本發(fā)明涉及一種單組份遇水發(fā)泡聚氨酯灌漿材料、制備方法及其應(yīng)用。

背景技術(shù)：

聚氨酯灌漿材料是把聚氨酯樹脂應(yīng)用于土木建筑工程中起加固、堵水、防滲作用的一種新材料。作為新型高分子有機(jī)無顆?？炷瘜W(xué)灌漿材料，聚氨酯灌漿材料是一種防滲、堵漏的高效材料。聚氨酯灌漿材料包括親水型聚氨酯灌漿材料和疏水型聚氨酯灌漿材料。

常規(guī)的親水性聚氨酯灌漿材料具有親水性好，遇水迅速反應(yīng)，生成具有一定彈性的固結(jié)體；包水量大，可達(dá)15-20倍等特點(diǎn)，起到了很好的快速堵水的效果，被廣泛應(yīng)用潮濕裂縫的堵漏、動水地層的堵涌水、潮濕地層的防護(hù)等領(lǐng)域。此材料在快速堵水方面的優(yōu)勢明顯，但隨著水分的蒸發(fā)，固結(jié)體會收縮，如果再次出現(xiàn)漏水的情況，二次堵水效果不理想，需要再次修復(fù)。一種親水性好，遇水迅速反應(yīng)，能再次吸水的親水性聚氨酯灌漿材料會大大的延長建筑物及工程的修復(fù)期，大大節(jié)約了工程的防水堵漏成本。因此，開發(fā)一種親水性好，遇水迅速反應(yīng)，能再次吸水的親水性聚氨酯灌漿材料是目前急需解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中聚氨酯灌漿材料隨著水分的蒸發(fā)，固結(jié)體會收縮，二次堵水效果不理想的缺陷而提供了一種單組份遇水發(fā)泡聚氨酯灌漿材料、制備方法及其應(yīng)用。本發(fā)明的單組份遇水發(fā)泡聚氨酯灌漿材料能快速堵水，遇水發(fā)泡，具有較好粘結(jié)性，可二次堵水，市場化前景好。

本發(fā)明提供了一種單組份遇水發(fā)泡聚氨酯灌漿材料的制備方法，其包括 以下步驟：

步驟1：將親水性聚醚多元醇與有機(jī)多異氰酸酯化合物進(jìn)行聚合反應(yīng)，得到聚氨酯預(yù)聚體；所述的親水性聚醚多元醇的官能度為3～4，數(shù)均分子量為5000～7000；

步驟2：將步驟1得到的聚氨酯預(yù)聚體與有機(jī)共溶劑、表面活性劑、催化劑、增塑劑，攪拌混合，得到單組份遇水發(fā)泡聚氨酯灌漿材料即可。

步驟1中，所述的親水性聚醚多元醇優(yōu)選親水性聚醚多元醇DJ-11、親水性聚醚多元醇DJ-12、親水性聚醚多元醇DJ-21和親水性聚醚多元醇DJ-22中的一種或多種。所述的親水性聚醚多元醇DJ-11、親水性聚醚多元醇DJ-12、親水性聚醚多元醇DJ-21和親水性聚醚多元醇DJ-22生產(chǎn)廠家優(yōu)選上海東大化學(xué)有限公司。

步驟1中，所述的有機(jī)多異氰酸酯化合物可以為本領(lǐng)域中該類聚合反應(yīng)的常規(guī)有機(jī)多異氰酸酯化合物，優(yōu)選甲苯二異氰酸酯和/或二苯基甲烷二異氰酸酯。所述二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)，可以為本領(lǐng)域中常規(guī)市售的各種規(guī)格的二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)，優(yōu)選MDI-50。所述的MDI-50的生產(chǎn)廠家優(yōu)選煙臺萬華聚氨酯股份有限公司。所述的甲苯二異氰酸酯(TDI)，可以為本領(lǐng)域中常規(guī)市售的各種規(guī)格的甲苯二異氰酸酯(TDI)，本發(fā)明優(yōu)選TDI-80，所述的TDI-80的生產(chǎn)廠家優(yōu)選煙臺巨力精細(xì)化工股份有限公司。

