本发明涉及一种高速公路修复用聚氨酯原料组合物及其使用方法。
背景技术：
我国高速公路从上世纪80年代末起步，在2000年左右经过快速发展期，截止2013年底为止，我国高速公路通车总里程已经超过10万公里。部分道路由于使用年限长、长期承重量大、养护不到位、自然灾害等原因，会出现路面开裂、断层、脱落、沉降等问题，需要及时进行维修，才可正常使用。
高速公路在维修时，可选用沥青、水泥混凝土等原有材料进行修复，也可采用环氧树脂、聚氨酯等高分子材料进行加固处理。沥青、水泥混凝土等材料由于其本身的特性，粘度较高，对于路面的裂缝、断层等，不能很好的填充，在修复后也容易内部出现空洞，在短时间内会出现二次损坏；水泥混凝土虽然在24-48小时即可使用，但是其物理强度在28天左右才能达到最高，在此期间，也容易引起路面受损，而如聚氨酯等高分子材料则可完美的解决此类问题。
目前市场上聚氨酯灌浆材料较多的用于矿用加固防水，其对基材粘结性能较好，但是由于一般承重较小，对压缩强度要求一般；且其异氰酸酯一般使用TDI(甲苯二异氰酸酯)，其毒害性较大，而聚醚组分为保证其物理性能，多使用高官能度、高粘度聚醚多元醇，导致该组分粘度过高，再使用丙酮、二氯甲烷、二甲苯等作为溶剂对组分进行稀释，而这些有机溶剂挥发性较高，且对人体危害较大。如中国专利申请CN101613454A的高闪点环保型的水溶性聚氨酯化学灌浆材料，使用TDI作为异氰酸酯组分；中国专利申请CN102070761A的聚氨酯化学灌浆材料及其预聚体及制备方法，采用丙酮和二氯甲烷作为有机溶剂。且其压缩强度均较低，远达不到高速公路用混凝土的强度要求(抗压强度40MPa以上，弯折强度5.5MPa以上)。
技术实现要素：
本发明要解决的是现有技术中聚氨酯灌浆材料粘度过高、毒害性大、机械强度无法胜任高速公路用强度要求的问题，提供了一种高速公路修复用聚氨酯原料组合物及其使用方法。
本发明通过下述技术方案来解决上述技术问题：
本发明提供了一种高速公路修复用聚氨酯原料组合物，其包括A组分和B组分：所述A组分包括以质量份数计的30～70份聚醚多元醇A、30～70份聚醚多元醇B、15～25份交联剂、0.5～1.5份表面活性剂、0.3～0.7份催化剂A、0.8～1.6份催化剂B、0.08～0.18份催化剂C和25～50份液体阻燃剂，所述B组分为多亚甲基多苯基多异氰酸酯；
其中，所述聚醚多元醇A为官能度为2.0，羟值54～58mgKOH/g，粘度270～370mPa·s，水分含量0.05％以下的聚氧化丙烯二醇，所述聚醚多元醇B为官能度为3.0，羟值163～173mgKOH/g，粘度220～300mPa·s，水分含量0.05％以下的聚氧化丙烯三醇，所述聚醚多元醇A和所述聚醚多元醇B的质量份数总和为100份；
所述催化剂A为脂肪族胺类催化剂，所述催化剂B为脂环族胺类催化剂，所述催化剂C为有机铋类催化剂。
本发明中，所述聚醚多元醇A较佳地为以丙二醇为起始剂的聚氧化丙烯二醇，更佳地为牌号GE-220的聚醚多元醇或牌号DL-2000D的聚醚多元醇，其中，GE-220的生产厂家为上海高桥石油化工公司，DL-2000D的生产厂家为山东蓝星东大化工有限责任公司。
本发明中，所述聚醚多元醇B较佳地为以丙三醇为起始剂的聚氧化丙烯三醇，更佳地为牌号GE-310的聚醚多元醇或牌号MN-1000的聚醚多元醇，其中，GE-310的生产厂家为上海高桥石油化工公司，MN-1000的生产厂家为山东蓝星东大化工有限责任公司。
本发明中，所述交联剂为本领域常规所用的交联剂，较佳地为三羟甲基丙烷(TMP)。
本发明中，所述表面活性剂为本领域常规使用的表面活性剂，较佳地为牌号LK443的表面活性剂和/或牌号LK665的表面活性剂，其中，LK443和LK665的生产厂家均为空气化工产品(中国)投资有限公司。
本发明中，所述脂肪族胺类催化剂为本领域常规使用的脂肪族胺类催化剂，较佳地为牌号PT303的脂肪族胺类催化剂和/或牌号PT306的脂肪族胺类催化剂，其中，PT303和PT306的生产厂家均为空气化工产品(中国)投资有限公司。
