CN117164814A - 一种堵漏用环保型聚氨酯注浆材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种堵漏用环保型聚氨酯注浆材料及其制备方法，材料包括：多亚甲基多苯基异氰酸酯1‑10份、甲苯二异氰酸酯8‑15份、聚醚三醇5‑10份、聚醚四醇40‑50份、复合溶剂30‑45份、无机酸0.01‑0.05份；所述复合溶剂由邻苯二甲酸二丁酯：碳酸二甲酯：二丙二醇二甲醚＝1：1：(1‑1.5)质量比的原料组成；方法包括：称取原料；将多亚甲基多苯基异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯以及无机酸混合，搅拌加热，得混合液A；聚醚三醇和聚醚四醇经过真空脱水，再降温，得混合液B；将混合液A加入混合液B，反应后加入复合溶剂，即得堵漏用环保型聚氨酯注浆材料，制备方法得到的注浆材料兼备了环保性和高包水性的性能，且原料环保。

Description

一种堵漏用环保型聚氨酯注浆材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及建筑防水材料领域，特别涉及一种堵漏用环保型聚氨酯注浆材料及其制备方法。

背景技术

聚氨酯材料是目前化学注浆材料中产品种类最多、适用范围最广、用量最大的一类注浆材料，总体来说按照材料特性可以分为两种：亲水型(水溶性)和疏水性(油溶性)，亲水型聚氨酯注浆材料主要以多异氰酸酯与高分子量多官能度亲水型聚醚多元醇聚合，易分散于水中，遇水自乳化；亲水性好，包水量大,遇水立即进行聚合反应；固结物具有弹性止水和膨胀止水的双重作用；疏水型聚氨酯注浆材料不具有亲水性，遇水后发泡，产生二次压力，可灌注到细微裂缝中，形成的泡沫体有一定的强度，适用于带有加固补强的防水堵漏场合。另一种分类方法是按组份来分，分为单组份和双组份。单组份聚氨酯注浆材料具有使用方便的优势，但为了保证较低的粘度，通常使用两官能度或者分子量相对较高的聚醚多元醇为原料，这决定了单组份聚氨酯注浆材料大部分为柔弹性材料，而双组份聚氨酯注浆材料可以提供强度很高的材料，但是使用前需要配制，不太方便。

现有技术中，为了提高注浆材料的可灌注性并保证其具有良好的亲水性,亲水性聚氨酯注浆材料多使用丙酮、丁酮等水溶性溶剂稀释，如专利号为CN101220203A的一种聚氨酯化学灌浆材料及制备方法。以甲苯二异氰酸酯或二苯甲烷二异氰酸酯等为原料，丙酮或环己酮为溶剂。这类溶剂的挥发对施工人员的健康构成严重威胁，特别是在地铁、隧道、地下室等通风不良的部位进行施工时，这一问题就变得十分棘手。而且，丙酮、丁酮闪点均较低皆为易燃性液体，这给聚氨酯注浆材料生产、储存、运输及施工带来诸多不便，也存在着潜在的火灾隐患。另一方面，丙酮、丁酮的挥发性较强，这就不可避免的带来固结体的收缩，容易引起“复漏”，而且丙酮、丁酮的挥发也给环境造成污染。

同时现有的技术还存在以下不足：

传统的无机注浆材料和其他一些水性聚氨酯注浆材料一般适用于静水环境，在涌水量大、水流速度快的环境中无法起到堵水作用；目前现有的注浆材料包水性能差，包水量少。

发明内容

发明的目的在于提供一种堵漏用环保型聚氨酯注浆材料及其制备方法，解决了现有的材料所用的溶剂环保性差，且不适用于静水环境，在涌水量大、水流速度快的环境中无法起到堵水作用的问题。

本发明是这样实现的，一种堵漏用环保型聚氨酯注浆材料，所述注浆材料包括以下质量份的原料：

多亚甲基多苯基异氰酸酯1-10份

甲苯二异氰酸酯(TDI)8-15份

聚醚三醇5-10份

聚醚四醇40-50份

复合溶剂30-45份

无机酸0.01-0.05份；

所述复合溶剂由邻苯二甲酸二丁酯：碳酸二甲酯：二丙二醇二甲醚＝1：1：(1-1.5)质量比的原料组成。

本发明中的注浆材料，遇水后自行分散、乳化以及发泡，立即进行化学反应，根据本发明中记载的聚醚三醇和聚醚四醇与多异氰酸酯的配比，使浆液-NCO基团含量在一个最佳的范围，12℃-35℃温度下，浆液均匀分散在水中形成乳液，浆液中游离的-NCO基团能够快速的与水反应，凝胶时间短，形成良好的止水效果，且不透水的弹性胶状固结体，有良好的止水性能。