步驟1中，所述的親水性聚醚多元醇優(yōu)選經(jīng)過脫水脫氣處理。所述的脫水脫氣處理可以采用本領(lǐng)域中該類操作的常規(guī)方法，所述的脫水脫氣處理的時(shí)間優(yōu)選2小時(shí)～3小時(shí)。所述的脫水脫氣處理的溫度優(yōu)選98℃～102℃。所述的脫水脫氣處理的壓強(qiáng)優(yōu)選大于0.1Mpa。

步驟1中，所述的聚合反應(yīng)的溫度可以采用本領(lǐng)域中該類聚合反應(yīng)的常規(guī)溫度，優(yōu)選75℃～85℃，進(jìn)一步優(yōu)選78℃～82℃。

步驟1中，所述的聚合反應(yīng)的時(shí)間可以采用本領(lǐng)域中的常規(guī)監(jiān)測方法進(jìn)行監(jiān)測，一般以-NCO％含量達(dá)到10％～14％為反應(yīng)終點(diǎn)，所述的聚合反應(yīng)的 時(shí)間優(yōu)選2小時(shí)～3小時(shí)。

步驟1中，所述的聚氨酯預(yù)聚體的-NCO％含量為10％～14％，所述的百分比是指異氰酸酯基的質(zhì)量占聚氨酯預(yù)聚體總質(zhì)量的百分比。

步驟1優(yōu)選采用以下步驟：98℃～102℃、真空度大于0.1MPa下，將親水性聚醚多元醇進(jìn)行脫水脫氣處理2小時(shí)～3小時(shí)后，降溫至48℃～52℃加入有機(jī)多異氰酸酯化合物進(jìn)行聚合反應(yīng)得到聚氨酯預(yù)聚體。

步驟2中，所述的有機(jī)共溶劑可以為本領(lǐng)域中該類反應(yīng)的常規(guī)有機(jī)共溶劑，優(yōu)選酮類溶劑，所述的酮類溶劑優(yōu)選丙酮和/或丁酮。

步驟2中，所述的有機(jī)共溶劑的用量優(yōu)選為所述的步驟1得到的聚氨酯預(yù)聚體的10％～15％，例如10.5％、10.3％、12.0％或14.7％。

步驟2中，所述的表面活性劑可以為本領(lǐng)域中該類反應(yīng)的常規(guī)表面活性劑，優(yōu)選水溶性硅油和/或吐溫80。

步驟2中，所述的表面活性劑的用量優(yōu)選為所述的步驟1得到的聚氨酯預(yù)聚體的1％～3％，例如1.1％、2％、1.7％、2.8％或1.3％。

步驟2中，所述的催化劑可以為本領(lǐng)域中該類反應(yīng)的常規(guī)催化劑，優(yōu)選嗎啉類催化劑，所述的嗎啉類催化劑優(yōu)選N-甲基嗎啉和/或N-乙基嗎啉。

步驟2中，所述的催化劑的用量優(yōu)選為所述的步驟1得到的聚氨酯預(yù)聚體的0.1％～0.5％，例如0.11％、0.30％、0.34％或0.44％。

步驟2中，所述的增塑劑可以為本領(lǐng)域中該類反應(yīng)的常規(guī)增塑劑，優(yōu)選鄰苯二甲酸二乙酯和/或鄰苯二甲酸二丁酯。

步驟2中，所述增塑劑的用量優(yōu)選為所述的步驟1得到的聚氨酯預(yù)聚體的5％～10％，例如5.3％、8.0％、9.4％或9.0％。

步驟2中，所述的攪拌混合可以采用本領(lǐng)域中該類操作的常規(guī)方法，所述的攪拌混合的速度優(yōu)選60轉(zhuǎn)/分～80轉(zhuǎn)/分，例如70轉(zhuǎn)/分或75轉(zhuǎn)/分。所述的攪拌混合的溫度優(yōu)選45℃～55℃，進(jìn)一步優(yōu)選48℃～52℃。所述的攪拌混合的時(shí)間優(yōu)選30分鐘～1小時(shí)，例如35分鐘、40分鐘或45分鐘。