本发明中，所述脂环族胺类催化剂为本领域常规使用的脂环族胺类催化剂，较佳地为N-甲基吗啉和/或N-乙基吗啉。
本发明中，所述有机铋类催化剂为本领域常规使用的有机铋类催化剂，较佳地为牌号8108的有机铋类催化剂和/或牌号8118的有机铋类催化剂，其中，8108和8118的生产厂家均为美国领先化学品公司。
本发明中，所述液体阻燃剂为本领域常规使用的液体阻燃剂，如磷酸三(1-氯-乙丙基)酯(TCPP)、磷酸三(2-氯乙基)酯(TCEP)、磷酸三(1,3-二氯丙基)酯(TDCPP)、甲基磷酸二甲酯(DMMP)、乙基磷酸二乙酯(DEEP)、磷酸三乙酯(TEP)等，较佳地为TCPP和/或TDCPP。
本发明中，所述多亚甲基多苯基多异氰酸酯为本领域常规使用的多亚甲基多苯基多异氰酸酯(PAPI)，较佳地为牌号PM200的多亚甲基多苯基多异氰酸酯、牌号PM400的多亚甲基多苯基多异氰酸酯、牌号44V20的多亚甲基多苯基多异氰酸酯和牌号M20S的多亚甲基多苯基多异氰酸酯中的一种或多种，更佳地为44V20；其中，PM200和PM400的生产厂家均为烟台万华聚氨酯股份有限公司，44V20的生产厂家为德国拜尔公司，M20S的生产厂家为巴斯夫股份公司。
本发明中，所述高速公路修复用聚氨酯原料组合物不包括有机溶剂。
本发明还提供了一种如上所述的高速公路修复用聚氨酯原料组合物的使用方法，其包括以下步骤：将所述A组分与所述B组分按质量比1：1.0～1：1.2搅拌混合后，即得。
在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
本发明所用试剂和原料均市售可得。
本发明的积极进步效果在于：本发明的高速公路修复用聚氨酯组合物的组分粘度较低，易于操作施工，且其本身不含有机挥发性溶剂及其他挥发性有害物，对人体无毒无害；所得高速公路修复用聚氨酯材料制品的性能优于现有水泥混凝土性能，且抗弯折及抗冲击性能更好；另外本发明原料均为市售产品，来源广泛，使用方法简单，方便进行大规模生产。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。
本发明下述各实施例中，聚醚多元醇A选用生产厂家为上海高桥石油化工公司的GE-220或生产厂家为山东蓝星东大化工有限责任公司的DL-2000D，聚醚多元醇B选用生产厂家为上海高桥石油化工公司的GE-310或生产厂家为山东蓝星东大化工有限责任公司的MN-1000，交联剂选用三羟甲基丙烷(TMP)，表面活性剂选用生产厂家为空气化工产品(中国)投资有限公司的LK443和/或LK665，催化剂A选用生产厂家为空气化工产品(中国)投资有限公司的PT303和/或PT306，催化剂B选用N-甲基吗啉和/或N-乙基吗啉，催化剂C选用生产厂家为美国领先化学品公司的8108和/或牌号8118，阻燃剂选用生产厂家为江苏雅克化工有限公司的TCPP、TCEP、TDCPP、DMMP、DEEP和TEP中的一种或多种，多亚甲基多苯基多异氰酸酯选用生产厂家为烟台万华聚氨酯股份有限公司的PM200和PM400、德国拜尔公司的44V20和巴斯夫股份公司生产的M20S中的一种或多种。其余未提到的试剂均为常规市售可得。
本发明下述效果实施例中，各性能测试数据所对应使用的测试方法如下：组分粘度通过旋转式粘度计测试；密度测试根据中国国家标准GB/T 6343-1995《聚氨酯泡沫塑料的密度测试》进行；压缩强度测试根据中国国家标准GB/T 8813-2008《硬质泡沫塑料压缩性能的测定》进行；弯曲强度测试根据中国国家标准GB/T 8812.1-2007《硬质泡沫塑料弯曲性能的测定第1部分：基本弯曲试验》进行；氧指数测试根据中国国家标准GB/T 2406.2-2009《塑料用氧指数法测定燃烧行为第2部分：室温试验》进行。
下述各例中，各原料组成表中所述份数均为质量份数。
实施例1
表1 实施例1中A组分原料组成表
将A组分原料按照表1规定比例倒入容器中，利用电动搅拌器混合均匀，即得A组分；B组分选用PM200；再将A组分与B组分按照重量比1：1.2的比例倒入容器中，然后利用电动搅拌器搅拌8秒钟，将混合均匀后的液体倒入常温敞开的容器中，放置24小时后进行性能测试，即得高速公路修复用聚氨酯材料。
实施例2
表2 实施例2中A组分原料组成表
将A组分原料按照表2规定比例倒入容器中，利用电动搅拌器混合均匀，即得A组分；B组分选用PM400；再将A组分与B组分按照重量比1：1.15的比例倒入容器中，然后利用电动搅拌器搅拌8秒钟，将混合均匀后的液体倒入常温敞开的容器中，放置24小时后进行性能测试，即得高速公路修复用聚氨酯材料。
实施例3
表3 实施例3中A组分原料组成表
将A组分原料按照表3规定比例倒入容器中，利用电动搅拌器混合均匀，即得A组分；B组分选用M20S；再将A组分与B组分按照重量比1：1.13的比例倒入容器中，然后利用电动搅拌器搅拌8秒钟，将混合均匀后的液体倒入常温敞开的容器中，放置24小时后进行性能测试，即得高速公路修复用聚氨酯材料。
实施例4
表4 实施例4中A组分原料组成表
将A组分原料按照表4规定比例倒入容器中，利用电动搅拌器混合均匀，即得A组分；B组分选用44V20；再将A组分与B组分按照重量比1：1.1的比例倒入容器中，然后利用电动搅拌器搅拌8秒钟，将混合均匀后的液体倒入常温敞开的容器中，放置24小时后进行性能测试，即得高速公路修复用聚氨酯材料。
对比例1
即常规水泥混凝土。
对比例2
即中国专利申请CN101613454A实施例3，所用试剂均为市售。
本例原料包括：聚醚多元醇(分子量5000，羟基值20mg KOH/g)30重量份，邻苯二甲酸二辛酯5重量份，二苯基甲烷-4，4’-二异氰酸酯10重量份，高沸点复合溶剂10重量份，聚烷烃硅氧烷0.5重量份；其中高沸点复合溶剂由丁二酸二甲酯10重量份、戊二酸二甲酯20重量份和己二酸二甲酯35重量份混合而成。
工艺过程是：
(1)在装有冷凝器、搅拌器的反应釜内加入聚醚多元醇30重量份和邻苯二甲酸二辛酯5重量份，在100℃下减压脱水1小时，取样，进行水分含量测定，水份含量应＜0.10％，然后再加入二苯基甲烷-4，4’-二异氰酸酯10重量份，反应温度在70℃，反应时间在1.5小时，生成预聚体反应液；
(2)将步骤(1)生成的预聚体反应液冷却降温至40℃，再加入高沸点复合溶剂10重量份和聚烷烃硅氧烷0.5重量份，搅拌均匀，即得到高闪点环保型水溶性聚氨酯化学灌浆材料。
对比例3
即中国专利申请CN102070761A实施例2；其中，聚醚480购于杭州白浪助剂有限公司，聚醚DL1000D购于山东蓝星东大化工有限公司，MDI-50购于烟台万华聚氨酯股份有限公司，DMDEE购于北京油化精细化工研究所。
预聚体的制备方法：将聚醚480 0.663份，聚醚DL1000D 0.074份与酒石酸0.00002份混合，用氮气置换空气3次，控制反应釜温度在60℃，密闭加入MDI-50 0.236份，再用氮气置换空气3次，在常压下于60℃反应2小时，再于80℃反应3小时，得预聚体；
聚氨酯化学灌浆材料的制备方法：在无水条件下，将所述预聚体0.973份降温至室温，加入无水丁酮0.20份、无水磷酸三苯酯0.05份、DMDEE 0.012份，和吐温60 0.01份，搅拌20min即得聚氨酯化学灌浆材料。
效果实施例1
将四个实施例及三个对比例所得材料进行机械性能测试，所得结果见下表。
表5 实施例1～4及对比例1～3机械性能测试结果汇总表
从上表中可以看出，本发明所述高速公路修复用聚氨酯组合物A组分粘度低于现有技术，易于操作施工，且其本身不含有机挥发性溶剂及其他挥发性有害物，对人体无毒无害；所得制品性能优于现有水泥混凝土性能，由其弯曲强度优势比较明显，在使用中抗弯折及抗冲击性能更好；其原料通过双组分混合制成制品，可通过设备或者手工操作，使用方便，且其原料均为市售产品，来源广泛，可以大规模生产。