专利名称：一种疏水性聚氨酯灌浆材料及其制备方法
技术领域：
本发明提供一种疏水性聚氨酯灌浆材料及其制备方法。
背景技术：
聚氨酯灌浆材料是一种防渗、堵漏的高效材料，是把聚氨酯树脂应用于土木建筑工程中起加固、堵水、防渗作用的一种化学材料。聚氨酯灌浆材料是由异氰酸酯和多羟基聚醚反应而成的聚氨酯预聚体，与其他有关助剂共同组成的化学浆液。在灌浆过程中，把聚氨酯灌浆材料注入缝隙或疏松多孔性地基中时，预聚体的端异氰酸酯基与缝隙表面或者碎基材中的水分接触，发生扩链交联反应，最终在混凝土缝隙中或基材颗粒的孔隙间形成有一定强度的凝胶状固结体。聚氨酯固化物中含有大量的氨基甲酸酯基、脲基、醚基等极性基团，与混凝土缝隙表面以及土壤、矿物颗粒有强的粘接力，从而形成整体结构，起到了堵水和提高地基强度等作用。并且在相对封闭的灌浆体系中，反应放出的二氧化碳气体会产生很大的内压力，推动浆液向疏松地层的孔隙、裂缝深入扩散，使多孔性结构或裂缝完全被浆液所填充，增强了堵水效果。浆液膨胀受到限制越大，所形成的固结体越紧密，抗渗能力及压缩强度越高。聚氨酯化学灌浆材料可分为亲水性和疏水性两大类，这两类聚氨酯预聚体材料虽然都能用于防水、堵漏、地基加固，但两者也有差别。通常，亲水性聚氨酯灌浆材料亲水性好，包水量大，适用于潮湿裂缝的灌浆堵漏、动水地层的堵涌水、潮湿土质表面层的防护等；疏水性聚氨酯灌浆材料的固结体强度大，抗渗性好，多用于加固地基、防水堵漏兼备的工程。为了保证化学灌浆材料的粘度低，可灌性好的目的，往往需要加入一些有机溶剂，这容易造成化学灌浆材料闪点低，易燃烧，环保以及安全性能差等特点。近年来，在隧道、地铁等行业进行化学灌浆施工中，多次发生燃烧事故，其中有的是因为操作失误造成的。例如，在某隧道化灌施工现场附件，有人进行电焊作业，当储浆桶打翻后，就被引燃，发生燃烧事故，造成人员伤亡。聚氨酯灌浆材料是一种有机高分子材料，具有易燃性，因此，按照国家的法令和法规，聚氨酯材料的使用要达到一定的阻燃标准。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有聚氨酯灌浆材料闪点低、易燃烧的缺陷，提供一种疏水性聚氨酯灌浆材料的制备方法及其制得的疏水性聚氨酯灌浆材料。该制备方法制得的疏水性聚氨酯灌浆材料闪点高，具有很好的阻燃效果，给施工安全及环境保护提供了有力保证。本发明的目的之一是，提供一种疏水性聚氨酯灌浆材料的制备方法；
其原料包括:异氰酸酯、聚醚多元醇、阻燃型聚醚多元醇、有机共溶剂、缓聚剂、表面活性剂、催化剂、增塑剂和阻燃剂；其中，所述的异氰酸酯包括二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)和/或多亚甲基多苯基多异氰酸酯(PAPI);所述的聚醚多元醇包括官能度为2 4、数均分子量为30(Γ3000的聚醚多元醇；所述的阻燃型聚醚多元醇为官能度3、数均分子量为30(Γ600的聚醚多元醇；所述的有机共溶剂为二甘醇二甲醚、二甘醇二乙醚和乙二醇二乙醚中的一种或多种；所述的阻燃剂包括三(2-氯异丙基)磷酸酯、三(2-氯乙基)磷酸酯和三(2-氯丙基)磷酸酯中的一种或者多种；其步骤包括:(I)将聚醚多元醇和阻燃型聚醚多元醇进行脱水脱气处理，降温至35 45°C后加入异氰酸酯，在8(T85°C温度条件下反应2 3小时，制得聚氨酯预聚体，该聚氨酯预聚体的异氰酸酯含量(NC0%)为20 30% ；(2)加入有机共溶剂、缓聚剂、表面活性剂、催化剂、增塑剂和阻燃剂，搅拌均匀，即可。本发明中，较佳的，所述的聚醚多元醇为聚氧化丙烯多元醇；更佳的，所述的聚醚多元醇由上海东大化 学有限公司生产。本发明中，较佳的，所述的阻燃型聚醚多元醇为上海东大化学有限公司生产，其型号分别为DJ-21 (数均分子量为500的阻燃型聚醚多元醇)、DJ-22 (数均分子量为600的阻燃型聚醚多元醇)和DJ-23 (数均分子量为300的阻燃型聚醚多元醇)。本发明中，本领域技术人员均知:所述的聚氨酯预聚体原料中聚醚多元醇和异氰酸酯的添加量的质量比，以反应获得的聚氨酯预聚体中的异氰酸酯含量计算。本发明中，所述的阻燃型聚醚多元醇为本领域常规的阻燃型聚醚多元醇；较佳的，所述的阻燃型聚醚多元醇的添加量为所述的聚醚多元醇的20%以下，但不为O ;更佳的，所述的阻燃型聚醚多元醇的添加量为所述的聚醚多元醇的1(Γ20%;所述百分比为占聚醚多元醇的质量百分比。本发明中，所述的阻燃剂为本领域常规的阻燃剂；较佳的，所述的阻燃剂的添加量为所述的聚氨酯预聚体质量的2 10% ;所述百分比为占聚氨酯预聚体的质量百分比。本发明中，所述的有机共溶剂为本领域常规的有机共溶剂；较佳的，所述的有机共溶剂的添加量为所述聚氨酯预聚体质量的2 5% ;所述百分比为占聚氨酯预聚体的质量百分比。本发明中，所述的缓聚剂为本领域常规的缓聚剂；较佳的，所述的缓聚剂包括磷酸和/或苯甲酰氯；所述的缓聚剂的添加量为本领域常规的添加量，较佳的，所述的缓聚剂的添加量为占聚氨酯预聚体质量的200ppnT400ppm。本发明中，所述的表面活性剂为本领域常规的表面活性剂；较佳的，所述的表面活性剂包括水溶性硅油(即聚硅氧烷-多烷氧基醚共聚物)和/或吐温80 ;更佳的，所述的水溶性硅油为嵌段共聚物，进一步更佳的，所述的水溶性硅油的数均分子量范围为500-1000。本发明中，所述的表面活性剂的添加量为本领域常规的添加量，较佳的，所述的表面活性剂的添加量为预聚体的广4% ;所述百分比为占聚氨酯预聚体的质量百分比。本发明中，所述的催化剂为本领域常规的催化剂；较佳的，所述的催化剂包括叔胺类催化剂；更佳的，所述的叔胺类催化剂为三乙胺、三乙烯二胺、和二甲基苄胺中的一种或多种；所述的叔胺类催化剂的添加量为本领域常规的添加量，较佳的，所述的催化剂的添加量为占所述的聚氨酯预聚体质量的0.19Γ2% ;所述百分比为占聚氨酯预聚体的质量百分比。本发明中，所述的增塑剂为本领域常规的催化剂；较佳的，所述的增塑剂包括邻苯二甲酸二乙酯、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛酯中的一种或多种；所述的增塑剂的添加量为本领域常规添加量，较佳的，所述的增塑剂的添加量为所述聚氨酯预聚体质量的12 25% ;所述百分比为占聚氨酯预聚体的质量百分比。本发明中，所述的二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)为本领域常规的二苯基甲烷二异氰酸酯，较佳的为烟台万华聚氨酯股份有限公司生产，其型号为MD1-100 ;所述的多亚甲基多苯基多异氰酸酯(PAPI)为本领域常规的多亚甲基多苯基多异氰酸酯，较佳的为烟台万华聚氨酯股份有限公司生产，其型号为PM-200。步骤(I)中，较佳的，所述的异氰酸酯含量(NC0%)的测定方法为:①取IOmL氯苯-二正丁胺溶液置于锥形瓶中，向其中加入40mL无水酒精和3滴溴甲酚绿指示剂，用盐酸滴定混合溶液的颜色变淡黄色，计算耗用的盐酸体积Vs ；②称取适量样品置于锥形瓶中，取IOmL氯苯-二正丁胺溶液，待样品完全溶解后，加入40mL无水酒精，再加入3滴溴甲酚绿指示剂，用盐酸滴定至锥形瓶中混合溶液的颜色变为淡黄色，计算耗用的盐酸体积V。根据下列公式计算得出异氰酸根含量NC0%:
权利要求
1.一种疏水性聚氨酯灌浆材料的制备方法，其特征在于:其原料包括:异氰酸酯、聚醚多元醇、阻燃型聚醚多元醇、有机共溶剂、缓聚剂、表面活性剂、催化剂、增塑剂和阻燃剂； 其中，所述的异氰酸酯包括二苯基甲烷二异氰酸酯和/或多亚甲基多苯基多异氰酸酯；所述的聚醚多元醇包括官能度为2 4、数均分子量为30(Γ3000的聚醚多元醇；所述的阻燃型聚醚多元醇为官能度3、数均分子量为30(Γ600的聚醚多元醇； 所述的有机共溶剂为二甘醇二甲醚、二甘醇二乙醚和乙二醇二乙醚中的一种或多种；所述的阻燃剂包括三(2-氯异丙基)磷酸酯、三(2-氯乙基)磷酸酯和三(2-氯丙基)磷酸酯中的一种或者多种； 其步骤包括: (1)将聚醚多元醇和阻燃型聚醚多元醇进行脱水脱气处理，降温至35 45°C后加入异氰酸酯，在8(T85°C温度条件下反应2 3小时，制得聚氨酯预聚体，该聚氨酯预聚体的异氰酸酯含量NCO%为20 30% ； (2)加入有机共溶剂、缓聚剂、表面活性剂、催化剂、增塑剂和阻燃剂，搅拌均匀，即可。