本發(fā)明涉及一種力學(xué)強(qiáng)度較高、綜合性能優(yōu)良的聚氨酯注漿抬升材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

利用聚氨酯注漿發(fā)泡，實(shí)現(xiàn)地基抬升和修復(fù)已被廣泛應(yīng)用于建筑及交通領(lǐng)域，為建筑體及路面的快速修復(fù)和安全提供了保障。然而，普通的聚氨酯發(fā)泡形成的抬升材料在應(yīng)用過(guò)程中，易發(fā)生抬升力不夠和修復(fù)點(diǎn)再次塌陷等問(wèn)題。究其原因，一是聚氨酯水發(fā)泡過(guò)程中形成的抬升材料泡孔不均勻、且強(qiáng)度較低。二是聚氨酯注漿材料發(fā)泡空間有限，隨著發(fā)泡抬升過(guò)程中其體積的膨脹，抬升材料受到外部壓力越來(lái)越大，加速了抬升材料內(nèi)氣體的溢出并促使其泡孔破裂，導(dǎo)致抬升材料強(qiáng)度降低。因此，減少二次塌陷的關(guān)鍵在于：使抬升材料在發(fā)泡過(guò)程中泡孔均勻減少缺陷；泡沫體快速具有一定強(qiáng)度，減少氣體的溢出；減少在受限發(fā)泡條件下的泡孔破裂。

傳統(tǒng)的增強(qiáng)方法有：表面改性sio2增強(qiáng)以及環(huán)氧改性增強(qiáng)。這些方法都存在一些缺點(diǎn)：對(duì)于sio2增強(qiáng)，sio2表面接枝率低，sio2粒子直接添加到原料中難以分散且分散后穩(wěn)定性差，易發(fā)生沉降分層；sio2粒子還易在發(fā)泡過(guò)程中聚集成大顆粒造成開(kāi)孔，增加抬升材料缺陷，材料強(qiáng)度降低。對(duì)于環(huán)氧增強(qiáng)，雖然抬升材料最終強(qiáng)度大幅提高，但是環(huán)氧固化速率較低，很難使抬升材料快速達(dá)到一定強(qiáng)度；小分子環(huán)氧甚至?xí)鸬皆鏊茏饔檬固牧祥L(zhǎng)時(shí)間處于低強(qiáng)度狀態(tài)；且a料中的胺類催化劑會(huì)催化環(huán)氧開(kāi)環(huán)，造成a料粘度增加甚至不能使用，儲(chǔ)存周期變短。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在提供一種全水發(fā)泡高分散二氧化硅原位增強(qiáng)聚氨酯注漿抬升材料及其制備方法，所要解決的技術(shù)問(wèn)題是遴選合適的組分和配比使聚氨酯注漿抬升材料在符合復(fù)雜施工條件的情況下，能夠快速發(fā)泡、抬升、固化，同時(shí)具有較高的強(qiáng)度防止二次塌陷。

本發(fā)明的全水發(fā)泡高分散二氧化硅原位增強(qiáng)聚氨酯注漿抬升材料，其特點(diǎn)在于，其原料按質(zhì)量份數(shù)的構(gòu)成為：

優(yōu)選的，其原料按質(zhì)量份數(shù)構(gòu)成為：

所述的親水聚醚多元醇為官能度為3-4、羥值300-500mgkoh/g、粘度100-1500mpa·s的聚醚多元醇中的至少一種。

所述的分散劑為結(jié)構(gòu)如式(1)或式(2)所示的化合物中的至少一種：

式(1)中r為碳原子數(shù)大于2的取代基，式(2)中n＝1-10。

所述的硅溶膠粒徑10-100納米、ph＝5-10、二氧化硅含量為10％-40％。

所述復(fù)合催化劑由胺類催化劑和金屬催化劑組成；

所述的胺類催化劑為結(jié)構(gòu)如式(3)、式(4)或式(5)所示的化合物中的至少一種：

式(3)和式(4)中的r為碳原子數(shù)大于1的取代基；

所述的金屬催化劑為結(jié)構(gòu)如式(6)所示的化合物中的至少一種：

式(6)中m、n＝0-10。

所述的泡沫穩(wěn)定劑為具有聚醚-聚硅氧烷結(jié)構(gòu)的硅油。

所述的水為ph＝6-10、硬度低于75mg/l的水。

所述的多異氰酸酯為多苯基多甲基多異氰酸酯，異氰酸根含量30-32％、官能度2.4-2.7。

本發(fā)明的全水發(fā)泡高分散二氧化硅原位增強(qiáng)聚氨酯注漿抬升材料的制備方法，是按以下步驟操作：

1)將硅溶膠與分散劑混合均勻，在50-90℃真空除水1-2h，再在100-120℃真空除水1-2h，得到sio2分散液；

2)將sio2分散液與親水聚醚多元醇、復(fù)合催化劑、泡沫穩(wěn)定劑和水混合均勻，得到組份a；

4)多異氰酸酯即為組份b；

5)將組份a和組份b混合注漿，控制流速使得組份a和組份b的體積比為1:1.3，即獲得全水發(fā)泡高分散二氧化硅原位增強(qiáng)聚氨酯注漿抬升材料。

本發(fā)明制備的全水發(fā)泡高分散sio2原位增強(qiáng)聚氨酯注漿抬升材料是一種具有較好儲(chǔ)存穩(wěn)定性、較高壓縮強(qiáng)度的注漿抬升修復(fù)材料，適用于不同地質(zhì)條件下的抬升修復(fù)。當(dāng)其應(yīng)用于建筑物或路面地基塌陷的抬升修復(fù)時(shí)，在滿足施工作業(yè)需求的同時(shí)，能達(dá)到快速抬升修復(fù)效果。具體包括以下特點(diǎn)：

1、良好的分散性及儲(chǔ)存穩(wěn)定性。本發(fā)明采用的分散劑可以增加硅溶膠的分散穩(wěn)定性，從而使得硅溶膠在a料中不會(huì)大幅聚集、沉淀與分層。

2、自催化性。本發(fā)明采用的分散劑本身就具有催化作用，可以減少甚至不使用催化劑。

3、高壓縮強(qiáng)度。本發(fā)明泡孔均勻缺陷少，sio2粒子和分散劑的雙重增強(qiáng)作用，使本發(fā)明與常規(guī)聚氨酯抬升材料相比，強(qiáng)度明顯提升。固化后壓縮強(qiáng)度較高，在表觀芯密度為80kg/m³時(shí)，平行于發(fā)泡方向的壓縮強(qiáng)度可達(dá)0.9-1.3mpa，滿足建筑物及路基抬升修復(fù)的要求。

4、發(fā)泡速率可調(diào)節(jié)。本發(fā)明可在10-30s內(nèi)起發(fā)，30-120s內(nèi)發(fā)泡完全，凝膠化后就失去流動(dòng)性并立即具有一定的初始強(qiáng)度。

5、發(fā)泡倍率可調(diào)節(jié)。本發(fā)明發(fā)泡倍率可隨配方調(diào)整而隨之改變，可滿足不同使用要求。

6、高填充性。本發(fā)明在混合后的一段時(shí)間內(nèi)仍具有流動(dòng)性，能很好的填充到修復(fù)點(diǎn)的縫隙中，形成的抬升材料具有一定的韌性，可適應(yīng)易形變地基的修補(bǔ)與抬升。

7、環(huán)保。本發(fā)明以水為發(fā)泡劑，odp值為0，且易得、易存儲(chǔ)；同時(shí)配方中無(wú)易揮發(fā)性有機(jī)溶劑，閃點(diǎn)高，無(wú)毒無(wú)害，對(duì)人類及環(huán)境友好。

8、成本較低。本發(fā)明與未改性的全水發(fā)泡注漿抬升材料相比，成本明顯降低。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在：

1、本發(fā)明充分利用分散劑對(duì)二氧化硅增容作用，增強(qiáng)了硅溶膠與多元醇的相容性從而增強(qiáng)了儲(chǔ)存穩(wěn)定性。

2、本發(fā)明充分利用分散劑的高反應(yīng)活性、反應(yīng)增強(qiáng)性以及自催化特性，可大幅降低催化劑用量；使得混合漿液在10-30s內(nèi)發(fā)泡，并迅速固化，最終達(dá)到0.9-1.3mpa的壓縮強(qiáng)度，壓縮強(qiáng)度與普通聚氨酯抬升材料相比有明顯提高。

3、由于本發(fā)明使用了價(jià)格低廉的分散劑、大幅降低催化劑的用量，使得材料的生產(chǎn)成本大大降低，解決了聚氨酯注漿抬升材料價(jià)格較高的問(wèn)題，有利于其應(yīng)用與推廣。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。

以下實(shí)施例所用原料為：

聚醚多元醇1：其中n＝3。

聚醚多元醇2：其中n＝2～3。

聚醚多元醇3：其中n＝2。

泡沫穩(wěn)定劑：其中m＝9、n＝80、a＝10、b＝12。

復(fù)合催化劑：a33與二月桂酸二丁基錫質(zhì)量比1：1混合而成。

分散劑1：1,2,6-己三醇，其結(jié)構(gòu)為

分散劑2：n-丁基二乙醇胺與甘油質(zhì)量比1：1混合。

去離子水：實(shí)驗(yàn)室自制，ph＝7。

實(shí)施例1

本實(shí)施例的聚氨酯注漿抬升材料按如下方法制備：

1、室溫下，分別稱取60份硅溶膠(ph＝6-8，二氧化硅含量30％，粒徑10-20nm)、40份分散劑1，倒入反應(yīng)釜中，在70℃真空除水1h再升高到110℃真空除水1h，得到sio2分散液。

2、再向反應(yīng)釜中加入100份聚醚多元醇2(官能度3.2，數(shù)均分子量550，粘度250-450mpa·s)、1.2份復(fù)合催化劑、3份泡沫穩(wěn)定劑和1.2份去離子水，攪拌分散均勻，得到組分a(粘度812mpa·s)。

3、稱取130份多異氰酸酯papi作為組份b(粘度272mpa·s)。

4、將組份a與組份b按1:1.3的體積比混合后在室溫下自由發(fā)泡，放置三天后進(jìn)行相關(guān)性能測(cè)試。

本實(shí)施例制備得到的聚氨酯注漿抬升材料的性能如下：

實(shí)施例2

本實(shí)施例的聚氨酯注漿抬升材料按如下方法制備：

1、室溫下，分別稱取60份硅溶膠(ph＝6-8，二氧化硅含量30％，粒徑10-20nm)、40份分散劑2，倒入反應(yīng)釜中，在70℃真空除水1h再升高到110℃真空除水1h，得到sio2分散液。

2、再向反應(yīng)釜中加入100份聚醚多元醇2(官能度3.2，數(shù)均分子量550，粘度250-450mpa·s)、0.1份復(fù)合催化劑、3份泡沫穩(wěn)定劑、1.2份去離子水，攪拌分散均勻，得到組分a(粘度721mpa·s)。

3、稱取130份多異氰酸酯papi作為組份b(粘度272mpa·s)。

4、將組份a與組份b按1:1.3的體積比混合后在室溫下自由發(fā)泡，放置三天后進(jìn)行相關(guān)性能測(cè)試。

本實(shí)施例制備得到的聚氨酯注漿抬升材料的性能如下：

實(shí)施例3

本實(shí)施例的聚氨酯注漿抬升材料按如下方法制備：

1、室溫下，分別稱取60份硅溶膠(ph＝6-8，二氧化硅含量30％，粒徑10-20nm)、20份分散劑1、20份分散劑2，倒入反應(yīng)釜中，在70℃真空除水1h再升高到110℃真空除水1h，得到sio2分散液。

2、再向反應(yīng)釜中加入100份聚醚多元醇2(官能度3.2，數(shù)均分子量550，粘度250-450mpa·s)、0.5份復(fù)合催化劑、3份泡沫穩(wěn)定劑、1.2份去離子水，攪拌分散均勻，得到組分a(粘度761mpa·s)。

3、稱取130份多異氰酸酯papi作為組份b(粘度272mpa·s)。

4、將組份a與組份b按1:1.3的體積比混合后在室溫下自由發(fā)泡，放置三天后進(jìn)行相關(guān)性能測(cè)試。

本實(shí)施例制備得到的聚氨酯注漿抬升材料的性能如下：

實(shí)施例4

本實(shí)施例的聚氨酯注漿抬升材料按如下方法制備：

1、室溫下，分別稱取60份硅溶膠(ph＝6-8，二氧化硅含量30％，粒徑10-20nm)、40份分散劑2，倒入反應(yīng)釜中，在70℃真空除水1h，再升高到110℃真空除水1h，得到sio2分散液。

2、再向反應(yīng)釜中加入100份聚醚多元醇1(官能度3，數(shù)均分子量480，粘度250-350mpa·s)、0.05份復(fù)合催化劑、3份泡沫穩(wěn)定劑、1.2份去離子水，攪拌分散均勻，得到組分a(粘度801mpa·s)。

3、稱取130份多異氰酸酯papi作為組份b(粘度272mpa·s)。

4、將組份a與組份b按1:1.3的體積比混合后在室溫下自由發(fā)泡，放置三天后進(jìn)行相關(guān)性能測(cè)試。

本實(shí)施例制備得到的聚氨酯注漿抬升材料性能如下：

實(shí)施例5

本實(shí)施例的聚氨酯注漿抬升材料按如下方法制備：

1、室溫下，分別稱取60份硅溶膠(ph＝6-8，二氧化硅含量30％，粒徑10-20nm)、40份分散劑2，倒入反應(yīng)釜中，在70℃真空除水1h再升高到110℃真空除水1h，得到sio2分散液。

2、再向反應(yīng)釜中加入50份聚醚多元醇1(官能度3，數(shù)均分子量480，粘度250-350mpa·s)、50份聚醚多元醇3(官能度3，數(shù)均分子量350，粘度300-400mpa·s)、0.5份復(fù)合催化劑、3份泡沫穩(wěn)定劑、1.2份去離子水，攪拌分散均勻，得到組分a(粘度521mpa·s)。

3、稱取130份多異氰酸酯papi作為組份b(粘度272mpa·s)。

4、將組份a與組份b按1:1.3的體積比混合后在室溫下自由發(fā)泡，放置三天后進(jìn)行相關(guān)性能測(cè)試。

本實(shí)施例制備得到的聚氨酯注漿抬升材料性能如下：

以上僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。