專利名稱：單組分親水型聚氨酯灌漿材料以及其原料和制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種主要用于地下工程的快速堵漏的材料技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種 單組分親水型聚氨酯灌漿材料以及其原料和制備方法。
背景技術(shù)：
聚氨酯灌漿材料是以多異氰酸酯和多元醇化合物為主要原料，并輔以其他助劑， 經(jīng)過一定的工藝制備的用于防滲、堵漏、填充、加固等目的的溶液灌漿材料。作為聚氨酯灌 漿材料大家族中的一員，單組分水活性聚氨酯灌漿材料的特點是漿液能夠遇水反應(yīng)發(fā)泡固 結(jié)，在機械灌注壓力和發(fā)泡產(chǎn)生的二氧化碳膨脹壓力的驅(qū)使下，進入細微裂縫，依靠固結(jié)體 的填充和粘結(jié)作用迅速封堵滲漏通道，最終達到快速永久堵漏止水的目的。由于具有標(biāo)本 兼治的優(yōu)勢，自上世紀(jì)60年代后期在日本誕生以來，經(jīng)過近四十年的發(fā)展和推廣，聚氨酯 灌漿材料在基礎(chǔ)防滲、巖體加固和封堵滲漏水等方面獲得了廣泛應(yīng)用，并在建筑工程滲漏 治理方面居于不可替代的位置。根據(jù)所用聚醚原料的親(疏)水特性，國內(nèi)通常將聚氨酯灌漿材料分為單組分親 水型和單組分疏水型聚氨酯灌漿材料兩大類。其中單組分親水型聚氨酯灌漿材料由于具有 遇水反應(yīng)速率快，可快速止水等優(yōu)點而廣為使用。長期以來，國內(nèi)的親水型聚氨酯灌漿材 料主要存在如下不足(1)普遍以高度致癌的甲苯二異氰酸酯(TDI)為主要原料，環(huán)保性欠 佳；( 廣泛使用小分子有機物如苯類及酮類作溶劑以降低產(chǎn)品粘度，在進一步劣化產(chǎn)品 的環(huán)保性能的同時使施工現(xiàn)場勞動安全的風(fēng)險大幅增加，并導(dǎo)致固結(jié)體的干縮繼而發(fā)生復(fù) 漏。為降低親水型聚氨酯灌漿材料環(huán)保方面的風(fēng)險，可從原料和生產(chǎn)工藝兩個方面入 手。中國發(fā)明專利CN101220203A公開了一種親水型聚氨酯灌漿材料及其制備方法，其特 征是先用異氰酸酯化合物和聚醚多元醇反應(yīng)形成端羥基預(yù)聚物，再將此預(yù)聚物和聚醚多元 醇、異氰酸酯化合物反應(yīng)制備端異氰酸酯聚氨酯預(yù)聚物(即兩步法)，再輔以丙酮或環(huán)己酮 為稀釋劑，異氰酸酯化合物仍使用TDI。中國發(fā)明專利CN101613454A公開了一種高閃點環(huán) 保型的水溶性聚氨酯灌漿材料，其特征是以三官能度或四官能度、分子量5000 1000的親 水性聚醚多元醇為原料，和TDI等異氰酸酯化合物一步反應(yīng)形成端異氰酸酯預(yù)聚物(即一 步預(yù)聚法)，為降低預(yù)聚物粘度，使用了高閃點復(fù)合溶劑為稀釋體系。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本發(fā)明提供了一種單組分親水型聚氨酯灌 漿材料的原料，其不含游離甲苯二異氰酸酯(TDI)，不使用小分子有機溶劑降低粘度，環(huán)保 性高，符合技術(shù)發(fā)展趨勢。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案單組分親水型聚氨酯灌漿材料的原料，由下述組分組成端羥基聚醚 100重量份
異氰酸酯30 150重量份增塑劑10 60重量份泡沫穩(wěn)定劑 1 4重量份。本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還可采用以下技術(shù)措施進一步實現(xiàn)。前述的單組分親水型聚氨酯灌漿材料，其中所述的異氰酸酯為二苯基甲烷_4， 4’ - 二異氰酸酯(MDI)或多亞甲基多苯基多異氰酸酯(PAPI)。本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還可采用以下技術(shù)措施進一步實現(xiàn)。前述的單組分親水型聚氨酯灌漿材料，其中所述的端羥基聚醚為二官能度和/或 三官能度的低分子量端羥基親水性聚醚，分子量400 4000，羥值為20 300mgK0H/g。本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還可采用以下技術(shù)措施進一步實現(xiàn)。