鐵路道砟用聚氨酯軟泡材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及聚氨酯泡沫領(lǐng)域，具體涉及一種鐵路道砟用聚氨酯軟泡材料。
【背景技術(shù)】
[0002] 有砟軌道是傳統(tǒng)的鐵路軌道，通常由兩條平行的鋼軌組成，鋼軌固定放在枕木上， 之下為小碎石鋪成的道砟。道砟和枕木均起加大受力面、分散火車壓力、幫助鐵軌承重的作 用，防止鐵軌因壓力太大而下陷到泥土里。傳統(tǒng)有砟軌道具有鋪設(shè)簡便、綜合造價低廉的特 點，但容易變形，維修頻繁，維修費用較大。另外，已有鐵路的級配道砟已經(jīng)存在有劣化現(xiàn) 象，在目前運輸頻密、荷載量大的條件下，這些情況更加明顯。目前，已經(jīng)有許多國家和地區(qū) 正在對這方面加大研宄力度，嘗試尋求通過有效的方式減少有砟鐵路的維護量、延長使用 壽命，進而降低運營成本。
[0003] 目前常用的解決方法是利用不飽和樹脂組合物、聚氨酯等膠粘劑固定道砟，但也 是暫時和部分的解決問題，因為膠粘劑并無能量和振動吸收的作用。這就要求相應(yīng)的從業(yè) 人員尋找更合適的材料解決這一難題。
[0004] 聚氨酯泡沫材料在起到粘結(jié)作用的同時可以很好的提供減震緩沖的作用，是有砟 鐵路良好的粘結(jié)填充材料。具體過程是異氰酸酯和聚醚多元醇組合料混合液體，澆注已穩(wěn) 定的碎石道床表面，使其順著道砟孔隙滲入道床內(nèi)部，在道砟顆粒孔隙中產(chǎn)生乳白、發(fā)泡膨 脹等系列化學(xué)反應(yīng)，粘結(jié)、固定碎石道砟顆粒，將局部碎石道床變成整體道床的結(jié)構(gòu)形式， 即聚氨酯固化道床。聚氨酯泡沫材料以其優(yōu)越的耐久性、能量吸收性能、阻尼性能、及高性 價比而擁有廣闊的應(yīng)用前景。
[0005] 不過，由于聚氨酯固化道床具體應(yīng)用時所處的特殊環(huán)境，這就需要用于道砟粘結(jié) 的泡沫材料具有相當?shù)牧W(xué)性能、恢復(fù)能力及原料組分對苛刻環(huán)境的適應(yīng)能力。特別的，因 為道砟一般處于地下，考慮到對地下水的保護，這就對使用的泡沫材料提出了環(huán)保要求。
[0006] 目前，已經(jīng)記載有利用聚氨酯體系通過不同方式固結(jié)道砟的方法（CN 102153982, CN 102703017, CN 103087667, CN 102924686, CN 101370983, CN 102561114， CN103709367)。
[0007] CN 102153982A記載了通過使用聚氨酯彈性材料替代傳統(tǒng)的以環(huán)氧類型為主要原 材料制備道砟膠。此種聚氨酯道砟膠可以將道砟粘成整體，避免發(fā)生飛砟現(xiàn)象，而且可以提 高軌道橫向和縱向阻力及道床剛度。
[0008] CN 102703017A記載了一種聚氨酯道砟膠的制備，并利用噴涂的方式將聚氨酯混 合物鋪噴涂于道砟表面，應(yīng)用于高速鐵路無砟軌道向有砟軌道的過渡段的道砟的粘接中， 在不施用任何底涂的情況下，對道砟起到粘接作用。
[0009] 上述專利中共同存在的共同點是制備得到的聚氨酯道砟膠具有較好的力學(xué)性能， 但問題是道砟膠在能量吸收性能及阻尼性能方面仍存有不足。
[0010] CN 102924686A記載了一種聚氨酯軟泡的制備，具有較好的物理性能和恢復(fù)性能。 但在配方中選取的添加型催化劑對地下水有污染的可能性，在環(huán)境保護方面仍有缺陷。另 夕卜，其異氰酸酯體系采用TDI為主要成分，毒性方面的危害需要謹慎對待。
