
优选的，所述高聚物注浆料的组分B还包括3-6重量份的纳米碳酸钙。
通过采用上述技术方案，纳米碳酸钙的粒径较小，可以填充高聚物注浆料的孔隙，从而使高聚物注浆料的抗压强度增强。
优选的，所述纳米碳酸钙的粒径为0.1-0.5μm。
通过采用上述技术方案，纳米碳酸钙的粒径逐渐增大时，会使高聚物注浆料的热胀倍数和冷缩倍数有小幅度增大，因此，纳米碳酸钙的粒径不宜超过0.5μm。
优选的，所述扩链剂为1,4-丁二醇或丙三醇。
第二方面，本申请提供一种用于路面施工的高聚物注浆料的制备方法，采用如下的技术方案：
一种用于路面施工的高聚物注浆料的制备方法，其包括如下步骤：
1）组分B的制备：称取各原料，然后进行搅拌，混匀，即得组分B；
2）将组分A和组分B进行混合固化，即得高聚物注浆料。
通过采用上述技术方案，本申请的高聚物注浆料的制备方法较简单，无特殊工艺，对实际生产的设备要求较低，适合大批量生产。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、NIPAM为N-异丙基丙烯酰胺，MA为丙烯酸甲酯，按照两者一定的比例进行聚合，可以制得具有温敏性的P(NIPAM-co-MA)为两者的共聚物分子，其温敏性表现在在高温下，分子体积缩小，温度降低时，其分子膨胀；将其加入到改性聚氨酯预聚体的制备过程中，利用P(NIPAM-co-MA)分子中含有的羧基，可以反映到该型聚氨酯预聚体分子中，从而中和最终的高聚物注浆料的热胀冷缩，使其在高温下不易膨胀，在低温下不易收缩，使高聚物注浆料修补的路面不易因为温度的变化发生突出或凹陷。
2、添加纳米碳酸钙，可以增加高聚物注浆料的抗压强度，但会使高聚物注浆料的热胀倍数和冷缩倍数有小幅度增大；同时纳米碳酸钙的粒径逐渐增大时，也会使高聚物注浆料的热胀倍数和冷缩倍数有小幅度增大；其添加量和粒径在本申请的范围内时，其高聚物注浆料的各项性能表现良好。
3、本申请制备的高聚物注浆料抗压强度均在30.3 MPa及以上，粘结强度均超过0.49 MPa，并且其在60℃，168h的条件下，其热胀倍数均在1.015以下；同时在-20℃，放置168h的冷缩倍数均在1.016以下。说明本申请的高聚物注浆料的抗压强度和粘接强度均较高的情况下，其冷胀冷缩的体积变化均较小，不易使修补后的路面突出或凹陷。
具体实施方式
以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。
原料
本申请采用的原料中，粉煤灰：生产厂家为河北蔚然建材科技有限公司，粒径为200目；增塑剂：生产厂家为重庆凝达科技有限公司；有机蒙脱土：生产厂家为石家庄驰霖矿产品有限公司，pH值为5.5；聚酯多元醇：生产厂家为淄博帝化聚氨酯有限公司，货号为DH-15；其余原料均同为市售产品。
制备例
制备例1
制备例的P(NIPAM-co-MA)的制备步骤如下：
在1kg水中加入70g的NIPAM和1.5g的MA，搅拌均匀，在氮气氛围下，加入0.2g的过硫酸钾，加热至70℃，搅拌反应8h，然后蒸发浓缩，在60℃下进行烘干，得P(NIPAM-co-MA)。
制备例2
制备例2的P(NIPAM-co-MA)的制备步骤中，与制备例1的不同之处在于，MA的添加量为3g，其余步骤与制备例1均相同。
制备例3
制备例3的P(NIPAM-co-MA)的制备步骤中，与制备例1的不同之处在于，MA的添加量为4.5g，其余步骤与制备例1均相同。
实施例
实施例1-3
实施例1-3的用于路面施工的高聚物注浆料，包括组分A和组分B，组分A为改性聚氨酯预聚体，组分B的各原料及各原料用量如表1所示，将组分A和组分B按照重量份比为1:0.7的比例混合固化，即得高聚物注浆料；其中，组分A和组分B的制备步骤分别如下：
组分A：
将13kg的聚酯多元醇、4kg的端羟基聚硅氧烷和0.1kg的苯甲酰氯进行真空脱水处理，然后在氮气氛围下，温度为48℃下，分别加入P(NIPAM-co-MA)和异氰酸酯，两者均平均分为5次添加，P(NIPAM-co-MA)和异氰酸酯的总重量为2.5kg，并且两者的重量份比为0.25:1，添加完毕后，升温至85℃，搅拌反应4h，真空干燥，得改性聚氨酯预聚体；
组分B：
按照表1中的用量称取各原料，然后进行搅拌，混匀，即得组分B。
其中，P(NIPAM-co-MA)来自制备例1，异氰酸酯均采用对苯二异氰酸酯，扩链剂均采用1,4-丁二醇，锡类催化剂均采用辛酸亚锡。
表1 实施例1-3的组分B的各原料及各原料用量（kg）
实施例1 实施例2 实施例3
聚酯多元醇 25 27 30
扩链剂 10 7 5
粉煤灰 10 12 15
增塑剂 20 17 15
