環(huán)保型聚氨酯堵水材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于高分子材料領(lǐng)域，具體涉及一種環(huán)保型聚氨酯堵水材料。由聚氨酯預(yù)聚體和添加劑制成：聚氨酯預(yù)聚體由如下原料制成：聚醚多元醇a（官能度為3-4，羥值為300-500）、聚醚多元醇b（官能度為2-3，羥值為200-400）、聚醚多元醇c（官能度為2-3，羥值為100-200）、除水劑和異氰酸酯；添加劑由如下原料制成：增塑劑、稀釋劑、阻燃劑、催化劑和表面活性劑。本聚氨酯堵水材料被注入孔隙裂縫中時(shí)，在縫隙中擴(kuò)散固化，生成有一定強(qiáng)度的泡沫，在凝膠的分子中含有大量極性基團(tuán)，粘合強(qiáng)度大，堵塞了縫隙，起到了堵水和加固的作用。本發(fā)明還提供其制備方法，工藝合理，易于工業(yè)化生產(chǎn)。
【專利說(shuō)明】環(huán)保型聚氨酯堵水材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于高分子材料領(lǐng)域，具體涉及一種環(huán)保型聚氨酯堵水材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]各種防水混凝土在地下工程中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，但經(jīng)長(zhǎng)期使用，易發(fā)生滲漏現(xiàn)象。在新開挖的地下工程中，有時(shí)會(huì)遇到大量的地下水涌出，特別是在巖石中構(gòu)筑的地下工程，地下水通 過(guò)巖石裂隙對(duì)地下工程可造成嚴(yán)重的危害，此時(shí)如果不先進(jìn)行止水，工程將無(wú)法進(jìn)行。
[0003]化學(xué)注漿堵漏技術(shù)是將化學(xué)藥品制成的漿液用泵輸入到混凝土結(jié)構(gòu)縫中，經(jīng)凝結(jié)、硬化之后起到堵水的作用。注漿堵水法在地下工程中有它重要的意義，已成為一種地下工程防水施工中必不可少的手段。
[0004]聚氨酯化學(xué)注漿堵漏材料是一種防滲堵漏能力較強(qiáng)，固結(jié)強(qiáng)度較高的注漿材料，由于漿液中含有未反應(yīng)的異氰酸酯基團(tuán)，遇水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)交聯(lián)生成不溶于水的聚合體，因此能達(dá)到防滲、堵漏和固結(jié)的目的。聚氨酯化學(xué)注漿堵漏材料類型有非水溶性聚氨酯、水溶性聚氨酯、彈性聚氨酯等。水溶性聚氨酯雖然防滲止水效果良好，但加固補(bǔ)強(qiáng)較差。彈性聚氨酯是雙液注漿材料，操作比較復(fù)雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種環(huán)保型聚氨酯堵水材料，被注入孔隙裂縫中時(shí)，在縫隙中擴(kuò)散固化，生成不溶于水、具有一定強(qiáng)度的泡沫，在凝膠的分子中含有大量極性基團(tuán)，粘合強(qiáng)度大，有較強(qiáng)的親和力，堵塞了縫隙，起到了堵水和加固的作用。本發(fā)明還提供其制備方法，工藝合理，簡(jiǎn)單易實(shí)施，易于工業(yè)化生產(chǎn)。
[0006]本發(fā)明所述的環(huán)保型聚氨酯堵水材料，由質(zhì)量比為60-80:20-40的聚氨酯預(yù)聚體和添加劑制成:
[0007]聚氨酯預(yù)聚體由如下重量份數(shù)的原料制成:聚醚多元醇al5_25份、聚醚多元醇b5-10份、聚醚多元醇c2-5份、除水劑0.1-0.5份和異氰酸酯50-75份；
