CN103012712A

CN103012712A - 一种有机无机杂化改性聚氨酯化学注浆材料的制备方法

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Publication number: CN103012712A
Application number: CN2012105748560A
Authority: CN
Inventors: 宋彦波
Original assignee: HEBEI TONGCHENG TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: HEBEI TONGCHENG TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2012-12-25
Filing date: 2012-12-25
Publication date: 2013-04-03
Anticipated expiration: 2032-12-25
Also published as: CN103012712B

Abstract

本发明公开了一种有机无机杂化改性聚氨酯化学注浆材料的制备方法。它采用水溶性端异氰酸酯—聚醚预聚体与特种可发性酚醛树脂、表面活性剂，形成A组份；将无机硅酸盐溶液和胺类催化剂及有机锡类催化剂作为B组份，将A组份和B组份混合搅拌均匀即可；这种化学注浆材料，原材料来源广泛、成本低、性能稳定、粘度适宜、凝胶时间能准确控制、毒性化学成分含量低、阻燃性能良好、粘结强度高、结石率高、渗透性低、机械强度高、抗腐蚀老化性能好。

Description

一种有机无机杂化改性聚氨酯化学注浆材料的制备方法

技术领域

本发明涉及一种高分子注浆材料的制备方法，特别是一种有机无机杂化改性聚氨酯化学注浆材料的制备方法。

背景技术

目前的土木建筑工程，以混凝土结构占主导地位，混凝土结构由于外因素的作用不可避免地存在裂缝，或者在使用中出现裂缝，裂缝是混凝土结构物承载能力、耐久性及防水性降低的主要原因，因此，对裂缝的控制和处理至关重要，混凝土裂缝补修使用较多的方法是压力灌浆法，这就需要大量的灌浆材料 (高性能灌浆料的实验研究[J].山西建筑,2012,38(1): 110～111)；目前，用聚合物，如环氧树脂作为灌浆料来修补混凝土结构裂缝，一般可获得满意的结果，发现掺加适量的粉煤灰可增加浆体的稳定性，外加剂水玻璃可增加浆体的稳定性及结石率，但却使浆体的流动性降低，而外加剂氯化钙则对浆体的流动性有增强作用（聚合物改性特种水泥灌浆料的性能[J].建筑材料学报，2004,7(1):103～108）；有的人在酚醛树脂体系中添加8%聚氨酯预聚体，以酸做为固化剂制备泡沫，泡沫的冲击强度和压缩强度分别提高了50%和96.5%（酚醛树脂泡沫塑料增韧改性的研究[J].济南大学学报，2004,(18):243～245）；中国专利公开了一种聚氨酯/酚醛泡沫保温材料的制备方法，公开号：CN101565541A，公开日：2009.10.28，曾采用聚氨酯预聚物与碱性酚醛树脂双组份体系制备了新型泡沫材料，但是这些都不适合做加固灌浆料；此外，中国专利还公开了一种聚氨酯化学灌浆材料及制备方法，公开号：CN101220203A，公开日：2008.7.16，这种聚氨酯类灌浆料是单液灌浆，施工简单，操作方便，凝胶体无毒性，但其阻燃性能差，存在一定的火灾隐患。与以往的灌浆材料不同，本发明是采用聚氨酯预聚体与酚醛树脂混合反应得到的物料A，反应物料B是无机硅酸盐类，A料与B料可以良好反应，进行固化，酚醛树脂和硅酸盐本身具有很好的阻燃性，另外，固化物在受热炭化后，酚醛树脂和硅酸盐协同作用更易在表面形成炭化层，起到阻断氧气而阻燃的作用，并且这两种物料反应过程毒性小，成本低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有的高分子注浆材料制备方法的弊端，而提供一种有机无机杂化改性聚氨酯化学注浆材料的制备方法；首先，采用端异氰酸酯—聚醚预聚物与可发性酚醛树脂组成双组份体系A料；其次，无机硅酸盐溶液和胺类催化剂及有机锡类催化剂混合而成B料；再次，将A料与B料混合，经充分搅拌后得到性能稳定的新型灌浆料；该体系副反应少，反应容易控制，可以准确控制灌浆料的凝胶时间；A料中采用特种可发性酚醛树脂，解决了聚氨酯预聚物与体型酚醛树脂的相容性差的问题，并且该酚醛树脂与异氰酸酯基团反应速度平稳，与B料混合后所得灌浆料具有阻燃、机械强度高、抗腐蚀老化性能好的优良特征。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：这种有机无机杂化改性聚氨酯化学注浆材料的制备方法，其特点是：它通过下述三个步骤进行：

