本发明涉及一种无溶剂型单组份聚氨酯灌浆材料及其制备方法。
背景技术：
在现代建筑业中，大量化学灌浆材料被用作地基加固、隧道顶板支撑、施工阻水帷幕隔断、破裂堤坝修补等。聚氨酯灌浆材料是化学灌浆材料中的一种，因其性能优异，已成为目前化学灌浆材料中发展较快、应用较广的优秀品种之一。
聚氨酯灌浆材料有单组份和双组分之分。聚氨酯单组份灌浆材料是利用其高活性的-NCO基团与地基中渗出的水分作为另一组分进行反应凝胶固结的材料。聚氨酯单组份灌浆材料不仅保持了浆液的高渗透性能，又能和水迅速反应形成凝胶，没有废液产生。聚氨酯单组份灌浆材料具有操作方便，与水反应可生成二氧化碳，使灌浆材料在凝胶的过程中产生发泡作用，这样，对于聚氨酯灌浆材料会产生二次压力注浆作用，即它依靠外界压力注入地基，产生渗透，而当它与水反应，产生二氧化碳使体系发泡时，其发泡压力将会使物料产生二次压力，从而获得范围更为广大的浆液渗透，形成体积更大的不溶于水的聚氨酯-聚脲聚合物固结体。
为了降低组成浆料的聚氨酯预聚体的粘度，组分中通常会加入溶剂降低粘度，提高浆料在地基、建筑裂缝中的渗透能力。常见的溶剂有丙酮、二氯乙烷、二甲苯等。考虑到溶剂的挥发梯度和对环境的污染问题，现有技术开始研发无溶剂的聚氨酯灌浆材料。
中国专利申请CN103214823A公开了一种无溶剂型单组份聚氨酯灌浆材料，该聚氨酯灌浆材料旨在提高材料的弹性并且具有一定强度和一定伸长率，但该聚氨酯灌浆材料不具有较好的亲水性，堵水效果一般，与本发明的材料应用领域也不同。
因此，开发一种无溶剂型的且堵水效果佳的聚氨酯灌浆材料就成了本领域的重要课题。
技术实现要素：
本发明所解决的技术问题在于克服现有的溶剂型聚氨酯灌浆材料不环保、存在环境污染，以及现有的无溶剂型聚氨酯灌浆材料不能快速堵水的缺陷，提供了一种无溶剂型单组份聚氨酯灌浆材料及其制备方法。本发明的无溶剂型单组份聚氨酯灌浆材料亲水性好，遇水迅速反应，能快速堵水，具有较好的粘结性，其可与水反应形成韧性好的聚氨酯发泡体，可完全填充处理部位内部的微细缝隙处，例如伸缩缝，变形缝等，并且环保无污染。
本发明通过以下技术方案解决上述技术问题。
本发明提供了一种无溶剂型单组份聚氨酯灌浆材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)将亲水性聚醚多元醇与有机多异氰酸酯混合，反应聚合，得到聚氨酯预聚体；所述亲水性聚醚多元醇的官能度为2～3，数均分子量为8000～12000；
(2)将所述聚氨酯预聚体与表面活性剂、催化剂和增塑剂混合，即得。
步骤(1)中，所述亲水性聚醚多元醇为本领域常规使用的聚醚多元醇，只要其官能度在2～3范围内，数均分子量在8000～12000范围内即可。较佳地，所述亲水性聚醚多元醇为亲水性聚醚多元醇DJ-1、亲水性聚醚多元醇DJ-2、亲水性聚醚多元醇DJ-3和亲水性聚醚多元醇DJ-4中的一种或多种。所述亲水性聚醚多元醇DJ-1、DJ-2、DJ-3和DJ-4较佳地由上海东大化学有限公司提供。
步骤(1)中，所述亲水性聚醚多元醇较佳地经过脱水脱气处理。所述脱水脱气处理可按照本领域常规操作进行，一般在搅拌状态下，通过加热抽真空进行脱水脱气。所述脱水脱气的处理温度较佳地为98～102℃，所述脱水脱气的处理时间可为本领域常规时间，例如2～3小时。
