環(huán)保型聚氨酯灌漿材料及其制備方法
【專利摘要】一種環(huán)保型的聚氨酯灌漿材料，在無氧和無水條件下，將聚醚多元醇、緩凝劑混合，投入反應(yīng)釜中，攪拌下加入端羥基預(yù)聚體，78～85℃溫度下，進行聚合反應(yīng)2～3小時，控制預(yù)聚體的-NCOwt％檢測其中的-NCO含量，至-NCO含量在5.6％～6.0％時，停止反應(yīng)，冷卻至室溫。
【專利說明】環(huán)保型聚氨酯灌漿材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于防水堵漏技術(shù)，提出了一種聚氨酯化學(xué)灌漿材料及制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]聚氨基甲酸酯，簡稱為聚氨酯。英文名是polyurethane，簡稱為PU。在高分子結(jié)構(gòu)的主鏈上含有很多的氨基甲酸酯基團(一NHCOO—)的大分子聚合物統(tǒng)稱為聚氨酯，它是由有機二異氰酸酯或多異氰酸酯與二羥基或多羥基的化合物加聚而成的。聚氨酯材料是一類用途非常廣泛的工程材料，它的工業(yè)化的生產(chǎn)大多是由有機異氰酸酯和多種含有端羥基的化合物反應(yīng)而制備得到的。根據(jù)實際生產(chǎn)中所選擇應(yīng)用的官能基團的不同或者加工方法的不同，能制備出來作用功能不同、表現(xiàn)方式也各不相同的聚氨酯工業(yè)產(chǎn)品。聚氨酯合成材料的形態(tài)多種多樣，有非常柔軟以及十分堅硬的泡沫塑料，耐腐蝕的涂料、油漆，耐磨性能良好的彈性體，合成皮革、涂層樹脂，高回彈性的彈性纖維，粘結(jié)性能優(yōu)異的密封膠和膠粘劑等等，逐步地形成了一個具有優(yōu)異性能并且十分重要的新型的人造合成材料系列。隨著聚氨酯材料產(chǎn)品研究制造和應(yīng)用技術(shù)的不斷發(fā)展，該高分子聚合物已經(jīng)變成了從人們的日常生活到工農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)，從文體醫(yī)療器械到航天飛行器制造等各領(lǐng)域中不可或缺的材料，被廣泛地應(yīng)用于居室用品、服裝織物、醫(yī)療器械、電子元件、石油化工、汽車制造、土木建筑、交通運輸、礦山用品、航空、農(nóng)業(yè)等許多領(lǐng)域。
[0003]聚氨酯化學(xué)灌漿材料是一種防滲堵漏能力較強、固結(jié)強度較高的防滲固結(jié)材料，是由多異氰酸酯和多羥基化合物反應(yīng)而成的聚氨基甲酸酯類的高聚物，簡稱聚氨酯。由于漿液中含有未反應(yīng)的端異氰酸基團，當把聚氨酯漿液注入到多孔性的建筑物或疏松地基中時，該基團一經(jīng)與水接觸，就發(fā)生擴鏈、脫氣、支化及交聯(lián)反應(yīng)，在建筑物縫隙或地基的土壤顆粒的孔隙間最終生成不溶于水的凝膠狀固結(jié)體，在凝膠體中含有大量極性基團，與土顆粒及建筑物縫隙(巖石、混凝土等)表面有強的親合力，粘結(jié)強度大，從而堵塞了縫隙，起到了防滲堵漏和加固地基的作用。反應(yīng)中生成的二氧化碳，在不能逸出的情況下，將使凝膠體體積膨脹，產(chǎn)生較大的膨脹壓力，一方面推動漿液向疏松地層的孔隙、裂縫深處擴散，另一方面促使?jié){液與土顆?；蚪ㄖ锟p隙表面形成較強的結(jié)合，這樣加大了漿液的擴大范圍，也增強了堵漏防滲效果。漿液還有遇水不易被稀釋和沖出、膠凝時間可以控制等特點，可廣泛應(yīng)用于各種土建與水利工程的防水堵漏、地基加固、土壤穩(wěn)定及探礦鉆井、石油開采等諸多方面。
[0004]水溶性聚氨酯能與水以各種比例混合成乳濁液，并與水反應(yīng)生成含水凝膠體，由于分子鏈中親水基團的存在，使其具有表面活性作用，從而對裂隙的浸透性好，比油溶性聚氨酯有更大的滲透半徑。本文主要針對某工程需要，研究了不同種類的外摻材料對漿液性能的影響，為其工程應(yīng)用提供技術(shù)資料。
