专利名称：一种聚氨酯铁路道床、及其制备方法和应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及聚氨酯领域，尤其涉及一种聚氨酯铁路道床及其制备方法和包括该聚氨酯铁路道床的铁路设施。
背景技术：
铁路道床常指轨枕下方、路基上方铺设的道碴层，它是轨道框架的基础，主要作用是支承轨枕，把钢轨和轨枕传来的巨大铁路车辆荷载，均勻地分布到路基基床面上，减少路基变形，保证行车安全。另外，道碴还有缓冲减震等作用。有碴铁路道床通用性特别好，建设成本非常低，因此使用范围非常广。有碴铁路道床的维修成本很高，除定期养护外，还必须定期利用停运天窗或中断铁路运输利用大型养护机械进行道床维修。这是因为在使用过程中，轨枕传递来的振动造成道碴颗粒在道床结构中的位置发生变化，并且道碴的尖锐边缘被逐渐磨平由锐变钝，并产生粉化，另外道碴的颗粒结构无法避免外部煤炭、尘土、流沙、垃圾等杂物进入道床，使道床发生板结，更严重的是道床发生沉降、翻浆冒泥或导致枕木或铁轨断裂等严重影响安全的问题。目前已经有多种用聚合物材料对道碴道床进行加固的方法。例如，US2007172590A 披露了一种制备道碴道床的方法，该道碴道床以道碴石料和聚氨酯泡沫组成，聚氨酯泡沫由异氰酸酯及能与异氰酸酯发生反应的化合物的反应制得。DE 2305536A披露了一种通过将聚氨酯发泡原料浇注到轨道枕木的孔隙中，发泡，固化，以加固道碴道床的方法。然而，采用上述方法现场浇注聚氨酯道床对浇注现场的环境要求严格，当铺设铁路路基的施工现场环境潮湿时，必须使用干燥设备预先干燥铁路道床。此外，方法所选用的多元醇材料大多限于聚醚多元醇，因为基于聚酯多元醇的聚氨酯泡沫易水解，其水解后的物理机械性能将大幅降低，从而大大缩短道碴道床的维护周期，否则将给铁路运输安全带来巨大的隐患。
发明内容
本发明的目的之一，在于提供一种制备模塑聚氨酯道床的方法。根据本发明的一个实施例，所述方法包括一个步骤将一个模塑聚氨酯层设置于铁路路基上，所述模塑聚氨酯层包括道碴和模塑聚氨酯泡沫，所述道碴分布在所述模塑聚氨酯泡沫中，所述模塑聚氨酯泡沫为包括下列组分的第一反应体系的反应产物(Ia) 一种或多种多异氰酸酯，所述多异氰酸酯可用通式R(NCO)n表示，其中R表示含2-18个碳原子的脂肪族烃基、或含6-15个碳原子的芳烃基、或含8-15个碳原子芳脂族烃基，η = 2-4 ；(Ib) 一种或多种多元醇，所述多元醇的平均分子量为100-10000，官能度为1-5 ；(Ic) 一种或多种扩链剂；和(Id)O. 3-15wt. %的一种或多种发泡剂，以Ib和Ic的重量按IOOwt. %if ；
所述模塑聚氨酯层的密度为200-1200kg/m3，硬度为5Asker C-80Shore D，拉伸强度为 0. 3-60MPa。优选地，所述多元醇选自下列的一种或多种聚醚多元醇、聚酯多元醇、聚碳酸酯多元醇、聚己内酯多元醇、聚四氢呋喃多元醇。优选地，所述模塑聚氨酯层还包括一个增强材料。优选地，所述方法还包括一个步骤将包括下列反应成分的第二反应体系浇注或喷涂到所述设置于铁路路基上的模塑聚氨酯层的表面，以形成一个聚氨酯泡沫层，(2a) 一种或多种多异氰酸酯，所述多异氰酸酯可用通式R(NCO)n表示，其中R表示含2-18个碳原子的脂肪族烃基、或含6-15个碳原子的芳烃基、或含8-15个碳原子芳脂族烃基，η = 2-4 ；(2b) 一种或多种多元醇，所述多元醇的平均分子量为200-10000，官能度为2_6 ；(2c) 一种或多种扩链剂；和(2d)0-15wt. %的一种或多种发泡剂，以2b和2c的重量按IOOwt. %计。优选地，所述多元醇选自下列的一种或多种聚醚多元醇、聚酯多元醇、聚碳酸酯多元醇、聚己内酯多元醇、聚四氢呋喃多元醇。优选地，所述方法包括一个步骤将一个道碴垫层和/或一个排水层设置于所述铁路路基和所述模塑聚氨酯层之间。本发明的目的之二，在于提供一种聚氨酯铁路道床，包括一个铁路路基和一个模塑聚氨酯层，所述模塑聚氨酯层设置于铁路路基上，所述模塑聚氨酯层包括道碴和模塑聚氨酯泡沫，所述道碴分布在所述模塑聚氨酯泡沫中，所述模塑聚氨酯泡沫为包括下列组分的第一反应体系的反应产物(Ia) 一种或多种多异氰酸酯，所述多异氰酸酯可用通式R(NCO)n表示，其中R表示含2-18个碳原子的脂肪族烃基、或含6-15个碳原子的芳烃基、或含8-15个碳原子芳脂族烃基，η = 2-4 ；(Ib) 一种或多种多元醇，所述多元醇的平均分子量为100-10000，官能度为1_5 ；(Ic) 一种或多种扩链剂；和(Id)O. 3-15wt. %的一种或多种发泡剂，以Ib和Ic的重量按IOOwt. %if ；所述模塑聚氨酯层的密度为200_1200kg/m3，硬度为5Asker C-80Shore D，拉伸强度为 0. 