專利名稱：一種低粘度高閃點(diǎn)水性聚氨酯堵水材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種聚氨酯材料及其制備方法，具體地說(shuō)是一種低粘度高閃點(diǎn)水性聚氨酯堵水材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
目前，礦山巷道、豎井、隧道、海底隧道、地鐵等地下工程開(kāi)挖時(shí)常采用聚氨酯注漿防滲帷幕控制涌水或防滲堵漏。壩體壩基的防滲，基坑周邊滲水和基底涌水涌砂也可以采用聚氨酯注漿法處理。常用的堵漏材料種類有水玻璃、丙烯酰胺類、甲基丙烯酸酯/丙烯 酸鹽類、改性環(huán)氧樹(shù)脂、糠酮樹(shù)脂、木質(zhì)素等。聚氨酯化學(xué)堵水材料是繼丙烯酰胺與環(huán)氧樹(shù)脂類漿材之后研究出的一種新的防滲堵漏固結(jié)材料，聚氨酯灌漿材料活性大，防滲堵漏能力強(qiáng)，可帶水施工，可滿足不同要求，是使用范圍廣、性能很好的一種堵水材料。聚氨酯堵水材料是由聚氨酯樹(shù)脂與一些添加劑所組成的化學(xué)堵水材料，遇水以后能立即與水發(fā)生擴(kuò)鏈、支化及交聯(lián)反應(yīng)，產(chǎn)生CO2氣體，造成體積膨脹并最終生成一種不溶于水的，有一定強(qiáng)度的無(wú)毒凝膠狀固結(jié)體。聚氨酯堵水材料可以憑借其膨脹性、滲透性和密封性優(yōu)良的特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)冒落孔洞的迅速填充，阻止冒落的進(jìn)一步惡化；可實(shí)現(xiàn)動(dòng)水的迅速堵漏，與細(xì)小巖縫的填充，阻止透水事故的發(fā)生。為了降低聚氨酯的粘度，提高可灌性，常用的聚氨酯注漿材料中含有大量的有機(jī)溶劑，如丙酮、二甲苯、甲苯、丁酮、醋酸乙酯、醋酸丁酯等，這些溶劑在使用過(guò)程中不但對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重，對(duì)施工人員的健康不利，且對(duì)在煤礦井下安全生產(chǎn)威脅嚴(yán)重，溶劑揮發(fā)至空氣中，易發(fā)生燃燒爆炸事故。近些年國(guó)內(nèi)同行對(duì)聚氨酯堵水材料研究力度日益加大，但多數(shù)限于基礎(chǔ)研究，對(duì)材料包水性、固化時(shí)間的研究較多，對(duì)施工過(guò)程中的各種問(wèn)題考慮不周。如(O不使用有機(jī)溶劑的前提下，降低漿液粘度；(2)使用有機(jī)溶劑后如何提高材料的閃點(diǎn)；
(3)在煤礦井下使用時(shí)，如何控制反應(yīng)過(guò)程中的放熱量；(4)根據(jù)不同的環(huán)境，如何確定不同的施工方案等。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提供一種低粘度高閃點(diǎn)水性聚氨酯堵水材料及其制備方法，所要解決的技術(shù)問(wèn)題是通過(guò)分子設(shè)計(jì)與配方工藝優(yōu)化使聚氨酯堵水材料具有高包水性、高閃點(diǎn)、低粘度、高安全性、不燃、環(huán)保等特點(diǎn)，克服傳統(tǒng)水性聚氨酯堵水材料使用大量有毒易揮發(fā)有機(jī)溶劑的弊端。本發(fā)明低粘度高閃點(diǎn)水性聚氨酯堵水材料，其特征在于其原料按質(zhì)量份數(shù)構(gòu)成為親水聚醚多元醇80-120份，異氰酸酯20-30份，催化劑O. 05-0. 5份，惰性稀釋劑25-35份，交聯(lián)劑0-2. 5份。所述親水聚醚多元醇的官能度為2或3，Ε0/Ρ0值為90/ 1(Γ80/20，分子量為3000-8000。