[0005]近年來，隨著國家環(huán)保政策力度的不斷加大，各種環(huán)保型材料的開發(fā)成為市場熱點，聚氨酯灌漿材料也朝著環(huán)保和無害化方向發(fā)展。目前，我國市場上普遍存在的聚氨酯灌漿材料為丙酮體系，由于丙酮的閉杯閃點為-20°C、開杯閃點為-10°C，沸點僅為56.2°C，是一種不折不扣的易燃易爆化學(xué)危險品，且是易制毒品的原料之一，每次購買丙酮須辦理準購證，運輸又要辦理?；贰⒁字贫酒愤\輸營運證，不僅提高了安全管理要求，而且增加了成本。因此，摒棄丙酮的高固含量環(huán)境友好型聚氨酯灌漿材料成了近期業(yè)內(nèi)開發(fā)研究的重點。本文從原料的選擇、材料的合成及性能討論等方面，研究了高固含量環(huán)境友好型聚氨酯灌漿材料的制備。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]發(fā)明需要解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種阻燃補強型聚氨酯灌漿材料，它不僅具有現(xiàn)有產(chǎn)品的所有性能，而且泡沫體的抗壓強度也有所提高，尤其適用于需要泡沫體起支撐作用的施工環(huán)境，且還具有良好的阻燃性、油溶性性能等。
[0007]為解決上述問題，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的:
一種環(huán)保型的聚氨酯灌漿材料，其制備過程包括以下步驟: 制備預(yù)聚體:在無氧和無水條件下，將聚醚多元醇、緩凝劑混合，投入反應(yīng)釜中，攪拌下，進行負壓脫水脫氣處理1.5~3小時，降溫至10~42°C后加入端羥基預(yù)聚體，78~85°C溫度下，進行聚合反應(yīng)2~3小時，控制預(yù)聚體的_NC0wt%檢測其中的-NCO含量，至-NCO含量在5.6%~6.0 %時，停止反應(yīng)，冷卻至室溫；所述的聚醚親水性聚醚多元醇為官能度為2~6、Ε0/Ρ0值為99/1~60/40、數(shù)均分子量為1000~12000的親水性聚氧化丙烯-氧化乙烯多元醇，異氰酸酯中異氰酸根與親水性聚醚多元醇中羥基的摩爾比為1:0.1-1:0.95，在反應(yīng)釜內(nèi)通入氮氣，將步驟I)生成的預(yù)聚體反應(yīng)液冷卻降溫至40-50°C，再加入高沸點復(fù)合溶劑10-50重量份和泡沫穩(wěn)定劑0.5-3重量份，攪拌均勻，再加入緩聚劑、表面活性劑、催化劑、增塑劑，攪拌混合均勻，即得到環(huán)保型水溶性聚氨酯化學(xué)灌漿材料。
[0008]端羥基聚氨酯預(yù)聚體的制備是將親水聚醚抽入反應(yīng)釜內(nèi)，含水分合格后，開啟攪拌，加入MDI，攪拌30min后升溫，恒溫在50°C保持lh，然后繼續(xù)升溫至85°C，保持4.0h ;檢測其中的-NCO含量，至MDI被完全封端，停止反應(yīng)。
[0009]緩聚劑是磷酸、硫酸、硝酸、鹽酸、苯甲酰氯或乙酸。
[0010]所述的緩聚劑的用量為原料總質(zhì)量的10ppnT50ppm。
[0011]增塑劑為鄰苯二甲酸二乙酯、鄰苯二甲酸二丁酯、鄰苯二甲酸二辛酯中的一種或其任意兩種以上組合。
[0012]泡沫穩(wěn)定劑為聚烷烴硅氧烷。
[0013]所述增塑劑的含量為所述預(yù)聚體質(zhì)量的5-10% ;所述表面活性劑的含量為所述預(yù)聚體質(zhì)量的1_2%。
[0014]由于采用了以上技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)勢:
