非水溶性聚氨酯化学灌浆材料

1、收稿日期:2004-10-11作者简介:李空军(1964-,男,河南民权人,商丘技工学校讲师,主要从事高分子化学研究.文章编号:1671-8127(200502-0065-02非水溶性聚氨酯化学灌浆材料李空军1,刘万玲2,耿同谋3(1.商丘市技工学校,河南商丘476000;2.商丘职业技术学院,河南商丘476000;3.商丘师范学院化学系,河南商丘476000摘 要:灌浆材料的聚氨酯分两步制备,即多羟基化合物与多异氰酸酯反应制成预聚体,再加入一定量的助剂,即配成浆液,经实际施工测试达到加固,堵水,防渗,补强的作用,效果较好.关键词:聚氨酯;多羟基化合物与多异氰酸酯反应;助剂;浆液中图分类号:O

2、 63 文献标识码:A聚氨酯化学灌浆材料是八十年代发展起来的一种高效能灌浆材料,它是由聚氨酯树脂、助剂及固化剂组成.特点是遇水反应,发泡固化,由于发泡压力而提高了浆液的扩散性能.它广泛应用于工程中,起加固、堵水、防渗、补强的作用.聚氨酯灌浆材料-非水溶性聚氨酯的凝胶体为不含水的硬化树脂,具有固结体强度高,抗渗性能好,但毒性大、弹性差、价格高、湿粘强度低等特点,限制了它的应用.特别是弹性差,造成不适于变形较大缝隙的防水处理.我省对聚氨酯材料的研究较少,非水溶性聚氨酯灌浆材的研究和应用还是一项空白.因此,开发弹性好,粘结强度高,价格适宜的聚氨酯浆材具有很大的意义.1 预聚体的制备作为灌浆材料的聚氨

3、酯一般分两步制备.即多羟基化合物与多异氰酸酯反应制成预聚体,其中游离的-N C O 不遇固化剂(包括水是稳定的,一旦遇水或其他固化剂在常温下即可发生反应,产生弹性体.这样既可以减少毒性和反应热,又能使固结体的早期强度增加.预聚体为低粘度的黄色或棕红色液体.在预聚体中加入一定量的助剂,即配成浆液.在注浆过程中,浆液遇水后,经一个诱导期便发生化学反应,放出二氧化碳生成胺.-R-N C O+H 2O /:慢-R N H C O O H /:快-R-N H 2+C O 2生成的胺也含有活泼氢,继续与剩余的异氰酸酯反应,相对分子质量增大、交联、最后固化:-R-N H 2/:-+R '-N C O

4、 -R-N H C O-N H R '-.由于预聚体遇水反应,粘度增加,故不会被水冲走.反应中释放的二氧化碳气体,使液相浆体发泡膨胀,产生“第二次扩散”.预聚体制备工艺为:取定量的多羟基化合物,在一定的温度下,加入多异氰酸酯,升温搅拌即得预聚体.预聚体反应的温度不宜过高和过低,温度较低反应时间较长,不经济;温度较高,易产生支化,粘度增加,甚至发生爆聚.反应时间应使预聚体反应刚刚完全为宜,反应时间短,反应不完全,预聚体不稳定,达不到预期的效果.反应时间长,-N C O 百分含量降低.反应完全程度,可根据红外光谱检测,约3400c m -1处羟基的吸收峰消失为止.也可用胺滴定法测定-N C

5、 O 百分含量,待实际测定量与理论值相近为止.2 浆液的配制及性能测试弹性聚氨酯是一种嵌段共聚物,分子链是由硬段和软段相嵌而成.软段赋予固结体以弹性,硬段赋予聚合物机械性和粘结性.具有柔顺长链分子是聚合物产生高弹性的根本原因;同时为了使固结体具有一定耐热性及尺寸稳定性,必须使聚合物具有一定的交联密度.另外,相对分子质量、-N C O 含量、聚合程度、固化剂的种类及用量也影响高分子的弹性.浆材由预聚体、增量剂、硫化剂、增韧剂组成.有的原料兼具增量、增韧、固化等多种作用.性能测试按常规的“化学灌浆材料性能试验操作规程(草案”进行.配方及性能见表1.2.1 配方12,22配方12,22为浅(黄色聚氨

6、酯浆材,强度高,粘度小,延伸率适中,适用于裂缝、变形缝的灌浆.既有良好的防水性能,又有与恢复整体强度的作用.2.2 配方32配方32为单组分浅(黄色灌浆材料是由预聚体及助剂组成,胶凝时间可适当调节,有适当的弹性,适合于工程中的止水灌浆.·56·2005年第2期第4卷(总第17期 商丘职业技术学院学报J O U R N A LO FS HA N G Q I U V O C A T I O N A L A N DT E C HN I C A LC O L L E G E V o 1.4,N o .2A pr .,2005 mm浆材的配方及功能项 目122232425262比重(

7、g /c m 3粘度(c P 保存期(月适用期(h1.00140"3001261.03140"3001261.04140"300,6数秒"数小时1.1"1.2400"8001221.1"1.2400"800,621.1"1.2400"800,62粘结强度(M p,30.891.16抗拉强度(M p85o 2p 7d 粘结强(M pa -1901.20-1.833051.51-2.3 配方42,52,62配方42有很强的发泡性能,强度较高;配方62柔性特别好,配方52具有较好的综合性能.三者均适应

8、于伸缩缝防水处理.配方42"62含有增量剂,具有很好的防水性能,富有弹性,延伸率大,耐霉菌性好,加之价格较低在工程上的用量较多,据有关资料介绍,配方42"62的原料未固化前属微毒性(小白鼠实验,但固化后没有接触性毒性.3 施工实例及效果3.1 官渡古战场旅游区人工小黄河伸缩缝防水处理官渡古战场旅游区位于中牟县东北3公里处,1992"1993年兴建.主要旅游点在十个仿古军帐内,其中第十个军帐最大,位于中间.小黄河用20c m 厚钢筋混凝土衬砌,外有土工膜防渗,留有伸缩缝3条,总长48m ,平均宽2c m.2004年4月,受郑州黄河工艺美术院的委托,对伸缩缝进行防水处

9、理.采用62号配方,灌浆量达186.75k g 处理后效果良好.3.2 水利厅人防5号工程一期止水处理宽沉陷缝,用配方52进行灌浆,再用J M T 黑色聚氨酯防水涂膜处理,二布三油宽30c m ,银粉漆罩面.2通过工程处理看出,配方52止水效果显著,防水性能优良.4 结 果4.1 浆材选用国产多羟基化合物作原材料,通过优选配方,克服“氰凝”等聚氨酯浆材毒性大的缺点,降低了浆材成本,简化了生成工艺,使生产效率提高2倍.4.2 浆材的稳定性好聚氨酯化学活性高,常温下即可与空气中的水反应.因此,应用干燥、洁净的容器(铁桶或塑料桶密封储存.用后立即密封,特别是在潮湿的洞室内.只要储存得当,保存期一般可以大于6个月.有的配方的预聚体12个月后流动性尚好.4.3 亲水溶剂稀释效果显著,耐久性好,用途广泛.既可用于