3-60MPa。优选地，所述多元醇选自下列的一种或多种聚醚多元醇、聚酯多元醇、聚碳酸酯多元醇、聚己内酯多元醇、聚四氢呋喃多元醇。优选地，所述模塑聚氨酯层包括一个增强材料。优选地，所述聚氨酯铁路道床还包括一个聚氨酯泡沫层，所述聚氨酯泡沫层为包括下列反应成分的第二反应体系的反应产物(2a) 一种或多种多异氰酸酯，所述多异氰酸酯可用通式R(NCO)n表示，其中R表示含2-18个碳原子的脂肪族烃基、或含6-15个碳原子的芳烃基、或含8-15个碳原子芳脂族烃基，η = 2-4 ；(2b) 一种或多种多元醇，所述多元醇的平均分子量为200-10000，官能度为2_6 ；(2c) 一种或多种扩链剂；和
(2d)0-15wt. %的一种或多种发泡剂，以2b和2c的重量按IOOwt. %计。优选地，所述多元醇选自下列的一种或多种聚醚多元醇、聚酯多元醇、聚碳酸酯多元醇、聚己内酯多元醇、聚四氢呋喃多元醇。优选地，所述聚氨酯铁路道床还包括一个道碴垫层和/或排水层，所述道碴垫层和/或排水层设置于所述铁路路基和所述模塑聚氨酯层之间。优选地，所述排水层可以是一个排水垫，也可以是一个或多个横向或纵向的排水槽和/或排水沟。本发明的目的之三，在于提供一种本发明所提供的聚氨酯铁路道床在铁路设施中的应用。本发明的目的之四，在于提供一种铁路设施，所述铁路设施包括本发明提供的聚氨酯铁路道床，一段钢轨，多个轨枕，所述轨枕铺设在所述聚氨酯铁路道床上，所述钢轨铺设在所述轨枕上。根据本发明提供的方法，将一个预制的模塑聚氨酯层铺在铁路路基上，可以免去现场浇注聚氨酯方法对现场浇注环境的严格要求；其次，可以根据不同铁路道床的实际需要，制备不同密度和/或硬度的模塑聚氨酯层铺设在铁路路基上，从而实现某段铁路道床密度和/或硬度的精确递增或递减；进一步地，在将本发明提供的模塑聚氨酯层铺设在铁路路基上后，可以再于模塑聚氨酯层上浇注一个聚氨酯泡沫层，以便根据实际需要精确设置道床的高度和/或倾斜度。此外，还可以在铺设模塑聚氨酯层前，在铁路道床上预铺一个道碴垫层和/或排水层，进一步提高铁路道床的使用寿命和减振降噪效果。
附图是示例性而非限制性的。图1为根据本发明提供的一个实施例的聚氨酯铁路道床的横截面示意图。
具体实施例方式根据本发明提供的方法，将一个预制的模塑聚氨酯层铺在铁路路基上以得到一个模塑聚氨酯层道床，可以免去现场浇注聚氨酯方法对现场浇注环境的严格要求，即便铺设铁路路基的施工现场环境潮湿，也不必使用干燥设备预先干燥铁路道床。图1是根据本发明提供的一个实施例的聚氨酯铁路道床的横截面示意图。下面结合附图，进一步说明本发明。根据不同铁路道床的实际需要，可以将不同密度和/或硬度的模塑聚氨酯层20铺设在铁路路基10上。例如，由于高速铁路的无碴轨道刚性较高，当无碴轨道途经跨度较大的桥梁时，若列车通过的速度过快，可能会使桥梁因承受冲击力过大而造成损伤，因此，必须降低列车速度或在桥梁上铺设有碴道床，以减轻列车通过对桥梁产生的冲击力。当高速铁路经过桥梁之前，可以在铁路路基10上铺设本发明提供的模塑聚氨酯层20，该模塑聚氨酯层20的密度和/或硬度从无碴道床的高密度和/或高硬度向有碴道床的低密度和/或低硬度递减；当高速铁路经过桥梁之后，可以在铁路路基10上铺设本发明提供的模塑聚氨酯层20，该模塑聚氨酯层20的密度和/或硬度从有碴道床的低密度和/或低硬度向无碴道床的高密度和/或高硬度递增。通过这种方法可以根据实际需要精确地设置某段铁路道床的密度和/或硬度，减少铁路道床密度和/或硬度的突变，从而大大提高铁路运输的安全性。进一步地，在将本发明提供的模塑聚氨酯层20铺设在铁路路基10上后，可以再于模塑聚氨酯层20上浇注一个聚氨酯泡沫层30，以便根据实际需要精确设置铁路道床的高度和/或倾斜度。还可以在所述铁路路基10和所述模塑聚氨酯层20之间设置一个道碴垫层60和/ 或一个排水层70，进一步减小聚酯类聚氨酯在潮湿环境中的水解几率，提高铁路道床的使用寿命。根据实际需要，所述排水层70可以是一个排水垫，也可以是一个或多个横向或纵向的排水槽和/或排水沟。所述排水层70可用以进一步提高所述铁路道床的排水性能，减小聚酯类聚氨酯在潮湿环境中的水解几率，提高铁路道床的使用寿命。