(1)漿液阻燃性:本發(fā)明的選用了難燃性有機溶劑，降低了灌漿材料在漿液的生產(chǎn)、儲運和施工過程中的火災(zāi)隱患；
(2)泡沫體阻燃性:由本發(fā)明中反應(yīng)生成的泡沫體具有阻燃型，降低了泡沫體所應(yīng)用環(huán)境中的火災(zāi)隱患；
(3)抗壓強度提高:由本發(fā)明中反應(yīng)生成的泡沫體的抗壓強度更高，尤其適用于需要泡沫體起支撐作用的施工環(huán)境。【具體實施方式】
[0015]實施例1
一種聚氨酯灌漿止漏材料，包括以下重量份的各組分:
將900份分子量1000，羥值168mg KOH/g的親水聚醚抽入反應(yīng)釜內(nèi)，取樣用卡氏法測定水分，含水分合格后(含水不合格應(yīng)在105°C~120°C真空脫水Ih~2h至水分合格為止)，開啟攪拌，加入準確計量的111份MDI，攪拌30min后升溫，恒溫在45°C保持lh，然后繼續(xù)升溫至80°C，保持3.5h。檢測其中的-NCO含量，至其基本沒有時(說明MDI被完全封端)，停止反應(yīng)。冷卻至室溫(25°C )，密封保存待用。
[0016]制備預(yù)聚體:在無氧和無水條件下，將分子量1000 - 2000聚醚二元醇、苯甲酰氯混合，投入反應(yīng)釜中，攪拌下，進行負壓脫水脫氣處理1.5小時，降溫至10°C后加入端羥基預(yù)聚體，78°C溫度下，進行聚合反應(yīng)2小時，控制預(yù)聚體的_NC0wt%檢測其中的-NCO含量，至-NCO含量在5.6%~6.0 %時，停止反應(yīng)，冷卻至室溫；所述的聚醚親水性聚醚多元醇為官能度為2~6、E0/P0值為99/1~60/40、數(shù)均分子量為1000~12000的親水性聚氧化丙烯-氧化乙烯多元醇，異氰酸酯中異氰酸根與親水性聚醚多元醇中羥基的摩爾比為1:0.1-1:
0.95，
在反應(yīng)釜內(nèi)通入氮氣，將步驟I)生成的預(yù)聚體反應(yīng)液冷卻降溫至40-50°C，再加入高沸點復(fù)合溶劑10-50重量份和泡沫穩(wěn)定劑0.5-3重量份，攪拌均勻，再加入緩聚劑、表面活性劑、催化劑、增塑劑，攪拌混合均勻，即得到環(huán)保型水溶性聚氨酯化學(xué)灌漿材料。
[0017]實施例2
將800份分子量1000，羥值168mg KOH/g的親水聚醚抽入反應(yīng)釜內(nèi)，取樣用卡氏法測定水分，含水分合格后(含水不合格應(yīng)在105°C~120°C真空脫水Ih~2h至水分合格為止)，開啟攪拌，加入準確計量的99份MDI，攪拌30min后升溫，恒溫在50°C保持lh，然后繼續(xù)升溫至85°C，保持4.0h。檢測其中的-NCO含量，至其基本沒有時(說明MDI被完全封端)，停止反應(yīng)。冷卻至室溫(25°C )，密封保存待用。
[0018]制備預(yù)聚體:在無氧和無水條件下，將分子量1000 - 2000聚醚二元醇、苯甲酰氯混合，投入反應(yīng)釜中，攪拌下，進行負壓脫水脫氣處理1.5小時，降溫至10°C后加入端羥基預(yù)聚體，78°C溫度下，進行聚合反應(yīng)2小時，控制預(yù)聚體的_NC0wt%檢測其中的-NCO含量，至-NCO含量在5.6%~6.0 %時，停止反應(yīng)，冷卻至室溫；所述的聚醚親水性聚醚多元醇為官能度為2~6、E0/P0值為99/廣60/40、數(shù)均分子量為1000~12000的親水性聚氧化丙烯-氧化乙烯多元醇，異氰酸酯中異氰酸根與親水性聚醚多元醇中羥基的摩爾比為1:0.1-1:
0.95，
在反應(yīng)釜內(nèi)通入氮氣，將步驟I)生成的預(yù)聚體反應(yīng)液冷卻降溫至40-50°C，再加入高沸點復(fù)合溶劑10-50重量份和聚烷烴硅氧烷0.5-3重量份，攪拌均勻，再加入硫酸、表面活性劑、催化劑、鄰苯二甲酸二乙酯，攪拌混合均勻，即得到環(huán)保型水溶性聚氨酯化學(xué)灌漿材料。