①称取16～17份特种可发性酚醛树脂、加入80～82份水溶性端异氰酸酯—聚醚预聚体中，并搅拌均匀，然后加入2～4份表面活性剂，继续搅拌均匀，形成A组份；

②称取96份特定模数的无机硅酸盐溶液，加入3份胺类催化剂及1份有机锡类催化剂，并搅拌均匀，形成B组份；

③将A组份和B组份混合并高速搅拌10～20s，注入构筑物裂隙中，常温反应固化，起到修补和加固构筑物的作用，整个反应过程在室温下25℃进行。

本发明解决其技术问题所采取的另一技术方案是：这种有机无机杂化改性聚氨酯化学注浆材料的制备方法，其步骤①中所述的特种可发性酚醛树脂为碱性可发性酚醛树脂，含水量为3.5～6.5%，温度为25℃时，粘度为900～1500mPa·s。

本发明解决其技术问题所采取的又一技术方案是：这种有机无机杂化改性聚氨酯化学注浆材料的制备方法，其步骤①中所述的水溶性端异氰酸酯—聚醚预聚体中所含的-NCO的质量与可发性酚醛树脂的质量比为1:0.8～1:0.9。

本发明解决其技术问题所采取的另一技术方案是：这种有机无机杂化改性聚氨酯化学注浆材料的制备方法，其步骤①中所述的表面活性剂为硅油DC-193或吐温80（TWEEN-80）。

本发明解决其技术问题所采取的又一技术方案是：这种有机无机杂化改性聚氨酯化学注浆材料的制备方法，其步骤①中所述的水溶性异氰酸酯—聚醚预聚体为聚醚多元醇与二苯甲烷二异氰酸酯MDI或甲苯二异氰酸酯TDI按一定比例用常规方法制备，-NCO基团含量为17.5～19.5%，温度为25℃时，粘度为200～240mPa·s。

本发明解决其技术问题所采取的另一技术方案是：这种有机无机杂化改性聚氨酯化学注浆材料的制备方法，其步骤②中所述的特定模数的无机硅酸盐溶液－硅酸钠或硅酸钾溶液，其模数为2.5～2.7。

本发明解决其技术问题所采取的又一技术方案是：这种有机无机杂化改性聚氨酯化学注浆材料的制备方法，其步骤②中所述的胺类催化剂为脂肪胺、脂环族胺、芳香族胺中的一种或几种混合物，包括：三乙烯二胺、三乙胺、二乙基哌嗪、二甲基吡啶、N,N-二甲基苄胺，有机锡催化剂为二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡。

本发明所提供的这种有机无机杂化改性聚氨酯化学注浆材料的制备方法，具有以下有益效果：

①由于在材料组份中引进了无机硅酸盐溶液，相比于目前常用的聚氨酯、环氧树脂及聚丙烯酸盐等高分子有机注浆材料，本发明所述的双液注浆材料可降低材料成本约35～40%。

②由于按具体注浆要求对MDI或TDI进行了改性，相比于聚氨酯材料，本发明材料的反应生成物，在降低毒性的同时，其阻燃性能和粘结强度、抗压强度、抗拉强度等力学性能也有较大提高，与目前常用的聚氨酯、环氧树脂、聚丙烯酸盐等高分子注浆材料相比具有更大的竞争力。

具体实施方式

特种可发性酚醛树脂（市售），含水量为3.5～6.5%，粘度为900～1500 mPa·s，温度为25℃，平均聚合度为2～3；端异氰酸酯聚醚预聚物（市售），-NCO基团含量为17.5～19.5%，粘度为200～240mPa·s，温度为25℃。

下述实施例中所述的份数均为质量份数。

实施例1

①容器中称取82份水溶性端异氰酸酯—聚醚预聚体，-NCO基团含量为17.5%，粘度为230mPa·s，温度为25℃，加入16份特种可发性酚醛树脂，其含水量为3.5%，粘度为1400mPa·s，温度为25℃，搅拌均匀后加入2份表面活性剂硅油DC-193，搅拌均匀，得到A组份；

