環(huán)保型的水溶性聚氨酯化學(xué)灌漿材料及其制備方法
【專利摘要】一種環(huán)保型的水溶性聚氨酯化學(xué)灌漿材料，在無氧和無水條件下，將聚醚、緩凝劑混合，投入反應(yīng)釜中，攪拌下，進(jìn)行負(fù)壓脫水脫氣處理1.5～3小時(shí)，降溫至10～42℃后加入異氰酸酯，78～85℃溫度下，進(jìn)行聚合反應(yīng)2～3小時(shí)，控制預(yù)聚體的-NCOwt％含量在20～35％之間為反應(yīng)終點(diǎn)，生成的預(yù)聚體反應(yīng)液冷卻降溫至40-50℃，再加入高沸點(diǎn)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。
【專利說明】環(huán)保型的水溶性聚氨酯化學(xué)灌漿材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于聚氨酯的組合物領(lǐng)域，具體涉及一種環(huán)保型的水溶性聚氨酯化學(xué)灌漿材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]聚氨基甲酸酯，簡(jiǎn)稱為聚氨酯。英文名是polyurethane，簡(jiǎn)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(tuán)(一NHCOO—)的大分子聚合物統(tǒng)稱為聚氨酯，它是由有機(jī)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(jī)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(shí)際生產(chǎn)中所選擇應(yīng)用的官能基團(tuán)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(jiān)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(gè)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(yùn)輸、礦山用品、航空、農(nóng)業(yè)等許多領(lǐng)域。
[0003]聚氨酯灌漿材料分為水溶性灌漿材料和油溶性灌漿材料兩種，這兩種灌漿材料都可以起到防水堵漏、加固工程基礎(chǔ)的作用。通常情況下，用油溶性的聚氨酯材料加固后，所形成的固結(jié)體的力學(xué)性能較好、防水性能好，適用于加固巖體或防水性的工程中。水溶性聚氨酯材料固結(jié)后，所形成的固結(jié)體的包水量大，防滲漏性能較好，適用于堵水、淺層的加固
工程等。
[0004]水溶性聚氨酯灌漿料是由異氰酸酯和水溶性的聚醚材料合成制得的高分子灌漿材料，一般情況下是單組分的液體。該灌漿材料可以遇水后發(fā)生快速的聚合反應(yīng)，體積短時(shí)間內(nèi)膨脹并且與周圍的泥砂土石等材料形成固結(jié)體。水溶性聚氨酯的灌漿材料主要有以下幾種優(yōu)點(diǎn):可適應(yīng)低溫、有大量水存在的環(huán)境；固結(jié)體層不透水，具有防水的功能；漿液遇水產(chǎn)生反應(yīng)生成C02氣體，產(chǎn)生壓力使?jié){液進(jìn)入細(xì)小的裂縫之中，形成二次灌注，可灌性良好；漿液粘度可調(diào)，施工設(shè)備簡(jiǎn)便，容易清洗。其中疏水性聚氨酯灌漿材料，粘結(jié)強(qiáng)度高，性能優(yōu)于親水性聚氨酯灌漿材料。但是配方中需要加入有機(jī)溶劑，現(xiàn)有技術(shù)中的疏水性聚氨酯灌漿材料常用的溶劑有丙酮、甲苯、二甲苯等。甲苯和二甲苯具有刺激性氣味，毒性較大，對(duì)施工人員及環(huán)境都有一定的負(fù)面影響，同時(shí)這三種有機(jī)溶劑的閃點(diǎn)都< 60°C，屬于易燃危險(xiǎn)化學(xué)品，給生產(chǎn)、運(yùn)輸、使用各環(huán)節(jié)帶來燃燒、爆炸、中毒等諸多不安全因素。而且對(duì)人類賴以生存的自然環(huán)境造成污染。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明的目的在于避免上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，而提供一種不含易燃、易爆、有毒溶劑，灌漿使用性能及粘結(jié)強(qiáng)度等技術(shù)指標(biāo)依然優(yōu)異的環(huán)境友好型疏水性聚氨酯灌漿材料的制備方法。
[0006]為實(shí)現(xiàn)所述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案如下:
一種環(huán)保型的水溶性聚氨酯化學(xué)灌漿材料，其特征在于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、緩凝劑混合，投入反應(yīng)釜中，攪拌下，進(jìn)行負(fù)壓脫水脫氣處理1.5~3小時(shí)，降溫至10~42°C后加入異氰酸酯，78~85°C溫度下，進(jìn)行聚合反應(yīng)2~3小時(shí)，控制預(yù)聚體的-NC0wt%含量在20~35%之間為反應(yīng)終點(diǎn)；所述的聚醚為親水性聚醚(EP-4000)與普通聚醚(N210)以80/20比例進(jìn)行混合；
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(diǎn)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。