步骤(1)中，所述有机多异氰酸酯为本领域常规使用的有机多异氰酸酯。较佳地，所述有机多异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯(TDI)和/或二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)。所述甲苯二异氰酸酯(TDI)可为本领域常规市售的各种规格的TDI，较佳地为烟台巨力精细化工股份有限公司生产的TDI-80。所述二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)可为本领域常规市售的各种规格的MDI，较佳地为烟台万华聚氨酯股份有限公司生产的MDI-50。
步骤(1)中，所述混合的温度可为本领域常规温度，较佳地为48～52℃。
步骤(1)中，所述反应的温度可为本领域中该类反应的常规温度，较佳地为75～85℃，更佳地为78～82℃。
步骤(1)中，所述反应的时间可为本领域中该类反应的常规时间，较佳地为2～3小时。
步骤(1)中，所述反应一般在本领域常规使用的玻璃反应釜中进行，所述玻璃反应釜一般配备有一搅拌器、一热电偶温度计和一干燥管，所述干燥管内填充有本领域常规使用的干燥剂，例如氯化钙。
步骤(1)中，所述聚氨酯预聚体的异氰酸酯基(-NCO)含量较佳地为14％～18％，所述百分比为异氰酸酯基的质量占聚氨酯预聚体总质量的百分比。
在本发明一较佳实施例中，所述聚氨酯预聚体的制备步骤如下：(1)在搅拌状态下，于98～102℃下，将亲水性聚醚多元醇抽真空脱水脱气处理2～3小时后，然后降温至48～52℃加入有机多异氰酸酯化合物，反应聚合得到聚氨酯预聚体。
步骤(2)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，所述表面活性剂为水溶性硅油。所述水溶性硅油为本领域常规使用的水溶性硅油，较佳地为水溶性硅油AK8805和/或8407。所述表面活性剂的用量较佳地为所述聚氨酯预聚体质量的0.5％～2％。
步骤(2)中，所述催化剂为本领域中该类反应常规使用的催化剂。较佳地，所述催化剂为叔胺类催化剂，所述叔胺类催化剂较佳地为双吗啉基二乙基醚和/或N-乙基吗啉。所述催化剂的用量较佳地为所述聚氨酯预聚体质量的0.5％～1％。
步骤(2)中，所述增塑剂为本领域常规使用的增塑剂。较佳地，所述增塑剂为邻苯二甲酸二乙酯和/或邻苯二甲酸二丁酯。所述增塑剂的用量较佳地为所述聚氨酯预聚体质量的5％～10％。
步骤(2)中，所述混合一般为搅拌混合。所述混合的温度可为本领域常规混合温度，较佳地为48～52℃。所述混合本领域技术人员均知晓为将各组分混合至均匀。
本发明还提供了上述制备方法制得的无溶剂型单组份聚氨酯灌浆材料。
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：
本发明的无溶剂型聚氨酯灌浆材料亲水性好，遇水迅速反应，能快速堵水，具有较好的粘结性，其可与水反应形成韧性好的聚氨酯发泡体，可完全填充处理部位内部的微细缝隙处，例如伸缩缝，变形缝等，并且环保无污染。
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。
下述实施例中，亲水性聚醚多元醇DJ-1、亲水性聚醚多元醇DJ-2、亲水性聚醚多元醇DJ-3和亲水性聚醚多元醇DJ-4均由上海东大化学有限公司提供，其官能度均为2～3，数均分子量均为8000～12000。甲苯二异氰酸酯TDI-80为烟台巨力精细化工股份有限公司提供。二苯基甲烷二异氰酸酯MDI-50为烟台万华聚氨酯股份有限公司提供。
下述实施中，反应均在一个装有搅拌器、热电偶温度计和氯化钙干燥管的玻璃反应釜内进行。
实施例1
一种无溶剂型单组份聚氨酯灌浆材料，其由如下制备方法制得：
(1)将100g亲水性聚醚多元醇DJ-1投入反应釜，升温至100℃，搅拌，抽真空脱水脱气3小时，降温至50℃，然后加入45g甲苯二异氰酸酯TDI-80，在80℃的反应温度下，反应聚合3小时，得到145聚氨酯预聚体；其中，亲水性聚醚多元醇DJ-1的官能度为3，数均分子量为12000；聚氨酯预聚体的-NCO含量为14.26％；
(2)降温到50℃，将步骤(1)所得聚氨酯预聚体与3g水溶性硅油AK8805、0.75g双吗啉基二乙基醚和15g邻苯二甲酸二乙酯充分搅拌混合均匀，即得。
实施例2
一种无溶剂型单组份聚氨酯灌浆材料，其由如下制备方法制得：
(1)将100g亲水性聚醚多元醇DJ-2投入反应釜，升温至102℃，搅拌，抽真空脱水脱气3小时，降温至52℃，然后加入100g二苯基甲烷二异氰酸酯MDI-50，在82℃的反应温度下，反应聚合3小时，得到200g聚氨酯预聚体；其中，亲水性聚醚多元醇DJ-2的官能度为2，数均分子量为8000；聚氨酯预聚体的-NCO含量为16.28％；
(2)降温到52℃，将步骤(1)所得聚氨酯预聚体与4g水溶性硅油8407、2gN-乙基吗啉和15g邻苯二甲酸二辛酯充分搅拌混合均匀，即得。
实施例3
一种无溶剂型单组份聚氨酯灌浆材料，其由如下制备方法制得：
(1)将100g亲水性聚醚多元醇DJ-3投入反应釜，升温至98℃，搅拌，抽真空脱水脱气3小时，降温至48℃，然后加入25g甲苯二异氰酸酯TDI-80和50g二苯基甲烷二异氰酸酯MDI-50，在78℃的反应温度下，反应聚合3小时，得到175g聚氨酯预聚体；其中，亲水性聚醚多元醇DJ-3的官能度为3，数均分子量为10000；聚氨酯预聚体的-NCO含量为15.78％；
(2)降温到48℃，将步骤(1)所得聚氨酯预聚体与0.75g水溶性硅油8407、0.75g水溶性硅油AK8805、1.2gN-乙基吗啉、6g邻苯二甲酸二乙酯和6g邻苯二甲酸二辛酯充分搅拌混合均匀，即得。
实施例4
一种无溶剂型单组份聚氨酯灌浆材料，其由如下制备方法制得：
(1)将100g亲水性聚醚多元醇DJ-4投入反应釜，升温至98℃，搅拌，抽真空脱水脱气3小时，降温至50℃，然后加入50g甲苯二异氰酸酯TDI-80，在80℃的反应温度下，反应聚合3小时，得到150g聚氨酯预聚体；其中，亲水性聚醚多元醇DJ-4的官能度为2，数均分子量为10000；聚氨酯预聚体的-NCO含量为15.53％；
(2)降温到50℃，将步骤(1)所得聚氨酯预聚体与1.5g水溶性硅油8407、0.7gN-乙基吗啉、0.75g双吗啉基二乙基醚和13g邻苯二甲酸二乙酯充分搅拌混合均匀，即得。
实施例5
一种无溶剂型单组份聚氨酯灌浆材料，其由如下制备方法制得：
(1)将50g亲水性聚醚多元醇DJ-3和50g亲水性聚醚多元醇DJ-4投入反应釜，升温至100℃，搅拌，抽真空脱水脱气3小时，降温至50℃，然后加入50g甲苯二异氰酸酯TDI-80，在80℃的反应温度下，反应聚合3小时，得到150g聚氨酯预聚体；其中，亲水性聚醚多元醇DJ-3的官能度为3，数均分子量为10000；亲水性聚醚多元醇DJ-4的官能度为2，数均分子量为10000；聚氨酯预聚体的-NCO含量为15.39％；
(2)降温到50℃，将步骤(1)所得聚氨酯预聚体与2.5g水溶性硅油8407、1.3gN-乙基吗啉和15g邻苯二甲酸二乙酯充分搅拌混合均匀，即得。
效果实施例
在25℃下，分别将实施例1～5的无溶剂型单组份聚氨酯灌浆材料与水按1:5的质量比混合搅拌5s，测试凝胶时间、粘度、保水性和遇水膨胀率，测试方法参照中华人民共和国建材行业标准JC/T2041-2010《聚氨酯灌浆材料》执行，测试结果如下表所示。