环保型的水溶性聚氨酯化学灌浆材料及其制备方法
【专利摘要】一种环保型的水溶性聚氨酯化学灌浆材料，在无氧和无水条件下，将聚醚、缓凝剂混合，投入反应釜中，搅拌下，进行负压脱水脱气处理1.5～3小时，降温至10～42℃后加入异氰酸酯，78～85℃温度下，进行聚合反应2～3小时，控制预聚体的-NCOwt％含量在20～35％之间为反应终点，生成的预聚体反应液冷却降温至40-50℃，再加入高沸点复合溶剂10-50重量份和泡沫稳定剂0.5-3重量份，搅拌均匀，再加入缓聚剂、表面活性剂、催化剂、增塑剂，搅拌混合均匀，即得到环保型水溶性聚氨酯化学灌浆材料。
【专利说明】环保型的水溶性聚氨酯化学灌浆材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于聚氨酯的组合物领域，具体涉及一种环保型的水溶性聚氨酯化学灌浆材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]聚氨基甲酸酯，简称为聚氨酯。英文名是polyurethane，简称为PU。在高分子结构的主链上含有很多的氨基甲酸酯基团(一NHCOO—)的大分子聚合物统称为聚氨酯，它是由有机二异氰酸酯或多异氰酸酯与二羟基或多羟基的化合物加聚而成的。聚氨酯材料是一类用途非常广泛的工程材料，它的工业化的生产大多是由有机异氰酸酯和多种含有端羟基的化合物反应而制备得到的。根据实际生产中所选择应用的官能基团的不同或者加工方法的不同，能制备出来作用功能不同、表现方式也各不相同的聚氨酯工业产品。聚氨酯合成材料的形态多种多样，有非常柔软以及十分坚硬的泡沫塑料，耐腐蚀的涂料、油漆，耐磨性能良好的弹性体，合成皮革、涂层树脂，高回弹性的弹性纤维，粘结性能优异的密封胶和胶粘剂等等，逐步地形成了一个具有优异性能并且十分重要的新型的人造合成材料系列。随着聚氨酯材料产品研究制造和应用技术的不断发展，该高分子聚合物已经变成了从人们的日常生活到工农业的生产，从文体医疗器械到航天飞行器制造等各领域中不可或缺的材料，被广泛地应用于居室用品、服装织物、医疗器械、电子元件、石油化工、汽车制造、土木建筑、交通运输、矿山用品、航空、农业等许多领域。
[0003]聚氨酯灌浆材料分为水溶性灌浆材料和油溶性灌浆材料两种，这两种灌浆材料都可以起到防水堵漏、加固工程基础的作用。通常情况下，用油溶性的聚氨酯材料加固后，所形成的固结体的力学性能较好、防水性能好，适用于加固岩体或防水性的工程中。水溶性聚氨酯材料固结后，所形成的固结体的包水量大，防渗漏性能较好，适用于堵水、浅层的加固
工程等。
[0004]水溶性聚氨酯灌浆料是由异氰酸酯和水溶性的聚醚材料合成制得的高分子灌浆材料，一般情况下是单组分的液体。该灌浆材料可以遇水后发生快速的聚合反应，体积短时间内膨胀并且与周围的泥砂土石等材料形成固结体。水溶性聚氨酯的灌浆材料主要有以下几种优点:可适应低温、有大量水存在的环境；固结体层不透水，具有防水的功能；浆液遇水产生反应生成C02气体，产生压力使浆液进入细小的裂缝之中，形成二次灌注，可灌性良好；浆液粘度可调，施工设备简便，容易清洗。其中疏水性聚氨酯灌浆材料，粘结强度高，性能优于亲水性聚氨酯灌浆材料。但是配方中需要加入有机溶剂，现有技术中的疏水性聚氨酯灌浆材料常用的溶剂有丙酮、甲苯、二甲苯等。甲苯和二甲苯具有刺激性气味，毒性较大，对施工人员及环境都有一定的负面影响，同时这三种有机溶剂的闪点都< 60°C，属于易燃危险化学品，给生产、运输、使用各环节带来燃烧、爆炸、中毒等诸多不安全因素。而且对人类赖以生存的自然环境造成污染。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于避免上述现有技术中的不足之处，而提供一种不含易燃、易爆、有毒溶剂，灌浆使用性能及粘结强度等技术指标依然优异的环境友好型疏水性聚氨酯灌浆材料的制备方法。
[0006]为实现所述目的，本发明提供的技术方案如下:
一种环保型的水溶性聚氨酯化学灌浆材料，其特征在于制备过程包括以下步骤:
制备预聚体:在无氧和无水条件下，将聚醚、缓凝剂混合，投入反应釜中，搅拌下，进行负压脱水脱气处理1.5~3小时，降温至10~42°C后加入异氰酸酯，78~85°C温度下，进行聚合反应2~3小时，控制预聚体的-NC0wt%含量在20~35%之间为反应终点；所述的聚醚为亲水性聚醚(EP-4000)与普通聚醚(N210)以80/20比例进行混合；
将步骤I)生成的预聚体反应液冷却降温至40-50°C，再加入高沸点复合溶剂10-50重量份和泡沫稳定剂0.5-3重量份，搅拌均匀，再加入缓聚剂、表面活性剂、催化剂、增塑剂，搅拌混合均匀，即得到环保型水溶性聚氨酯化学灌浆材料。
[0007]异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷_4，4’ - 二异氰酸酯或多亚甲基多苯基多异氰酸酯。水溶性聚氨酯灌浆材料一般选用甲苯二异氰酸酯(TDI)作为原料，其闪点为127°C、沸点为251°C、大鼠经口服半死剂量(LD50)为4 130 mg/kg，属低毒产品，接近实际无毒范围，经预聚后与水反应生成不溶于水的脲，无毒无害，完全符合环保要求。水溶性浆液通常不选用二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)，因为其活性高，遇水后无法完全混合，只是在外围固化，根本进入不了内部，特别是温度大于27°C时表现就更为明显了。
[0008]表面活性剂是水溶性硅油、聚乙烯基吡咯烷酮、吐温80中的一种或其任意两种以上组合。
[0009]增塑剂为邻苯二甲酸二乙酯、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛酯中的一种或其任意两种以上组合。
[0010]泡沫稳定剂为聚烷烃硅氧烷。
[0011]所述增塑剂的含量为所述预聚体质量的5-10% ;所述表面活性剂的含量为所述预聚体质量的1_2%。
[0012]本发明具有以下特点:
I)高闪点:闪点在100°c以上，属非化危品液体，因此有利于运输、环境保护和操作者的人身安全。
[0013]2)亲水性好:遇水后先分散乳化，进而凝胶固结，适用于潮湿条件下裂缝的防渗处理和涌水的处理。
[0014]3)水膨胀性:固结体具有遇水膨胀性能，这对混凝土伸缩缝的漏水处理有利。
[0015]4)单组分操作方便:产品为单组份，不需复杂配制浆液，直接将浆液倒入单液泵，即可灌浆。
[0016]5)反应速度快:浆液遇水后迅速发泡固化，达到快速止水的目的。在堵大流量涌水时，还可以与催化剂混合使用，进一步加快反应速度。
[0017]6)无毒性:产品属实际无毒类，对人体及环境友好。
【具体实施方式】
[0018]下面对本发明作进一步的详细说明。[0019]实施例1
按照下列步骤制备本发明的环境友好型聚氨酯灌浆材料
制备预聚体:在无氧和无水条件下，将聚醚、缓凝剂混合，投入反应釜中，搅拌下，进行负压脱水脱气处理1.5~3小时，降温至10~42°C后加入甲苯二异氰酸酯，78~85°C温度下，进行聚合反应2~3小时，控制预聚体的-NC0wt%含量在20~35%之间为反应终点；所述的聚醚为亲水性聚醚(EP-4000)与普通聚醚(N210)以80/20比例进行混合；
将步骤I)生成的预聚体反应液冷却降温至40-50°C，再加入高沸点复合溶剂10-50重量份和泡沫稳定剂聚烷烃硅氧烷0.5-3重量份，搅拌均匀，再加入苯甲酰氯、吐温80、催化剂、邻苯二甲酸二乙酯，搅拌混合均匀，即得到环保型水溶性聚氨酯化学灌浆材料。
[0020]所制得环境友好型疏水性聚氨酯灌浆材料，质量指标如下:固含量wt95%;固化时间加入5%水后的固化时间/25°C 350s ;粘度25°C 240mPa.s ;发泡率2500% ;抗压强度 15MPa。
[0021]实施例2
一种环保型的水溶性聚氨酯化学灌浆材料，制备过程包括以下步骤:
制备预聚体:在无氧和无水条件下，将聚醚、缓凝剂混合，投入反应釜中，搅拌下，进行负压脱水脱气处理1.5小时，降温至10 °C后加入异氰酸酯，78 °C温度下，进行聚合反应2小时,控制预聚体的-NCOwt%含量在20 %之间为反应终点；所述的聚醚为亲水性聚醚(EP-4000)与普通聚醚(N210)以80/20比例进行混合； 将步骤I)生成的预聚体反应液冷却降温至40 °C，再加入高沸点复合溶剂10重量份和泡沫稳定剂0.5重量份，搅拌均匀，再加入缓聚剂、表面活性剂、催化剂、增塑剂，搅拌混合均匀，即得到环保型水溶性聚氨酯化学灌浆材料。
[0022]异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷_4，4’ - 二异氰酸酯或多亚甲基多苯基多异氰酸酯。水溶性聚氨酯灌浆材料一般选用甲苯二异氰酸酯(TDI)作为原料，其闪点为127°C、沸点为251°C、大鼠经口服半死剂量(LD50)为4 130 mg/kg，属低毒产品，接近实际无毒范围，经预聚后与水反应生成不溶于水的脲，无毒无害，完全符合环保要求。水溶性浆液通常不选用二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)，因为其活性高，遇水后无法完全混合，只是在外围固化，根本进入不了内部，特别是温度大于27°C时表现就更为明显了。
[0023]表面活性剂是水溶性硅油、聚乙烯基吡咯烷酮、吐温80中的一种或其任意两种以上组合。
