一种聚氨酯水玻璃复合灌浆材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种聚氨酯水玻璃复合灌浆材料及其制备方法，属于一种施工材料技术领域。本发明专利技术利用硅烷偶联剂具有较低的黏度和表面张力，浸润能力强，能迅速在施工表面铺展开，浸润岩石表面缝隙，同时硅烷偶联剂中的无机基团能够和裂缝表面的氧化物发生反应生成稳定的硅氧键，有机基团和NCO反应连接在有机大分子上，从而增加了灌浆材料的黏结强度以及对于施工面的渗透，同时促使催化剂组分均匀分散在水玻璃中，避免了相分离，可灌性好、渗透性强，并且具有良好的抗压强度，可以对岩土/砂砾结构起到及时填充、加固、防水堵漏等作用，适用于桥梁、地铁、水坝、岩层、港湾、人防工程等裂痕的防水堵漏及地基的稳固抗渗。

Polyurethane water glass composite grouting material and preparation method thereof

The invention relates to a polyurethane water glass composite grouting material and a preparation method thereof, belonging to the technical field of construction materials. The silane coupling agent has the advantages of low viscosity and surface tension, strong wettability, rapid spreading on the construction surface, infiltrating the cracks on the rock surface, and the inorganic groups in the silane coupling agent can react with the oxides on the crack surface to form stable silica-oxygen bonds, and the organic groups and the NCO react with each other. On the macromolecule, the bond strength of grouting material and the permeability to the construction face are increased. At the same time, the catalyst components are evenly dispersed in the water glass, avoiding phase separation, good grouting, strong permeability and good compressive strength, which can fill, reinforce and prevent the rock-soil/gravel structure in time. Water plugging and other functions, suitable for bridges, subway, dams, rock strata, harbors, civil air defense projects and other cracks of water plugging and foundation stability and impermeability.