有机蒙脱土 5 8 10
KH570 7 5.5 4
锡类催化剂 0.6 0.8 1.1
实施例4
一种用于路面施工的高聚物注浆料，与实施例2的不同之处在于，P(NIPAM-co-MA)来自制备例2，其余步骤与实施例2均相同。
实施例5
一种用于路面施工的高聚物注浆料，与实施例2的不同之处在于，P(NIPAM-co-MA)来自制备例3，其余步骤与实施例2均相同。
实施例6
一种用于路面施工的高聚物注浆料，与实施例4的不同之处在于，P(NIPAM-co-MA)与异氰酸酯的重量份比为0.30:1，其余步骤与实施例4均相同。
实施例7
一种用于路面施工的高聚物注浆料，与实施例4的不同之处在于，P(NIPAM-co-MA)与异氰酸酯的重量份比为0.35:1，其余步骤与实施例4均相同。
实施例8
一种用于路面施工的高聚物注浆料，与实施例4的不同之处在于，P(NIPAM-co-MA)与异氰酸酯的重量份比为0.40:1，其余步骤与实施例4均相同。
实施例9
一种用于路面施工的高聚物注浆料，与实施例6的不同之处在于，其组分B中还添加有3kg的纳米碳酸钙，其纳米碳酸钙的平均粒径为0.1μm，其余步骤与实施例6均相同。
实施例10
一种用于路面施工的高聚物注浆料，与实施例6的不同之处在于，其组分B中还添加有4.5kg的纳米碳酸钙，其纳米碳酸钙的平均粒径为0.1μm，其余步骤与实施例6均相同。
实施例11
一种用于路面施工的高聚物注浆料，与实施例6的不同之处在于，其组分B中还添加有6kg的纳米碳酸钙，其纳米碳酸钙矮的粒径为0.1μm，其余步骤与实施例6均相同。
实施例12
一种用于路面施工的高聚物注浆料，与实施例10的不同之处在于，其纳米碳酸钙的平均粒径为0.3μm，其余步骤与实施例10均相同。
实施例13
一种用于路面施工的高聚物注浆料，与实施例10的不同之处在于，其纳米碳酸钙的平均粒径为0.5μm，其余步骤与实施例10均相同。
实施例14
一种用于路面施工的高聚物注浆料，与实施例2的不同之处在于，扩链剂为同等重量份的丙三醇，其余步骤与实施例2均相同。
实施例15
一种用于路面施工的高聚物注浆料，与实施例2的不同之处在于，异氰酸酯为同等重量份的二苯基甲烷二异氰酸酯，其余步骤与实施例2均相同。
实施例16
一种用于路面施工的高聚物注浆料，与实施例2的不同之处在于，组分A与组分B的重量份比为1:1的比例进行混合固化，其余步骤与实施例2均相同。
对比例
对比例1
一种用于路面施工的高聚物注浆料，与实施例2的不同之处在于，其组分A中未添加P(NIPAM-co-MA)，其余步骤与实施例2均相同。
对比例2
一种用于路面施工的高聚物注浆料，与实施例2的不同之处在于，其组分A添加的P(NIPAM-co-MA)的制备过程中，MA的添加量为5.5g，其余步骤与实施例2均相同。
性能检测试验
检测方法/试验方法
按照实施例1-16和对比例1-2中的制备方法制备高聚物注浆料，然后将其高聚物注浆料中的组分A和组分B进行混合，然后通过注浆机将其注入砂浆三联试模中制备标准试件，然后在其固化24h后，对其标准试件按照如下方法进行检测，其检测结果如表2所示。
抗压强度：按照GB/T50448-2015中的方法进行检测；
粘结强度：采用XL-5000A高精度粘结强度检测仪进行检测；
凝固时间：按照JCT2041-2010《聚氨酯灌浆材料》中的方法进行检测；
热胀倍数：将标准试件在60℃下，放置168h，然后采用排水法测出其放置后的体积，其与原体积的比值为热胀倍数。
冷缩倍数：将标准试件在-20℃下，放置168h，然后采用排水法测出其放置后的体积，其与原体积的比值为冷缩倍数。
表2 实施例1-16和对比例1-2的检测结果
抗压强度（MPa） 粘结强度（MPa） 热胀倍数 冷缩倍数
实施例1 31.1 0.53 1.013 1.012
实施例2 31.8 0.54 1.010 1.011
实施例3 31.3 0.52 1.012 1.014
实施例4 31.7 0.55 1.008 1.010
实施例5 31.9 0.54 1.008 1.011
实施例6 31.8 0.54 1.004 1.003
实施例7 30.6 0.53 1.003 1.002
实施例8 28.3 0.54 1.002 1.002
实施例9 32.4 0.52 1.004 1.002
实施例10 32.7 0.51 1.005 1.001
实施例11 33.2 0.48 1.007 1.001
实施例12 32.7 0.50 1.007 1.005
实施例13 32.8 0.52 1.010 1.007
实施例14 31.8 0.53 1.010 1.012
