一种环保型高强度水性聚氨酯浆料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种环保型高强度水性聚氨酯浆料及其制备方法，属于胶黏剂领域。该环保型高强度水性聚氨酯浆料由甲乙两种组分按质量比为100：10～100组成：其中，甲组分包含如下成分：100～30wt％聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段聚醚型聚氨酯预聚物、0～60wt％聚氧丙烯聚醚型聚氨酯预聚物和0～10wt％液体环氧树脂；乙组分包含如下成分：30～90wt％脂肪胺聚氧乙烯聚氧丙烯聚醚多元醇和70～10wt％聚氧乙烯聚氧丙烯聚醚多元醇琥珀酸酯。本发明专利技术含有疏水的苯环、PPO链段及亲水的PEO链段、叔胺基团和叔胺羧酸有机盐，具有两亲自乳化性，能与水很好地乳化分散；净浆或含水浆液凝胶固化速度可调，固结体具有较高的强度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于胶黏剂领域，特别涉及一种环保型高强度水性聚氨酯浆料及其制法。
技术介绍
聚氨酯灌浆材料是一种新型高分子材料，它的主要成分是聚氨酯预聚物，其特点是渗透性较好、粘结效果好、防水性能好等。采用的原材料和工艺不同,组成浆液性能、用途、固化物的性质和取得的效果均不同,适用范围很广,如其可以应用于民用建筑、水利水电和地铁隧道及煤矿开采等领域。目前，我国聚氨酯灌浆材料方面已开展了广泛的研究和应用开发，主要包括普通型亲水性聚氨酯灌浆料、普通型疏水性聚氨酯灌浆料、双组份聚氨酯抢险加固灌浆料、环保型聚氨酯灌浆料和无溶剂型聚氨酯灌浆料等，但是它们有些使用溶剂或者是增塑剂、亲水性溶剂或助剂等，对环境和人体有害，强度相对较低，固化速度难于调控，应用范围受到限制。具有两亲性自乳化的可调控固化速度的双组分环保型高强度水性聚氨酯灌浆材料未见有文献报道。
技术实现思路
本专利技术的首要目的在于克服现有技术中存在的缺点与不足，提供一种环保型高强度水性聚氨酯浆料。该环保型高强度水性聚氨酯浆料强度高，具有两亲性自乳化且固化速度可调。本专利技术的另一目的在于提供所述的水性聚氨酯浆料的制备方法。本专利技术的目的通过下述技术方案实现：一种环保型高强度水性聚氨酯浆料，由甲乙两种组分按质量比为100：10～100组成：所述的甲组分包含如下按重量百分比计的成分：100～30wt％聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段聚醚型聚氨酯预聚物、0～60wt％聚氧丙烯聚醚型聚氨酯预聚物和0～10wt％液体环氧树脂。所述的聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段聚醚型聚氨酯预聚物优选为甲苯异氰酸酯单
体TDI、液化二甲苯烷二异氰酸酯MDI与至少含两个端羟基的聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段聚醚(或称嵌段聚醚多元醇)于50～90℃加成反应3～5小时得到的含有活性异氰酸酯键的线型或分枝状聚醚型聚氨酯预聚物，所述的至少含两个端羟基的聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段聚醚优选为分子量在1000～3000的PEO-PPO-PEO、PPO-PEO-PPO三嵌段线型聚醚或多嵌段分枝型聚醚，其中EO占EO与PO总质量的10～40wt％；所述预聚物中的异氰酸酯基团(-N＝C＝O)含量优选为3～7wt％；所述的至少含两个端羟基的聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段聚醚(或称嵌段聚醚多元醇)优选为以二元或多元醇为起始剂制备得到。所述的聚氧丙烯聚醚型聚氨酯预聚物优选为甲苯异氰酸酯单体TDI、液化MDI与分子量在300～3000且至少含有两个端羟基的聚氧丙烯聚醚多元醇于70～100℃加成反应3～5小时得到的含有活性异氰酸酯键的聚醚型聚氨酯预聚物；所述预聚物中的异氰酸酯基团(-N＝C＝O)含量优选为4～10wt％。