相比与现有技术，本发明的注浆材料能很好的适用于涌水量大、水流速度快的环境中，从而应用范围广，适用性高；同时浆液灌入裂缝内，向裂缝周围渗透(形成一次渗透)随即发生反应，遇水反应形成弹性固结体物质的同时，游离的异氰酸酯基团遇水释放CO₂气体，借助气体压力，浆液可进一步压进结构的空隙，使多孔性结构或地层能完全充填密实，具有二次渗透的特点，渗入混凝土缝隙产生较大的渗透半径和凝固体积，以致最终形成体积大，抗渗性好，堵水效果佳的凝固体。

反应形成的固结体的延伸性好、良好的弹性及抗渗性、耐低温性，在水中永久保持原形。

本发明中的注浆材料用到的溶剂环保，对于环境友好。

本发明的进一步技术方案是：本发明中合成产品的NCO％为5％-7％。

该材料遇水后的固结体不仅具备良好的止水性能，并且对人体无害、无毒，对环境无污染。

本发明的进一步技术方案是：所述注浆材料包括以下质量份的原料：

多亚甲基多苯基异氰酸酯1-5份

甲苯二异氰酸酯(TDI)8-10份

聚醚三醇5-8份

聚醚四醇40-45份

复合溶剂35-45份

无机酸0.01-0.04份；

所述复合溶剂由邻苯二甲酸二丁酯：碳酸二甲酯：二丙二醇二甲醚＝1：1：(1-1.4)质量比的原料组成。

本发明的进一步技术方案是：所述注浆材料包括以下质量份的原料：

多亚甲基多苯基异氰酸酯1.58份

甲苯二异氰酸酯(TDI)8.88份

聚醚三醇4.93份

聚醚四醇44.39份

复合溶剂40.21份

无机酸0.02份；

所述复合溶剂由邻苯二甲酸二丁酯：碳酸二甲酯：二丙二醇二甲醚＝1：1：1.33质量比的原料组成。

本发明的进一步技术方案是：所述无机酸为浓度为85％的磷酸。

本发明的进一步技术方案是：所述多亚甲基多苯基异氰酸酯的异氰酸根含量为30.5％～32％，25℃粘度为150mPa·s～250mPa·s。PAPI反应活性大，蒸汽压低，挥发性小，对人体危害小，为材料提供良好的刚性。

本发明的进一步技术方案是：所述甲苯二异氰酸酯的异氰酸根含量为48％～48.2％，25℃粘度为3mPa·s～4mPa·s。TDI异氰酸根含量为48％～48.2％，黏度低，为材料提供良好的柔韧性及伸长率。

本发明的进一步技术方案是：所述聚醚四醇分子量7000-8000，官能度为3.5-4.5。

该聚醚四醇的亲水性强，官能度高，使材料在水中拥有良好的分散性和包水性。

本发明的进一步技术方案是：所述聚醚三醇分子量4500，官能度为2.8-3.5。

该聚醚三醇分子量相对较小，官能度高，为材料提供一定的强度。

本发明还提供一种堵漏用环保型聚氨酯注浆材料的制备方法，所述注浆材料为所述环保型注浆材料，所述制备方法包括以下步骤：

步骤一：分别称取相应配比的原料，备用；

步骤二：将多亚甲基多苯基异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯以及无机酸按比例混合，搅拌加热至40℃-50℃，得混合液A，待用；将聚醚三醇和聚醚四醇经过100℃-120℃真空脱水1.5-2小时，再降温至40℃-50℃，得混合液B；

步骤三：将混合液A分批加入混合液B中，加热至80℃-85℃反应2-2.5小时，加入复合溶剂后，即得堵漏用环保型聚氨酯注浆材料，密封保存。

本发明中试剂均为环保型试剂，降低生产及使用过程中对人体、水质及周边环境的污染，具有较好的安全环保性，对环境无污染，同时注浆材料的包水性最高为25倍，注浆材料兼备了环保性和高包水性的性能。

多亚甲基多苯基异氰酸酯(PAPI)：是聚氨酯产品的主反应原料，PAPI是一种粗MDI，通常MDI含量为50％左右，因MDI蒸汽压比TDI低得多，在普通良好通风情况下对人体损害小。

