专利名称：单组分亲水型聚氨酯灌浆材料以及其原料和制备方法
技术领域：
本发明涉及一种主要用于地下工程的快速堵漏的材料技术领域，具体地说是一种 单组分亲水型聚氨酯灌浆材料以及其原料和制备方法。
背景技术：
聚氨酯灌浆材料是以多异氰酸酯和多元醇化合物为主要原料，并辅以其他助剂， 经过一定的工艺制备的用于防渗、堵漏、填充、加固等目的的溶液灌浆材料。作为聚氨酯灌 浆材料大家族中的一员，单组分水活性聚氨酯灌浆材料的特点是浆液能够遇水反应发泡固 结，在机械灌注压力和发泡产生的二氧化碳膨胀压力的驱使下，进入细微裂缝，依靠固结体 的填充和粘结作用迅速封堵渗漏通道，最终达到快速永久堵漏止水的目的。由于具有标本 兼治的优势，自上世纪60年代后期在日本诞生以来，经过近四十年的发展和推广，聚氨酯 灌浆材料在基础防渗、岩体加固和封堵渗漏水等方面获得了广泛应用，并在建筑工程渗漏 治理方面居于不可替代的位置。根据所用聚醚原料的亲(疏)水特性，国内通常将聚氨酯灌浆材料分为单组分亲 水型和单组分疏水型聚氨酯灌浆材料两大类。其中单组分亲水型聚氨酯灌浆材料由于具有 遇水反应速率快，可快速止水等优点而广为使用。长期以来，国内的亲水型聚氨酯灌浆材 料主要存在如下不足(1)普遍以高度致癌的甲苯二异氰酸酯(TDI)为主要原料，环保性欠 佳；( 广泛使用小分子有机物如苯类及酮类作溶剂以降低产品粘度，在进一步劣化产品 的环保性能的同时使施工现场劳动安全的风险大幅增加，并导致固结体的干缩继而发生复 漏。为降低亲水型聚氨酯灌浆材料环保方面的风险，可从原料和生产工艺两个方面入 手。中国发明专利CN101220203A公开了一种亲水型聚氨酯灌浆材料及其制备方法，其特 征是先用异氰酸酯化合物和聚醚多元醇反应形成端羟基预聚物，再将此预聚物和聚醚多元 醇、异氰酸酯化合物反应制备端异氰酸酯聚氨酯预聚物(即两步法)，再辅以丙酮或环己酮 为稀释剂，异氰酸酯化合物仍使用TDI。中国发明专利CN101613454A公开了一种高闪点环 保型的水溶性聚氨酯灌浆材料，其特征是以三官能度或四官能度、分子量5000 1000的亲 水性聚醚多元醇为原料，和TDI等异氰酸酯化合物一步反应形成端异氰酸酯预聚物(即一 步预聚法)，为降低预聚物粘度，使用了高闪点复合溶剂为稀释体系。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种单组分亲水型聚氨酯灌 浆材料的原料，其不含游离甲苯二异氰酸酯(TDI)，不使用小分子有机溶剂降低粘度，环保 性高，符合技术发展趋势。为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案单组分亲水型聚氨酯灌浆材料的原料，由下述组分组成端羟基聚醚 100重量份
异氰酸酯30 150重量份增塑剂10 60重量份泡沫稳定剂 1 4重量份。本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。前述的单组分亲水型聚氨酯灌浆材料，其中所述的异氰酸酯为二苯基甲烷_4， 4’ - 二异氰酸酯(MDI)或多亚甲基多苯基多异氰酸酯(PAPI)。本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。前述的单组分亲水型聚氨酯灌浆材料，其中所述的端羟基聚醚为二官能度和/或 三官能度的低分子量端羟基亲水性聚醚，分子量400 4000，羟值为20 300mgK0H/g。本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。前述的单组分亲水型聚氨酯灌浆材料，其中所述的端羟基聚醚由二官能度的低分 子量端羟基亲水性聚醚和三官能度的低分子量端羟基亲水性聚醚组成，其中三官能度的低 分子量端羟基亲水性聚醚占低分子量端羟基亲水性聚醚总重量的10 90%。本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。前述的单组分亲水型聚氨酯灌浆材料，其中所述三官能度的低分子量端羟基亲水 性聚醚为环氧乙烷和环氧丙烷共聚醚，其中环氧乙烷质量百分含量为20 90%。本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。前述的单组分亲水型聚氨酯灌浆材料，其中所述的增塑剂为邻苯二甲酸丁酯或邻 苯二甲酸辛酯。本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。前述的单组分亲水型聚氨酯灌浆材料，其中所述的泡沫稳定剂为聚烷基硅氧烷。本发明的另一目的在于，提供一种单组分亲水型聚氨酯灌浆材料，具有生产工艺 简单、遇水反应快速止水和具有更好环保性能等特点。其技术方案如下单组分亲水型聚氨酯灌浆材料，其是由上述的任一所述的原料制备而成。本发明的另一目的在于，提供一种上述任意一种单组分亲水型聚氨酯灌浆材料的 制备方法，本发明方法工艺简单，制备的产品环保，适用于多种场合，从而更加适于实用。其 技术方案如下单组分亲水型聚氨酯灌浆材料的制备方法，使用上述任一所述的原料，通过如下 步骤制备a.向带有真空减压蒸馏装置和搅拌器的反应釜内加入聚醚100重量份和增塑剂 10 60重量份，在温度100 120°C、压力不超过10001 的条件下减压脱水2 汕，再 在常压下逐步加入异氰酸酯30 150重量份，并通N2保护，反应温度为80 100°C，反应 2. 5 3. 5h，生成端异氰酸酯聚氨酯预聚物；b.将步骤a生成的端异氰酸酯聚氨酯预聚物冷却至30 50°C，再加入泡沫稳定 剂1 4重量份，搅拌均勻，即得到单组分亲水型聚氨酯灌浆材料。本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。前述的单组分亲水型聚氨酯灌浆材料，其中所述的端异氰酸酯聚氨酯预聚物的异 氰酸酯官能团含量(-NC0% )为3 15%。本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于(1)本发明的单组分亲水型聚氨酯灌浆材料的配方中不含游离甲苯二异氰酸酯 (TDI)，以二苯基甲烷-4，4’_ 二异氰酸酯(MDI)或多亚甲基多苯基多异氰酸酯(PAPI)为异 氰酸酯组分，环保性高，符合技术发展趋势。(2)本发明的单组分亲水型聚氨酯灌浆材料不使用小分子有机溶剂降低粘度，环 保性好、固结体收缩低，并可遇水反复溶胀。(3)本发明的单组分亲水型聚氨酯灌浆材料的制备工艺简单，易于生产。(4)本发明的单组分亲水型聚氨酯灌浆材料可采用单液注浆，施工简便。(5)本发明的单组分亲水型聚氨酯灌浆材料的材料性能可调范围较广，通过调节 预聚物端异氰酸酯官能团含量(-NC0% )调节浆液凝胶时间。
具体实施例方式下面结合具体实施例对本发明作进一步详细描述，但不作为对本发明的限定。实施例一单组分亲水型聚氨酯灌浆材料的原料，由下述组分组成聚醚505S (羟值 56. 3mgK0H/g, fn = 3)100 重量份液化MDI (-NC0%^ 31. 5% )51. 5 重量份邻苯二甲酸辛酯35重量份聚烷基硅氧烷1. 5重量份。单组分亲水型聚氨酯灌浆材料，其是由上述的原料制备而成。上述单组分亲水型聚氨酯灌浆材料的制备方法如下a.按上述配方将100重量份的端羟基聚醚和35重量份的增塑剂加入带有真空减 压蒸馏装置和搅拌器的反应釜内，在温度为100°c、压力800 的条件下脱水2.证，再在常 压下逐步加入56. 5重量份液化MDI，并通N2保护，反应温度为90°C，反应时间为3h，生成端 异氰酸酯聚氨酯预聚物，用盐酸-二正丁胺法检测-NC0%为8. 1% ；b.将步骤a生成的预聚物冷却至30°C，再加入聚烷基硅氧烷1. 5重量份，搅拌均 勻，即得到单组分亲水型聚氨酯灌浆材料，然后灌装，充氮、密封保存。以上实施例一获得的单组分亲水型聚氨酯灌浆材料的技术指标如下表1 表 权利要求
