DE69017433T2

DE69017433T2 - Polyurethanzusammensetzung mit niedrigem Wassergehalt/Prepolymermischungsverhältnis.

Info

Publication number: DE69017433T2
Application number: DE69017433T
Authority: DE
Inventors: Gary P Roberts
Original assignee: Minnesota Mining and Manufacturing Co
Current assignee: 3M Co
Priority date: 1990-04-05
Filing date: 1990-12-24
Publication date: 1995-10-12
Anticipated expiration: 2010-12-25
Also published as: WO1991015554A1; EP0454930B1; EP0454930A1; US5037879A; DE69017433D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Polyurethan- Prepolymer-Zusammensetzungen als Einpreßmittel zum Abdichten von wasserenthaltenden Strukturen und als Zusammensetzungen zur Bodenstabilisierung.
Seit langem wurden verschiedene Polyurethan-Prepolymer- Zusammensetzungen zur Bodenverfestigung und als Einpreßmittel zum Abdichten von Strukturen ((Konstruktionen)) verwendet. Die US-P-3 985 688 von Speech befaßt sich mit einem Einpreßmittel aus Polyurethan-Schaumstoff, das normalerweise in eine Abwasserleitung gepumpt wird, indem eine Kanalisations-Dichtungsvorrichtung verwendet wird, die mit Hilfe von Seilen durch die Kanalisation gezogen wird. Die Kanalisations-Dichtungsvorrichtung wird an jeder Verbindung ((Stoßstelle)) angehalten und unter Bildung einer Dichtung an den gegenüberliegenden Seiten der Verbindung aufgeblasen. Das Einpreßmittel wird in den mittleren Abschnitt der Vorrichtung zum Abdichten (("Packer")) der Verbindung eingepreßt und in der Dichtungsvorrichtung nach dein Härten des Einpreßmittels die Luft abgelassen und zur nächsten Verbindung gezogen. Schaumstoffeinpreßmittel sind bei dieser Art der Dichtungsvorrichtung in der Regel schwer zu handhaben, da sich der Schaumstoff während der Reaktion des Prepolymers mit Wasser um ein Volumen von mehr als etwa 100 % expandiert. Dieser Expansionsbetrag kann einen übermäßigen Rückstau in der Dichtungsvorrichtung bewirken und diese in dem Abwasserrohr festklemmen.
Andere Polyurethan-Prepolymer-Zusammensetzungen, wie sie beispielsweise in US-P-3 719 050 van Asao et al. offenbart wurden, sind Gele und haben während der Reaktion des Prepolymers mit Wasser eine Expansion von nicht mehr als etwa 50 Volumenprozent. Die Zusammensetzung nach Asao hat den Nachteil, daß, um ein gutes Gel in der gewünschten Form zu schaffen, das Prepolymer mit einem Verhältnis von acht oder neun Teilen Wasser zu einem Teil Prepolymer umgesetzt wird. Dieses Verhältnis der Reaktanten erfordert die Verwendung einer spezialisierten Pumpausrüstung, um dieses spezielle Einpreßmittel einzubringen.
Als eine zum Abdichten der Kanalisation alternative Zusammensetzung wird eine Zusammensetzung auf der Grundlage von Acrylamid eingesetzt, die normalerweise in einem Verhältnis mit Wasser von 1:1 als eine Flüssigkeit in die Stelle der Undichtheit und den umgebenden Boden gepumpt wird, um ein erstarrtes Gel zu bilden, das die Leckage verzögert oder verhindert. Die in den Vereinigten Staaten und anderen Ländern zum größten Teil eingesetzte Einrichtung zum Abdichten von Kanalisation wurde zum Einsatz von Dichtmitteln vom Acrylamid- oder Acrylat-Typ ausgelegt, die zum Erstarren mit Wasser in einem Verhältnis von 1:1 gepumpt werden.