前述的單組分親水型聚氨酯灌漿材料，其中所述的端羥基聚醚由二官能度的低分 子量端羥基親水性聚醚和三官能度的低分子量端羥基親水性聚醚組成，其中三官能度的低 分子量端羥基親水性聚醚占低分子量端羥基親水性聚醚總重量的10 90%。本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還可采用以下技術(shù)措施進一步實現(xiàn)。前述的單組分親水型聚氨酯灌漿材料，其中所述三官能度的低分子量端羥基親水 性聚醚為環(huán)氧乙烷和環(huán)氧丙烷共聚醚，其中環(huán)氧乙烷質(zhì)量百分含量為20 90%。本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還可采用以下技術(shù)措施進一步實現(xiàn)。前述的單組分親水型聚氨酯灌漿材料，其中所述的增塑劑為鄰苯二甲酸丁酯或鄰 苯二甲酸辛酯。本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還可采用以下技術(shù)措施進一步實現(xiàn)。前述的單組分親水型聚氨酯灌漿材料，其中所述的泡沫穩(wěn)定劑為聚烷基硅氧烷。本發(fā)明的另一目的在于，提供一種單組分親水型聚氨酯灌漿材料，具有生產(chǎn)工藝 簡單、遇水反應(yīng)快速止水和具有更好環(huán)保性能等特點。其技術(shù)方案如下單組分親水型聚氨酯灌漿材料，其是由上述的任一所述的原料制備而成。本發(fā)明的另一目的在于，提供一種上述任意一種單組分親水型聚氨酯灌漿材料的 制備方法，本發(fā)明方法工藝簡單，制備的產(chǎn)品環(huán)保，適用于多種場合，從而更加適于實用。其 技術(shù)方案如下單組分親水型聚氨酯灌漿材料的制備方法，使用上述任一所述的原料，通過如下 步驟制備a.向帶有真空減壓蒸餾裝置和攪拌器的反應(yīng)釜內(nèi)加入聚醚100重量份和增塑劑 10 60重量份，在溫度100 120°C、壓力不超過10001 的條件下減壓脫水2 汕，再 在常壓下逐步加入異氰酸酯30 150重量份，并通N2保護，反應(yīng)溫度為80 100°C，反應(yīng) 2. 5 3. 5h，生成端異氰酸酯聚氨酯預(yù)聚物；b.將步驟a生成的端異氰酸酯聚氨酯預(yù)聚物冷卻至30 50°C，再加入泡沫穩(wěn)定 劑1 4重量份，攪拌均勻，即得到單組分親水型聚氨酯灌漿材料。本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還可采用以下技術(shù)措施進一步實現(xiàn)。前述的單組分親水型聚氨酯灌漿材料，其中所述的端異氰酸酯聚氨酯預(yù)聚物的異 氰酸酯官能團含量(-NC0% )為3 15%。本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還可采用以下技術(shù)措施進一步實現(xiàn)。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于(1)本發(fā)明的單組分親水型聚氨酯灌漿材料的配方中不含游離甲苯二異氰酸酯 (TDI)，以二苯基甲烷-4，4’_ 二異氰酸酯(MDI)或多亞甲基多苯基多異氰酸酯(PAPI)為異 氰酸酯組分，環(huán)保性高，符合技術(shù)發(fā)展趨勢。(2)本發(fā)明的單組分親水型聚氨酯灌漿材料不使用小分子有機溶劑降低粘度，環(huán) 保性好、固結(jié)體收縮低，并可遇水反復(fù)溶脹。(3)本發(fā)明的單組分親水型聚氨酯灌漿材料的制備工藝簡單，易于生產(chǎn)。(4)本發(fā)明的單組分親水型聚氨酯灌漿材料可采用單液注漿，施工簡便。(5)本發(fā)明的單組分親水型聚氨酯灌漿材料的材料性能可調(diào)范圍較廣，通過調(diào)節(jié) 預(yù)聚物端異氰酸酯官能團含量(-NC0% )調(diào)節(jié)漿液凝膠時間。