[0007]異氰酸酯為甲苯二異氰酸酯、二苯基甲烷_4，4’ - 二異氰酸酯或多亞甲基多苯基多異氰酸酯。水溶性聚氨酯灌漿材料一般選用甲苯二異氰酸酯(TDI)作為原料，其閃點(diǎn)為127°C、沸點(diǎn)為251°C、大鼠經(jīng)口服半死劑量(LD50)為4 130 mg/kg，屬低毒產(chǎn)品，接近實(shí)際無毒范圍，經(jīng)預(yù)聚后與水反應(yīng)生成不溶于水的脲，無毒無害，完全符合環(huán)保要求。水溶性漿液通常不選用二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)，因?yàn)槠浠钚愿?，遇水后無法完全混合，只是在外圍固化，根本進(jìn)入不了內(nèi)部，特別是溫度大于27°C時(shí)表現(xiàn)就更為明顯了。
[0008]表面活性劑是水溶性硅油、聚乙烯基吡咯烷酮、吐溫80中的一種或其任意兩種以上組合。
[0009]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。
[0010]泡沫穩(wěn)定劑為聚烷烴硅氧烷。
[0011]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%。
[0012]本發(fā)明具有以下特點(diǎn):
I)高閃點(diǎn):閃點(diǎn)在100°c以上，屬非化危品液體，因此有利于運(yùn)輸、環(huán)境保護(hù)和操作者的人身安全。
[0013]2)親水性好:遇水后先分散乳化，進(jìn)而凝膠固結(jié)，適用于潮濕條件下裂縫的防滲處理和涌水的處理。
[0014]3)水膨脹性:固結(jié)體具有遇水膨脹性能，這對(duì)混凝土伸縮縫的漏水處理有利。
[0015]4)單組分操作方便:產(chǎn)品為單組份，不需復(fù)雜配制漿液，直接將漿液倒入單液泵，即可灌漿。
[0016]5)反應(yīng)速度快:漿液遇水后迅速發(fā)泡固化，達(dá)到快速止水的目的。在堵大流量涌水時(shí)，還可以與催化劑混合使用，進(jìn)一步加快反應(yīng)速度。
[0017]6)無毒性:產(chǎn)品屬實(shí)際無毒類，對(duì)人體及環(huán)境友好。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。[0019]實(shí)施例1
按照下列步驟制備本發(fā)明的環(huán)境友好型聚氨酯灌漿材料
制備預(yù)聚體:在無氧和無水條件下，將聚醚、緩凝劑混合，投入反應(yīng)釜中，攪拌下，進(jìn)行負(fù)壓脫水脫氣處理1.5~3小時(shí)，降溫至10~42°C后加入甲苯二異氰酸酯，78~85°C溫度下，進(jìn)行聚合反應(yīng)2~3小時(shí)，控制預(yù)聚體的-NC0wt%含量在20~35%之間為反應(yīng)終點(diǎn)；所述的聚醚為親水性聚醚(EP-4000)與普通聚醚(N210)以80/20比例進(jìn)行混合；
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(diǎn)復(fù)合溶劑10-50重量份和泡沫穩(wěn)定劑聚烷烴硅氧烷0.5-3重量份，攪拌均勻，再加入苯甲酰氯、吐溫80、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。
[0020]所制得環(huán)境友好型疏水性聚氨酯灌漿材料，質(zhì)量指標(biāo)如下:固含量wt95%;固化時(shí)間加入5%水后的固化時(shí)間/25°C 350s ;粘度25°C 240mPa.s ;發(fā)泡率2500% ;抗壓強(qiáng)度 15MPa。
[0021]實(shí)施例2
一種環(huán)保型的水溶性聚氨酯化學(xué)灌漿材料，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、緩凝劑混合，投入反應(yīng)釜中，攪拌下，進(jìn)行負(fù)壓脫水脫氣處理1.5小時(shí)，降溫至10 °C后加入異氰酸酯，78 °C溫度下，進(jìn)行聚合反應(yīng)2小時(shí),控制預(yù)聚體的-NCOwt%含量在20 %之間為反應(yīng)終點(diǎn)；所述的聚醚為親水性聚醚(EP-4000)與普通聚醚(N210)以80/20比例進(jìn)行混合； 將步驟I)生成的預(yù)聚體反應(yīng)液冷卻降溫至40 °C，再加入高沸點(diǎn)復(fù)合溶劑10重量份和泡沫穩(wěn)定劑0.5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。
[0022]異氰酸酯為甲苯二異氰酸酯、二苯基甲烷_4，4’ - 二異氰酸酯或多亞甲基多苯基多異氰酸酯。水溶性聚氨酯灌漿材料一般選用甲苯二異氰酸酯(TDI)作為原料，其閃點(diǎn)為127°C、沸點(diǎn)為251°C、大鼠經(jīng)口服半死劑量(LD50)為4 130 mg/kg，屬低毒產(chǎn)品，接近實(shí)際無毒范圍，經(jīng)預(yù)聚后與水反應(yīng)生成不溶于水的脲，無毒無害，完全符合環(huán)保要求。水溶性漿液通常不選用二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)，因?yàn)槠浠钚愿?，遇水后無法完全混合，只是在外圍固化，根本進(jìn)入不了內(nèi)部，特別是溫度大于27°C時(shí)表現(xiàn)就更為明顯了。