[0008]其中:聚醚多元醇a官能度為3-4，羥值為300-500，
[0009]聚醚多元醇b官能度為2-3，羥值為200-400，
[0010]聚醚多元醇c官能度為2-3，羥值為100-200 ；
[0011]添加劑由如下重量份數(shù)的原料制成:增塑劑3-10份、稀釋劑5-15份、阻燃劑3-5份、催化劑0.3-2份和表面活性劑1-3份。
[0012]其中:
[0013]除水劑選用低毒性單惡唑烷除水劑，優(yōu)選為安鄉(xiāng)艾利特化工生產(chǎn)的ALT-201，惡唑烷除水劑優(yōu)先與水反應(yīng)，生成仲氨基醇和揮發(fā)性的酮，惡唑烷除水劑的反應(yīng)產(chǎn)物變成聚氨酯的一部分，另外產(chǎn)生的酮完全從聚氨酯中逸出，能避免異氰酸酯與水分反應(yīng)，除去體系中的水分。
[0014]異氰酸酯為多苯基多亞甲基多異氰酸酯，優(yōu)選為煙臺(tái)萬(wàn)華生產(chǎn)的多苯基多亞甲基多異氰酸酯PM200、巴斯夫生產(chǎn)的多苯基多亞甲基多異氰酸酯M20S中的一種或兩種以任意比例混合。
[0015]增塑劑為鄰苯二甲酸酯類；其中鄰苯二甲酸酯類優(yōu)選為鄰苯二甲酸二丁脂或鄰苯二甲酸二辛脂中的一種或兩種以任意比例混合。
[0016]稀釋劑為檸檬酸三丁酯、檸檬酸三乙酯或乙酸乙酯中的一種或幾種以任意比例混
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[0017]阻燃劑為鹵代磷酸酯添加型阻燃劑或磷酸酯類添加型阻燃劑中的一種或兩種以任意比例混合。鹵代磷酸酯添加型阻燃劑優(yōu)選為磷酸三(1-氯-2-丙基)酯或磷酸三(2-氯乙基)酯中的一種或兩種混合；磷酸酯類添加型阻燃劑為磷酸三乙酯或磷酸三丁酯中的一種或兩種以任意比例混合。
[0018]催化劑為雙嗎啉基二乙基醚或有機(jī)錫催化劑中的一種或兩種以任意比例混合，其中有機(jī)錫催化劑優(yōu)選為辛酸亞錫或二丁基二月桂酸錫。
[0019]表面活性劑為有機(jī)硅表面活性劑，優(yōu)選為中山東峻化工生產(chǎn)的H-3625或H-3971中的任意一種。
[0020]本發(fā)明制備得到聚氨酯堵水材料是一種非水溶性聚氨酯快速堵水材料單液注漿，被注入孔隙裂縫中時(shí)，預(yù)聚體的端異氰酸酯基(-NC0)與水接觸，交叉發(fā)生擴(kuò)鏈、脫氣(C02)、支化及交聯(lián)反應(yīng)，在縫隙中擴(kuò)散固化，和縫隙中的水發(fā)生反應(yīng)，生成不溶于水、具有一定強(qiáng)度的泡沫體，以起到堵水和補(bǔ)強(qiáng)的作用。在凝膠的分子中含有大量極性基團(tuán)，如氨基甲酸酯類、脲基、醚鍵，粘合強(qiáng)度大 ，有較強(qiáng)的親和力，從而堵塞了縫隙，起到了堵水和加固的作用。適用于礦山巷道、豎井、地鐵、水壩、地下車庫(kù)、隧道等地下工程的動(dòng)水、涌水處理，滲水防治。
[0021]所述的環(huán)保型聚氨酯堵水材料的制備方法，包括以下步驟:
[0022]( I)聚氨酯預(yù)聚體的制備:
[0023]將聚醚多元醇a、聚醚多元醇b和聚醚多元醇c真空脫水2-3小時(shí)后加入到反應(yīng)釜中，氮?dú)獗Ｗo(hù)條件下，加入除水劑，邊攪拌邊加入異氰酸酯，升溫至75°C_85°C，并保溫反應(yīng)
2.0-3.0小時(shí)，得到聚氨酯預(yù)聚體；
[0024](2)添加劑的制備:
[0025]依次加入增塑劑、稀釋劑、阻燃劑、催化劑和表面活性劑，在常溫下攪拌混合均勻后即得添加劑；
[0026](3)將聚氨酯預(yù)聚體和添加劑在氮?dú)獗Ｗo(hù)條件下，常溫?cái)嚢杌旌暇鶆?，得到產(chǎn)品。