所述異氰酸酯為甲苯二異氰酸酯和/或二苯基甲烷_(kāi)4，4' - 二異氰酸酯。所述催化劑為選自二月桂酸二丁基錫、辛酸亞錫、三乙胺、N-甲基嗎啡啉、N-乙基嗎啡啉中的一種或幾種。所述惰性稀釋劑為烷基膦酸酯和/或鹵代烷基磷酸酯。其中所述烷基膦酸酯優(yōu)選甲基膦酸二甲酯(DMMP )，所述鹵代烷基磷酸酯優(yōu)選磷酸三(β-氯乙基)酯(TCEP)。所述交聯(lián)劑為1，4-丁二醇、間甲苯二胺、80/20甲苯二胺、三乙醇胺中的一種或幾種；所述80/20甲苯二胺是指由2，4-甲苯二胺和2，6-甲苯二胺按質(zhì)量比4:1構(gòu)成的混合物。本發(fā)明低粘度高閃點(diǎn)水性聚氨酯堵水材料的制備方法，其特征在于按以下步驟操 作a、將親水聚醚多元醇加入反應(yīng)釜中，在真空度-O. 08MPa -O. 09MPa、115_125°C下脫水2-4小時(shí)，脫水結(jié)束后降溫至30-60°C，向反應(yīng)釜中加入異氰酸酯和催化劑，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下于60-80°C攪拌反應(yīng)4-6小時(shí)，然后加入惰性稀釋劑，攪拌均勻后得到聚氨酯預(yù)聚體溶液，即為組份A ;步驟a脫水過(guò)程中每隔O. 5小時(shí)進(jìn)行一次N2帶水操作。b、將交聯(lián)劑溶于與組份A等質(zhì)量的水中，得到組份B ;C、將組份A和組份B按照I :0-1的體積比混合注漿。普通少量漏水時(shí)組份A和組份B按I: I的體積比混合注漿即可；當(dāng)淋水、漏水現(xiàn)象過(guò)大時(shí)，為防止?jié){料因粘度過(guò)低而隨流水大量淋出造成不必要的浪費(fèi)，可以單獨(dú)注入組份A,待滲水漏水點(diǎn)滲漏水現(xiàn)象消失后,停止注漿。本發(fā)明具有以下特點(diǎn)I、高安全性。本發(fā)明材料不使用可揮發(fā)性有機(jī)溶劑，閃點(diǎn)高，大于140°C，使用過(guò)程中放熱量低，小于50°C，且形成的凝膠體具有不燃性，特別適合于煤礦井下淋水漏水的處理。2、高包水性。本發(fā)明材料在使用過(guò)程中，可包10倍以上的水，形成水凝膠體，包水的同時(shí)，堵住漏水滲水的空隙。3、凝膠時(shí)間可調(diào)。面對(duì)不同的漏水滲水情況，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，可以調(diào)節(jié)凝膠時(shí)間10-120s,可適應(yīng)滲水和動(dòng)水的處理。4、低粘度。本發(fā)明材料粘度很低，小于500mPa *s，適合噴灌，且兩組分混合后粘度更低，與水粘度相近，具有很好的可灌性。5、環(huán)保。本發(fā)明產(chǎn)品無(wú)毒無(wú)害，對(duì)人類及環(huán)境友好。6、高粘結(jié)性。本發(fā)明材料凝膠固化后與裂隙煤巖體之間粘結(jié)性優(yōu)良。本發(fā)明水性聚氨酯堵水材料具有高包水性、快速堵水的性能，且不含有任何低沸點(diǎn)的有機(jī)溶劑，采用的惰性稀釋劑為親水性的、高沸點(diǎn)的、低毒的混合物。本發(fā)明水性聚氨酯堵水材料制備方法簡(jiǎn)單，施工方便，且具有高安全性。適合于礦山巷道、豎井、隧道、海底隧道、地鐵等地下工程堵水處理，特別適用于煤礦井下滲水漏水快速處理，其粘度低，在壓力作用下可以滲入各個(gè)細(xì)縫，然后迅速凝膠膨脹形成凝膠體，對(duì)漏水滲水處進(jìn)行永久性堵塞。具體實(shí)施例方式實(shí)施例I :I、在裝有回流冷凝裝置和攪拌裝置的密閉反應(yīng)釜中加入親水聚醚多元醇6040(官能度3，分力量6000，E0/P0=85/15) 100份(質(zhì)量份，下同)，在115°C、真空度為-O. 085MPa下脫水2. 5h，期間每隔O. 5小時(shí)進(jìn)行一次N2帶水操作；脫水結(jié)束后降溫至30°C，加入甲苯二異氰酸酯25份，通N2保護(hù)，加入二月桂酸二丁基錫O. I份，攪拌均勻后升溫至60°C，保持轉(zhuǎn)速約50r/min，反應(yīng)4h，加入惰性稀釋劑DMMP25份，攪拌均勻得到聚氨酯預(yù)聚體溶液，即組份A。2、將O. 5份間苯二胺溶于150份水中，得到組份B。3、將組分A與組分B按體積比I :1混合，制得凝膠體即為水性聚氨酯堵水材料。 本實(shí)施例制備得到的水性聚氨酯堵水材料的性能如下
權(quán)利要求
1.一種低粘度高閃點(diǎn)水性聚氨酯堵水材料，其特征在于其原料按質(zhì)量份數(shù)構(gòu)成為 親水聚醚多元醇80-120份，異氰酸酯20-30份，催化劑O. 05-0. 5份，惰性稀釋劑25-35份，交聯(lián)劑0-2. 5份。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的低粘度高閃點(diǎn)水性聚氨酯堵水材料，其特征在于 所述親水聚醚多元醇的官能度為2或3，EO/PO值為90/1(Γ80/20，分子量為3000-8000。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的低粘度高閃點(diǎn)水性聚氨酯堵水材料，其特征在于 所述異氰酸酯為甲苯二異氰酸酯和/或二苯基甲烷_(kāi)4，4' - 二異氰酸酯。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的低粘度高閃點(diǎn)水性聚氨酯堵水材料，其特征在于 所述催化劑為選自二月桂酸二丁基錫、辛酸亞錫、三乙胺、N-甲基嗎啡啉、N-乙基嗎啡啉中的一種或幾種。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的低粘度高閃點(diǎn)水性聚氨酯堵水材料，其特征在于 所述惰性稀釋劑為烷基磷酸酯和/或齒代烷基磷酸酯。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的低粘度高閃點(diǎn)水性聚氨酯堵水材料，其特征在于 所述交聯(lián)劑為1，4-丁二醇、間甲苯二胺、80/20甲苯二胺、三乙醇胺中的一種或幾種；所述80/20甲苯二胺是指由2，4-甲苯二胺和2，6-甲苯二胺按質(zhì)量比4:1構(gòu)成的混合物。
7.—種權(quán)利要求I所述的低粘度高閃點(diǎn)水性聚氨酯堵水材料的制備方法，其特征在于按以下步驟操作 a、將親水聚醚多元醇加入反應(yīng)釜中，在真空度-O.08MPa -O. 09MPa、115_125°C下脫水2-4小時(shí)，脫水結(jié)束后降溫至30-60°C，向反應(yīng)釜中加入異氰酸酯和催化劑，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下于60-8(TC攪拌反應(yīng)4-6小時(shí)，然后加入惰性稀釋劑，攪拌均勻后得到聚氨酯預(yù)聚體溶液，即為組份A ; b、將交聯(lián)劑溶于與組份A等質(zhì)量的水中，得到組份B； C、將組份A和組份B按照I :0-1的體積比混合注漿。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于 步驟a脫水過(guò)程中每隔O. 5小時(shí)進(jìn)行一次N2帶水操作。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種低粘度高閃點(diǎn)水性聚氨酯堵水材料及其制備方法，其中聚氨酯堵水材料由80-120份親水聚醚多元醇、20-30份異氰酸酯、0.05-0.5份催化劑、25-35份惰性稀釋劑、1.0-1.5份交聯(lián)劑組成；其制備方法是由親水聚醚多元醇脫水后與異氰酸酯、催化劑混合反應(yīng)，檢測(cè)體系中NCO含量不再降低，加入惰性稀釋劑，混合均勻，使用時(shí)將擴(kuò)鏈交聯(lián)劑于適量水中為另一組份。本發(fā)明水性聚氨酯堵水材料具有高包水性、高閃點(diǎn)、不燃、粘度低、環(huán)保等特點(diǎn)；其制備方法簡(jiǎn)單，施工方便。本發(fā)明適用于礦山巷道、豎井、隧道、海底隧道、地鐵等地下工程的動(dòng)水、涌水處理，滲水防治。
文檔編號(hào)C08G18/10GK102876005SQ20121039587
公開(kāi)日2013年1月16日 申請(qǐng)日期2012年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月18日
發(fā)明者丁運(yùn)生, 劉志, 劉玉亭, 孫曉紅, 朱錦 申請(qǐng)人:合肥工業(yè)大學(xué)