甲苯二异氰酸酯(TDI)：是聚氨酯产品的主反应原料，与水作用产生二氧化碳,易与含有活性氢原子的化合物作用,与二元醇作用而成线型聚氨基甲酸酯或聚氨酯树脂。

聚醚多元醇：是聚氨酯产品的主反应材料，相比于聚酯多元醇，聚醚多元醇合成的聚氨酯产品耐水性能、耐低温性能好。

复合溶剂：可降低聚氨酯产品硬度，提升产品的塑性(延性)，改善泡沫脆性。本发明中的复合溶剂采用的均为环境友好型的溶剂，对于环境无污染，制备得到的材料遇水形成的固结体不仅具备良好的止水性能，并且对人体无害、无毒，对环境无污染。

磷酸：磷酸价廉，不挥发，能抑制异氰酸酯的副反应。

本发明的原料中TDI与PAPI共同提供体系所需的-NCO基团，聚醚三醇与聚醚四醇共同提供体系所需的-OH基团；本发明中的-NCO基团含量在一个最佳的范围，使得材料遇水反应后可以形成很好的一个包水效果。

本发明原材料按上述比例配制成注浆材料，生成具有较低黏度、高包水量且环保型的聚氨酯注浆材料。

本发明的有益效果：本发明中聚醚三醇和聚醚四醇为亲水性极强的多元醇，与水有很好的相容性，且官能度范围在3-4，官能度越大，包水性越好，这两个因素先行决定了材料的高包水性；聚醚三醇和聚醚四醇与多亚甲基多苯基异氰酸酯和甲苯二异氰酸酯进行结合，在本发明记载的用量范围内，反应后的-NCO基团含量在一个最佳的范围，材料遇水反应后可以具备最佳的包水效果，使得本发明中的材料在与水结合时，包水量最高可达到25倍；

本发明中的注浆材料，遇水后自行分散、乳化以及发泡，立即进行化学反应，根据本发明中记载的聚醚三醇和聚醚四醇与多异氰酸酯的配比，使浆液-NCO基团含量在一个最佳的范围，12℃-35℃温度下，浆液均匀分散在水中形成乳液，浆液中游离的-NCO基团能够快速的与水反应，凝胶时间短，形成良好的止水效果，且不透水的弹性胶状固结体，不仅具备良好的止水性能，并且对人体无害、无毒，对环境无污染；

相比与现有技术，本发明的注浆材料能很好的适用于涌水量大、水流速度快的环境中，从而应用范围广，适用性高；同时浆液灌入裂缝内，向裂缝周围渗透(形成一次渗透)随即发生反应，遇水反应形成弹性固结体物质的同时，游离的异氰酸酯基团遇水释放CO₂气体，借助气体压力，浆液可进一步压进结构的空隙，使多孔性结构或地层能完全充填密实，具有二次渗透的特点，渗入混凝土缝隙产生较大的渗透半径和凝固体积，以致最终形成体积大，抗渗性好，堵水效果佳的凝固体；

反应形成的固结体的延伸性好，良好的弹性及抗渗性、耐低温性，在水中永久保持原形；

本发明中试剂均为环保型试剂，降低生产及使用过程中对人体、水质及周边环境的污染，具有较好的安全环保性，对环境无污染，同时注浆材料的包水性最高为25倍，注浆材料兼备了环保性和高包水性的性能。

附图说明

图1是本发明提供的实施例2对应的聚氨酯注浆材料环保性能检测报告。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

需要说明的是，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

实施例1：

如表1所示，本实施例堵漏用环保型聚氨酯注浆材料的配方为：注浆材料包括按质量份数的多亚甲基多苯基异氰酸酯(PAPI，其中-NCO含量为31％，25℃粘度为200mPa·s)1.65份、甲苯二异氰酸酯(TDI-80)9.27份；聚醚三醇5.15份、聚醚四醇46.34份、复合溶剂(由邻苯二甲酸二丁酯：碳酸二甲酯：二丙二醇二甲醚＝1：1：1.33质量比复配而成)37.58份、无机酸0.02份。

实施例2：

如表1所示，本实施例堵漏用环保型聚氨酯注浆材料的配方为：注浆材料包括按质量份数的多亚甲基多苯基异氰酸酯(PAPI，其中-NCO含量为31％，25℃粘度为200mPa·s)1.58份、甲苯二异氰酸酯(TDI-80)8.88份；聚醚三醇4.93份、聚醚四醇44.39份、复合溶剂(由邻苯二甲酸二丁酯：碳酸二甲酯：二丙二醇二甲醚＝1：1:1.33质量比复配而成)40.2份、无机酸0.02份。