1.单组分亲水型聚氨酯灌浆材料的原料，其特征在于，其由下述组分组成端羟基聚醚 100重量份异氰酸酯 30 150重量份增塑剂10 60重量份泡沫稳定剂 1 4重量份。
2.根据权利1所述的单组分亲水型聚氨酯灌浆材料的原料，其特征在于，所述的异氰 酸酯为二苯基甲烷-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1所述的单组分亲水型聚氨酯灌浆材料的原料，其特征在于，所述的端羟 基聚醚为二官能度和/或三官能度的低分子量端羟基亲水性聚醚，分子量400 4000，羟值 为 20 300mgK0H/g。
4.根据权利3所述的单组分亲水型聚氨酯灌浆材料的原料，其特征在于，所述的端羟 基聚醚由二官能度的低分子量端羟基亲水性聚醚和三官能度的低分子量端羟基亲水性聚 醚组成，其中三官能度的低分子量端羟基亲水性聚醚占低分子量端羟基亲水性聚醚总重量 的10 90%。
5.根据权利3所述的单组分亲水型聚醚灌浆材料的原料，其特征在于，所述三官能度 的低分子量端羟基亲水性聚醚为环氧乙烷和环氧丙烷共聚醚，其中环氧乙烷质量百分含量 为20 90%。
6.根据权利1所述的单组分亲水型聚氨酯灌浆材料的原料，其特征在于，所述的增塑 剂为邻苯二甲酸丁酯或邻苯二甲酸辛酯。
7.根据权利1所述的单组分油溶性聚氨酯灌浆材料的原料，其特征在于，所述的泡沫 稳定剂为聚烷基硅氧烷。
8.单组分油溶性聚氨酯灌浆材料，其特征在于，其是由权利要求1-7的所述的任一原 料制备而成。
9.单组分亲水型聚氨酯灌浆材料的制备方法，其特征在于，使用权利要求1至8任一所 述的原料，通过如下步骤制备a.向带有真空减压蒸馏装置和搅拌器的反应釜内加入聚醚100重量份和增塑剂10 60重量份，在温度100 120°C、压力不超过10001 的条件下减压脱水2 3h，再在常压 下逐步加入异氰酸酯30 150重量份，并通N2保护，反应温度为80 100°C，反应2. 5 3. 5h，生成端异氰酸酯聚氨酯预聚物；b.将步骤a生成的预聚物冷却至30 50°C，再加入泡沫稳定剂1 4重量份，搅拌均 勻，即得到环保单组分亲水型聚氨酯灌浆材料，然后灌装，充氮、密封保存。
10.根据权利8所述的环保单组分亲水型聚氨酯灌浆材料的制备方法，其特征在于，所 述的端异氰酸酯聚氨酯预聚物其异氰酸酯官能团含量为3% 15%。
全文摘要
本发明公开了一种单组分亲水型聚氨酯灌浆材料以及其原料和制备方法，其中单组分亲水型聚氨酯灌浆材料的原料由下述组分组成端羟基聚醚100重量份；异氰酸酯30～150重量份；增塑剂10～60重量份；泡沫稳定剂1～4重量份。本发明的单组分亲水型聚氨酯灌浆材料，保持了现有亲水型聚氨酯灌浆材料单液注浆、遇水快速反应止水等特点，采用一步法预聚工艺、摒弃使用挥发性有机溶剂和容易残留的有害异氰酸酯化合物，在有效降低生产成本的同时提升了产品的环保性能。
文档编号C08G18/76GK102079863SQ20101059961
公开日2011年6月1日 申请日期2010年12月22日 优先权日2010年12月22日
发明者冷发光, 周庆, 张勇, 赵霄龙, 邵高峰, 霍胜旭 申请人:中国建筑科学研究院, 建研建材有限公司