[0023]表面活性劑是水溶性硅油、聚乙烯基吡咯烷酮、吐溫80中的一種或其任意兩種以上組合。
[0024]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。
[0025]泡沫穩(wěn)定劑為聚烷烴硅氧烷。
[0026]所述增塑劑的含量為所述預(yù)聚體質(zhì)量的5 % ;所述表面活性劑的含量為所述預(yù)聚體質(zhì)量的I %。
[0027]實(shí)施例3
一種環(huán)保型的水溶性聚氨酯化學(xué)灌漿材料，其特征在于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、緩凝劑混合，投入反應(yīng)釜中，攪拌下，進(jìn)行負(fù)壓脫水脫氣處理3小時(shí)，降溫至42°C后加入異氰酸酯，85°C溫度下，進(jìn)行聚合反應(yīng)3小時(shí)，控制預(yù)聚體的_NC0wt%含量在35%之間為反應(yīng)終點(diǎn)；所述的聚醚為親水性聚醚(EP-4000)與普通聚醚(N210)以80/20比例進(jìn)行混合；
將步驟I)生成的預(yù)聚體反應(yīng)液冷卻降溫至50°C，再加入高沸點(diǎn)復(fù)合溶劑50重量份和泡沫穩(wěn)定劑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。
[0028]異氰酸酯為甲苯二異氰酸酯、二苯基甲烷_4，4’ - 二異氰酸酯或多亞甲基多苯基多異氰酸酯。水溶性聚氨酯灌漿材料一般選用甲苯二異氰酸酯(TDI)作為原料，其閃點(diǎn)為127°C、沸點(diǎn)為251°C、大鼠經(jīng)口服半死劑量(LD50)為4 130 mg/kg，屬低毒產(chǎn)品，接近實(shí)際無毒范圍，經(jīng)預(yù)聚后與水反應(yīng)生成不溶于水的脲，無毒無害，完全符合環(huán)保要求。水溶性漿液通常不選用二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)，因?yàn)槠浠钚愿?，遇水后無法完全混合，只是在外圍固化，根本進(jìn)入不了內(nèi)部，特別是溫度大于27°C時(shí)表現(xiàn)就更為明顯了。
[0029]表面活性劑是水溶性硅油、聚乙烯基吡咯烷酮、吐溫80中的一種或其任意兩種以上組合。
[0030]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。
[0031]泡沫穩(wěn)定劑為聚烷烴硅氧烷。
[0032]所述增塑劑的含量為所述預(yù)聚體質(zhì)量的10% ;所述表面活性劑的含量為所述預(yù)聚體質(zhì) 量的2%。
【權(quán)利要求】
1.一種環(huán)保型的水溶性聚氨酯化學(xué)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、緩凝劑混合，投入反應(yīng)釜中，攪拌下，進(jìn)行負(fù)壓脫水脫氣處理1.5~3小時(shí)，降溫至10~42°C后加入異氰酸酯，78~85°C溫度下，進(jìn)行聚合反應(yīng)2~3小時(shí)，控制預(yù)聚體的_NCOwt%含量在20~35%之間為反應(yīng)終點(diǎn)；所述的聚醚為親水性聚醚(EP-4000)與普通聚醚(N210)以80/20比例進(jìn)行混合； (2)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(diǎn)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)保型的水溶性聚氨酯化學(xué)灌漿材料，其特征在于:異氰酸酯為甲苯二異氰酸酯、二苯基甲烷-4，4’ - 二異氰酸酯或多亞甲基多苯基多異氰酸酯。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的環(huán)保型的水溶性聚氨酯化學(xué)灌漿材料，其特征在于:異氰酸酯選用甲苯二異氰酸酯。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的環(huán)保型的水溶性聚氨酯化學(xué)灌漿材料，其特征在于:緩聚劑是磷酸或苯甲酰氯。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)保型的水溶性聚氨酯化學(xué)灌漿材料，其特征在于:表面活性劑是水溶性硅油、聚乙烯基吡咯烷酮、吐溫80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)保型的水溶性聚氨酯化學(xué)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。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的環(huán)保型的水溶性聚氨酯化學(xué)灌漿，其特征在于:泡沫穩(wěn)定劑為聚烷烴硅氧烷。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)保型的水溶性聚氨酯化學(xué)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(hào)】C08G18/12GK103834159SQ201410072943
【公開日】2014年6月4日 申請(qǐng)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(qǐng)人:晉江市閩高紡織科技有限公司