一种高性能环保型单组份疏水性聚氨酯灌浆料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于灌浆及防水堵漏材料领域，特别涉及一种高性能环保型单组份疏水性 聚氨酯灌浆料及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 聚氨酯灌浆材料是一种新型高分子化学灌浆材料，具有渗透性佳、堵水效果好、粘 结力强等多种优异性能，已逐渐成为应用最为广泛的化学灌浆材料之一，一般分为亲水性 (水溶性）和疏水性(油溶性）两大类，其中疏水性聚氨酯灌浆材料的固结体强度大、抗渗性 强，相对于亲水性聚氨酯灌浆材料来说堵水加固效果以及工程耐久性(亲水性易于失水收 缩）更好。
[0003] 然而，目前使用的疏水性聚氨酯灌浆材料主流产品还存在着一些问题，主要表现 为：其一，疏水性浆材遇水反应速率虽在300s以内，却远低于亲水型产品（几十秒即凝胶)， 堵水即时效率明显低于后者，同时又因为拥有较高的成本，严重影响了客户选择该类材料 时的信心，致使目前为止国内市场亲水性仍然大于油溶性；其二，聚氨酯灌浆材料的耐久性 取决于固结体的强度及干燥后的收缩率，疏水性浆材虽然不会像亲水性浆材那样失水后大 体积收缩，但其体系中的惰性有机溶剂如丙酮、小分子苯类化合物等会增大固结体的干燥 收缩率，部分厂家为追求成本低廉化，在产品中添加了大量的该类稀释剂，致使疏水性浆材 同样存在工程复漏的隐患；其三，浆材固结体的耐酸碱盐腐蚀性欠佳，长期处于恶略地质环 境下的固结体易于过早老化降解，增大了工程复漏几率。
[0004]在国内，当前对于疏水性聚氨酯灌浆料的开发，重点集中于对其成本降低和环保 性提高等方面。中国专利CN102070761A、CN102093536A、CN103254403A以低分子量端羟基 疏水性聚醚与多异氰酸酯制备出普通型单组份油溶性聚氨酯灌浆料，浆材中使用了小分子 苯类及酮类等有害有机溶剂，降低了产品成本，但劣化了浆材的环保性和耐久性；对此，中 国专利CN102492287A、CN102079862A、CN103030967A、CN103214823A分别使用不同种类的 醚类、酯类等高沸点环保型溶剂或直接以增塑剂为稀释剂，摒弃了传统的易挥发性有毒有 害有机溶剂，以提高产品环保性，制备环境友好型疏水性聚氨酯灌浆材料。以上发明浆材在 环保性改进方面有一定的提升，但对于浆材实际使用时最为关键的基本性能一"与水反应 速率(瞬时堵水效率)"和"工程耐久性(长期堵水效率)"的提升较少，针对于恶劣环境下大 大提高浆材耐酸碱盐腐蚀性的产品则更没有见到。
【发明内容】
[0005]本发明旨在提供一种高性能环保型单组份疏水性聚氨酯灌浆料，通过在体系中添 加多孔性填料，赋予疏水性浆材遇水吸水能力，解决了浆材因疏水性较强而界面亲水性差 的缺陷，通过对浆材分子结构的设计与调整，在保证其力学性能更加优异的同时，使其具有 较高的尺寸稳定性和极佳的耐酸碱盐性等优异性能，极大程度上提高了产品的耐酸碱盐腐 蚀性和工程耐久性。
[0006] 本发明的具体技术方案如下： 一种高性能环保型单组份疏水性聚氨酯灌浆料，按照重量份数计包括如下物质： 聚氨酯预聚体 1〇〇份 硅藻土粉体 1~1〇份 聚氨酯增塑剂 5~30份 环保型增塑剂 5~25份 环保型溶剂 10~35份 泡沫稳定剂 2~10份 催化剂 0. 2~2份 储存稳定剂 0~0. 2份； 所述聚氨酯预聚体由含羟基类化合物与异氰酸酯反应制得，其异氰酸根含量为 20?25%。
[0007] 所述异氰酸酯优选为多苯基多亚甲基多异氰酸酯。
[0008] 所述含羟基类化合物按照重量份数计包括如下物质：聚合物多元醇100份，聚四 亚甲基醚二醇3~17份，端羟基聚丁二烯3~17份，端羟基聚环氧氯丙烷3~17份。含羟基类 化合物采用上述物质的好处是：在聚醚链段极性小，醚键水解稳定性好，耐碱性能突出；使 用一定量的芳香族聚酯多元醇或聚碳酸酯多元醇可提高软段的耐酸碱性能；PPG链段耐水 解性和耐氧化性能均不如PTMG软段(如聚四亚甲基醚二醇);在聚氨酯软段结构中引入吸电 子基团（-C1)，如使用端羟基聚环氧氯丙烷，可保护醚键的a氢，改善聚醚结构的耐酸碱性 能。
[0009] 所述聚合物多元醇为聚醚多元醇、或者为聚醚多元醇与聚酯多元醇按质量比为 80:20~30:70混合而成。
[0010] 所述聚醚多兀醇为分子量400~2000的二兀醇和/或分子量350~3000的二兀醇， 聚醚多元醇是由低分子量多元醇为起始剂、与氧化丙烯开环得到的共聚物； 由于芳香族聚酯多元醇或聚碳酸酯多元醇可提高软段的耐酸碱性能，优选的所述的聚 酯多元醇选自下列物质中的一种或两种以上任意组合： 1) 由苯酐与二元醇和/或三元醇和/或二元酸聚合得到的聚酯多元醇，分子量为 200~1200,羟值 300~400mgK0H/g; 2) 聚碳酸酯多元醇，分子量为1000~2000,羟值为50~120mgK0H/g; 3) 由0)2和环氧丙烷聚合得到的聚碳酸亚丙酯多元醇，分子量为1800~2700,羟值为 40~55mgK0H/g〇
[0011] 所述端轻基聚丁二烯选自英国Sinclair公司的Polybd R-15M、日本曹达(株）的 Nisso PB、日本ARC0公司的Polybd R-45HT、日本ARC0公司的Polybd R-CS15、日本ARC0 公司的Polybd R-CN15中的一种。
[0012] 为了使粘度、分子量及交联后所提供的交联度适中，优选的所述端羟基聚环氧氯 丙烷是由二元醇或三元醇为起始剂、环氧氯丙烷阳离子开环聚合而成的醚类低聚物，官能 度为1. 8~2,分子量为2800~3000。
[0013] 为了使粘度、分子量及交联后所提供的交联度适中，优选的本发明所述的聚四亚 甲基醚二醇分子量优选为650~2000。
[0014] 本发明所述的硅藻土粉体为多孔性填料，其粒度优选为300~2000目；使得多孔性 填料的性能更加优异，分散性号。
[0015] 所述聚氨酯增塑剂为单羟基化合物封端的聚醚多元醇与异氰酸酯低聚物，上述聚 氨酯增塑剂的制备方法根据中国专利CN101805588A中的进行：将聚醚多元醇加入反应釜 中，真空度_〇. 〇8~_0.IMPa、110~120°C下脱水2小时，然后降温至60~65°C，加入脂肪族异氰 酸酯和/或脂环族异氰酸酯，升温至75~80°C反应2~4h，再加入单羟基化合物，继续反应2h， 降温出料，得到液态聚氨酯增塑剂。其中，所述的聚氨酯增塑剂中的聚醚多元醇选自N204、 N210、N220中的一种；所述的聚氨酯增塑剂中的脂肪族异氰酸酯和/或脂环族异氰酸酯选 自1，6-己二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、六亚甲基-1，6-二异氰酸酯、氢化苯基甲烷二 异氰酸酯中的一种；所述聚氨酯增塑剂中的单羟基化合物即单官能度的醇，选自正丁醇、正 戊醇、正己醇的一种。所述脂肪族异氰酸酯和/或脂环族异氰酸酯所含异氰酸根与聚醚多 元醇中所含羟基之间的摩尔比为2~2. 15:1，上述反应完成后的预聚体中残留的异氰酸根与 所述单羟基化合物中所含羟基之间的摩尔比为1:0. 95~1。
[0016]本发明采用上述方法制得聚氨酯增塑剂的好处是：原料易得，制备工艺简单，合成 产物分子量、粘度适中，增塑效果好。
[0017] 所述环保型增塑剂为从多种植物油中萃取复合而成的合成植物酯或复合植物酯； 优选为苏州伊格特化工有限公司产品二甘醇二苯甲酸酯（DEDB)。
[0018] 所述环保型溶剂实际为低毒或无毒类高沸点溶剂，优选为碳酸丙烯酯、混合二元 酸酯（DBE)中的一种或两种任意比例混合。
[0019] 所述泡沫稳定剂为聚醚改性聚硅氧烷、吐温-60、吐温-80 ;其中，所述聚醚改性聚 硅氧烷为聚醚与聚二甲基硅氧烷(聚醚与聚二甲基硅氧烷两者的质量比为0. 〇1~〇. 2)接枝 共聚而成的一种有机硅非离子表面活性剂。
[0020] 所述催化剂为胺类催化剂与有机金属类催化剂按质量比为1:0. 05~0. 15形成的 复合物；其中，所述胺类催化剂选自五甲基二亚乙基三胺、双(二甲氨基乙基）醚、2, 2-双吗 啉基二乙基醚、N，N-二甲基苄胺、三乙烯二胺、N，N-二甲基环己胺中的一种；所述有机金属 类催化剂选自辛酸亚锡、二月桂酸二丁基锡、异辛酸钾中的一种。采用胺类催化剂与有机金 属类催化剂共同使用，协同催化速率更快、使用锡催化剂泡孔尺寸更小，使用胺催化剂泡沫 固结体更稳定。
[0021] 所述储存稳定剂选自无水磷酸、酒石酸、苯甲酰氯、磷酸三苯酯、亚磷酸三苯酯、碳 酸四乙酯、正娃酸四乙酯中的一种。