实施例15 31.6 0.54 1.011 1.011
实施例16 30.3 0.49 1.005 1.006
对比例1 32.2 0.53 1.087 1.084
对比例2 31.7 0.55 1.064 1.065
结合实施例1-16和对比例1-2并结合表2可以看出，本申请制备的高聚物注浆料抗压强度均在30.3 MPa及以上，粘结强度均超过0.49 MPa，并且其在60℃，168h的条件下，其热胀倍数均在1.015以下；同时在-20℃，放置168h的冷缩倍数均在1.016以下。说明本申请的高聚物注浆料的抗压强度和粘接强度均较高的情况下，其冷胀冷缩的体积变化均较小，不易使修补后的路面突出或凹陷。
结合实施例2和实施例4-5的检测数据可以看出，制备例1-3制备的P(NIPAM-co-MA)共聚物均能够较好的降低高聚物注浆料的热胀倍数和冷缩倍数。结合实施例4和实施例6-8的检测数据可以看出，P(NIPAM-co-MA)与异氰酸酯的重量份比逐渐增大时，其高聚物注浆料的热胀倍数和冷缩倍数逐渐降低，但其高聚物注浆料的抗压强度有一定幅度降低。
结合实施例6和实施例9-11的检测数据可以看出，添加纳米碳酸钙，可以增加高聚物注浆料的抗压强度，但会使高聚物注浆料的热胀倍数和冷缩倍数有小幅度增大；并且结合实施例12-13的检测数据，纳米碳酸钙的粒径逐渐增大时，也会使高聚物注浆料的热胀倍数和冷缩倍数有小幅度增大。
从实施例2和实施例14-15的检测数据可以看出，扩链剂采用丙三醇，或异氰酸酯采用二苯基甲烷二异氰酸酯，均对高聚物注浆料的各项性能无明显影响。从实施例2和实施例16的检测数据可以看出，组分A与组分B的重量份比增大时，会降低高聚物注浆料的抗压强度。
从实施例2和对比例1-2的检测数据可以看出，在组分A中添加P(NIPAM-co-MA)时，高聚物浆料的热胀倍数和冷缩倍数均明显降低。但P(NIPAM-co-MA)中MA的添加比例较多，会提高高聚物浆料的热胀倍数和冷缩倍数。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (6)

1.一种用于路面施工的高聚物注浆料，其特征在于，所述高聚物注浆材料由组分A和组分B混合制成，组分A和组分B的重量份配比为1：（0.7-1.0）；
所述组分A为改性聚氨酯预聚体；
所述组分B由包括如下各重量份的原料制备而成：聚酯多元醇25-30份、扩链剂5-10份、粉煤灰10-15份、增塑剂15-20份、有机蒙脱土5-10份、KH570 4-7份和锡类催化剂0.6-1.1份；
其中，改性聚氨酯预聚体通过13-15重量份的聚酯多元醇、3-5重量份的端羟基聚硅氧烷、总重量份为2.4-2.6的P(NIPAM-co-MA)和异氰酸酯，在0.08-0.12重量份的苯甲酰氯的催化下反应制得；
所述改性聚氨酯预聚体的制备方法包括如下步骤：
将聚酯多元醇、端羟基聚硅氧烷和苯甲酰氯进行真空脱水处理，然后在氮气氛围下，温度为40-55℃下，加入P(NIPAM-co-MA)，同时滴加异氰酸酯，添加完毕后，升温至80-90℃，搅拌反应3-5h，真空干燥，得改性聚氨酯预聚体；
所述P(NIPAM-co-MA)与所述异氰酸酯添加的重量份比为（0.25-0.40）：1；
所述P(NIPAM-co-MA)由NIPAM和MA共聚制得，其中NIPAM与MA的重量份比为70：（1.5-4.5）。
2.根据权利要求1所述的一种用于路面施工的高聚物注浆料，其特征在于：所述异氰酸酯为对苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、亚苯二甲基二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯和异佛尔酮二异氰酸酯中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的一种用于路面施工的高聚物注浆料，其特征在于：所述高聚物注浆料的组分B还包括3-6重量份的纳米碳酸钙。
4.根据权利要求3所述的一种用于路面施工的高聚物注浆料，其特征在于：所述纳米碳酸钙的粒径为0.1-0.5μm。
5.根据权利要求1所述的一种用于路面施工的高聚物注浆料，其特征在于：所述扩链剂为1,4-丁二醇或丙三醇。
6.一种权利要求1-5任一所述的一种用于路面施工的高聚物注浆料的制备方法，其特征在于：其包括如下步骤：
1）组分B的制备：称取各原料，然后进行搅拌，混匀，即得组分B；
2）将组分A和组分B进行混合固化，即得高聚物注浆料。
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