[0019]上述內(nèi)容，僅為本發(fā)明的較佳實施例，并非用于限制本發(fā)明的實施方案，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的主要構(gòu)思和精神，可以十分方便地進行相應(yīng)的變通或修改，故本發(fā)明的保護范圍應(yīng)以權(quán)利要求書所要求的保護范圍為準。
【權(quán)利要求】
1.一種環(huán)保型的聚氨酯灌漿材料，其特征在于制備過程包括以下步驟: 1)制備預(yù)聚體:在無氧和無水條件下，將聚醚多元醇、緩凝劑混合，投入反應(yīng)釜中，攪拌下，進行負壓脫水脫氣處理1.5~3小時，降溫至10~42°C后加入端羥基預(yù)聚體，78~85°C溫度下，進行聚合反應(yīng)2~3小時，控制預(yù)聚體的_NCOwt%檢測其中的-NCO含量，至-NCO含量在5.6%~6.0 %時，停止反應(yīng)，冷卻至室溫；所述的聚醚親水性聚醚多元醇為官能度為2~6、Ε0/Ρ0值為99/1~60/40、數(shù)均分子量為1000~12000的親水性聚氧化丙烯-氧化乙烯多元醇，異氰酸酯中異氰酸根與親水性聚醚多元醇中羥基的摩爾比為1:0.1-1:0.95， 2)在反應(yīng)釜內(nèi)通入氮氣，將步驟I)生成的預(yù)聚體反應(yīng)液冷卻降溫至40-50°C，再加入高沸點復(fù)合溶劑10-50重量份和泡沫穩(wěn)定劑0.5-3重量份，攪拌均勻，再加入緩聚劑、表面活性劑、催化劑、增塑劑，攪拌混合均勻，即得到環(huán)保型水溶性聚氨酯化學(xué)灌漿材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)保型的聚氨酯灌漿材料，其特征在于:端羥基聚氨酯預(yù)聚體的制備是將親水聚醚抽入反應(yīng)釜內(nèi)，含水分合格后，開啟攪拌，加入MDI，攪拌30min后升溫，恒溫在50°C保持lh，然后繼續(xù)升溫至85°C，保持4.0h ;檢測其中的-NCO含量，至MDI被完全封端，停止反應(yīng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的環(huán)保型的聚氨酯灌漿材料，其特征在于:緩聚劑是磷酸、硫酸、硝酸、鹽酸、苯甲酰氯或乙酸。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的環(huán)保型聚氨酯灌漿材料，其特征在于:所述的緩聚劑的用量為原料總質(zhì)量的10ppnT50ppm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)保型的聚氨酯灌漿材料，其特征在于:增塑劑為鄰苯二甲酸二乙酯、鄰苯二甲酸二丁酯、鄰苯二甲酸二辛酯中的一種或其任意兩種以上組合。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)保型的環(huán)保型的聚氨酯灌漿材料，其特征在于:泡沫穩(wěn)定劑為聚烷烴硅氧烷。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)保型的聚氨酯灌漿材料，其特征在于:所述增塑劑的含量為所述預(yù)聚體質(zhì)量的5-10% ;所述表面活性劑的含量為所述預(yù)聚體質(zhì)量的1_2%。
【文檔編號】C08G18/48GK103865023SQ201410072942
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2014年3月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月3日
【發(fā)明者】楊小波 申請人:晉江市閩高紡織科技有限公司