进一步地，本发明提供一种铁路设施，所述铁路设施包括本发明提供的聚氨酯铁路道床，一段钢轨(及扣件)50，多个轨枕40，所述轨枕40铺设在所述聚氨酯铁路道床上， 所述钢轨(及扣件)50铺设在所述轨枕40上。制备樽塑聚氨酯层的方法根据本发明提供的制备聚氨酯铁路道床的方法，将适量道碴置入模具，用振动器或压机将道碴压紧，至达到铁路有砟轨道相关要求后，将第一反应体系浇注到模具中，反应、发泡、固化成型，以得到一个模塑聚氨酯层。所述模具可以是现有技术中已有的用于制备模塑聚氨酯的模具，所述模具的材料，优选但不限于金属、环氧树脂。 所述第一反应体系，详见第一反应体系。在将第一反应体系浇注到模具中之前，还可以在模具底部铺设一个厚度为2_30mm 的排水垫和/或道碴垫。所述排水垫和/或道碴垫，优选但不限于基于橡胶的粒状压粘材料、基于橡胶的条状压粘材料、塑料。排水垫和道碴垫可以由相同材料构成，也可以由不同材料构成，例如， 道碴垫由橡胶垫构成，排水垫由塑料构成。根据实际需要，所述模塑聚氨酯层还包括一个增强材料。所述增强材料，优选但不限于加强纤维布、加强纤维丝、加强纤维毡、金属管、金属架、纤维增强塑料、聚合物和/或纤维复合材料；所述金属管，优选但不限于铁管、钢管；所述金属架，优选但不限于铁架、钢架、不锈钢架；所述纤维增强塑料(FRP)，优选但不限于纤维增强塑料(FRP)；所述聚合物/ 纤维复合材料，优选但不限于聚氨酯/纤维复合材料、环氧树脂/纤维复合材料、不饱和树脂/纤维复合材料、乙烯树脂/纤维复合材料。所述增强材料可以设置于所述模塑聚氨酯层外侧(其非限定性的例子为，将加强纤维布包裹于所述模塑聚氨酯层的外侧)，也可以设置于所述模塑聚氨酯层的内部(其非限定性的例子为，将加强纤维丝设置于所述模塑聚氨酯层的内部)。制备聚氨酯泡沬层的方法优选地，可以将第二反应体系浇注或喷涂在所述塑聚氨酯层的表面，以得到一个聚氨酯泡沫层。可以根据实际应用环境的需要，精确设置所述聚氨酯泡沫层的高度和/或倾斜度，藉此精确设置铁路道床的高度和/或倾斜度。所述第二反应体系，详见第二反应体系。
所述第二反应体系现场浇注或喷涂到所述设置于铁路路基上的模塑聚氨酯层的表面以得到所述聚氨酯泡沫层。如图1中，将第二反应体系现场浇注或喷涂到所述设置于铁路路基10上的模塑聚氨酯层20的表面以得到所述聚氨酯泡沫层30。在某些特殊情况下，可以适当减少所述模塑聚氨酯层的高度，并根据实际设置所述聚氨酯泡沫层的高度，以增加现场施工的灵活性。第一反应体系本发明所述的第一反应体系优选但不限于单组分、双组分或多组分的聚氨酯反应体系，特别优选双组分的聚氨酯反应体系。所述的双组分聚氨酯反应体系包括以异氰酸酯为主的Al组分和以多元醇为主的 Bl组分。所述Al组分包括一种或多种多异氰酸酯。所述多异氰酸酯可用通式R(NCO)n表示，其中R表示含2-18个碳原子的脂肪族烃基、含6-15个碳原子的芳烃基、含8-15个碳原子芳脂族烃基，η = 2-4。所述多异氰酸酯优选但不限于，乙烯基二异氰酸酯、四亚甲基1，4-二异氰酸酯、 己二异氰酸酯(HDI)、十二烷基1，2- 二异氰酸酯、环丁烷-1，3- 二异氰酸酯、环己烷-1， 3- 二异氰酸酯、环己烷-1，4- 二异氰酸酯、1-异氰酸酯基_3，3，5-三甲基-5-异氰酸酯基甲基环己烷、六氢甲苯-2，4- 二异氰酸酯、六氢苯基-1，3- 二异氰酸酯、六氢苯基-1，4- 二异氰酸酯、全氢化-二苯甲烷2，4_ 二异氰酸酯、全氢化-二苯甲烷4，4_ 二异氰酸酯、亚苯基1，3- 二异氰酸酯、亚苯基1，4- 二异氰酸酯、杜烯1，4- 二异氰酸酯、均二苯乙烯均二苯乙烯1，4- 二异氰酸酯、3，3- 二甲基4，4- 二苯基二异氰酸酯、甲苯-2，4- 二异氰酸酯(TDI)、 甲苯-2，6-二异氰酸酯(TDI)、二苯甲烷-2，4’_ 二异氰酸酯(MDI)、二苯甲烷-2，2’_ 二异氰酸酯(MDI)、二苯甲烷_4，4’ - 二异氰酸酯(MDI)、亚萘基-1，5-二异氰酸酯(NDI)、它们的异构体、它们与它们的异构体之间的混合物。所述多异氰酸酯，还包括用碳化二胺、脲基甲酸酯、或异氰酸酯改性所得的异氰酸酯，优选但不限于，二苯甲烷二异氰酸酯、碳化二胺改性的二苯甲烷二异氰酸酯、它们的异构体、它们与它们的异构体之间的混合物。所述多异氰酸酯，还可以选用异氰酸酯预聚物，所述的异氰酸酯预聚物及其制备方法在本领域是众所周知的。