实施例1和2中堵漏用环保型聚氨酯注浆材料中各原料质量份数如下表1所示。

表1实施例1和2中各原料对应质量份数

实施例3：

上述实施例1-2中注浆材料制备以及施工方法

制备方法：

1)按各组分原材料质量配比，分别称取相应质量份的多亚甲基多苯基异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、聚醚三醇、聚醚四醇、无机酸。

2)将多亚甲基多苯基异氰酸酯；甲苯二异氰酸酯和无机酸按比例混合，搅拌加热至45℃待用；将聚醚三醇、聚醚四醇经过100℃-120℃高温真空脱水2h，再降温至45℃，然后分批将异氰酸酯混合液滴加进聚醚混合液中，加热至85℃反应2.5h后，加入复合溶剂即得到堵漏用环保型聚氨酯注浆材料，密封保存；

施工方法：

3)现场施工时先缝面处理，清除表面污物，保证缝面清洁，检查裂缝走向、深度等状态；

4)设置注浆孔，沿缝两侧钻斜孔(45°)，孔距为20～30cm，在本实施例中，孔距为25cm，确保浆液可有效渗入裂缝或空隙，用压缩气体将孔内杂物吹干净；

5)埋管封缝，用堵漏王或环氧胶泥埋设注浆管(盒)，同时封闭缝面；

6)洗缝，压水冲洗缝面，了解各孔之间的串通情况，同时检查止封效果；

7)压力注浆，在压力下进行注浆，注浆压力依据设计要求确定，在0.2MPa～0.4MPa，最高压力不要超过结构允许值，在本实施例中位0.3MPa,竖直缝从最低处开灌，自下而上；水平缝自一端向另一端进行。当邻孔出现纯浆液后，暂停压浆并结扎管路；将注浆管移至邻孔继续注浆，在规定压力屏浆，直至达到注浆结束标准；

8)待凝固化，浆液固化后，去除注浆管，用堵漏王或环氧胶泥进行封闭；

对比例1：

华东勘测设计院开发的LW水溶性聚氨酯(水溶型)：原料包括1.甲苯二异氰酸酯TDI；2.氧化乙烯-氧化丙烯共聚醚：聚氧乙烯链段的亲水性和聚氧丙烯链段的疏水性，使得该聚醚具有广泛变化的表面活性，出现了从油溶性到水溶性的多种产品。

性能检测：

采用对比例1和实施例1、2采用实施例3方法制得的堵漏用环保型聚氨酯注浆材料进行检测，主要性能参数如表2所示：

表2堵漏用环保型聚氨酯注浆材料主要性能

由表2可知，实施例1得到注浆材料凝胶时间短、粘度低、固含高，浆液的包水性最高可达25倍，遇水后立即反应形成体积大、抗渗性好，堵水效果佳的不透水弹性胶状固结体，并具备良好的止水性能。实施例2得到注浆材料其凝胶时间短、粘度低、固含高，浆液的包水性可达25倍。

从表2可以看出，实施例1～2的堵漏用环保型聚氨酯注浆材料性能指标均满足《聚氨酯灌浆材料》(JC/T2041—2020)中WPU产品的要求。实施例1-2的堵漏用环保型聚氨酯注浆材料达到了凝胶时间短、粘度相对低、包水量大、固含高的优良效果，能最大限度满足各类工程中存在的伸缩缝、裂缝、封堵涌水、阻止地基中流水等基础的防渗堵漏要求，包水性能优越，能在涌水量大、水流速度快的环境中起到堵水作用。

将实施例3中实施例2对应的堵漏用环保型聚氨酯注浆材料进行环保性能检测，环保性能检测报告如图1所示：由检测报告中记载的结果汇总可知，实施例2中记载的注浆材料为无毒级，使用时对于环境环保无污染。

本发明制备得到的堵漏用环保型聚氨酯注浆材料与水混合后粘度小，可灌性好，固结体在水中浸泡对人体无害、无毒、无污染。遇水后自行分散、乳化、发泡，立即进行化学反应，形成不透水的弹性胶状固结体，有良好的止水性能，反应后形成的弹性胶状固结体有良好的延伸性、弹性及抗渗性、耐低温性，在水中永久保持原形。