本發(fā)明還提供了上述制備方法制得的單組份遇水發(fā)泡聚氨酯灌漿材料。

本發(fā)明還提供了所述的單組份遇水發(fā)泡聚氨酯灌漿材料作為加固、堵水或防滲材料的應(yīng)用。

在不違背本領(lǐng)域常識的基礎(chǔ)上，上述各優(yōu)選條件，可任意組合，即得本發(fā)明各較佳實(shí)例。

本發(fā)明所用試劑和原料均市售可得。

本發(fā)明的積極進(jìn)步效果在于：本發(fā)明的聚氨酯灌漿材料遇水反應(yīng)后形成具有彈性的泡沫，水分揮發(fā)后，自然收縮到一定程度后，泡沫體仍然完好，再次遇水后會吸水膨脹，達(dá)到二次堵水的效果。本發(fā)明的聚氨酯灌漿材料能快速堵水，遇水發(fā)泡，具有較好粘結(jié)性，可二次堵水，市場化前景好。

具體實(shí)施方式

下面通過實(shí)施例的方式進(jìn)一步說明本發(fā)明，但并不因此將本發(fā)明限制在所述的實(shí)施例范圍之中。下列實(shí)施例中未注明具體條件的實(shí)驗(yàn)方法，按照常規(guī)方法和條件，或按照商品說明書選擇。

下列實(shí)施例中，甲苯二異氰酸酯(TDI)為煙臺巨力精細(xì)化工股份有限公司的TDI-80。二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)為煙臺萬華聚氨酯股份有限公司的MDI-50。親水性聚醚多元醇DJ-11、親水性聚醚多元醇DJ-12、親水性聚醚多元醇DJ-21和親水性聚醚多元醇DJ-22為上海東大化學(xué)有限公司生產(chǎn)。

實(shí)施例中性質(zhì)測試參考國家建材行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《聚氨酯灌漿材料》JC/2041-2010。

以下實(shí)施例中各組分重量單位為g。

實(shí)施例1：

TDI-80：33g

親水性聚醚多元醇DJ-11：100g

丙酮：14g

吐溫80：1.5g

N-甲基嗎啉：0.14g

鄰苯二甲酸二乙酯：7g

反應(yīng)在一個(gè)裝有攪拌器、熱電偶溫度計(jì)和氯化鈣干燥管的玻璃反應(yīng)釜內(nèi)進(jìn)行。將親水性聚醚多元醇DJ-11、100g(數(shù)均分子量為5000的三元醇)投入反應(yīng)釜，升至100±2℃，攪拌，抽真空(真空度大于0.1MPa)脫水脫氣3小時(shí)，降溫至50±2℃，后加TDI-80 33g，在80±2℃的反應(yīng)溫度下，反應(yīng)3小時(shí)，降溫到50±2℃后按配方量加入丙酮、吐溫80、N-甲基嗎啉、鄰苯二甲酸二乙酯將各組分充分?jǐn)嚢杌旌?攪拌混合的速度為60轉(zhuǎn)/分)30分鐘即可得到聚氨酯灌漿材料。其性質(zhì)如下：固含量(％)：91％；起發(fā)時(shí)間(按料：水質(zhì)量比＝1:1攪拌10s起發(fā)時(shí)間/25℃)：5s；粘度(25℃)：260mPa·s；發(fā)泡率：520％；放置一周后(保持室溫25℃)遇水膨脹率：120％。

實(shí)施例2：

MDI-50：80g

親水性聚醚多元醇DJ-12：100g

丁酮：27g

水溶性硅油：5g

N-甲基嗎啉：0.9g

鄰苯二甲酸二辛酯：18g

反應(yīng)在一個(gè)裝有攪拌器、熱電偶溫度計(jì)和氯化鈣干燥管的玻璃反應(yīng)釜內(nèi)進(jìn)行。將親水性聚醚多元醇DJ-12100g(數(shù)均分子量為7000的三元醇)投入反應(yīng)釜，升至100±2℃，攪拌，抽真空脫水脫氣3小時(shí)，降溫至50±2℃，后加MDI-50 80g，在80±2℃的反應(yīng)溫度下，反應(yīng)3小時(shí)，降溫到50±2℃后按配方量加入丁酮、水溶性硅油、N-甲基嗎啉、鄰苯二甲酸二辛酯將各組分充分?jǐn)嚢杌旌?攪拌混合的速度為80轉(zhuǎn)/分)40分鐘即可得到聚氨酯灌漿材料。其性質(zhì)如下：固含量(％)：88％；起發(fā)時(shí)間(按料：水＝1:1攪拌10s起發(fā)時(shí)間/25℃)：7s；粘度(25℃)：230mPa·s；發(fā)泡率：750％；放置一周后(保持室溫25℃)遇水膨脹率：170％。

實(shí)施例3：

TDI-80：25g

MDI-50：25g

親水性聚醚多元醇DJ-21：100g

丙酮：8g

丁酮：10g

吐溫80：3g

N-乙基嗎啉：0.45g

鄰苯二甲酸二乙酯：8g

鄰苯二甲酸二辛酯：4g

反應(yīng)在一個(gè)裝有攪拌器、熱電偶溫度計(jì)和氯化鈣干燥管的玻璃反應(yīng)釜內(nèi)進(jìn)行。將親水性聚醚DJ-21 100g(數(shù)均分子量為5000的四元醇)投入反應(yīng)釜，升至100±2℃，攪拌，抽真空脫水脫氣3小時(shí)，降溫至50±2℃，后加TDI-80 25g，MDI-50 25g，在80±2℃的反應(yīng)溫度下，反應(yīng)3小時(shí)，降溫到50±2℃后按配方量加入丙酮、丁酮、吐溫80、N-乙基嗎啉、鄰苯二甲酸二乙酯、鄰苯二甲酸二辛酯將各組分充分?jǐn)嚢杌旌?攪拌混合的速度為75轉(zhuǎn)/分)35分鐘即可得到聚氨酯灌漿材料。其性質(zhì)如下：固含量(％)：90％；起發(fā)時(shí)間(按料：水＝1:1攪拌10s起發(fā)時(shí)間/25℃)：8s；粘度(25℃)：240mPa·s；發(fā)泡率：600％；放置一周后(保持室溫25℃)遇水膨脹率：150％；

實(shí)施例4：

TDI-80：45g

親水性聚醚DJ-22：100g

丙酮：15g

吐溫80：1g

水溶性硅油：1.5g

N-甲基嗎啉：0.5g

鄰苯二甲酸二乙酯：13g

反應(yīng)在一個(gè)裝有攪拌器、熱電偶溫度計(jì)和氯化鈣干燥管的玻璃反應(yīng)釜內(nèi)進(jìn)行。將親水性聚醚DJ-22100g(數(shù)均分子量為7000的四元醇)投入反應(yīng)釜，升至100±2℃，攪拌，抽真空脫水脫氣3小時(shí)，降溫至50±2℃，后加TDI-80 45g，在80±2℃的反應(yīng)溫度下，反應(yīng)3小時(shí)，降溫到50±2℃后按配方量加入丙酮、吐溫80、水溶性硅油、N-甲基嗎啉、鄰苯二甲酸二乙酯將各組分充分?jǐn)嚢杌旌?攪拌混合的速度為70轉(zhuǎn)/分)30分鐘即可得到聚氨酯灌漿材料。其性質(zhì)如下：固含量(％)：91％；起發(fā)時(shí)間(按料：水＝1:1攪拌10s起發(fā)時(shí)間/25℃)：7s；粘度(25℃)：270mPa·s；發(fā)泡率：580％；放置一周后(保持室溫25℃)遇水膨脹率：140％；

