單組份水溶性聚氨酯灌漿材料的合成研究

馮 磊

(江蘇利宏科技發(fā)展有限公司，江蘇 淮安 223200)

水溶性聚氨酯灌漿材料的制備主要是先由甲苯二異氰酸酯(TDI)與高分子量親水性聚醚多元醇反應(yīng)生成預(yù)聚體，再將其與溶劑和增塑劑按一定配比制備成單組份水溶性聚氨酯灌漿材料。灌漿材料遇水后發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，在短時(shí)間內(nèi)分散到水中形成不溶于水的彈性凝膠體，達(dá)到止水堵水的作用。目前市面上的灌漿材料普遍存在包水倍數(shù)小、遇水形成的膠體彈性差的問題。

本研究制得的水性聚氨酯灌漿材料具有親水性好、彈性好、包水倍數(shù)大、黏度小、滲透力強(qiáng)、存儲(chǔ)時(shí)間長(zhǎng)且價(jià)格較低的特點(diǎn)，可被廣泛應(yīng)用于地鐵隧道、水利工程、地下車庫(kù)和下水道等防水堵漏工程領(lǐng)域[1]。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試劑和儀器

1.1.1試劑

甲苯二異氰酸酯(TDI)，工業(yè)級(jí)，煙臺(tái)萬(wàn)華聚氨酯股份有限公司；聚醚多元醇LH-320(為3，羥值20 mg KOH/g)，自制；聚醚多元醇LH-420(為4，羥值20 mg KOH/g)，自制；聚醚多元醇LH-520(為5，羥值20 mg KOH/g)，自制；聚醚多元醇LH-620(為6，羥值20 mg KOH/g)，自制；鄰苯二甲酸二丁酯(DOP)，工業(yè)級(jí)，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。異氰酸酯基團(tuán)滴定所用試劑：丙酮，二正丁胺，鹽酸，溴甲酚綠，分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.1.2儀器設(shè)備

HH-S數(shù)顯恒溫油浴鍋，新科儀器有限公司；電子天平MT10002C，常州市萬(wàn)泰天平儀器有限公司；攪拌器 JB-1，上海標(biāo)本模型廠；NDJ-5S數(shù)字式旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)，上海越平科學(xué)儀器有限公司；干燥箱DHG-9076A，上海精宏試驗(yàn)設(shè)備有限公司；水循環(huán)真空泵，淄博博山博誠(chéng)真空設(shè)備廠。

1.2 實(shí)驗(yàn)操作

將聚醚多元醇加入1 000 mL四口燒瓶中，開啟攪拌，緩慢升溫到120～125℃，抽真空至真空度0.097 MPa，脫水2.5 h，取樣測(cè)水分≤0.02，合格后冷卻至40℃，加入計(jì)量的TDI，攪拌30 min，然后緩慢升溫到85～90℃，反應(yīng)2.5 h，取樣測(cè)定-NCO 含量，然后降溫至45℃以下，加入計(jì)量的丙酮和DOP，攪拌30 min，取樣測(cè)定黏度，出料后得成品。

1.3 性能參數(shù)測(cè)試

1.3.1預(yù)聚體中-NCO含量的測(cè)定[2]

采用二正丁胺法測(cè)定-NCO 含量。

1.3.2黏度的測(cè)定

黏度(25℃)按GB/T 12008.7-2010的方法測(cè)定

1.3.3凝膠時(shí)間的測(cè)定[3，4]

在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件下，在150 mL燒杯中，取漿材20±0.1 g，加入自來(lái)水100 mL，并迅速攪拌均勻(約10 s)后靜止，得到白色乳液后用玻璃棒不斷探測(cè)黏度的變化，當(dāng)玻璃棒離開液面出現(xiàn)拉絲現(xiàn)象時(shí)，認(rèn)為該試樣已凝膠化；測(cè)定試樣與水混合開始至用玻璃棒離開液面時(shí)出現(xiàn)拉絲時(shí)的時(shí)間即為凝膠時(shí)間。

1.3.4包水量的測(cè)定

取10 g灌漿材料于1 000 mL水杯中，分別加入m g水(m:10-800 g)，若在2 min內(nèi)能完全固化為凝膠，m/10即為它的包水量。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同-NCO 含量對(duì)包水量的影響

用TDI與聚醚多元醇LH-620在溫度85-90℃下保溫反應(yīng)2.5 h合成聚氨酯預(yù)聚體，并配置成灌漿材料，對(duì)比了不同-NCO 含量的預(yù)聚體對(duì)灌漿材料黏度、包水量和凝膠時(shí)間的影響，其測(cè)試結(jié)果見表1所示。

從表1可以看出，隨著TDI的增加，灌漿材料中的異氰酸酯組分增加，黏度會(huì)有相應(yīng)的下降。-NCO含量從4.8%增加到9.3%，凝膠時(shí)間變快。但是隨著-NCO含量的增加，包水量呈現(xiàn)先變大再變小的趨勢(shì)，在-NCO含量為6.3%～7.3%時(shí)最大。綜上所述，將預(yù)聚體的-NCO含量控制在6.3%～7.1%之間所得灌漿材料的綜合性能較好。

表1 -NCO 含量對(duì)材料黏度、包水量和凝膠時(shí)間的影響

2.2 不同分子量聚醚多元醇對(duì)包水量的影響

用TDI與不同聚醚多元醇在溫度85～90℃下保溫反應(yīng)2.5 h，合成了相同-NCO 含量的聚氨酯預(yù)聚體，并配置成漿液，考察了不同分子量聚醚多元醇對(duì)灌漿材料黏度、最大包水量和凝膠時(shí)間的影響，其測(cè)試結(jié)果見表2所示。

表2 聚醚多元醇分子量對(duì)材料黏度、最大包水量和凝膠時(shí)間的影響

從表2可以看出，在控制相同-NCO 含量的情況下，分子量愈大，包水倍數(shù)越大，凝膠時(shí)間變短，相應(yīng)的漿液黏度變大，但是仍在可接受范圍內(nèi)。綜上所述，反應(yīng)體系選用聚醚多元醇LH-620制備的灌漿材料性能最優(yōu)越。

2.3 自制灌漿材料與市面在售灌漿材料性能對(duì)比

本研究選取市面常見廠家生產(chǎn)的同級(jí)別的漿液材料，對(duì)其最大包水量、m(-NCO)%、黏度和凝膠時(shí)間進(jìn)行對(duì)比，其測(cè)試結(jié)果見表3所示。

表3 不同廠家灌漿材料性能對(duì)比

3 結(jié)論

本文以預(yù)聚體為主劑，配以溶劑和增塑劑，制備了單組分水溶性聚氨酯灌漿材料，討論不同聚醚多元醇、-NCO 含量對(duì)灌漿材料黏度、凝膠時(shí)間、包水量等性能的影響。由實(shí)驗(yàn)可得，-NCO 含量控制在 6.3%～7.3%之間時(shí)，所得漿液的綜合性能最佳。用聚醚多元醇LH-620制得的水溶性聚氨酯灌漿材料的最大包水倍數(shù)最大可達(dá)30倍。