所述的液体环氧树脂优选为双酚A环氧树脂E-51或E-44。所述的乙组分包含如下按重量百分比计的成分：30～90wt％脂肪胺聚氧乙烯聚氧丙烯聚醚多元醇和70～10wt％聚氧乙烯聚氧丙烯聚醚多元醇琥珀酸酯。所述的脂肪胺聚氧乙烯聚氧丙烯聚醚多元醇为至少含有1个叔胺基团和至少2个端羟基的聚醚多元醇；所述的脂肪胺聚氧乙烯聚氧丙烯聚醚多元醇包括只含EO链节和1个叔胺基团的脂肪胺聚氧乙烯醚二元醇，优选为十八胺聚氧乙烯醚AC-1810、十八胺聚氧乙烯醚AC-1830、十二胺聚氧乙烯醚AC-1215；所述的脂肪胺聚氧乙烯聚氧丙烯聚醚多元醇更优选为以乙二胺、N-氨乙基哌嗪、二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺为起始剂制备的至少含2个叔胺基团和至少3个端羟基的脂肪胺聚氧乙烯聚氧丙烯聚醚多元醇，其中EO占EO与PO总质量的0～40wt％，EO和PO链节总数优选为25～50。所述的聚氧乙烯聚氧丙烯聚醚多元醇琥珀酸酯为由至少含有2个端羟基的聚氧乙烯聚氧丙烯聚醚多元醇通过琥珀酸酯化得到的单端基琥珀酸单酯和/或多端基琥珀酸酯；所述的聚氧乙烯聚氧丙烯聚醚多元醇优选为分子量在4000～400的PEO-PPO、PEO-PPO-PEO、PPO-PEO-PPO型嵌段聚醚、聚氧丙烯聚醚多元醇；所述的PPO-PEO-PPO型嵌段聚醚中EO占EO与PO总质量的0～40wt％。所述的环保型高强度水性聚氨酯浆料的制备方法，包括以下步骤：(1)将100～30wt％聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段聚醚型聚氨酯预聚物、0～60wt％聚氧丙烯聚醚型聚氨酯预聚物和0～10wt％液体环氧树脂于室温混合均匀，得到甲组分；(2)将30～90wt％脂肪胺聚氧乙烯聚氧丙烯聚醚多元醇和70～10wt％聚氧丙烯聚氧乙烯聚醚多元醇或其琥珀酸酯于室温混合均匀，得到乙组分；(3)将步骤(1)的甲组分、步骤(2)的乙组分按质量比为100：10～100混合均匀后对无水或含水基材、含水浆料进行灌注或涂刷，室温固化，得到环保型高强度水性聚氨酯浆料。本专利技术将分子中同时含有亲水基团EO链节和亲油基团PO链节的聚醚通过加成反应制备出具有两亲性的聚氨酯预聚物作为甲组分，容易实现水乳化，预聚物中的异氰酸酯基团是进一步反应交联固化的基础。乙组分中的脂肪胺聚氧乙烯聚氧丙烯醚不仅含有亲水性和催化异氰酸酯基团与聚醚中羟基或水中的羟基发生反应的叔胺基，并且分子链中同时含有多个羟基，亲和性更强，反应程度更高，固结体强度更大。同时，乙组分中的聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段聚醚琥珀酸酯含有缓凝的羧酸，这些羧酸与叔胺相互作用形成亲水性更强的弱酸弱碱有机盐，一方面可以调节浆液的凝胶固化速度，另一方面大大有助于聚氨酯浆液两亲性的平衡，与水相遇时迅速乳化分散，有力于异氰酸酯基团与羟基的固化反应，同时固结体具有较高的强度。同时叔胺也有助于环氧树脂的开环固化，有助于提高强度和粘接性能。本专利技术相对于现有技术具有如下的优点及效果：(1)本专利技术含有疏水的苯环、PPO链段及亲水的PEO链段、叔胺基团和叔胺羧酸有机盐，具有两亲自乳化性，能与水很好地乳化分散；(2)本专利技术使用同时含有催化聚氨酯固化和催化环氧基团开环反应的叔胺基团和多端羟基及缓凝作用的聚醚琥珀酸酯，净浆或含水浆液凝胶固化速度可调，固结体具有较高的强度；(3)本专利技术不含溶剂或其它有毒有害助剂，是一种环保型浆料。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例1水性聚氨酯预聚物的制备：(1)在5000mL的三口烧瓶中加入丙二醇聚氧丙烯聚氧乙烯嵌段聚醚L-61(江苏海安石油化工，HO-PEO-PPO-PEO-H型，平均分子量为2000)2000g，加入甲苯二异氰酸酯TDI 435g，搅拌均匀后，升温至60℃反应5小时，冷却备用，密封保存，编号为嵌段聚醚聚氨酯预聚物PU1。