Zusammensetzung

Es wurde überraschend entdeckt, daß eine Lösung eines hydrophilen Polyurethan-Prepolymers mit vergleichsweise geringem Feststoffanteil in einem kompatiblen, mit Wasser mischbaren organischen Lösemittel oder Lösemittelgemisch beim Umsetzen mit Wasser in einem Volumenverhältnis von etwa 1:1 ein hervorragendes Gel zur Verwendung beim Abdichten in Wasser enthaltenden Strukturen und zur Verwendung bei der Bodenstabilisierung erzeugt. Die Zusammensetzungen umfassen ein mit Wasser mischbares organisches Lösemittel oder Lösemittelgemisch und ein wasserlösliches Polyurethan-Polymer mit terminalen Isocyanat-Gruppen. Das Polyurethan-Prepolymer wird gebildet durch Umsetzen von (1) einer Polyether-Verbindung mit mindestens zwei terminalen aktiven Wasserstoff- Gruppen und einer zahlengemittelten relativen Molekülmasse zwischen 3.000 und 20.000 und mit regellos angeordneten Ethylenoxid-Einheiten und Einheiten von höherem Alkylenoxid in einem Molverhältnis von Ethylenoxid-Einheiten zu Einheiten von höherem Alkylenoxid von mindestens 1:1. Die Einheiten des höheren Alkylenoxids umfassen drei oder mehrere Kohlenstoffatome und werden vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Propylenoxid, Butylenoxid, Pentylenoxid, Hexylenoxid und deren Mischungen. Die Polyether- Verbindung wird umgesetzt mit (2) ausreichend organischer Polyisocyanat-Verbindung mit mindestens zwei terminalen Isocyanat-Gruppen, um ein NCO:OH-Verhältnis von 5:1 ... 1,05:1,0 zu gewähren. Die erfindungsgemäße Zusammensetzung hat einen Feststoffgehalt von größer als 10 und kleiner als 50 % Prepolymer in organischem Lösemittel.
In dem Erstarrungsprozeß dehnen sich die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen um weniger als 50 % und vorzugsweise weniger als 30 % aus. Allerdings wird ein geringer Expansionsbetrag angestrebt, da er eine mechanische Haftung des Einpreßmittels an der zu dichtenden Verbindung schafft.