[0024]增塑剂为邻苯二甲酸二乙酯、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛酯中的一种或其任意两种以上组合。
[0025]泡沫稳定剂为聚烷烃硅氧烷。
[0026]所述增塑剂的含量为所述预聚体质量的5 % ;所述表面活性剂的含量为所述预聚体质量的I %。
[0027]实施例3
一种环保型的水溶性聚氨酯化学灌浆材料，其特征在于制备过程包括以下步骤:
制备预聚体:在无氧和无水条件下，将聚醚、缓凝剂混合，投入反应釜中，搅拌下，进行负压脱水脱气处理3小时，降温至42°C后加入异氰酸酯，85°C温度下，进行聚合反应3小时，控制预聚体的_NC0wt%含量在35%之间为反应终点；所述的聚醚为亲水性聚醚(EP-4000)与普通聚醚(N210)以80/20比例进行混合；
将步骤I)生成的预聚体反应液冷却降温至50°C，再加入高沸点复合溶剂50重量份和泡沫稳定剂3重量份，搅拌均匀，再加入缓聚剂、表面活性剂、催化剂、增塑剂，搅拌混合均匀，即得到环保型水溶性聚氨酯化学灌浆材料。
[0028]异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷_4，4’ - 二异氰酸酯或多亚甲基多苯基多异氰酸酯。水溶性聚氨酯灌浆材料一般选用甲苯二异氰酸酯(TDI)作为原料，其闪点为127°C、沸点为251°C、大鼠经口服半死剂量(LD50)为4 130 mg/kg，属低毒产品，接近实际无毒范围，经预聚后与水反应生成不溶于水的脲，无毒无害，完全符合环保要求。水溶性浆液通常不选用二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)，因为其活性高，遇水后无法完全混合，只是在外围固化，根本进入不了内部，特别是温度大于27°C时表现就更为明显了。
[0029]表面活性剂是水溶性硅油、聚乙烯基吡咯烷酮、吐温80中的一种或其任意两种以上组合。
[0030]增塑剂为邻苯二甲酸二乙酯、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛酯中的一种或其任意两种以上组合。
[0031]泡沫稳定剂为聚烷烃硅氧烷。
[0032]所述增塑剂的含量为所述预聚体质量的10% ;所述表面活性剂的含量为所述预聚体质 量的2%。
【权利要求】
1.一种环保型的水溶性聚氨酯化学灌浆材料，其特征在于制备过程包括以下步骤: (1)制备预聚体:在无氧和无水条件下，将聚醚、缓凝剂混合，投入反应釜中，搅拌下，进行负压脱水脱气处理1.5~3小时，降温至10~42°C后加入异氰酸酯，78~85°C温度下，进行聚合反应2~3小时，控制预聚体的_NCOwt%含量在20~35%之间为反应终点；所述的聚醚为亲水性聚醚(EP-4000)与普通聚醚(N210)以80/20比例进行混合； (2)将步骤I)生成的预聚体反应液冷却降温至40-50°C，再加入高沸点复合溶剂10-50重量份和泡沫稳定剂0.5-3重量份，搅拌均匀，再加入缓聚剂、表面活性剂、催化剂、增塑剂，搅拌混合均匀，即得到环保型水溶性聚氨酯化学灌浆材料。
2.根据权利要求1所述的环保型的水溶性聚氨酯化学灌浆材料，其特征在于:异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷-4，4’ - 二异氰酸酯或多亚甲基多苯基多异氰酸酯。
3.根据权利要求1或2所述的环保型的水溶性聚氨酯化学灌浆材料，其特征在于:异氰酸酯选用甲苯二异氰酸酯。
4.根据权利要求1或2所述的环保型的水溶性聚氨酯化学灌浆材料，其特征在于:缓聚剂是磷酸或苯甲酰氯。
5.根据权利要求1所述的环保型的水溶性聚氨酯化学灌浆材料，其特征在于:表面活性剂是水溶性硅油、聚乙烯基吡咯烷酮、吐温80中的一种或其任意两种以上组合。
6.根据权利要求1所述的环保型的水溶性聚氨酯化学灌浆材料，其特征在于:增塑剂为邻苯二甲酸二乙酯、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛酯中的一种或其任意两种以上组合。
7.根据权利要求4所述的环保型的水溶性聚氨酯化学灌浆，其特征在于:泡沫稳定剂为聚烷烃硅氧烷。
8.根据权利要求1所述的环保型的水溶性聚氨酯化学灌浆材料，其特征在于:所述增塑剂的含量为所述预聚体质量的5-10% ;所述表面活性剂的含量为所述预聚体质量的1-2%。
【文档编号】C08G18/12GK103834159SQ201410072943
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2014年3月3日 优先权日:2014年3月3日
【发明者】杨小波 申请人:晋江市闽高纺织科技有限公司