所述预聚物的NCO含量，优选但不限于3-31wt. %，优选 5-30wt. %，特别优选 8-29wt. %所述Bl组分包括(Ib)多元醇、(Ic)扩链剂、(Id)发泡剂。所述多元醇可以是一种多元醇或者多种多元醇的混合物。所述多元醇的平均分子量优选但不限于100-10000，特别优选150-6000 ；官能度优选但不限于1_6，特别优选2_4。所述多元醇，优选但不限于小分子多元醇、聚醚多元醇、聚酯多元醇、聚碳酸酯多元醇、聚四氢呋喃多元醇、它们的混合物。所述小分子多元醇，优选但不限于水、乙二醇、1，2-丙二醇、1，3-丙二醇、二甘醇、 三羟甲基丙烷、它们的混合物。所述聚醚多元醇可以通过已知的现有技术制备，所述的聚醚多元醇，可以通过已知的工艺过程制备，例如，在催化剂存在下，由烯烃氧化物与起始剂反应制得。所述的催化剂，优选但不限于，碱性氢氧化物、碱性醇盐、五氯化锑、氟化硼合乙醚、它们的混合物。所述的烯烃氧化物，优选但不限于，四氢呋喃、环氧乙烷、1，2_环氧丙烷、1，2_环氧丁烷、2，3_环氧丁烷、氧化苯乙烯、它们的混合物。所述的起始剂，优选但不限于，多羟基化合物，例如 水、乙二醇、1，2_丙二醇、1，3_丙二醇、二甘醇、三羟甲基丙烷、它们的混合物。所述聚醚多元醇的分子量为200-8000，优选500-6000，平均官能度为2_6，优选2_4。所述聚醚多元醇， 优选但不限于聚环氧丙烷多元醇、聚环氧乙烷多元醇、聚四氢呋喃多元醇、以及它们的混合物。所述聚酯多元醇，由二元羧酸或二元羧酸酐与多元醇反应制得。所述的二元羧酸， 优选但不限于，含2-12个碳原子的脂肪族羧酸，例如丁二酸、丙二酸、戊二酸、己二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸、十二烷基羧酸、顺丁烯二酸、反丁烯二酸、邻苯二甲酸、异酞酸、对苯二酸、它们的混合物。所述的二元酸酐，优选但不限于，邻苯二甲酸酐、四氯苯酐、马来酸酐、 它们的混合物。所述的多元醇，优选但不限于，乙二醇、二甘醇、1，2_丙二醇、1，3_丙二醇、 二丙二醇、1，3-甲基丙二醇、1，4-丁二醇、1，5-戊二醇、1，6-己二醇、新戊二醇、1，10-癸二醇、丙三醇、三羟甲基丙烷、它们的混合物。所述聚酯多元醇，还包括由内酯制备的聚酯多元醇。所述由内酯制备的聚酯多元醇，优选但不限于，ε-己内酯。所述聚碳酸酯多元醇，优选但不限于，聚碳酸酯二醇。所述的聚碳酸酯二醇，可以由二醇与二烃基或二芳基碳酸酯或光气反应制得。所述的二醇，优选但不限于，1，2-丙二醇、1，3-丙二醇、1，4- 丁二醇、1，5-戊二醇、1，6-己二醇、二甘醇、三聚甲醛二醇、它们的混合物。所述的二烃基或二芳基碳酸酯，优选但不限于，二苯基碳酸酯。所述聚四氢呋喃多元醇，分子量优选但不限于，200-4000，特别优选500-3000 ；官能度优选但不限于2-6，特别优选2-3。所述扩链剂，通常选用分子量小于800的含活泼氢原子化合物，优选分子量为 18-400的含活泼氢原子化合物。所述含活泼氢原子化合物，优选但不限于，烷基二醇、二亚烃基二元醇、聚烷基多元醇、它们的混合物，例如乙二醇、1，4- 丁二醇、1，6-己二醇、1， 7-庚二醇、1，8_辛二醇、1，9-壬二醇、1，10-癸二醇、二甘醇、二丙二醇、聚亚氧烷基乙二醇、它们的混合物。所述含活泼氢原子化合物，也可以包括其它接枝或不饱和的烷基二醇、 它们的混合物，例如1，2-丙二醇、2-甲基-1，3-丙二醇、2，2- 二甲基-1，3-丙二醇、2- 丁基-2-乙基-1，3-丙二醇、2- 丁烯-1，4- 二醇、2- 丁炔-1，4- 二醇、链烷醇胺、N-烷基二链烷醇胺如乙醇胺、2-丙醇胺、3-氨基-2，2-二甲基丙醇、N-甲基二乙醇胺、N-乙基二乙醇胺、 它们的混合物。所述含活泼氢原子化合物，还可以包括脂肪族胺、芳香族胺、它们的混合物， 例如1，2-乙二胺、1，3-丙二胺、1，4- 丁二胺、1，6-己二胺，异佛尔酮二胺、1，4-环己二胺、 N，N’ - 二乙基-苯基二胺、2，4- 二氨基甲苯、2，6- 二氨基甲苯、它们的混合物。所述扩链剂的用量为0-40wt. %，特别优选0-25wt. %，最优选0-20wt. %，以Bl的重量按IOOwt. %计。所述Bl组分还可以包括发泡剂和催化剂。所述发泡剂，通常选用水、卤代烃、烃类化合物、气体。所述卤代烃，优选但不限于， 一氯二氟代甲烷、二氯一氟代甲烷、二氯氟代甲烷、三氯氟代甲烷、它们的混合物。所述烃类化合物，优选但不限于，丁烷、戊烷、环戊烷、己烷、环己烷、庚烷、它们的混合物。