[0011] CN 101370983A記載了一種利用聚氨酯泡沫制備軌道和道路建筑和堤防建筑中的 道渣路基的方法。不過，施工過程對環(huán)境尤其是溫度的要求比較苛刻。為了解決這一施工 難題，CN 102561114A嘗試制備一種包括道碴和模塑聚氨酯泡沫的模塑聚氨酯層，將此聚氨 酯層直接放置于鐵路路基上進行應(yīng)用。
[0012] CN 103709367A記載了一種聚氨酯硬泡的制備，通過澆注的方式，聚氨酯組合物反 應(yīng)固化后形成高密度聚氨酯硬質(zhì)泡沫充填枕木與沉降的聚氨酯道碴道床的表面之間的空 間，達到修補道床的目的。
[0013] 以上所有專利都對聚氨酯道砟膠，軟硬泡的現(xiàn)實戶外使用環(huán)境未能給予充分的考 慮。首先，聚氨酯道砟膠及泡沫材料會因季節(jié)性氣候變化遭遇到高低溫干濕性的變化，以及 雨水天氣及陽光紫外線的侵蝕。其次，在施工期間多元醇及異氰酸酯原料的儲存運輸及使 用過程中可能遭遇的溫度情況，要保持物料的低粘度，給施工設(shè)備提供便利，使其在較為寬 廣的溫度范圍內(nèi)都可以進行施工。因此，本領(lǐng)域需要一種新型的聚氨酯軟質(zhì)泡沫材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014] 本發(fā)明的目的是提供一種鐵路道砟用聚氨酯軟泡材料及其制備方法，以克服現(xiàn)有 技術(shù)存在的缺陷。
[0015] 本發(fā)明所述的鐵路道砟用聚氨酯軟泡材料，其原料包括A料和B料；
[0016] 所述的A料是包括聚醚多元醇、小分子擴擴鏈劑、催化劑和發(fā)泡劑為原料制備的；
[0017] 所述的B料是以異氰酸酯和聚醚多元醇為原料制備得到的預(yù)聚物；
[0018] A料和B料中所有的NCO基團對OH基團和NH基團的當量比為0.9?I. 1 ;
[0019] A料與B料的重量比為：A料：B料=1 : 0.47?0.54,優(yōu)選的：A料與B料的重 量比為：A料：B料=1 : 0· 50?0· 52 ;
[0020] 優(yōu)選，A料中各組分的重量份為：
[0021] 聚醚多元醇 100份 小分子擴鏈劑 4?10份 發(fā)泡劑 0.45?0.75份 催化劑 0.2?0.9份；
[0022] B料中，異氰酸酯與聚醚多元醇重量比為80?90 : 10?20 ;
[0023] 在本發(fā)明中，A料混合物中組分盡可能的少，使原料在比較苛刻的環(huán)境下保持均 一，避免分層；
[0024] 本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，聚醚多元醇其相對于聚酯多元醇優(yōu)越的耐水解性，有助于保持軟 泡材料在雨水天氣的穩(wěn)定性及使用壽命。因此，在本發(fā)明中，A料中聚醚多元醇選取聚醚二 元醇、聚醚三元醇或聚醚四元醇等中的一種或多種，例如聚氧化丙烯多元醇、聚氧化乙烯多 元醇、聚四氫呋喃多元醇、氧化丙烯均聚物、氧化乙烯均聚物、氧化丙烯與氧化乙烯共聚物 等。優(yōu)選，聚醚多元醇的數(shù)均分子量為200?6000。分子量在這個范圍內(nèi)，多元醇更容易制 造出結(jié)構(gòu)性能優(yōu)良的聚氨酯泡沫。
[0025] 優(yōu)選的，所述的聚醚多元醇為數(shù)均分子量為4000的聚氧化乙烯二元醇、數(shù)均分子 量為4800的聚氧化丙烯與氧化乙烯共聚物、數(shù)均分子量為1000的聚四氫呋喃二元醇、數(shù)均 分子量為2000的聚四氫呋喃二元醇和數(shù)均分子量為200的聚氧化乙烯二元醇的混合物；
[0026] 其中：重量份數(shù)為：
[0027] 數(shù)均分子量為4000的聚氧化乙烯二元醇 42?52份 數(shù)均分子量為4800的聚氧化丙烯與氧化乙烯共聚物 47?58份 數(shù)均分子量為1000的聚四氫呋喃二元醇 0?8份 數(shù)均分子量為2000的聚四氫呋喃二元醇 0?8份 數(shù)均分子量為200的聚氧化乙烯二元醇 0~1份；