本发明的注浆材料，与一般注浆液相比，不会被水冲走，固结面积反而因流水而扩大，包水量25倍。浆液灌入裂缝内，向裂缝周围渗透(形成一次渗透)随即发生反应，发泡膨胀产生二次渗透，渗入混凝土缝隙产生较大的渗透半径和凝固体积，以致最终形成体积大，抗渗性好，堵水效果佳的凝固体。化学稳定性高，耐酸、碱、盐和有机溶剂，表面光滑耐磨不长霉，固结体有良好的耐久性。

本发明制备的注浆材料在遇水反应形成弹性固结体物质的同时，释放CO₂气体，借助气体压力，浆液可进一步压进结构的空隙，使多孔性结构或地层能完全充填密实。具有二次渗透的特点。注浆材料的包水量大，具有良好的亲水性和可灌性，同时浆液的粘度、固化速度可以根据需要进行调节。本发明提高了注浆液的包水量，消除了传统注浆液的包水量小缺点。解决了现阶段的应用缺陷，增加了聚氨酯的应用领域。

本发明中试剂均为环保型试剂，降低生产及使用过程中对人体、水质及周边环境的污染，具有较好的安全环保性，对环境无污染，同时注浆材料的包水性最高为25倍，注浆材料兼备了环保性和高包水性的性能。本发明堵漏用环保型聚氨酯注浆材料达到了凝胶时间为15s～40s，且包水量在25倍的优良效果。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种堵漏用环保型聚氨酯注浆材料，其特征在于：所述注浆材料包括以下质量份的原料：

多亚甲基多苯基异氰酸酯1-10份

甲苯二异氰酸酯8-15份

聚醚三醇5-10份

聚醚四醇40-50份

复合溶剂30-45份

无机酸0.01-0.05份；

所述复合溶剂由邻苯二甲酸二丁酯：碳酸二甲酯：二丙二醇二甲醚＝1：1：(1-1.5)质量比的原料组成。

2.根据权利要求1所述的一种堵漏用环保型聚氨酯注浆材料，其特征在于，所述注浆材料包括以下质量份的原料：

多亚甲基多苯基异氰酸酯1-5份

甲苯二异氰酸酯8-10份

聚醚三醇5-8份

聚醚四醇40-45份

复合溶剂35-45份

无机酸0.01-0.04份；

所述复合溶剂由邻苯二甲酸二丁酯：碳酸二甲酯：二丙二醇二甲醚＝1：1：(1-1.4)质量比的原料组成。

3.根据权利要求1所述的一种堵漏用环保型聚氨酯注浆材料，其特征在于，所述注浆材料包括以下质量份的原料：

多亚甲基多苯基异氰酸酯1.58份

甲苯二异氰酸酯8.88份

聚醚三醇4.93份

聚醚四醇44.39份

复合溶剂40.21份

无机酸0.02份；

所述复合溶剂由邻苯二甲酸二丁酯：碳酸二甲酯：二丙二醇二甲醚＝1：1：1.33质量比的原料组成。

4.根据权利要求1所述的一种堵漏用环保型聚氨酯注浆材料，其特征在于，所述无机酸为浓度为85％的磷酸。

5.根据权利要求1所述的一种堵漏用环保型聚氨酯注浆材料，其特征在于，所述多亚甲基多苯基异氰酸酯的异氰酸根含量为30.5％～32％，25℃粘度为150mPa·s～250mPa·s。

6.根据权利要求1所述的一种堵漏用环保型聚氨酯注浆材料，其特征在于，所述甲苯二异氰酸酯的异氰酸根含量为48％～48.2％，25℃粘度为3mPa·s～4mPa·s。

7.根据权利要求1所述的一种堵漏用环保型聚氨酯注浆材料，其特征在于，所述聚醚四醇分子量7000-8000，官能度为3.5-4.5。

8.根据权利要求1-3中任意一项所述的一种堵漏用环保型聚氨酯注浆材料，其特征在于，所述聚醚三醇分子量4500，官能度为2.8-3.5。

9.一种堵漏用环保型聚氨酯注浆材料的制备方法，所述注浆材料为权利要求1-8中任意一项堵漏用环保型聚氨酯注浆材料，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

步骤一：分别称取相应配比的原料，备用；

步骤二：将多亚甲基多苯基异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯以及无机酸按比例混合，搅拌加热至40℃-50℃，得混合液A，待用；将聚醚三醇和聚醚四醇经过100℃-120℃真空脱水1.5-2小时，再降温至40℃-50℃，得混合液B；

步骤三：将混合液A分批加入混合液B中，加热至80℃-85℃反应2-2.5小时，加入复合溶剂后，即得堵漏用环保型聚氨酯注浆材料，密封保存。