所述气体， 优选但不限于，空气，二氧化碳、氮气、它们的混合物。所述发泡剂的用量为0. 3-15wt. %，以 Ib和Ic的重量按IOOwt. %计。所述催化剂，优选但不限于，胺类催化剂、有机金属催化剂、它们的混合物。所述的胺类催化剂，优选但不限于，三乙基胺、三丁基胺、三亚乙基二胺、N-乙基吗啉、N, N, N，， N，-四甲基-乙二胺、五甲基二亚乙基-三胺、N，N-甲基苯胺、N，N- 二甲基苯胺、它们的混合物。所述的有机金属催化剂，优选但不限于有机锡类化合物，例如乙酸锡(II)、辛酸锡 (II)、乙基己酸锡、月桂酸锡、二丁基氧化锡、二丁基二氯化锡、二丁基二乙酸锡、二丁基马来酸锡、二辛基二乙酸锡、它们的混合物。所述催化剂的用量为0. OOl-IOwt. %，以Ib和Ic 的重量按IOOwt. %计。本发明所提供的模塑聚氨酯层是第一反应体系的反应产物，所述反应的NCO指数为70-130，所述NCO指数的含义为所述模塑聚氨酯层的密度为200_1200kg/m3、拉伸强度为0. 3_60MPa，断裂伸长率为 5-750% ο所述模塑聚氨酯层的硬度由低到高涉及四个硬度单位(Asker C、Shore A、Shore B, Shore D)，所述模塑聚氨酯层的硬度为5Asker C-80Shore D。第二反应体系本发明所述的第二反应体系优选但不限于，单组分、双组分或多组分的聚氨酯反应体系，特别优选双组分的聚氨酯反应体系。所述的双组分聚氨酯反应体系包括以异氰酸酯为主的A2组分和以多元醇为主的 B2组分。所述A2组分包括一种或多种多异氰酸酯。所述多异氰酸酯可用通式R(NCO)n表示，其中R表示含2-18个碳原子的脂肪族烃基、含6-15个碳原子的芳烃基、含8-15个碳原子芳脂族烃基，η = 2-4。所述多异氰酸酯优选但不限于，乙烯基二异氰酸酯、四亚甲基1，4-二异氰酸酯、 己二异氰酸酯(HDI)、十二烷基1，2- 二异氰酸酯、环丁烷-1，3- 二异氰酸酯、环己烷-1， 3- 二异氰酸酯、环己烷-1，4- 二异氰酸酯、1-异氰酸酯基_3，3，5-三甲基-5-异氰酸酯基甲基环己烷、六氢甲苯-2，4- 二异氰酸酯、六氢苯基-1，3- 二异氰酸酯、六氢苯基-1，4- 二异氰酸酯、全氢化-二苯甲烷2，4_ 二异氰酸酯、全氢化-二苯甲烷4，4_ 二异氰酸酯、亚苯基1，3-二异氰酸酯、亚苯基1，4-二异氰酸酯、杜烯1，4-二异氰酸酯、均二苯乙烯均二苯乙烯1，4- 二异氰酸酯、3，3- 二甲基4，4- 二苯基二异氰酸酯、甲苯-2，4- 二异氰酸酯(TDI)、 甲苯-2，6-二异氰酸酯(TDI)、二苯甲烷-2，4’_ 二异氰酸酯(MDI)、二苯甲烷-2，2’_ 二异氰酸酯(MDI)、二苯甲烷_4，4’ - 二异氰酸酯(MDI)、亚萘基-1，5-二异氰酸酯(NDI)、它们的异构体、它们与它们的异构体之间的混合物。所述多异氰酸酯，还包括用碳化二胺、脲基甲酸酯、或异氰酸酯改性所得的异氰酸酯，优选但不限于，二苯甲烷二异氰酸酯、碳化二胺改性的二苯甲烷二异氰酸酯、它们的异构体、它们与它们的异构体之间的混合物。所述多异氰酸酯，还可以选用异氰酸酯预聚物，所述的异氰酸酯预聚物及其制备方法在本领域是众所周知的。所述预聚物的NCO含量，优选但不限于3-31wt. %，优选
105-30wt. %，特别优选 8_29wt. %所述B2组分包括(2b)多元醇、(2c)扩链剂、(2d)发泡剂。所述多元醇可以是一种多元醇或者多种多元醇的混合物。所述多元醇的平均分子量优选但不限于100-10000，特别优选150-2000 ；官能度优选但不限于1_5，特别优选2_3。所述多元醇，优选但不限于小分子多元醇、聚醚多元醇、聚酯多元醇、它们的混合物。所述小分子多元醇，优选但不限于水、乙二醇、1，2-丙二醇、1，3-丙二醇、二甘醇、 三羟甲基丙烷、它们的混合物。所述聚醚多元醇可以通过已知的现有技术制备，所述的聚醚多元醇，可以通过已知的工艺过程制备，例如，在催化剂存在下，由烯烃氧化物与起始剂反应制得。所述的催化剂，优选但不限于，碱性氢氧化物、碱性醇盐、五氯化锑、氟化硼合乙醚、它们的混合物。所述的烯烃氧化物，优选但不限于，四氢呋喃、环氧乙烷、1，2_环氧丙烷、1，2_环氧丁烷、2，3_环氧丁烷、氧化苯乙烯、它们的混合物。所述的起始剂，优选但不限于，多羟基化合物，例如 水、乙二醇、1，2_丙二醇、1，3_丙二醇、二甘醇、三羟甲基丙烷、它们的混合物。所述聚醚多元醇的分子量为200-8000，优选500-6000，平均官能度为2_6，优选2_4。