[0028] 所述的小分子擴鏈劑為乙二醇、1，3_丙二醇、1，4_ 丁二醇或己二醇中的一種或多 種；
[0029] 所述的發(fā)泡劑為水。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，發(fā)泡劑的用量結(jié)合特定配比和環(huán)境溫度來確 定。水含量過多會導(dǎo)致泡沫泡孔粗大；含量過少會導(dǎo)致泡沫膨脹率低進而影響泡沫對道床 的填充率。優(yōu)選的，水含量在〇. 45-0. 75份。
[0030] 所述的催化劑為叔胺類催化劑和/或有機金屬催化劑。本發(fā)明對叔胺類催化劑， 有機金屬催化劑沒有特別的限制，可以采用本領(lǐng)域現(xiàn)有的任一種。例如，叔胺催化劑中的三 亞乙基二胺、雙醚、三乙胺、N，N，Ν'，Ν' -四甲基亞烷基二胺、N，N-二甲基環(huán)己胺、N，N-二甲 基芐胺、三乙醇胺等。又例如，有機金屬類催化劑可以使用有機錫、有機鉍、有機鋅及等。如 二月桂酸二丁基錫、二乙酸二丁基錫、馬來酸二丁基錫、辛酸亞錫、新癸酸鉍等。優(yōu)選的，采 用蓖麻油酸錫、異辛酸鉍，異辛酸鋅等環(huán)保型催化劑單獨或與叔胺類催化劑混用。通過對催 化劑使用含量與比例的調(diào)整，優(yōu)選含量在〇. 2-0. 9份，可以使發(fā)泡與凝膠反應(yīng)平衡性良好 的效果，得到結(jié)構(gòu)性能良好的軟質(zhì)泡沫。
[0031] 本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，采用低聚物的聚醚多元醇形式，有助于保持原料異氰酸酯的耐低 溫型，避免結(jié)晶。同時考慮到毒性的原因，本發(fā)明中未采用甲苯二異氰酸酯（TDI)作為原 料。
[0032] 在本發(fā)明中，B料中，制備低聚物的聚醚多元醇為聚氧化乙烯二醇、聚氧化丙烯 二醇、聚四氫呋喃二醇中的至少一種。優(yōu)選，制備低聚物的聚醚多元醇的數(shù)均分子量為 1000 ?3000 ;
[0033] 在本發(fā)明中，所述的異氰酸酯為4,4-二苯基甲烷二異氰酸酯（MDI)，2,4-二苯基 甲烷二異氰酸酯，碳化二亞胺改性4,4_二苯基甲烷二異氰酸酯中至少一種。優(yōu)選，制備低 聚物的異氰酸酯為4,4-二苯基甲烷二異氰酸酯（MDI)，2,4-二苯基甲烷二異氰酸酯，碳化 二亞胺改性4,4-二苯基甲烷二異氰酸酯混合物，最優(yōu)選其中的4,4-二苯基甲烷二異氰酸 酯含量大于40wt% ;
[0034] 本發(fā)明對聚醚多元醇與異氰酸酯制備預(yù)聚物的方法沒有特別的限制，本領(lǐng)域技術(shù) 人員可以根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)制備預(yù)聚物；
[0035] 當制備本發(fā)明的聚氨酯軟質(zhì)泡沫時，還可以根據(jù)需要添加抗氧劑、增塑劑、阻燃 劑、顏料和填料等其他各種助劑。本發(fā)明對于抗氧劑、增塑劑、阻燃劑、顏料和填料的種類沒 有特別的限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)需求確定具體的種類和使用量。
[0036] 本發(fā)明的制備方法，包括如下步驟：
[0037] (I)A料的制備：
[0038] 將聚醚多元醇和小分子擴鏈劑，在溫度為45?60°C的條件下攪拌2?3小時后， 然后加入發(fā)泡劑和催化劑，繼續(xù)攪拌2?3小時，過濾，得到A料；
[0039] (2) B料的制備：
[0040] 將聚醚多元醇加入異氰酸酯，混合，