取样，用二正丁胺法测定出PU1的异氰酸酯基团(-N＝C＝O)的含量为4.9wt％。(2)在5000mL的三口烧瓶中加入聚氧丙烯聚氧乙烯嵌段聚醚RPE1740(BASF公司，HO-PPO-PEO-PPO-H型，平均分子量为2500)2500g，加入甲苯二异氰酸酯TDI 382.8g，搅拌均匀后，升温至70℃反应4小时，冷却备用，密封保存，编号为嵌段聚醚聚氨酯预聚物PU2。取样，用二正丁胺法测出PU2的异氰酸酯基团(-N＝C＝O)的含量为3.3wt％。(3)在5000mL的三口烧瓶中加入聚氧丙烯聚氧乙烯嵌段聚醚RPE1720(BASF公司，HO-PPO-PEO-PPO-H型，平均分子量为2000)2000g，加入液化二甲苯烷二异氰酸酯(M本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种环保型高强度水性聚氨酯浆料，其特征在于，由甲乙两种组分按质量比为100：10～100组成：所述的甲组分包含如下按重量百分比计的成分：100～30wt％聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段聚醚型聚氨酯预聚物、0～60wt％聚氧丙烯聚醚型聚氨酯预聚物和0～10wt％液体环氧树脂；所述的乙组分包含如下按重量百分比计的成分：30～90wt％脂肪胺聚氧乙烯聚氧丙烯聚醚多元醇和70～10wt％聚氧乙烯聚氧丙烯聚醚多元醇琥珀酸酯。

【技术特征摘要】
1.一种环保型高强度水性聚氨酯浆料，其特征在于，由甲乙两种组分按质量比为100：10～100组成：所述的甲组分包含如下按重量百分比计的成分：100～30wt％聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段聚醚型聚氨酯预聚物、0～60wt％聚氧丙烯聚醚型聚氨酯预聚物和0～10wt％液体环氧树脂；所述的乙组分包含如下按重量百分比计的成分：30～90wt％脂肪胺聚氧乙烯聚氧丙烯聚醚多元醇和70～10wt％聚氧乙烯聚氧丙烯聚醚多元醇琥珀酸酯。2.根据权利要求1所述的环保型高强度水性聚氨酯浆料，其特征在于，所述的聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段聚醚型聚氨酯预聚物为甲苯异氰酸酯单体TDI、液化二甲苯烷二异氰酸酯MDI与至少含两个端羟基的聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段聚醚于50～90℃加成反应3～5小时得到的含有活性异氰酸酯键的线型或分枝状聚醚型聚氨酯预聚物，所述的至少含两个端羟基的聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段聚醚为分子量在1000～3000的PEO-PPO-PEO、PPO-PEO-PPO三嵌段线型聚醚或多嵌段分枝型聚醚，其中EO占EO与PO总质量的10～40wt％；所述预聚物中的异氰酸酯基团含量为3～7wt％。3.根据权利要求1所述的环保型高强度水性聚氨酯浆料，其特征在于，所述的聚氧丙烯聚醚型聚氨酯预聚物为甲苯异氰酸酯单体TDI、液化MDI与分子量300～3000且至少含有两个端羟基的聚氧丙烯聚醚多元醇于70～100℃加成反应3～5小时得到的含有活性异氰酸酯键的聚醚型聚氨酯预聚物；所述预聚物中的异氰酸酯基团含量为4～10wt％。4.根据权利要求1所述的环保型高强度水性聚氨酯浆料，其特征在于，所述的液体环氧树脂为双酚A环氧树脂E-51或E-44。5.根据权利要求1所述的环保型高强度水性聚氨酯浆料，其特征在于，所述的脂肪胺聚氧乙烯聚氧丙烯聚醚多元醇为至少含有1个叔胺基团和至少2个...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄月文，杨元龙，王斌，吴龙梅，
申请(专利权)人：中科院广州化灌工程有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44