Zeichnung

In den beigefügten Zeichnungen werden Beispiele mit bekannter Einrichtung veranschaulicht, die zur Ausführung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung unter Einsatz der erfindungsgemäßen Zusammensetzung zum Dichten einer Verbindung in einer Abwasserleitung aus Beton geeignet sind.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Seitenansicht einer dreiteiligen Dichtungsvorrichtung, die sich in einer Abwasserleitung (dargestellt im Querschnitt) in der Nachbarschaft einer Leitungsverbindung befindet;
Fig. 2 eine Ansicht der Dichtungsvorrichtung nach Fig. 1, die an ihren Enden expandiert ist, um die Verbindung zu isolieren, und einen kreisrunden Hohlraum am Ort der Verbindung bildet, der mit einer Masse im Gel-Zustand ausgefüllt ist;
Fig. 3 eine Ansicht der vollständig expandierten Dichtungsvorrichtung nach Fig. 1, um die Masse im Gel- Zustand aus dem Hohlraum in die Verbindung zu drücken;
Fig. 4 eine Seitenansicht einer zweiteiligen Dichtungsvorrichtung, die sich in einer Abwasserleitung (dargestellt im Querschnitt) in der Nachbarschaft einer Leitungsverbindung befindet;
Fig. 5 eine Ansicht der zweiteiligen Dichtungsvorrichtung nach Fig. 4, die an ihren Enden expandiert ist, um die Verbindung zu isolieren und einen kreisrunden Hohlraum zwischen der expandierten Oberfläche der Dichtungsvorrichtung und der Innenfläche der Abwasserleitung zu bilden;
Fig. 6 eine Ansicht der zweiteiligen Dichtungsvorrichtung nach Fig. 4, bei welcher die Masse im Gel- Zustand in den in Fig. 5 beschriebenen Hohlraum eingefüllt wurde, und
Fig. 7 eine Ansicht der nichtexpandierten Dichtungsvorrichtung nach Fig. 4, nachdem man das Material im Gel- Zustand in die Fugenfläche der Verbindung und den umgebenden Boden hat fließen lassen.
Bezug nehmend auf die beigefügte Zeichnung und zunächst auf Fig. 1, kennzeichnet die zahl 10 allgemein eine Abwasserleitung mit der Verbindung 11, durch die das Eindringen des Wassers in die Abwasserleitung auftritt oder auftreten kann. Im Inneren der Leitung 10 ist eine Dichtungsvorrichtung 12 mit drei aufpumpbaren Diaphragma-Sektionen 13, 14, 16 angeordnet, die in Fig. 1 in ihrem zusammengefallenen Zustand dargestellt sind und die mit Hilfe von Luft aufgeblasen werden können. Die zum Aufblasen der Diaphragma-Sektion der Dichtungsvorrichtung verwendete Luft wird mit Hilfe der Schläuche 17, 18, 19 zur Dichtungsvorrichtung gefördert, von denen jeder Schlauch zum Aufblasen einer der Diaphragma- Sektionen der Dichtungsvorrichtung dient. Die erfindungsgemäße Prepolymermischung wird über den Schlauch 20 zugeführt und das Wasser oder eine ausreichend Wasser enthaltende Latex, die zur Reaktion des Prepolymers benötigt werden, über den Schlauch 21 zugeführt, wobei alle Schläuche durch das Band 15 zusammengehalten werden. Die Dichtungsvorrichtung 12 kann mit Hilfe der Seile 22a und 22b, die an der Dichtungsvorrichtung sowie an externen Vorrichtungen zum Bewegen der Dichtungsvorrichtung, z.B. Winden, angebracht sind, in Position gebracht werden.
In Fig. 2 wurden die äußeren Diaphragma-Sektionen 13 und 14 der Dichtungsvorrichtung 12 aufgeblasen, isolieren die Verbindung 11 und bilden an der Stelle der Verbindung einen kreisförmigen oder ringförmigen Hohlraum 23. Die erfindungsgemäße Zusammensetzung zum Abdichten wird in einer kontrollierten Menge in den Hohlraum 23 gemeinsam mit Wasser eingespritzt, indem beispielsweise separate Ströme dieser Materialien in einer solchen Weise in den Hohlraum gespritzt werden, daß ein Auftreffen der zwei Sprühstrahle bewirkt wird und somit ein rasches Vermischen und Umsetzen gewährleistet ist.
Nach einer kurzen Zeit, z.B. 30 Sekunden nach dem Einspritzen, beginnt sich das Gel 24 im Hohlraum 23 zu bilden, und die Mittelsektion 16 wird in der in Fig. 3 dargestellten Weise aufgeblasen und das noch reagierende Gel in die Verbindung 11 gedrückt. Nach etwa 5 ... 2.000 Sekunden wird das Gel 24 bis zu seiner maximalen Viskosität eingedickt sein und eine die Verbindung 11 dichtende erstarrte Masse 24 bilden. Die Dichtungsvorrichtung 12 kann abgelassen und die Seile 22a und 22b zur nächsten Verbindung bewegt werden, wo die Operation wiederholt wird.
Bezug nehmend auf Fig. 4 wird eine Kanalisations-Dichtungsvorrichtung 26 mit zwei aufpumpbaren Diaphragma-Sektionen 27 und 28 in ihrem abgelassenen Zustand dargestellt. Die aufpumpbaren Diaphragmen 27 und 28 können mit Hilfe von Luft aufgepumpt werden, die zur Dichtungsvorrichtung 26 über einen Luftschlauch 31 zugeführt wird. Die Prepolymer-Mischung der vorliegenden Erfindung können über den Schlauch 30 und das Wasser oder die Latex sowie wahlweise in ausreichend Wasser enthaltende Füllmasse, die zur Reaktion des Prepolymers benötigt werden, über den Schlauch 29 zugeführt werden. Die Dichtungsvorrichtung 26 kann mit Hilfe der Seile 22a und 22b in Position gebracht werden, die an der Dichtungsvorrichtung und an einer externen Vorrichtung zum Bewegen der Dichtungsvorrichtung, z.B. Winden, angebracht sind.
In Fig. 5 wurden aufpumpbare Elemente 27 bnd 28 der Dichtungsvorrichtung 26 aufgeblasen, isolieren die Verbindung 11 und bilden an der Stelle der Verbindung zwischen der Wandung der Dichtungsvorrichtung und der Innenseite der Abwasserleitung einen kreisförmigen oder ringförmigen Hohlraum 33. In den Hohlraum 33 kann eine kontrollierte Menge der erfindungsgemäßen Zusammensetzung zum Abdichten zusammen mit Wasser oder Latex und wahlweise für Füllmasse eingespritzt werden. Diese Bestandteile werden über eine druckgeregelte Strömung durch separate Düsen 34 und 35 der Dichtungsvorrichtung eingeführt, von denen eine Düse für das Prepolymer dient und eine für die Komponenten Wasser oder Latex und wahlweise Füllmasse. Wenn sich die Ströme vermischen, tritt unter Bildung der gelbildenden Zusammensetzung zum Abdichten eine Reaktion ein.
Entsprechend der Darstellung in Fig. 6 beginnt sich im Hohlraum 23 das Gel 24 zu bilden und wird in die Verbindung 11 und eine geringe Menge des umgebenden Bodens gedrückt.
Fig. 7 zeigt aufpumpbare Elemente 27 und 28, die abgelassen sind. Nach diesem Ablassen kann die Dichtungsvorrichtung 26 mit Hilfe der Seile 22a und 22b zur nächsten Verbindung bewegt und die Operation wiederholt werden.