【技术实现步骤摘要】
一种聚氨酯水玻璃复合灌浆材料及其制备方法
本专利技术涉及一种聚氨酯水玻璃复合灌浆材料及其制备方法，属于一种施工材料

技术介绍
近年来，我国地下工程及隧道建设事业发展迅猛，修建的越岭铁路、公路隧道数量及长度位居世界首位；大城市为了解决交通拥堵问题也大力修建地铁；为了满足我国生产生活对煤炭资源的需求，对煤炭的开采也逐渐加大了力度"以上这些都会面临地面水和地下水通过裂缝、断层和塌陷区等各种通道涌出的问题，造成隧道、矿井水灾，并对隧道施工和运营、矿业生产等造成威胁，同时还会带来巨大的经济损失。各类隧道和地下工程都是在不同的工程地质、水文地质及环境条件下修建的，其施工条件千差万别。因此，要解决由此导致的水害问题，必须采取切实可行的方案和安全可靠的技术措施，在这些技术措施中，灌浆技术就是必不可少的一种。采用灌浆法削弱水体对岩体强度的弱化作用是治理水害的有效途径之一。传统的水泥浆液中含有大量的自由水，不仅会对岩体进一步弱化，而且对于一些遇水膨胀岩体难以渗透。化学浆液则可以克服以上缺点，在复杂的条件下具有极高的应用价值。在众多的化学灌浆材料中，聚氨酯灌浆材料因具有黏度适中、凝结速度快、时间可调、耐水性好等优点而被广泛应用。但纯聚氨酯灌浆材料成本较高，初凝时间、抗压强度、弹性模量等性能较差。为了获得成本较低、综合性能较好的聚氨酯灌浆材料，就需要对其进行改性。目前，已发现有较多水玻璃改性聚氨酯的相关文献报道，即先将水玻璃进行处理再与聚氨酯预聚体进行反应制得具有较好综合性能的灌浆材料，但报道中的材料处理工艺繁琐且不确定因素较多。现在阶段聚氨酯-水玻璃注浆材料，为满足快速固化的实际施工要求，常在水玻璃溶液中加入催化剂来促进反应体系快速固化。由于水玻璃属难溶碱性物质，在生产和实际施工时必须借助机械强制搅拌来保证催化剂暂时能均匀分散在水玻璃溶液中，静置一段时间后，催化剂组份和水玻璃出现分层，给实际生产和施工带来诸多不便。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题：针对现有聚氨酯灌浆材料初凝时间、抗压强度、弹性模量等性能较差，且催化剂组份和水玻璃易出现分层，给实际生产和施工带来诸多不便的问题，提供了一种聚氨酯水玻璃复合灌浆材料及其制备方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：所述复合灌浆材料由A组分与B组分按质量比1：1～1.5：1组成，其中：A组分包含下述重量份原料：150～200份水玻璃，30～40份聚氧化丙烯三醇，10～15份新戊二醇，0.9～1.5份二月桂酸二丁基锡，1～2份硅烷偶联剂，0.3～0.5份表面活性剂。B组分包含下述重量份原料：120～200g改性聚氨酯预聚体，30～50g增塑剂，0.5～0.8g双（二甲胺基乙基）醚催化剂。所述水玻璃为钠水玻璃或钾水玻璃。所述硅烷偶联剂为为硅烷偶联剂A-171、硅烷偶联剂1110、硅烷偶联剂1120、硅烷偶联剂KH-560中的一种或多种。所述表面活性剂为硬泡硅油SD-502、平平加、硬脂酸聚氧乙烯酯中的一种或多种。所述改性聚氨酯预聚体为脱水处理聚氧化丙烯三醇和二羟基聚二甲基硅氧烷与二苯基甲烷二异氰酸酯交替缩合而成的聚硅氧烷-聚醚嵌段聚氨酯密封胶预聚体。所述各物料重量份为40～60份脱水处理聚氧化丙烯三醇，64～90份二苯基甲烷二异氰酸酯，40～60份二羟基聚二甲基硅氧烷，4～6份甲苯，0.6～0.8份二月桂酸二丁基锡。所述增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯。所述的一种聚氨酯水玻璃复合灌浆材料的制备方法，具体步骤为：（1）取水玻璃、聚氧化丙烯三醇、新戊二醇装入高压反应釜中真空脱水处理2～3h，冷却得预处理液；（2）向预处理液中加入二月桂酸二丁基锡、硅烷偶联剂、表面活性剂搅拌20～30min，得A组分；（3）取聚氧化丙烯三醇真空脱水处理2～3h，再冷却至60～70℃，得脱水处理聚氧化丙烯三醇；（4）取脱水处理聚氧化丙烯三醇、二苯基甲烷二异氰酸酯，并加热至70～80℃，保温反应6～8h，冷却至60～70℃后加入二羟基聚二甲基硅氧烷、甲苯、二月桂酸二丁基锡，并加热至70～80℃，保温反应3～4h，冷却得改性聚氨酯预聚体；（5）取改性聚氨酯预聚体、增塑剂、双（二甲胺基乙基）醚催化剂搅拌20～30min，得B组分；（6）将A组分与B组分按质量比1：1～1.5：1混合搅拌60～120s，得聚氨酯水玻璃复合灌浆材料。本专利技术与其他方法相比，有益技术效果是：（1）本专利技术利用硅烷偶联剂具有较低的黏度和表面张力，浸润能力强，能迅速在施工表面铺展开，浸润岩石表面缝隙，同时硅烷偶联剂中的无机基团能够和裂缝表面的氧化物发生反应生成稳定的硅氧键，有机基团和NCO反应连接在有机大分子上，从而增加了灌浆材料的黏结强度以及对于施工面的渗透，同时促使催化剂组分均匀分散在水玻璃中，避免了相分离；（2）本专利技术采用二羟基聚二甲基硅氧烷对聚氨酯进行改性，通过控制聚氧化丙烯三醇和二羟基聚二甲基硅氧烷与二苯基甲烷二异氰酸酯的交替缩合反应，设计和制备一种聚硅氧烷-聚醚嵌段聚氨酯预聚体，湿固化物相对于聚醚聚氨酯固化物具有更好的耐低温和耐热等性能，且能可以显著提高水玻璃的反应程度，进而增加复合灌浆材料固结体的抗压强度，缩短初凝时间；（3）本专利技术复合灌浆材料不含有挥发性的溶剂，可灌性好、渗透性强，并且具有良好的抗压强度，可以对岩土/砂砾结构起到及时填充、加固、防水堵漏等作用，适用于桥梁、地铁、水坝、岩层、港湾、人防工程等裂痕的防水堵漏及地基的稳固抗渗。具体实施方式取150～200g水玻璃，30～40g聚氧化丙烯三醇，10～15g新戊二醇，装入高压反应釜中，密封并抽真空至反应釜内真空度为100～1000Pa，再加热至100～120℃脱水处理2～3h，冷却至室温得预处理液，向预处理液中加入0.9～1.5g二月桂酸二丁基锡，1～2g硅烷偶联剂，0.3～0.5g表面活性剂，以300～400r/min搅拌20～30min，得A组分，取聚氧化丙烯三醇装入高压反应釜中，密封并抽真空至反应釜内真空度为100～1000Pa，再加热至100～120℃脱水处理2～3h，冷却至60～70℃，得脱水处理聚氧化丙烯三醇，取40～60g脱水处理聚氧化丙烯三醇，64～90g二苯基甲烷二异氰酸酯，并加热至70～80℃，保温反应6～8h，冷却至60～70℃后加入40～60g二羟基聚二甲基硅氧烷，4～6g甲苯，0.6～0.8g二月桂酸二丁基锡，并加热至70～80℃，保温反应3～4h，冷却至室温出料，得改性聚氨酯预聚体，取120～200g改性聚氨酯预聚体，30～50g增塑剂，0.5～0.8g双（二甲胺基乙基）醚催化剂，以200～300r/min搅拌20～30min，得B组分，将A组分与B组分按质量比1：1～1.5：1混合搅拌60～120s，得聚氨酯水玻璃复合灌浆材料。实例1取150g水玻璃，30g聚氧化丙烯三醇，10g新戊二醇，装入高压反应釜中，密封并抽真空至反应釜内真空度为100Pa，再加热至100℃脱水处理2h，冷却至室温得预处理液，向预处理液中加入0.9g二月桂酸二丁基锡，1g硅烷偶联剂，0.3g表面活性剂，以300r/min搅拌20min，得A组分，取聚氧化丙烯三醇装入高压反应釜中，密封并抽真空至反应釜内真空度为100Pa，再加热至100℃脱水处理2h，冷本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种聚氨酯水玻璃复合灌浆材料，其特征在于，所述复合灌浆材料由A组分与B组分按质量比1：1～1.5：1组成，其中：A组分包含下述重量份原料：150～200份水玻璃，30～40份聚氧化丙烯三醇，10～15份新戊二醇，0.9～1.5份二月桂酸二丁基锡，1～2份硅烷偶联剂，0.3～0.5份表面活性剂；B组分包含下述重量份原料：120～200g改性聚氨酯预聚体，30～50g增塑剂，0.5～0.8g双（二甲胺基乙基）醚催化剂。