所述聚醚多元醇， 优选但不限于聚环氧丙烷多元醇、聚环氧乙烷多元醇、聚四氢呋喃多元醇、以及它们的混合物。所述聚酯多元醇，由二元羧酸或二元羧酸酐与多元醇反应制得。所述的二元羧酸， 优选但不限于，含2-12个碳原子的脂肪族羧酸，例如丁二酸、丙二酸、戊二酸、己二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸、十二烷基羧酸、顺丁烯二酸、反丁烯二酸、邻苯二甲酸、异酞酸、对苯二酸、它们的混合物。所述的二元酸酐，优选但不限于，邻苯二甲酸酐、四氯苯酐、马来酸酐、 它们的混合物。所述的多元醇，优选但不限于，乙二醇、二甘醇、1，2_丙二醇、1，3_丙二醇、 二丙二醇、1，3-甲基丙二醇、1，4-丁二醇、1，5-戊二醇、1，6-己二醇、新戊二醇、1，10-癸二醇、丙三醇、三羟甲基丙烷、它们的混合物。所述聚酯多元醇，还包括由内酯制备的聚酯多元醇。所述由内酯制备的聚酯多元醇，优选但不限于，ε-己内酯。所述扩链剂，通常选用分子量小于800的含活泼氢原子化合物，优选分子量为 18-400的含活泼氢原子化合物。所述含活泼氢原子化合物，优选但不限于，烷基二醇、二亚烃基二元醇、聚烷基多元醇、它们的混合物，例如乙二醇、1，4- 丁二醇、1，6-己二醇、1， 7-庚二醇、1，8_辛二醇、1，9-壬二醇、1，10-癸二醇、二甘醇、二丙二醇、聚亚氧烷基乙二醇、它们的混合物。所述含活泼氢原子化合物，也可以包括其它接枝或不饱和的烷基二醇、 它们的混合物，例如1，2-丙二醇、2-甲基-1，3-丙二醇、2，2- 二甲基-1，3-丙二醇、2- 丁基-2-乙基-1，3-丙二醇、2- 丁烯-1，4- 二醇、2- 丁炔-1，4- 二醇、链烷醇胺、N-烷基二链烷醇胺如乙醇胺、2-丙醇胺、3-氨基-2，2-二甲基丙醇、N-甲基二乙醇胺、N-乙基二乙醇胺、 它们的混合物。所述含活泼氢原子化合物，还可以包括脂肪族胺、芳香族胺、它们的混合物， 例如1，2-乙二胺、1，3-丙二胺、1，4- 丁二胺、1，6-己二胺，异佛尔酮二胺、1，4-环己二胺、 N，N’ - 二乙基-苯基二胺、2，4- 二氨基甲苯、2，6- 二氨基甲苯、它们的混合物。所述扩链剂的用量为0-40wt. %，特别优选0-25wt. %，最优选0-20wt. %，以B2的重量按IOOwt. %计。所述B2组分还可以包括发泡剂和催化剂。所述发泡剂，通常选用水、卤代烃、烃类化合物、气体。所述卤代烃，优选但不限于，一氯二氟代甲烷、二氯一氟代甲烷、二氯氟代甲烷、三氯氟代甲烷、它们的混合物。所述烃类化合物，优选但不限于，丁烷、戊烷、环戊烷、己烷、环己烷、庚烷、它们的混合物。所述气体， 优选但不限于，空气，二氧化碳、氮气、它们的混合物。所述发泡剂的用量为0_15wt. %，以 2b和2c的重量按IOOwt. %计。所述催化剂，优选但不限于，胺类催化剂、有机金属催化剂、它们的混合物。所述的胺类催化剂，优选但不限于，三乙基胺、三丁基胺、三亚乙基二胺、N-乙基吗啉、N, N, N，， N’ -四甲基-乙二胺、五甲基二亚乙基-三胺、N，N-甲基苯胺、N，N-二甲基苯胺、它们的混合物。所述的有机金属催化剂，优选但不限于有机锡类化合物，例如乙酸锡(II)、辛酸锡 (II)、乙基己酸锡、月桂酸锡、二丁基氧化锡、二丁基二氯化锡、二丁基二乙酸锡、二丁基马来酸锡、二辛基二乙酸锡、它们的混合物。所述催化剂的用量为0. OOl-IOwt. %，以2b和2c 的重量按IOOwt. %计。本发明所提供的聚氨酯泡沫层是第二反应体系的反应产物，所述反应的NCO指数为70-130，所述NCO指数的含义为χ 100% X(%)= _所述聚氨酯泡沫层的密度为100_600kg/m3、硬度为10-80Shore Α、产品拉伸强度为0. Ι-lOMPa，断裂伸长率为30-750%，压缩强度(10% )为1. O-IOOOkPa0实施例本发明所公开的具体实施例和方法，其描述是示例性而非限制性的。卜.下f中提及的原料说明如下ARCOL 1362 聚醚型多元醇，羟值观，粘度1200mPa-s 25°C，可由拜耳材料科技有限公司购得。ARCOL 3553 聚醚型多元醇，羟值35，粘度900mPa · s 25°C，可由拜耳材料科技有限公司购得。Bayflex CE 8070 扩链剂，羟值1610，粘度20mPa · s 20°C，可由拜耳材料科技有限公司购得。Bayflex 12BX012 聚醚多元醇体系，羟值102，粘度1050mPa *s 25°C，可由拜耳材料科技有限公司购得。Baydur EF4006 聚醚多元醇体系，羟值300，粘度2000mPa 25°C，可由拜耳材料科技有限公司购得。Baydur EF4002 聚醚多元醇体系，羟值271，粘度2500mPa 25°C，可由拜耳材料科技有限公司购得。Baydur 69BD001 聚醚多元醇体系，羟值515，粘度1450mPa · s 25°C，可由拜耳材料科技有限公司购得。Baydur 79BD002 聚醚多元醇体系，羟值420，粘度HOOmPa · s 25°C，可由拜耳材料科技有限公司购得。Baydur EF 0801 聚醚多元醇体系，羟值370，可由拜耳材料科技有限公司购得。
Baydur 89BD001 聚醚多元醇体系，可由拜耳材料科技有限公司购得。Desmodur PF 异氰酸酯预聚物，NCO含量23. 0%，粘度600mPa · s 25，可由拜耳材料科技有限公司购得。Desmodur 20IK10 异氰酸酯预聚物，NCO 含量 28. 5%，粘度 3300mPa · s 25，可由拜耳材料科技有限公司购得。Desmodur 18IF19 异氰酸酯预聚物，NCO 含量 25. 0%，粘度 700mPa · s 25°C，可由拜耳材料科技有限公司购得。Desmodur 44P01 异氰酸酯预聚物，NCO 含量 29. 0%，粘度 140mPa · s 25°C，可由拜耳材料科技有限公司购得。Desmodur 0926 聚醚多元醇体系，可由拜耳材料科技有限公司购得。Desmodur 1506 异氰酸酯预聚物，NCO含量28. 3%，粘度125mPa · s 25°C，可由拜耳材料科技有限公司购得。Desmodur PU 1511L 多异氰酸酯，NCO 含量 31. 5%，粘度 120mPa · s 25°C，可由拜耳材料科技有限公司购得。Desmodur 44V10 多异氰酸酯，NCO 含量 31. 5%，粘度 120mPa · s25°C，可由拜耳材料科技有限公司购得。Desmophen 2003E 聚酯型多元醇，羟值56，粘度560mPa .s 75°C，可由拜耳材料科技有限公司购得。Dabco 33LV 叔胺型催化剂，可由空气化工产品有限公司购得。DABCO DC193 表面活性剂，可由空气化工产品有限公司购得。Hyperlite E-851 接枝型聚醚多元醇，羟值18. 5，白色高粘度液体，可由拜耳材料科技有限公司购得。Terathane 2000 聚四氢呋喃(PTMEG)，羟值 56，粘度 1200mPa · s 40，可由拜耳材料科技有限公司购得。HK 1250型常规高压浇注机可由Hennecke公司购得。H-XP3型常规高压喷涂机可由GRACO公司购得。PU20J-R/Y常规低压浇注发泡机可由浙江温州飞龙公司购得。下面，结合实施例进一步说明本发明。实施例1用HK 1250型常规高压浇注机，将第一反应体系的组分Desmodur 18IF19和 Bayflex 12BX012按表1_1所列用量注射入一个加有道碴、排水垫、结构增强材料的模具 (模具温度35-50°C )中，反应，发泡，固化，形成一个模塑聚氨酯层。所得模塑聚氨酯层的物理机械性能列于表1-1。表1-权利要求
1.一种制备聚氨酯铁路道床的方法，所述方法包括一个步骤将一个模塑聚氨酯层设置于铁路路基上，所述模塑聚氨酯层包括道碴和模塑聚氨酯泡沫，所述道碴分布在所述模塑聚氨酯泡沫中，所述模塑聚氨酯泡沫为包括下列组分的第一反应体系的反应产物(Ia) 一种或多种多异氰酸酯，所述多异氰酸酯可用通式R(NCO) η表示，其中R表示含 2-18个碳原子的脂肪族烃基、或含6-15个碳原子的芳烃基、或含8-15个碳原子芳脂族烃基，η = 2-4 ；(Ib) 一种或多种多元醇，所述多元醇的平均分子量为100-10000，官能度为1-5 ；(Ic) 一种或多种扩链剂；和(Id)O. 3-15wt. %的一种或多种发泡剂，以Ib和Ic的重量按IOOwt. %if ；所述模塑聚氨酯层的密度为200-1200kg/m3，硬度为5Asker C-SOShore D，拉伸强度为 0.3-60MPa。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多元醇选自下列的一种或多种聚醚多元醇、聚酯多元醇、聚碳酸酯多元醇、聚己内酯多元醇、聚四氢呋喃多元醇。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述模塑聚氨酯层还包括一个增强材料。
4.如权利要求1所述的方法，所述方法还包括一个步骤将包括下列反应成分的第二反应体系浇注或喷涂到所述设置于铁路路基上的模塑聚氨酯层的表面，以形成一个聚氨酯泡沫层，(2a) 一种或多种多异氰酸酯，所述多异氰酸酯可用通式R(NCO)n表示，其中R表示含 2-18个碳原子的脂肪族烃基、或含6-15个碳原子的芳烃基、或含8-15个碳原子芳脂族烃基，η = 2-4 ；(2b) 一种或多种多元醇，所述多元醇的平均分子量为200-10000，官能度为2-6 ；(2c) 一种或多种扩链剂；和(2d)0-15wt. %的一种或多种发泡剂，以沘和2c的重量按IOOwt. %计。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述多元醇选自下列的一种或多种聚醚多元醇、聚酯多元醇、聚碳酸酯多元醇、聚己内酯多元醇、聚四氢呋喃多元醇。
6.如权利要求1-5所述的方法，其特征在于，所述方法包括一个步骤将一个道碴垫层和/或一个排水层设置于所述铁路路基和所述模塑聚氨酯层之间。
7.一种聚氨酯铁路道床，包括一个铁路路基和一个模塑聚氨酯层，所述模塑聚氨酯层设置于铁路路基上，所述模塑聚氨酯层包括道碴和模塑聚氨酯泡沫，所述道碴分布在所述模塑聚氨酯泡沫中，所述模塑聚氨酯泡沫为包括下列组分的第一反应体系的反应产物(Ia) 一种或多种多异氰酸酯，所述多异氰酸酯可用通式R(NCO)n表示，其中R表示含 2-18个碳原子的脂肪族烃基、或含6-15个碳原子的芳烃基、或含8-15个碳原子芳脂族烃基，η = 2-4 ；(Ib) 一种或多种多元醇，所述多元醇的平均分子量为100-10000，官能度为1-5 ；(Ic) 一种或多种扩链剂；和(Id)O. 3-15wt. %的一种或多种发泡剂，以Ib和Ic的重量按IOOwt. %if ；所述模塑聚氨酯层的密度为200-1200kg/m3，硬度为5Asker C-SOShore D，拉伸强度为 0.3-60MPa。
8.如权利要求7所述的聚氨酯铁路道床，其特征在于，所述多元醇选自下列的一种或多种聚醚多元醇、聚酯多元醇、聚碳酸酯多元醇、聚己内酯多元醇、聚四氢呋喃多元醇。
9.如权利要求7所述的聚氨酯铁路道床，其特征在于，所述模塑聚氨酯层包括一个增强材料。
10.如权利要求7所述的聚氨酯铁路道床，其特征在于，所述聚氨酯铁路道床还包括一个聚氨酯泡沫层，所述聚氨酯泡沫层为包括下列反应成分的第二反应体系的反应产物(2a) 一种或多种多异氰酸酯，所述多异氰酸酯可用通式R(NCO)n表示，其中R表示含 2-18个碳原子的脂肪族烃基、或含6-15个碳原子的芳烃基、或含8-15个碳原子芳脂族烃基，η = 2-4 ；(2b) 一种或多种多元醇，所述多元醇的平均分子量为200-10000，官能度为2-6 ；(2c) 一种或多种扩链剂；和(2d)0-15wt. %的一种或多种发泡剂，以沘和2c的重量按IOOwt. %计。
11.如权利要求7所述的聚氨酯铁路道床，其特征在于，所述多元醇选自下列的一种或多种聚醚多元醇、聚酯多元醇、聚碳酸酯多元醇、聚己内酯多元醇、聚四氢呋喃多元醇。
12.如权利要求7所述的聚氨酯铁路道床，其特征在于，所述聚氨酯铁路道床还包括一个道碴垫层和/或一个排水层，所述道碴垫层和/或排水层设置于所述铁路路基和所述模塑聚氨酯层之间。
13.如权利要求7-12所述的聚氨酯铁路道床在铁路设施中的应用。
14.一种铁路设施，所述铁路设施包括一个如权利要求7-12所述的聚氨酯铁路道床， 一段钢轨，多个轨枕，所述轨枕铺设在所述聚氨酯铁路道床上，所述钢轨铺设在所述轨枕上。
全文摘要
本发明涉及一种聚氨酯铁路道床及其制备方法和包括该聚氨酯铁路道床的铁路设施。本发明提供的聚氨酯铁路道床包括一个铁路路基和一个模塑聚氨酯层，所述模塑聚氨酯层设置于铁路路基上。在铁路路基上铺设这种模塑聚氨酯层，可以免去现场浇注聚氨酯方法对现场浇注环境的严格要求，可以根据不同铁路道床的实际需要制备不同密度和/或硬度的模塑聚氨酯层铺设在铁路路基上。
文档编号E01B2/00GK102561114SQ20101059694
公开日2012年7月11日 申请日期2010年12月16日 优先权日2010年12月16日
发明者孙刚, 张晨曦, 沈怡, 赵辉 申请人:拜耳材料科技(中国)有限公司