[0027]綜上所述，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0028]( I)本發(fā)明所有組分的原料均綠色無(wú)污染，不添加任何揮發(fā)性溶劑，如丙酮、甲苯等，不產(chǎn)生任何有毒氣體；
[0029](2)本發(fā)明采用環(huán)保的異氰酸酯來(lái)代替甲苯二異氰酸酯(TDI)，分子量大，蒸汽壓低，產(chǎn)品揮發(fā)性較小，沒(méi)有TDI的強(qiáng)烈刺激性氣味，環(huán)境污染小，能耗低，對(duì)人體毒性相對(duì)較小有利于工業(yè)安全防護(hù)和工人身體健康，滿足環(huán)保要求。
[0030]( 3 )本發(fā)明材料中添加環(huán)保型稀釋劑，原料液粘度低，滲透性好、遇水混合效果好。[0031](4)本發(fā)明材料中添加合適的阻燃劑，阻燃性能好。
[0032](5)本發(fā)明材料遇水后快速發(fā)泡，發(fā)泡速度和固化速度可調(diào)；韌性好，抗變性好；遇水能快速發(fā)泡并固化，施工方便，綜合成本低。
[0033](6)本發(fā)明材料只需采用單液注漿泵壓注即可，無(wú)需混合，泵送性優(yōu)良，使用方便且綜合成本低。
[0034](7)本發(fā)明所述的制備方法，工藝合理，簡(jiǎn)單易實(shí)施，易于工業(yè)化生產(chǎn)。
【具體實(shí)施方式】
[0035]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0036]實(shí)施例1
[0037]聚氨酯預(yù)聚體的制備:將聚醚多元醇a (官能度3，羥值370) 15kg、聚醚多元醇b(官能度2，羥值380) 5kg、聚醚多元醇c (官能度2.7，羥值167) 2kg，120°C下真空脫水2.5小時(shí)，降溫至45 0C，加入到合成反應(yīng)釜中，氮?dú)獗Ｗo(hù)，加入除水劑ALT-201 (安鄉(xiāng)艾利特化工)0.1kg，邊攪拌邊緩緩加入多苯基多亞甲基多異氰酸酯PM200 (煙臺(tái)萬(wàn)華)50kg，升溫至80°C，反應(yīng)2.5小時(shí)，合成反應(yīng)完成，經(jīng)取樣檢測(cè)體系中NCO含量不再降低，即可得到聚氨酯預(yù)聚體；
[0038]添加劑的制備:加入鄰苯二甲酸二丁脂3kg、檸檬酸三丁酯5kg、磷酸三(1-氯-2-丙基)酯3kg、二月桂酸二丁基錫0.3kg、雙嗎啉基二乙基醚0.5kg、H-3625 (中山東峻化工)1kg，在常溫下攪拌混合均勻后即可得到添加劑。
[0039]將聚氨酯預(yù)聚體和添加劑在氮?dú)獗Ｗo(hù)條件下，按質(zhì)量比為60:40常溫?cái)嚢杌旌暇鶆颍庋b，氮?dú)饷芊?，得到產(chǎn)品。
[0040]對(duì)實(shí)施例1制備得到的`產(chǎn)品進(jìn)行性能檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如下:
[0041]起發(fā)時(shí)間為25s，固化時(shí)間為65s，生成發(fā)泡倍率為15倍的的泡沫體，能快速堵水，2min后就不再滲水,抗壓強(qiáng)度為1.2MPa。
[0042]實(shí)施例2
[0043]聚氨酯預(yù)聚體的制備:將聚醚多元醇a (官能度為3，羥值為450) 25kg、聚醚多元醇b (官能度2，羥值280) 10kg，聚醚多元醇c (官能度2，羥值110) 5kg，在110°C下真空脫水3小時(shí)，降溫至40°C，加入到合成反應(yīng)釜中，氮?dú)獗Ｗo(hù)，加入除水劑ALT-201 (安鄉(xiāng)艾利特化工)0.5kg，邊攪拌邊緩緩加入多苯基多亞甲基多異氰酸酯PM200 (煙臺(tái)萬(wàn)華)50kg，多苯基多亞甲基多異氰酸酯M20S (巴斯夫)25kg，升溫至85°C，反應(yīng)2.0小時(shí)，合成反應(yīng)完成，經(jīng)取樣檢測(cè)體系中NCO含量合格后，可得到聚氨酯預(yù)聚體；