②称取96份特定模数的无机硅酸盐溶液，加入3份三乙烯二胺及1份有二月桂酸二丁基锡，搅拌均匀，得到B组份；

③将A组份和B组份混合充分搅拌，搅拌时间为18s，在常温常压下固化，制得有机无机杂化改性聚氨酯化学注浆材料。

实施例2

①容器中称取80份水溶性端异氰酸酯—聚醚预聚体，-NCO基团含量为18.2%，粘度为220mPa·s，加入17份特种可发性酚醛树脂，含水量为4.8%，粘度为1200mPa·s，温度为25℃，搅拌均匀后加入3份表面活性剂吐温80（TWEEN-80），搅拌均匀，得到A组份；

②称取96份无机硅酸盐溶液，加入3份三乙胺及1份辛酸亚锡，搅拌均匀，得到B组份；

③将A组份和B组份混合充分搅拌，搅拌时间为24s，在常温常压下固化，制得有机无机杂化改性聚氨酯化学注浆材料。

实施例3

①容器中称取80份水溶性端异氰酸酯—聚醚预聚体，-NCO基团含量为19.2%，粘度为210mPa·s，加入16份特种可发性酚醛树脂，其含水量为5.3%，粘度为1380mPa·s，温度为25℃，搅拌均匀后加入4份表面活性剂吐温80（TWEEN-80），搅拌均匀，得到A组份；

②称取96份特定模数的无机硅酸盐溶液，加入3份N,N-二甲基苄胺及1份有二月桂酸二丁基锡，搅拌均匀，得到B组份；

③将A组份和B组份混合充分搅拌，搅拌时间为30s，在常温常压下固化，制得有机无机杂化改性聚氨酯化学注浆材料。

制取的有机无机杂化改性聚氨酯化学注浆材料，毒性化学含量低，粘度适宜，凝胶时间能准确控制，性能稳定，粘结强度≥2.5MPa，抗压强度≥45MPa ，阻燃性能良好，符合煤矿井下聚合物制品阻燃抗静电性通用试验方法和制定规则MT113-1995要求，并具有良好的抗腐蚀老化性能。

Claims

1.一种有机无机杂化改性聚氨酯化学注浆材料的制备方法，其特征在于：它通过下述三个步骤进行：

2.根据权利要求1所述的有机无机杂化改性聚氨酯化学注浆材料的制备方法，其特征在于：所述的特种可发性酚醛树脂为碱性可发性酚醛树脂，含水量为3.5～6.5%，温度为25℃时，粘度为900～1500mPa·s。

3.根据权利要求1所述的有机无机杂化改性聚氨酯化学注浆材料的制备方法，其特征在于：水溶性端异氰酸酯—聚醚预聚体中所含的-NCO的质量与可发性酚醛树脂的质量比为1:0.8～1:0.9。

4.根据权利要求1所述的有机无机杂化改性聚氨酯化学注浆材料的制备方法，其特征在于：所述的表面活性剂为硅油DC-193或吐温80。

5.根据权利要求1所述的有机无机杂化改性聚氨酯化学注浆材料的制备方法，其特征在于：所述的水溶性异氰酸酯—聚醚预聚体为聚醚多元醇与二苯甲烷二异氰酸酯MDI或甲苯二异氰酸酯TDI按一定比例用常规方法制备，-NCO基团含量为17.5～19.5%，温度为25℃时，粘度为200～240mPa·s。

6.根据权利要求1所述的有机无机杂化改性聚氨酯化学注浆材料的制备方法，其特征在于：所述的特定模数的无机硅酸盐溶液－硅酸钠或硅酸钾溶液，其模数为2.5～2.7。

7.根据权利要求1所述的有机无机杂化改性聚氨酯化学注浆材料的制备方法，其特征在于：所述的胺类催化剂为脂肪胺、脂环族胺、芳香族胺中的一种，或几种混合物，包括：三乙烯二胺、三乙胺、二乙基哌嗪、二甲基吡啶、N,N-二甲基苄胺，有机锡催化剂为二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡。