CN104559138A - 一种亲水型双组份灌浆堵漏材料 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种亲水型双组份灌浆堵漏材料，包括注浆体积比为1:1~5的组分A和组分B；组分A按照重量份数计包括如下物质：聚醚多元醇100份，增塑剂10-50份，异氰酸酯20-60份，催化剂0.05-0.3份，溶剂20-60份，缓凝剂0.01-0.05份<b>；</b>所述组分B按照重量份数计包括如下物质：水玻璃100份，交联剂2~5份，催化剂0.5~2份。本发明涉及的堵漏材料，除了具有可灌性好、凝胶速度快、包水量大、快速高效的防渗堵漏等性能外，还具有环保无污染、低成本和力学强度较佳的特点。该灌浆堵漏材料适合于各类水池、水塔、地下室等建筑物的灌封堵漏以及各类港口、码头、桥墩、大坝、水电站帷幕灌浆堵漏工程。

Description

一种亲水型双组份灌浆堵漏材料

技术领域

本发明涉及注浆及防水堵漏领域，尤其涉及一种高性能亲水型聚氨酯/水玻璃双组份灌浆堵漏材料及其制备方法。

背景技术

亲水性聚氨酯灌浆材料其分子链本身结构具有良好的亲水性，遇水后会先乳化分散，继而与水发生扩链、支化和交联反应，并吸收和包覆自身质量数倍乃至于数十倍的水，最终形成了具有一定强度的凝胶状固结体，在反应过程中水既是稀释剂又是固化剂，对水质的适应性较好，在淡水、海水、弱酸性水、弱碱性水中均能固化，发展潜力较大。然而传统的亲水性聚氨酯灌浆材料也存在许多不足之处，主要表现在吸水溶胀的凝胶体也会失水收缩，而收缩后的固结体再次遇水后若不能溶胀或溶胀率不足，则极有可能引发工程“复漏”；此外，由于传统的亲水性聚氨酯灌浆材料浆液中通常存在大量游离的甲苯二异氰酸酯以及有害有机溶剂等物质，在一些场合使用时会造成水质污染，存在环保问题。国内同行也正陆续推出新一代性能优异的聚氨酯灌浆材料，例如专利CN101613454公开了一种高闪点环保型的水溶性聚氨酯化学灌浆材料，摒弃了传统的丙酮等溶剂的使用，并以毒性较低、挥发性较小的二苯基甲烷二异氰酸酯代替毒性较大的甲苯二异氰酸酯制备合成出了环保型亲水性聚氨酯灌浆料。

水玻璃是化学注浆中使用最早的一种材料，水玻璃浆液在与一定的凝胶剂混合之后会产生反应，生成具有较强粘结性的硅胶，与土颗粒一起连成整体，从而对地层等结构起到了防渗和加固的作用，水玻璃浆液为溶液型浆材，其起始黏度低，可注性较好，浆材的来源较广，成本较低，对环境的毒副作用较小, 基本不会污染环境，由于综合性能优越，目前仍然是使用最为广泛的化学注浆材料之一，但也有它的不足之处，具体表现在固化时间不够稳定、可调节范围较小，固结体稳定性较差，导致该类浆材一般只应用于半永久性或临时的工程中。

发明内容

本发明旨在提供一种性能优异且绿色环保的亲水型双组份灌浆堵漏材料及其制备方法，所要解决的技术问题是通过分子设计与配方工艺优化，制备出具有低粘度、快凝胶、高包水等特点的聚氨酯预聚体浆液，将预聚体浆液与水玻璃浆液复配成双组份复合灌浆材料，既可节约成本并实现绿色环保，又可以发挥两者所长，优化浆液的堵水性能，实现快速高效的堵水目的。

本发明的具体技术方案如下：

一种亲水型双组份灌浆堵漏材料，包括注浆体积比为1:1~5的组分A和组分B；

所述组分A按照重量份数计包括如下物质：

聚醚多元醇100份，增塑剂10-50份，异氰酸酯20-60份，催化剂0.05-0.3份，溶剂20-60份，缓凝剂0.01-0.05份；

所述组分B按照重量份数计包括如下物质：

水玻璃100份，交联剂2~5份，催化剂0.5~2份。

组分A中所述聚醚多元醇由高分子量亲水性聚醚多元醇与低分子量亲水性聚醚多元醇按质量比为80:20~95:5混合而成；

所述的高分子量亲水性聚醚多元醇EO/PO质量比为95:5~75/25，分子量为6000-10000，官能度为2~4；

所述的低分子量亲水性聚醚多元醇为聚乙烯醇或聚四亚甲基醚链段，分子量为200~2000，官能度为2。采用上述高分子量亲水性聚醚多元醇和低分子量亲水性聚醚多元醇混合的目的在于调节体系包水性和交联度，分子量越大亲水性越好，交联度越高凝胶体强度越高。

本发明组分A中所述的增塑剂为业内常见增塑剂，如邻苯二甲酸二丁酯（DBP）、邻苯二甲酸二辛酯（DOP）、合成植物酯、氯化石蜡等。

为了使合成得预聚体性能最优，优选的组分A中所述异氰酸根含量为3~8%。

组分A中异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯。

组分A中异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯与液化二苯基甲烷二异氰酸酯或多苯基多甲基多异氰酸酯的混合物；其中甲苯二异氰酸酯的加入量为甲苯二异氰酸酯中异氰酸根与聚醚多元醇的羟基之间的摩尔比为1.5~2.5。使用甲苯二异氰酸酯时性能最优，但该物质游离时有剧毒；因此本发明采用甲苯二异氰酸酯与液化二苯基甲烷二异氰酸酯或多苯基多甲基多异氰酸酯复合使用可达到相同性能的同时且环保性更强。

当异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯与液化二苯基甲烷二异氰酸酯或多苯基多甲基多异氰酸酯的混合物时，其加料顺序较佳为：加入甲苯二异氰酸酯充分反应后，再向体系中加入液化二苯基甲烷二异氰酸酯。

组分A以及组分B中催化剂均选自选自2,2-双吗啉基二乙基醚、N,N-二甲基苄胺、三亚乙基二胺、三乙胺、辛酸亚锡、二月桂酸二丁基锡中的一种。

组分A中溶剂选自业内常用低毒或无毒类溶剂，如1,2-丙二醇碳酸酯、碳酸丙烯酯、三乙酸甘油酯、混合二元酸酯（包括丁二甲酸二甲酯、戊二甲酸二甲酯和己二甲酸二甲酯以及其任意比例的混合物）、二乙二醇二***、二乙二醇二甲醚等。

组分A中所述缓凝剂为业内常见的酸性物质，如无水磷酸、酒石酸、苯甲酰氯、苯磺酰氯等。

组分B中水玻璃中硅酸钠的质量分数为30~60%，硅酸钠的模数为1.5~3.5。

组分B中所述交联剂选自三乙醇胺、二乙烯三胺、间苯二胺、三乙烯四胺，N,N-二甲基对苯二胺，三羟甲基丙烷，丙三醇中的一种。采用上述物质作为交联剂的好处是：三官能度含活泼氢化合物，可提高凝胶体交联度和强度。

本发明还涉及上述亲水型双组份灌浆堵漏材料的制备方法，包括如下步骤：

（1）组分A的制备：将聚醚多元醇、增塑剂加入反应釜中，于110~120℃真空度为-0.08~-0.1MPa的条件下真空脱水2~3h，然后降温至60℃加入异氰酸酯反应3小时后，加入催化剂继续反应1小时，反应结束后，降温至50℃，加入溶剂、缓凝剂搅拌均匀后得到组份A；

（2）组分B的制备：将交联剂和催化剂溶于水玻璃溶液中，搅拌均匀后得到组份B。

灌浆堵水时将组分A和组分B按照1:1~5的体积比混合均匀后注浆。

本发明通过特殊结构聚氨酯预聚体的制备，将聚氨酯浆材（组分A）与水玻璃（组分B）结合，形成有机无机复合型双组份灌浆堵漏材料，在保留了聚氨酯灌浆优异性能的同时降低了其原料成本，并且由于聚氨酯浆液的发泡和凝胶反应以及水玻璃浆液与上述反应过程中生成的CO₂之间的硅化反应，不仅可以实现快速防渗堵漏的目的，还可以增加浆材力学性能。

本发明涉及的亲水型聚氨酯/水玻璃双组份灌浆堵漏材料，除了具有可灌性好、凝胶速度快、包水量大、快速高效的防渗堵漏等性能外，还具有环保无污染、低成本和力学强度较佳的特点。该灌浆堵漏材料的原料来源广泛，制备方法简单，施工方便，适合于各类水池、水塔、地下室等建筑物的灌封堵漏以及各类港口、码头、桥墩、大坝、水电站帷幕灌浆堵漏工程。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、低粘度：粘度较低，具有良好的可灌性；

2、高效堵水：综合堵水性能优良，凝胶快，包水性强等特点，遇水可迅速自乳化，生成不透水的凝胶体，实现堵水目的；

3、低成本和增强效果：以水玻璃浆液作为组份B，在大幅降低原料成本的同时，由于水玻璃组份与CO₂之间的硅化反应，生成了具有粘结性的硅酸，使得凝胶体的强度逐渐增加，提高堵水效率。

具体实施方式

以下结合具体实施例进一步说明本发明。

本发明实施例中各类原料和试剂均市售可得。

本发明所述的硅酸钠的模数是指水玻璃中SiO₂和Na₂O的摩尔比。

实施例1

（1）称取95g高亲水性聚醚多元醇（官能度3，分子量6000，EO/PO=75:25）、5g聚乙烯醇2000、10gDBP一起加入反应釜中，在真空度-0.08MPa，115℃条件下真空脱水2h；降温至60℃后，在氮气气氛下向反应釜中加入20g甲苯二异氰酸酯，反应3h；向反应釜中加入0.1g三乙胺继续反应1h，降温至50℃后，在氮气气氛下向反应釜中加入60g碳酸丙烯酯、0.02g苯磺酰氯，搅拌20min后出料，即得组分A。

（2）将0.5g辛酸亚锡、5g二乙烯三胺溶于100g水玻璃溶液（硅酸钠的质量分数为30%，硅酸钠的模数为3.5）中，得到组分B。

（3）将组分A与组分B按体积比1:5混合，制得亲水型聚氨酯/水玻璃复合水凝胶样品。

表1  实施例1组分A主要技术参数

表2  实施例1水凝胶主要技术参数

实施例2

（1）称取80g高亲水性聚醚多元醇（官能度3，分子量8200，EO/PO=80:20）、20g PTMEG1000、50g DOP一起加入反应釜中，在真空度-0.08MPa，115℃条件下真空脱水2h；降温至60℃后，在氮气气氛下向反应釜中加入9g甲苯二异氰酸酯，反应3h；保持60℃，在氮气气氛下向反应釜中加入31g 液化二苯基甲烷二异氰酸酯，继续反应1h；向反应釜中加入0.3g 二月桂酸二丁基锡继续反应1h，降温至50℃后，在氮气气氛下向反应釜中加入20g混合二元酸酯、0.05g无水磷酸，搅拌10~30min后出料，即得组分A。

（2）将2g三乙胺、2g三乙醇胺溶于100g水玻璃溶液（硅酸钠的质量分数为30%，硅酸钠的模数为3.5）中，得到组分B。

（3）将组分A与组分B按体积比1:3混合，制得亲水型聚氨酯/水玻璃复合水凝胶样品。

表3  实施例2组分A主要技术参数

表4  实施例2水凝胶主要技术参数

实施例3

（1）称取90g高亲水性聚醚多元醇（官能度3，分子量10000，EO/PO=95:5）、10g 聚乙烯醇200、30g DOP一起加入反应釜中，在真空度-0.08MPa，115℃条件下真空脱水2h；降温至60℃后，在氮气气氛下向反应釜中加入27.6g 甲苯二异氰酸酯，反应3h；保持60℃，在氮气气氛下向反应釜中加入33.4g 多苯基多亚甲基多异氰酸酯，继续反应1h；向反应釜中加入0.23g 2,2-双吗啉基二乙基醚继续反应1h，降温至50℃后，在氮气气氛下向反应釜中加入40g 1,2-丙二醇碳酸酯、0.03g酒石酸，搅拌10~30min后出料，即得组分A。

（2）将1g N,N-二甲基苄胺、4g间苯二胺溶于100g水玻璃溶液（硅酸钠的质量分数为60%，硅酸钠的模数为1.5）中，得到组分B。

（3）将组分A与组分B按体积比1:1混合，制得亲水型聚氨酯/水玻璃复合水凝胶样品。

表5  实施例3组分A主要技术参数

表6  实施例3水凝胶主要技术参数

实施例4

（1）称取90g高亲水性聚醚多元醇（官能度3，分子量8200，EO/PO=80:20）、10g PTMEG650、35g氯化石蜡一起加入反应釜中，在真空度-0.08MPa，115℃条件下真空脱水2h；降温至60℃后，在氮气气氛下向反应釜中11g甲苯二异氰酸酯，反应3h；保持60℃，在氮气气氛下向反应釜中加入9g 二苯甲烷二异氰酸酯，继续反应1h；向反应釜中加入0.19g辛酸亚锡继续反应1h，降温至50℃后，在氮气气氛下向反应容器中加入35g二乙二醇二***、0.02g无水磷酸，搅拌10~30min后出料，即得组分A。

（2）将1g三亚乙基二胺、4g三乙烯四胺溶于100g水玻璃溶液（硅酸钠的质量分数为35%，硅酸钠的模数为2）中，得到组分B。

（3）将组分A与组分B按体积比1:3混合，制得亲水型聚氨酯/水玻璃复合水凝胶。

表7  实施例4组分A主要技术参数

表8  实施例4水凝胶主要技术参数

对比例：如发明专利CN103360574A实施例一所示产品技术指标：粘度900mPa·s，包水性162s，凝胶时间105s。

表9 对比例产品主要技术参数

Claims (9)

1.一种亲水型双组份灌浆堵漏材料，其特征在于包括注浆体积比为1:1~5的组分A和组分B；

所述组分A按照重量份数计包括如下物质：

聚醚多元醇100份，增塑剂10-50份，异氰酸酯20-60份，催化剂0.05-0.3份，溶剂20-60份，缓凝剂0.01-0.05份；

所述组分B按照重量份数计包括如下物质：

水玻璃100份，交联剂2~5份，催化剂0.5~2份。

2.根据权利要求1所述的亲水型双组份灌浆堵漏材料，其特征在于组分A中所述聚醚多元醇由高分子量亲水性聚醚多元醇与低分子量亲水性聚醚多元醇按质量比为80:20~95:5混合而成；

所述的高分子量亲水性聚醚多元醇EO/PO质量比为95:5~75/25，分子量为6000-10000，官能度为2~4；

所述的低分子量亲水性聚醚多元醇为聚乙烯醇或聚四亚甲基醚链段，分子量为200~2000，官能度为2。

3.根据权利要求1所述的亲水型双组份灌浆堵漏材料，其特征在于组分A中所述异氰酸根含量为3~8%。

4.根据权利要求1或3的亲水型双组份灌浆堵漏材料，其特征在于组分A中异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯。

5.根据权利要求1或3的亲水型双组份灌浆堵漏材料，其特征在于组分A中异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯与液化二苯基甲烷二异氰酸酯或多苯基多甲基多异氰酸酯的混合物；其中甲苯二异氰酸酯的加入量为甲苯二异氰酸酯中异氰酸根与聚醚多元醇的羟基之间的摩尔比为1.5~2.5。

6.根据权利要求1所述的亲水型双组份灌浆堵漏材料，其特征在于组分A以及组分B中催化剂均选自选自2,2-双吗啉基二乙基醚、N,N-二甲基苄胺、三亚乙基二胺、三乙胺、辛酸亚锡、二月桂酸二丁基锡中的一种。

7.根据权利要求1所述的亲水型双组份灌浆堵漏材料，其特征在于组分B中水玻璃中硅酸钠的质量分数为30~60%，硅酸钠的模数为1.5~3.5。

8.根据权利要求1所述的亲水型双组份灌浆堵漏材料，其特征在于组分B中所述交联剂选自三乙醇胺、二乙烯三胺、间苯二胺、三乙烯四胺，N,N-二甲基对苯二胺，三羟甲基丙烷，丙三醇中的一种。

9.权利要求1至8任一项所述的亲水型双组份灌浆堵漏材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

（1）组分A的制备：将聚醚多元醇、增塑剂加入反应釜中，于110~120℃真空度为-0.08~-0.1MPa的条件下真空脱水2~3h，然后降温至60℃加入异氰酸酯反应3小时后，加入催化剂继续反应1小时，反应结束后，降温至50℃，加入溶剂、缓凝剂搅拌均匀后得到组份A；

（2）组分B的制备：将交联剂和催化剂溶于水玻璃溶液中，搅拌均匀后得到组份B。