[0044]添加劑:加入鄰苯二甲酸二辛酯10kg、檸檬酸三乙酯15kg、磷酸三乙酯5kg、雙嗎啉基二乙基醚1kg、辛酸亞錫lkg、H-3971 (中山東峻化工)3kg，在常溫下攪拌混合即可得到添加劑組成物B。
[0045]將聚氨酯預(yù)聚體和添加劑在氮?dú)獗Ｗo(hù)條件下，按質(zhì)量比為80:20常溫?cái)嚢杌旌暇鶆颍庋b，氮?dú)饷芊猓玫疆a(chǎn)品。
[0046]對(duì)實(shí)施例2制備得到的產(chǎn)品進(jìn)行性能檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如下:
[0047]起發(fā)時(shí)間為10s，固化時(shí)間為30s，生成發(fā)泡倍率為20倍的的泡沫體，能快速堵水，Imin后動(dòng)水縫就不再有水流出，抗壓強(qiáng)度為IMPa。[0048]實(shí)施例3
[0049]聚氨酯預(yù)聚體由如下重量份數(shù)的原料制成:聚醚多元醇al5_25份、聚醚多元醇b5-10份、聚醚多元醇c2-5份、除水劑0.1-0.5份、異氰酸酯50-75份；
[0050]聚醚多元醇a官能度為3-4，羥值為300-500，
[0051]聚醚多元醇b官能度為2-3，羥值為200-400，
[0052]聚醚多元醇c官能度為2-3，羥值為100-200 ；
[0053]添加劑由如下重量份數(shù)的原料制成:增塑劑3-10份、稀釋劑5-15份、阻燃劑3_5份、催化劑0.3-2份和表面活性劑1-3份。
[0054]聚氨酯預(yù)聚體的制備:將聚醚多元醇a(官能度4，羥值500)20kg、聚醚多元醇b(官能度3，羥值200)8kg、聚醚多元醇c (官能度3，羥值200)4kg，110°C下真空脫水3小時(shí)，降溫至45°C，加入到合成反應(yīng)釜中，氮?dú)獗Ｗo(hù)，加入除水劑ALT-201 (安鄉(xiāng)艾利特化工)0.3kg，邊攪拌邊緩緩加入多苯基多亞甲基多異氰酸酯PM200 (煙臺(tái)萬(wàn)華)60kg,升溫至80°C，反應(yīng)
.2.5小時(shí)，合成反應(yīng)完成，經(jīng)取樣檢測(cè)體系中NCO含量不再降低，即可得到聚氨酯預(yù)聚體；
[0055]添加劑的制備:加入鄰苯二甲酸二丁脂5kg、乙酸乙酯10kg、磷酸三(1-氯-2-丙基)酯4kg、雙嗎啉基二乙基醚0.3kg、H-3625 (中山東峻化工)2kg，在常溫下攪拌混合均勻后即可得到添加劑。
[0056]將聚氨酯預(yù)聚體和添加劑在氮?dú)獗Ｗo(hù)條件下，按質(zhì)量比為70:30常溫?cái)嚢杌旌暇鶆颍庋b，氮?dú)饷芊?，得到產(chǎn)品。
[0057]對(duì)實(shí)施例3制備得到的產(chǎn)品進(jìn)行性能檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如下:
[0058]起發(fā)時(shí)間為38s，固化時(shí)間為55s，生成發(fā)泡倍率為25倍的的泡沫體，能快速堵水，
.1.5min后就不再滲水,抗壓強(qiáng)度為0.8MPa。
【權(quán)利要求】
1.一種環(huán)保型聚氨酯堵水材料，其特征在于:由質(zhì)量比為60-80:20-40的聚氨酯預(yù)聚體和添加劑制成: 聚氨酯預(yù)聚體由如下重量份數(shù)的原料制成:聚醚多元醇al5-25份、聚醚多元醇b5-10份、聚醚多元醇c2-5份、除水劑0.1-0.5份和異氰酸酯50-75份； 其中:聚醚多元醇a官能度為3-4，羥值為300-500， 聚醚多元醇b官能度為2-3，羥值為200-400， 聚醚多元醇c官能度為2-3，羥值為100-200 ； 添加劑由如下重量份數(shù)的原料制成:增塑劑3-10份、稀釋劑5-15份、阻燃劑3-5份、催化劑0.3-2份和表面活性劑1-3份。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)保型聚氨酯堵水材料，其特征在于:除水劑為安鄉(xiāng)艾利特化工生產(chǎn)的ALT-201。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)保型聚氨酯堵水材料，其特征在于:異氰酸酯為多苯基多亞甲基多異氰酸酯。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)保型聚氨酯堵水材料，其特征在于:增塑劑為鄰苯二甲酸二丁脂或鄰苯二甲酸二辛脂中的一種或兩種以任意比例混合。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)保型聚氨酯堵水材料，其特征在于:稀釋劑為檸檬酸三丁酯、檸檬酸三乙酯或乙酸乙酯中的一種或幾種以任意比例混合。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)保型聚氨酯堵水材料，其特征在于:阻燃劑為鹵代磷酸酯添加型阻燃劑或磷酸酯類添加型阻燃劑中的一種或兩種以任意比例混合。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的環(huán)保型聚氨酯堵水材料，其特征在于:鹵代磷酸酯添加型阻燃劑為磷酸三(1-氯-2-丙基)酯或磷酸三(2-氯乙基)酯中的一種或兩種混合；磷酸酯類添加型阻燃劑為磷酸三乙酯或磷酸三丁酯中的一種或兩種以任意比例混合。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)保型聚氨酯堵水材料，其特征在于:催化劑為雙嗎啉基二乙基醚或有機(jī)錫催化劑中的一種或兩種以任意比例混合。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)保型聚氨酯堵水材料，其特征在于:表面活性劑為中山東峻化工生產(chǎn)的H-3625或H-3971中的任意一種。
10.一種權(quán)利要求1-9任一所述的環(huán)保型聚氨酯堵水材料的制備方法，其特征在于:包括以下步驟: (1)聚氨酯預(yù)聚體的制備: 將聚醚多元醇a、聚醚多元醇b和聚醚多元醇c真空脫水2-3小時(shí)后加入到反應(yīng)釜中，氮?dú)獗Ｗo(hù)條件下，加入除水劑，邊攪拌邊加入異氰酸酯，升溫至75°C _85°C，并保溫反應(yīng)2.0-3.0小時(shí)，得到聚氨酯預(yù)聚體； (2)添加劑的制備: 依次加入增塑劑、稀釋劑、阻燃劑、催化劑和表面活性劑，在常溫下攪拌混合均勻后即得添加劑； (3 )將聚氨酯預(yù)聚體和添加劑在氮?dú)獗Ｗo(hù)條件下，常溫?cái)嚢杌旌暇鶆?，得到產(chǎn)品。
【文檔編號(hào)】C08K5/521GK103694676SQ201310686478
【公開日】2014年4月2日 申請(qǐng)日期:2013年12月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月13日
【發(fā)明者】王艷艷, 唐國(guó)濤, 張麗, 郝德開, 宮健 申請(qǐng)人:山東一諾威新材料有限公司