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細描述，但不作為對本發(fā)明的限定。實施例一單組分親水型聚氨酯灌漿材料的原料，由下述組分組成聚醚505S (羥值 56. 3mgK0H/g, fn = 3)100 重量份液化MDI (-NC0%^ 31. 5% )51. 5 重量份鄰苯二甲酸辛酯35重量份聚烷基硅氧烷1. 5重量份。單組分親水型聚氨酯灌漿材料，其是由上述的原料制備而成。上述單組分親水型聚氨酯灌漿材料的制備方法如下a.按上述配方將100重量份的端羥基聚醚和35重量份的增塑劑加入帶有真空減 壓蒸餾裝置和攪拌器的反應(yīng)釜內(nèi)，在溫度為100°c、壓力800 的條件下脫水2.證，再在常 壓下逐步加入56. 5重量份液化MDI，并通N2保護，反應(yīng)溫度為90°C，反應(yīng)時間為3h，生成端 異氰酸酯聚氨酯預(yù)聚物，用鹽酸-二正丁胺法檢測-NC0%為8. 1% ；b.將步驟a生成的預(yù)聚物冷卻至30°C，再加入聚烷基硅氧烷1. 5重量份，攪拌均 勻，即得到單組分親水型聚氨酯灌漿材料，然后灌裝，充氮、密封保存。以上實施例一獲得的單組分親水型聚氨酯灌漿材料的技術(shù)指標(biāo)如下表1 表 權(quán)利要求
1.單組分親水型聚氨酯灌漿材料的原料，其特征在于，其由下述組分組成端羥基聚醚 100重量份異氰酸酯 30 150重量份增塑劑10 60重量份泡沫穩(wěn)定劑 1 4重量份。
2.根據(jù)權(quán)利1所述的單組分親水型聚氨酯灌漿材料的原料，其特征在于，所述的異氰 酸酯為二苯基甲烷-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1所述的單組分親水型聚氨酯灌漿材料的原料，其特征在于，所述的端羥 基聚醚為二官能度和/或三官能度的低分子量端羥基親水性聚醚，分子量400 4000，羥值 為 20 300mgK0H/g。
4.根據(jù)權(quán)利3所述的單組分親水型聚氨酯灌漿材料的原料，其特征在于，所述的端羥 基聚醚由二官能度的低分子量端羥基親水性聚醚和三官能度的低分子量端羥基親水性聚 醚組成，其中三官能度的低分子量端羥基親水性聚醚占低分子量端羥基親水性聚醚總重量 的10 90%。
5.根據(jù)權(quán)利3所述的單組分親水型聚醚灌漿材料的原料，其特征在于，所述三官能度 的低分子量端羥基親水性聚醚為環(huán)氧乙烷和環(huán)氧丙烷共聚醚，其中環(huán)氧乙烷質(zhì)量百分含量 為20 90%。
6.根據(jù)權(quán)利1所述的單組分親水型聚氨酯灌漿材料的原料，其特征在于，所述的增塑 劑為鄰苯二甲酸丁酯或鄰苯二甲酸辛酯。
7.根據(jù)權(quán)利1所述的單組分油溶性聚氨酯灌漿材料的原料，其特征在于，所述的泡沫 穩(wěn)定劑為聚烷基硅氧烷。
8.單組分油溶性聚氨酯灌漿材料，其特征在于，其是由權(quán)利要求1-7的所述的任一原 料制備而成。
9.單組分親水型聚氨酯灌漿材料的制備方法，其特征在于，使用權(quán)利要求1至8任一所 述的原料，通過如下步驟制備a.向帶有真空減壓蒸餾裝置和攪拌器的反應(yīng)釜內(nèi)加入聚醚100重量份和增塑劑10 60重量份，在溫度100 120°C、壓力不超過10001 的條件下減壓脫水2 3h，再在常壓 下逐步加入異氰酸酯30 150重量份，并通N2保護，反應(yīng)溫度為80 100°C，反應(yīng)2. 5 3. 5h，生成端異氰酸酯聚氨酯預(yù)聚物；b.將步驟a生成的預(yù)聚物冷卻至30 50°C，再加入泡沫穩(wěn)定劑1 4重量份，攪拌均 勻，即得到環(huán)保單組分親水型聚氨酯灌漿材料，然后灌裝，充氮、密封保存。
10.根據(jù)權(quán)利8所述的環(huán)保單組分親水型聚氨酯灌漿材料的制備方法，其特征在于，所 述的端異氰酸酯聚氨酯預(yù)聚物其異氰酸酯官能團含量為3% 15%。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種單組分親水型聚氨酯灌漿材料以及其原料和制備方法，其中單組分親水型聚氨酯灌漿材料的原料由下述組分組成端羥基聚醚100重量份；異氰酸酯30～150重量份；增塑劑10～60重量份；泡沫穩(wěn)定劑1～4重量份。本發(fā)明的單組分親水型聚氨酯灌漿材料，保持了現(xiàn)有親水型聚氨酯灌漿材料單液注漿、遇水快速反應(yīng)止水等特點，采用一步法預(yù)聚工藝、摒棄使用揮發(fā)性有機溶劑和容易殘留的有害異氰酸酯化合物，在有效降低生產(chǎn)成本的同時提升了產(chǎn)品的環(huán)保性能。
文檔編號C08G18/76GK102079863SQ20101059961
公開日2011年6月1日 申請日期2010年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月22日
發(fā)明者冷發(fā)光, 周慶, 張勇, 趙霄龍, 邵高峰, 霍勝旭 申請人:中國建筑科學(xué)研究院, 建研建材有限公司