實(shí)施例5：

TDI-80：50g

親水性聚醚DJ-11：50g

親水性聚醚DJ-22：50g

丙酮：22g

吐溫80：4.5g

N-甲基嗎啉：0.45g

鄰苯二甲酸二乙酯：15g

反應(yīng)在一個(gè)裝有攪拌器、熱電偶溫度計(jì)和氯化鈣干燥管的玻璃反應(yīng)釜內(nèi)進(jìn)行。將親水性聚醚DJ-11 50g(數(shù)均分子量為5000的三元醇)親水性聚醚DJ-22 50g(數(shù)均分子量為7000的四元醇)投入反應(yīng)釜，升至100±2℃，攪拌，抽真空脫水脫氣3小時(shí)，降溫至50±2℃，后加TDI-80 50g，在80±2℃的反應(yīng)溫度下，反應(yīng)3小時(shí)，降溫到50±2℃后按配方量加入丙酮、吐溫80、N-甲基嗎啉、鄰苯二甲酸二乙酯將各組分充分?jǐn)嚢杌旌?攪拌混合的速度為75轉(zhuǎn)/分)35分鐘即可得到聚氨酯灌漿材料。其性質(zhì)如下：固含量(％)：88.5％； 起發(fā)時(shí)間(按料：水＝1:1攪拌10s起發(fā)時(shí)間/25℃)：9s；粘度(25℃)：280mPa·s；發(fā)泡率：650％；放置一周后(保持室溫25℃)遇水膨脹率：150％；

實(shí)施例6：

MDI-50：60g

親水性聚醚DJ-12：50g

親水性聚醚DJ-21：50g

丙酮：16g

吐溫80：2g

N-甲基嗎啉：0.7g

鄰苯二甲酸二乙酯：15g

反應(yīng)在一個(gè)裝有攪拌器、熱電偶溫度計(jì)和氯化鈣干燥管的玻璃反應(yīng)釜內(nèi)進(jìn)行。將親水性聚醚DJ-12 50g(數(shù)均分子量為7000的三元醇)親水性聚醚DJ-21 50g(數(shù)均分子量為5000的四元醇)投入反應(yīng)釜，升至100±2℃，攪拌，抽真空脫水脫氣3小時(shí)，降溫至50±2℃，后加MDI-50 60g，在80±2℃的反應(yīng)溫度下，反應(yīng)3小時(shí)，降溫到50±2℃后按配方量加入丙酮、吐溫80、N-甲基嗎啉、鄰苯二甲酸二乙酯將各組分充分?jǐn)嚢杌旌?攪拌混合的速度為70轉(zhuǎn)/分)45分鐘即可得到聚氨酯灌漿材料。其性質(zhì)如下：固含量(％)：91.7％；起發(fā)時(shí)間(按料：水＝1:1攪拌10s起發(fā)時(shí)間/25℃)：8s；粘度(25℃)：270mPa·s；發(fā)泡率：630％；放置一周后(保持室溫25℃)遇水膨脹率：140％。

現(xiàn)有技術(shù)已有的親水型聚氨酯灌漿材料(例如蘇州市創(chuàng)德防水材料有限公司的CD-168)遇水反應(yīng)后，水自然揮發(fā)后會收縮嚴(yán)重，再次遇水后已無堵水效果，需再次注漿。采用現(xiàn)有的聚氨酯灌漿材料放置一周后(保持室溫25℃)遇水不會膨脹。