Beschreibung von derzeit bevorzugten Ausführungsformen

Die Prepolymer-Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung reagiert mit Wasser bei einem Mischverhältnis von 1:1 unter Bildung eines Gels, festgelegt als eine Urethan-Hydrogelmatrix, die um weniger als 50 % und vorzugsweise weniger als 30 % während der Gelbildung expandiert. Die Größe der Expansion wird getestet, indem das Gel aus Reaktanten mit bekannten Volumina in einem Becherglas gebildet wird, für mindestens 15 Minuten nach der Gelbildung stehengelassen wird und sodann schnell das Volumen der Wasserverdrängung des Gels gemessen wird.
Der Feststoffgehalt der erfindungsgemäßen Zusammensetzungen ist größer als 10 und kleiner als 50 % des Prepolymers im organischen Lösemittel. Zusammensetzungen mit geringeren Feststoffgehalten als 10 % haben die Neigung, für die meisten Anwendungen zum Abdichten zu weich zu sein und es in bezug auf Zug an Zusammenhang fehlen zu lassen, und haben außerdem eine unerwünscht lange Gelbildungszeit. Ein geringer Feststoffgehalt erhöht auch die Gefahr der Schwächung des Einpreßmittels durch Anwesenheit von überschüssigem fließenden Wasser an der Einsatzstelle. Zusammensetzungen mit Feststoffgehalten von mehr als etwa 50 % führen eher zu Schäumen als zu Gelen, wenn sie in dem angestrebten Verhältnis von 1:1 mit Wasser gemischt werden. Vorzugsweise liegt der Feststoffgehalt zwischen 20 ... 40 %. Dieser Bereich des Feststoffgehalts liefert starke Gele, die geringfügige Schwankungen der Wasser-Reaktionsverhältnisse tolerieren, wie sie an der Arbeitsstelle auftreten können.
Beim Aufbringen der erfindungsgemäßen Zusammensetzungen wird ein Reaktionsverhältnis Wasser/Prepolymer von 1:1 eingesetzt, da die meisten Einrichtungen zum Einpressen in der Industrie nur bei diesem Verhältnis in der Lage sind, zu pumpen. Es wird davon ausgegangen, daß bei den beobachteten Einpumpverhältnissen dieser Einrichtungen mindestens eine Einpumpschwankung von 10 % normal ist.
Die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen zeigen auch eine vorteilhaft niedrigere Viskosität als Polyurethan-Einpreßmittel, die gegenwärtig verfügbar sind. Diese geringere Viskosität erhöht die Kompatibilität der Zusammensetzungen mit der bestehenden Einrichtung zum Einbringen von Einpreßmittel.
Die Herstellung von mit Isocyanat terminierten Prepolymeren, wie sie beispielsweise in der erfindungsgemäßen Zusammensetzung zum Abdichten verwendet werden, und deren Reaktion mit Wasser unter Bildung eines Polyharnstoffes wurde bereits offenbart, z.B. US-P-2 726 219, 2 948 691, 3 719 050, 3 985 688 und der CA-P-1 035 521 sowie in "Polyurethanes: Chemistry and Technology" von Saunders und Frisch, Teil I, Interscience Pub., N.Y. (1962).
Die in der vorliegenden Erfindung verwendeten Urethane können hergestellt werden durch Umsetzen eines aliphatischen oder aromatischen Polyisocyanats mit einer Polyether-Verbindung mit polyaktivem Wasserstoff unter Anwendung eines Aquivalentverhältnisses von NCO/aktiver Wasserstoff im Bereich von 5:1 ... 1,05:1.
Die terminalen aktiven Wasserstoffgruppen an der Polyether-Verbindung mit polyaktivem Wasserstoff können durch Polyole vorgesehen werden, wie beispielsweise Ethylenglykol, Glycerin, Trimethanolpropan, Trimethanolethan, Pentaerythritol, Sorbitol, Sucrose und Methylglucosid. Die aktiven Wasserstoffe können auch durch Amine bereitgestellt werden, wie beispielsweise Ethylendiamin, Ethylentriamin und Methylamin. Ein Beispiel für eine mit Amin terminierte Polyoxyalkylen-Verbindung sind die kommerziell bei Texaco Chemical Co., Belair, Texas, verfügbaren Jeffamine . Weitere aktiven Wasserstoff enthaltende Verbindungen umfassen Rizinusöl, Tallöl, Carbonsäuren, wie beispielsweise Colophonium, und Verbindungen mit mindestens zwei Hydroxyl-Gruppen, die durch die Reaktion von Aldehyden mit anderen Verbindungen erhalten werden (beispielsweise Olefine, aromatische Kohlenwasserstoffe, u.dgl.).
Um die Mischbarkeit mit Wasser zu gewährleisten, sollte die Polyether-Verbindung mit polyaktivem Wasserstoff eine Polymer-Hauptkette aufweisen, die mindestens 50 % Ethylenoxid-Einheiten umfaßt. Normalerweise haben die Prepolymere eine relative Molekülmasse im Bereich von 3.000 ... 20.000, vorzugsweise 5.000 ... 10.000. Kommerziell verfügbare Polyol- Präkursoren, die zur Herstellung der vorstehend beschriebenen wasserlöslichen, mit Isocyanat terminierten Prepolymere verwendbar sind, sind die hydrophilen Polyole, z.B. "Carbowax" (kommerziell verfügbar bei Union Carbide, Danbury, CT). Blends von Prepolymeren, einschließend unterschiedliche Mengen von Poly(Oxyethylen-Oxypropylen)polyolen, oder hydrophilen Polyolen mit Hetero-Oxyethylen-Oxypropylen- Ketten, die ebenfalls mit einbezogen sind.
Um bei der Bildung des Gels eine bessere Vernetzung der Prepolymere zu gewähren, haben die bevorzugten Prepolymere mehr als zwei Isocyanat-Funktionalitäten pro Molekül. Am meisten bevorzugt umfaßt das Prepolymer drei Polyether- Abzweigungen von einem zentralen Triol-Teil (("Teil" - hier als nichtsubstituierte Gruppe)). Wahlweise kann das Vernetzen durch Verwendung von polyfunktionalen terminalen Teilen an den Enden der Polyether-Hauptkette oder durch Vernetzungsmittel erleichtert werden, wie beispielsweise Trimethylolpropan, das in die Prepolymer-Zusammensetzung eingearbeitet werden kann. Die Verwendung von Polyisocyanaten mit im Durchschnitt mehr als zwei Isocyanat-Funktionalitäten wird ebenfalls eine gute Gelmatrix-Bildung gewähren.
Polyisocyanate, die zur Herstellung des in der vorliegenden Erfindung verwendeten, mit Isocyanat terminierten Prepolymers verwendet werden können und vorstehend beschrieben wurden, umfassen konventionelle aliphatische und aromatische Polyisocyanate. Die bevorzugten Polyisocyanate sind aromatische Polyisocyanate, da die aus ihnen hergestellten Prepolymere normalerweise mit Wasser schneller reagieren werden. Eine der am besten verwendbaren Polyisocyanat- Verbindungen, die für diesen Zweck verwendet werden kann, ist Toluoldiisocyanat, insbesondere als ein Blend von 80 Gewichtsprozent Toluol-2,4-isocyanat und 20 Gewichtsprozent Toluol-2,6-isocyanat, wobei ein 65:35-Blend der 2,4- und 2,6-Isomere ebenfalls verwendbar ist. Weitere verwendbare Polyisocyanat-Verbindungen, die eingesetzt werden können, sind andere Isomere von Toluoldiisocyanat, Hexamathylen-1,6- diisocyanat, Diphenylmethan-2,4'-diisocyanat, Diphenylmethan- 4,4'-di-isocyanat, m- oder p-Phenylendiisocyanat und 1,5- Naphthalindiisocyanat, oder deren Blends. Polymere Polyisocyanate können ebenfalls verwendet werden, wie beispielsweise Polymethylenpolyphenylpolyisocyanate. Eine Liste der verwendbaren und kommerziell verfügbaren Polyisocyanate findet sich in Encyclopedia of Chemical Technology von Kirk und Othmer, 2. Ausg., Band 12, S. 46, 47, Interscience Pub. (1967). Am meisten bevorzugt wird ein Isocyanat mit geringer Flüchtigkeit, um die Gefahr herabzusetzen, daß das Arbeitspersonal durch Inhalieren geschädigt wird.
Die Polyurethan-Prepolymere der vorliegenden Erfindung sind Flüssigkeiten oder bei Raumtemperatur fettartige oder pastöse Feststoffe. Sie sind in Gegenwart von Wasser unter Bildung einer vernetzten, wasserunlöslichen, wasserenthaltenden gelatineartigen Masse mit einem hohen Elastizitätsgrad reaktionsfähig. Die Reaktionszeiten zur Umwandlung des Prepolymers zum Gel in Gegenwart von Wasser können in der Größenordnung von unterhalb einer Minute bis zu mehreren Stunden liegen.
Die Lösemittel, die zum Auflösen der Prepolymere verwendet werden können, sind mit Wasser mischbare, polare organische Lösemittel, die vorzugsweise bei den äußeren Bedingungen der Umgebung flüchtig sind, in der die Zusammensetzung zum Abdichten eingesetzt werden soll, und reagieren nicht mit Isocyanat. Verwendbare, mit Wasser mischbare Lösemittel umfassen Methylacetat, Tetrahydrofuran, Dimethylformamid, Ethylenglykolmonoethyletheracetat (im Handel unter dem Warenzeichen "Cellosolve"-Acetat von der Union Carbide), y-Caprolacton (kommerziell verfügbar als TONE -Monomer EC von der Union Carbide Corporation, Danbury, CT), N-Methylpyrrolidon, N-Methylmorpholin und Ethylenglykolmonomethyletheracetat. Die bevorzugten Lösemittel sind Aceton und Diethylenglykolethyletheracetat. Die Gelbildungszeit dieser Zusammensetzungen kann durch Modifizieren des Lösemittels oder Lösemittelgemischs unter Einstellung des pH-Werts der Zusammensetzung variiert werden. Unter Verwendung stärker basischer Lösemittel hergestellte Zusammensetzungen neigen zu kürzeren Gelbildungszeiten.
Zusätzlich können der erfindungsgemäßen Zusammensetzung zum Abdichten Füllmassen zugesetzt werden, um eine schrumpffestere, gehärtete Zusammensetzung zum Abdichten mit einer höheren Druckfestigkeit zu schaffen. Zu diesem Zweck hat sich gezeigt, daß von einer Reihe von Füllmassen jede beliebige besonders wirksam ist. Verwendbare Füllmassen umfassen wasserunlösliche, partikuläre Füllmassen mit einer Teilchengröße von weniger als 500 Mikrometer, vorzugsweise 1 ... 50 Mikrometer, und einer Dichtezahl im Bereich von 0,1 ... 4,0, vorzugsweise 1,0 ... 3,0. Der Füllmassegehalt der gehärteten erfindungsgemäßen Zusammensetzung zum Abdichten kann bis zu 60 Teilen Füllmasse pro 100 Gewichtsteile gehärtete Zusammensetzung zum Abdichten betragen, vorzugsweise 5 ... 20 Teile pro 100.
Ein bevorzugtes Verfahren zum Verstärken des Polyurethan-Gels besteht im Mischen des Prepolymers mit einer wäßrigen Polymerlatex, wie es beispielsweise in der US-P-4 315 703 beschrieben wurde. In der vorliegenden Ausführungsform wird in das gebrauchsfertige Polyurethan-Gel über die Wasserkomponente des Gels eine Füllmasse eingearbeitet.
In die erfindungsgemäße Zusammensetzung zum Abdichten können weitere Additiv-Bestandteile einbezogen werden oder können zum Zeitpunkt der Einbringung des Gels dem Wasser zugesetzt werden. Beispielsweise können zum Verlängern der Lebensdauer des Gels und zum Verhindern des Angriffs durch verschiedene Pilze Fungicide zugesetzt werden. Weitere aktive Bestandteile können für verschiedene Zwecke zugesetzt werden, wie beispielsweise Substanzen zum Verhindern des Übergreifens auf Wurzeln u.dgl. Aufmerksamkeit ist bei der Auswahl der Füllmassen und anderen Additiven zu widmen, um alle Materialien zu vermeiden, die einen nachteiligen Einfluß auf die Viskosität, Reaktionsdauer und die Stabilität des herzustellenden Gels ausüben.
Der Zusatz einer Base als Katalysator, z.B. tert-Amin- Katalysator, 2,4,6-Tridimethylaminomethylphenol, 1,4-Diazabicyclo(2,2,2)-octan, Triethylamin oder andere auf dem Gebiet der Urethane bekannte Amine und Metallverbindungen als Katalysatoren setzt die Erstarrungszeit bei den Abwasser- Außentemperaturen herab (typische Abwasser-Außentemperaturen betragen etwa 10 ºC). Die tert-Amine werden normalerweise dem Wasser als ein Coreaktant zugesetzt oder können der Prepolymer-Zusammensetzung zugegeben werden. In beiden Fällen liegen die tert-Amine in der Regel in Mengen von 0,1 ... 1,0 Gewichtsanteilen des Prepolymers vor. Der in kleinen Mengen verwendete basische Katalysator führt zu verbesserten Erstarrungsgeschwindigkeiten ohne die physikalischen Eigenschaften des erstarrten Schaumstoffes zu beeinträchtigen.
Die Erfindung wird anhand der folgenden, nicht einschränkenden Beispiele weiter veranschaulicht:
Die Prepolymere A, B und C, die bei der Herstellung der Zusammensetzungen zum Abdichten und der Ausführung der Erfindung verwendbar sind, werden folgendermaßen zubereitet:

Prepolymer A

Es wird Benzoylchlorid (etwa 0,035 Gewichtsprozent der einsatzfertigen Zusammensetzung mit 77 % Feststoffen) bei Raumtemperatur unter Stickstoff mit 1 Äquivalent eines Polyethertriols ("Poly G 83-34", ein Copolymer von Ethylenoxid und Propylenoxid, kommerziell verfügbar bei Olin Corp.) mit einer relativen Molekülmasse von näherungsweise 5.000 gemischt. Danach werden 2,35 Äquivalente einer 80:20- Mischung von 2,4-Toluoldiisocyanat:2,6-Toluoldiisocyanat zu der resultierenden Mischung unter heftigem Rühren rasch zugesetzt. Die Mischung wurde bei 80 ºC ... 85 ºC gehalten, bis mit Hilfe der Titration festgestellt wurde, daß die Reaktion beendet war. Das Reaktionsgemisch wurde sodann in ausreichend Diethylenglykolethyletheracetat ("Ekasolve DE Acetat", kommerziell verfügbar bei Eastman Chemical Products, Inc., nachfolgend bezeichnet als DE-Acetate) aufgelöst, um 77 % Feststoffgehalt zu ergeben.

Prepolymer B

Es wurde ein Polymer unter Anwendung der gleichen Materialien und Bedingungen wie bei der vorstehenden Zubereitung von Prepolymer A mit der Ausnahme zubereitet, daß für DE-Acetate analysenreines Aceton ersetzt wurde, um einen Feststoffgehalt von 80 % zu ergeben. Ferner wurde ein blauer Farbstoff zugesetzt (0,05 Gewichtsprozent).

Prepolymer C

Zu einem Äquivalent eines Polyethertriols ("Poly G 83- 34", ein Copolymer von Ethylenoxid und Propylenoxid, kommerziell verfügbar bei Olin Coro.) mit einer relativen Molekülmasse von näherungsweise 5.000 wurden unter heftigem Rühren 2,5 Äquivalente eines Polyisocyanat-Prepolymers auf der Basis von Diphenylmethandiisocyanat zugesetzt, das einen hohen prozentualen Anteil des Isomers 2,4'-Diphenylmethandiisocyanat enthielt (Mondur XP-744, von der Mobay Chemical Corporation). Nach beendeter Zugabe wurde eine ausreichende Menge von DE-Acetate zugesetzt, um eine Zusammensetzung mit etwa 95 % Feststoffen zu schaffen. Die Mischung wurde sodann erhitzt und bei 80 ºC ... 85 ºC für 4 Stunden gehalten. Das Reaktionsgemisch wurde sodann mit zusätzlichem DE-Acetate auf 30 % Feststoffe weiter verdünnt und Benzoylchlorid zugesetzt (etwa 0,013 Gewichtsprozent der gebrauchsfertigen Zusammensetzung mit 30 % Feststoff). Sodann wurde durch Titration die Beendigung der Reaktion bestimmt. Die Viskosität des Prepolymers wurde mit 140 cP ((1 cP = 0,001 Pa s)) bestimmt.

Beispiel 1

Um den Einfluß einer Herabsetzung des Feststoffgehalts (Prepolymer-Gehalts) des Einpreßmittels beim Bilden eines Gels anstelle eines Schaumes zu demonstrieren, wurde Prepolymer A mit DE-Acetate auf verschiedene Feststoffgehalte verdünnt und durch Mischen bei verschiedenen Volumenverhältnissen mit destilliertem Wasser bei Raumtemperatur gehärtet. Es wurden folgende Auswertungen erhalten: Mischverhältnis Verdünnte Feststoffe (%) Prepolymer Viskosität (cP) (Wasser: Prepolymer) (Anteile) Gel Bildungszeit (s) Gel Merkmale Expansion (%) Gel Schaum
Die geringe Viskosität der Einpreßmittel mit 30 % Feststoff (oder weniger) macht es möglich, daß sie sehr viel leichter mit Wasser gemischt werden können als Materialien mit hoher Viskosität. Dieses ist dann ein Vorteil, wenn das Einpreßmittel unter Anwendung kommerziell verfügbarer Dichtungsvorrichtungen bei Wiederherstellungsarbeiten der Kanalisation zum Einsatz kommt.

Beispiel 2

Um den Einfluß von Additiven auf Gel-Eigenschaften zu demonstrieren, wurden die folgenden Additive durch Zusatz zu destilliertem Wasser bewertet. Das Volumenverhältnis von Wasser:Prepolymer betrug 1:1. In allen Fällen wurde Prepolymer A verwendet und mit DE-Acetate auf die nachfolgend angegebenen Feststoffgehalte verdünnt. Die in der Spalte der Zusammensetzung angegebenen prozentualen Anteile sind Gewichtsprozent. Prepolymer Feststoffe (%) wäßrige Komponente Zusammensetzung Gel Bildungszeit (s) Gel Merkmale destilliertes Wasser destilliertes Wasser + 0,25 % Triethanolamin Witcobond W-160 Niax A-99 Gel

Bemerkungen:

5612: Scotch-Seal -Gel-Verstärkungsmittel 5612, eine carboxylierte Styrol-Butadien-Polymeremulsion in Wasser von der 3M Company;
5601: Scotch-Seal -Beschleuniger 5601, 2-(Dimethylamino)-ethanol von der 3M Company;
5611: Scotch-Seal -Gel-Regulierungsmittel 5611, eine Lösung eines polymeren Amins in Wasser von der 3M Company;
Witcobond W-160: eine kommerzielle Urethan-Dispersion in Wasser von der Witco Chemical Corp.;
Niax A-99: Bis-2-dimethylaminoethylether, ein kommerzieller Urethan-Katalysator von der Union Carbide Corp.

Beispiel 3

Um die Einsetzbarkeit von mit Wasser mischbaren Lösemittelgemischen zu demonstrieren, wurde Prepolymer B mit Aceton auf 30 % Feststoffe verdünnt. Die resultierende Zusammensetzung ließ sich mühelos mit destilliertem Wasser in einem Verhältnis von 1:1 mischen und hatte eine Gel- Bildungszeit von 41 Sekunden.

Beispiel 4

Um die Einsetzbarkeit von wechselnden mit Wasser mischbaren Lösemitteln zu demonstrieren, wurde Prepolymer A mit Gemischen von DE Acetate und N-Methylpyrrolidon ("M- Pyrol", verfügbar bei der GAF Corp.) auf 30 % Feststoffe verdünnt und als ein 1:1-Gel mit destilliertem Wasser bei Raumtemperatur ausgewertet. Lösemittelzusammensetzung % Diethylenglykolethyl etheracetat % N-Methylpyrrolidon Viskosität Gelbildungszeit (s)
Alle vorstehend angegebenen Zusammensetzungen ließen sich mühelos mit Wasser mischen.

Beispiel 5

Um die Einsetzbarkeit von Isocyanaten auf der Grundlage von Diphenylmethandiisocyanat zu demonstrieren, wurde Prepolymer C als ein chemisches Einpreßmittel durch Härten mit destilliertem Wasser in einem Verhältnis von 1:1 ausgewertet. Das Prepolymer ließ sich mühelos mit Wasser mischen. Es wurde ein annehmbares Gel innerhalb von 88 Sekunden gebildet.

Claims

1. Zusammensetzung zum Abdichten, umfassend ein mit Wasser mischbares organisches Lösemittel oder ein Lösemittelgemisch und ein wasserlösliches Polyurethan-Prepolymer mit terminalen Isocyanat-Gruppen, gebildet durch Umsetzen von

(i) einer Polyether-Verbindung mit mindestens zwei terminalen aktiven Wasserstoff-Gruppen und einer zahlengemittelten relativen Molekülmasse zwischen 3.000 und 20.000 und mit regellos angeordneten Ethylenoxid-Einheiten und Einheiten von höherem Alkylenoxid in einem Molverhältnis von Ethylenoxid-Einheiten zu Einheiten von höherem Alkylenoxid von mindestens 1:1, worin die Einheiten des höheren Alkylenoxids drei oder mehrere Kohlenstoffatome aufweisen, und

(ii) ausreichend organischer Polyisocyanat-Verbindung mit mindestens zwei terminalen Isocyanat-Gruppen, um ein NCO:OH-Verhältnis von 5:1 bis 1,05:1 zu gewähren,

dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammensetzung einen Feststoffgehalt von größer als 10 und kleiner als 50 % Prepolymer im organischen Lösemittel aufweist und die Zusammensetzung beim Mischen mit Wasser in einem Verhältnis von 1:1 ein Gel bildet.

2. Zusammensetzung nach Anspruch 1, bei welcher die Einheiten des höheren Alkylenoxids in der Polyether- Verbindung ausgewählt werden aus Propylenoxid, Butylenoxid, Pentylenoxid, Hexylenoxid und deren Mischungen.

3. Zusammensetzung nach Anspruch 1, bei welcher die aktiven Wasserstoff-Gruppen Hydroxyl -Gruppen sind.

4. Zusammensetzung nach Anspruch 1, bei welcher die aktiven Wasserstoff-Gruppen primäre oder sekundäre Amin- Gruppen sind.

5. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welcher die Zusammensetzung eine Konzentration zwischen 20 und 40 Prozent Prepolymer-Feststoffe in dem organischen Lösemittel aufweist.

6. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei welcher das mit Wasser mischbare organische Lösemittel Aceton ist.

7. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei welcher das mit Wasser mischbare organische Lösemittel Diethylenglykolethyletheracetat ist.

8. Verfahren zum Abdichten einer Wasser enthaltenden Struktur, um Undichtheit zu verhindern oder auf ein Mindestmaß herabzusetzen, welches Verfahren umfaßt: Mischen einer Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 mit Wasser im Verhältnis von 1:1 und Einpressen der Mischung unter Druck am Ort der Undichtheit.