【技术特征摘要】
1.一种聚氨酯水玻璃复合灌浆材料，其特征在于，所述复合灌浆材料由A组分与B组分按质量比1：1～1.5：1组成，其中：A组分包含下述重量份原料：150～200份水玻璃，30～40份聚氧化丙烯三醇，10～15份新戊二醇，0.9～1.5份二月桂酸二丁基锡，1～2份硅烷偶联剂，0.3～0.5份表面活性剂；B组分包含下述重量份原料：120～200g改性聚氨酯预聚体，30～50g增塑剂，0.5～0.8g双（二甲胺基乙基）醚催化剂。2.如权利要求1所述的一种聚氨酯水玻璃复合灌浆材料，其特征在于，所述水玻璃为钠水玻璃或钾水玻璃。3.如权利要求1所述的一种聚氨酯水玻璃复合灌浆材料，其特征在于，所述硅烷偶联剂为为硅烷偶联剂A-171、硅烷偶联剂1110、硅烷偶联剂1120、硅烷偶联剂KH-560中的一种或多种。4.如权利要求1所述的一种聚氨酯水玻璃复合灌浆材料，其特征在于，所述表面活性剂为硬泡硅油SD-502、平平加、硬脂酸聚氧乙烯酯中的一种或多种。5.如权利要求1所述的一种聚氨酯水玻璃复合灌浆材料，其特征在于，所述改性聚氨酯预聚体为脱水处理聚氧化丙烯三醇和二羟基聚二甲基硅氧烷与二苯基甲烷二异氰酸酯交替缩合而成的聚硅氧烷-聚醚嵌段聚氨酯密封胶预聚体。6.如权利要求5所述的一种聚氨酯水玻璃复...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐冬，王文新，史玉玲，
申请(专利权)人：徐冬，
类型：发明
国别省市：江苏,32