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于:所述的聚醚多元醇为聚氧化丙烯多元醇；较佳的，所述的聚醚多元醇由上海东大化学有限公司生产。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于:所述的阻燃型聚醚多元醇为上海东大化学有限公司生产，其型号分别为DJ-21、DJ-22和DJ-23。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于:所述的阻燃型聚醚多元醇的添加量为所述的聚醚多元 醇的20%以下，但不为O ;较佳的，所述的阻燃型聚醚多元醇的添加量为所述的聚醚多元醇的1(Γ20% ;所述百分比为占聚醚多元醇的质量百分比。
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于:所述的阻燃剂的添加量为所述的聚氨酯预聚体质量的2 10% ； 所述的有机共溶剂的添加量为所述聚氨酯预聚体质量的2 5% ； 所述的缓聚剂包括磷酸和/或苯甲酰氯；所述的缓聚剂的添加量为占聚氨酯预聚体质量的 200ppm 400ppm ； 所述的表面活性剂包括水溶性硅油和/或吐温80 ;较佳的，所述的水溶性硅油为嵌段共聚物，更佳的，所述的水溶性硅油的数均分子量范围为500-1000 ;较佳的，所述的表面活性剂的添加量为预聚体质量的广4% ; 所述的催化剂包括叔胺类催化剂；所述的叔胺类催化剂为三乙胺、三乙烯二胺和二甲基苄胺中的一种或多种；较佳的，所述的催化剂的添加量为占所述的聚氨酯预聚体质量的0.1% 2% ； 所述的增塑剂包括邻苯二甲酸二乙酯、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛酯中的一种或多种；较佳的，所述的增塑剂的添加量为所述聚氨酯预聚体质量的12 25% ;所述百分比为占聚氨酯预聚体的质量百分比。
6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于:所述的二苯基甲烷二异氰酸酯为烟台万华聚氨酯股份有限公司生产，其型号为MD1-100 ;所述的多亚甲基多苯基多异氰酸酯为烟台万华聚氨酯股份有限公司生产，其型号为PM-200。
7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于:步骤(I)中，所述的脱水脱气处理前，升温至100 120°C。
8.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于:步骤(I)中，所述的脱水脱气处理的时间为2小时 3小时。
9.一种如权利要求1-8中任一项所述的制备方法制得的疏水性聚氨酯灌浆材料。
10.如权利要求9所述的疏水性聚氨酯灌浆材料，其特征在于:其质量指标如下:固含量≥85wt% ;25°C下与5%水接触后的固化时间为兰800s ;25°C的粘度为兰IOOOmPa.s ;发泡率≥1000% ;抗压强度:≥6MPa ;氧指数:≥26。
全文摘要
本发明公开了一种疏水性聚氨酯灌浆材料及其制备方法。该制备方法为(1)将聚醚多元醇和阻燃型聚醚多元醇进行脱水脱气处理，降温至35~45℃后加入异氰酸酯，在80~85℃温度条件下反应2~3小时，制得聚氨酯预聚体，该聚氨酯预聚体的异氰酸酯含量NCO%为20~30%；(2)加入有机共溶剂、缓聚剂、表面活性剂、催化剂、增塑剂和阻燃剂，搅拌均匀，即可。本发明制得的疏水性聚氨酯灌浆材料阻燃性能好，阻燃效果可达B2级的标准，给施工安全及环境保护提供了有力保证。
文档编号C08G18/48GK103172824SQ201210576828
公开日2013年6月26日 申请日期2012年12月26日 优先权日2012年12月26日
发明者董建国, 马立青, 杜辉, 王振波, 于鹏程 申请人:上海东大化学有限公司