王　治胡浩然趙國武吳　強(qiáng)河南建筑材料研究設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司（45000）　河南省華瑞防水防腐有限公司（450000）

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聚氨酯化學(xué)灌漿材料的制備及性能研究

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1河南建筑材料研究設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司（450002）2河南省華瑞防水防腐有限公司（450000）

摘要:通過介紹聚氨酯化學(xué)灌漿材料的制備工藝、分類及測試，探討了聚氨酯化學(xué)灌漿材料的性能指標(biāo)，分析了測試結(jié)果，供同行參考。

關(guān)鍵詞:聚氨酯；灌漿材料；制備工藝及分類；試驗(yàn)；性能測試

0引言

化學(xué)灌漿作為一門工程技術(shù)，目前在我國已經(jīng)得到了非常迅速的發(fā)展，已成為基礎(chǔ)防滲加固處理、水工建筑物防滲補(bǔ)強(qiáng)加固、地下建筑物防水處理的主要手段之一。

聚氨酯化學(xué)灌漿材料是由聚氨酯樹脂與一些添加劑組成的化學(xué)灌漿，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)生二氧化碳?xì)怏w，造成體積膨脹并最終生成一種不溶于水的、有一定強(qiáng)度的凝膠固結(jié)體[1]。聚氨酯化學(xué)灌漿材料主要有水溶性和油溶性兩大系列，其中水溶性聚氨酯灌漿材料因其親水性好、包水量大、彈性大等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用。近年來，隨著人們環(huán)保意識(shí)的提高，水溶性聚氨酯成為灌漿領(lǐng)域的重要材料[2]。

在我國,自20世紀(jì)70年代就開始了聚氨酯化學(xué)灌漿材料的研究[3]。聚氨酯化學(xué)灌漿材料主要用于有防水要求的化學(xué)灌漿工程中，操作簡便、與水反應(yīng)迅速、固化產(chǎn)物具有遇水膨脹功能，因此廣泛用于裂縫的防滲止水處理，特別是對(duì)于涌水的處理效果特別明顯。

1制備工藝及分類

聚氨酯化學(xué)灌漿材料的制備目前基本以預(yù)聚法為主，即將TDI、MDI等多異氰酸酯與含羥基組分進(jìn)行反應(yīng)，再加入催化劑、促進(jìn)劑等物質(zhì)，配制成單組分或多組分的化學(xué)灌漿材料。反應(yīng)過程中的-NCO預(yù)聚物極易與水發(fā)生反應(yīng)，利用這一特性，制得的聚氨酯化學(xué)灌漿材料可以與水迅速發(fā)生反應(yīng)，從而達(dá)到堵水、止水的目的。當(dāng)這些材料在使用過程中與水接觸或雙組分混合后，即可發(fā)生反應(yīng)達(dá)到固化的目的。

聚氨酯化學(xué)灌漿材料主要有兩大系列:水溶性（親水型）聚氨酯和油溶性聚氨酯。這兩類材料雖然都能用于防水、堵漏、加固，但兩者也有差別。通常，水溶性聚氨酯灌漿材料親水性好、包水量大、彈性大，適用于潮濕裂縫的灌漿堵漏、動(dòng)水地層的堵涌水、潮濕土質(zhì)表面層的防護(hù)等。油溶性聚氨酯灌漿材料的固結(jié)體強(qiáng)度大、抗?jié)B性好、彈性小，比較適合混凝土靜縫的防滲堵漏及地基加固、防水堵漏兼?zhèn)涞墓こ蘙4]。根據(jù)施工需要，也可把水溶性與油溶性聚氨酯灌漿材料按合適的比例混合后進(jìn)行灌漿施工。

表1試驗(yàn)材料

2試驗(yàn)

2.1試驗(yàn)材料（見表1）

2.2試驗(yàn)儀器設(shè)備

所用合成儀器設(shè)備主要有三口燒瓶、電子天平、精密電動(dòng)攪拌器、變頻調(diào)速雙層玻璃反應(yīng)釜、SHZ-D（Ⅲ）循環(huán)水式多用真空泵、GSC高溫恒溫循環(huán)槽等。

2.3合成方法

以合成水溶性聚氨酯灌漿材料為例:先將聚醚放入反應(yīng)釜中，在110～120℃溫度下真空脫水1 h，脫水完畢后降溫至50～60℃，加入增塑劑，然后邊攪拌邊緩慢加入TDI，緩慢升溫至80～90℃，進(jìn)行反應(yīng)2.5～3 h，降溫至50～60℃，加入溶劑及各類助劑，攪拌均勻后出料包裝。

3性能測試

3.1密度

在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件下,按GB/T 8077-2000中的5.3條進(jìn)行,用波美比重計(jì)插入溶液中測出該溶液的密度（只測定主劑的密度）。

3.2黏度

按GB/T 2794-1995中的5.1進(jìn)行試驗(yàn)，在試驗(yàn)驗(yàn)證時(shí)采用NDJ-1型旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)。

3.3凝膠時(shí)間

在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件下,試樣與5倍的水相混合，并迅速攪拌均勻（約10 s）后靜止，得到白色乳濁液。之后用玻璃棒不斷探測黏度的變化，當(dāng)玻璃棒離開液面出現(xiàn)拉絲現(xiàn)象時(shí)，視該試樣已凝膠化。測定試樣與水從混合開始至用玻璃棒離開液面出現(xiàn)凝膠體拉絲的時(shí)間即為凝膠時(shí)間。

3.4遇水膨脹率

在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件下，在水溶性聚氨酯灌漿材料中摻入5%水后，制成（φ50×50）mm固結(jié)體，然后將固結(jié)體浸入水中，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，用排水法（量筒）測量固結(jié)體浸水前后體積的變化值，計(jì)算固結(jié)體浸水以后體積增長的倍數(shù)。

3.5包水性

在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件下,測定試樣與10倍質(zhì)量的水從開始混合至容器中倒不出水時(shí)的時(shí)間。

3.6發(fā)泡率

在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件下，一定比例下的聚氨酯灌漿材料與水（催化劑），反應(yīng)后形成的泡沫狀固結(jié)體相對(duì)于原漿液的體積增長率。采用帶刻度的容器，用補(bǔ)水的方法，直接測定體積的變化。

4結(jié)果

密度指標(biāo)是反映聚氨酯灌漿材料的有效物質(zhì)含量。密度低則聚氨酯灌漿材料的固含量低，將影響發(fā)泡率。反映快速堵漏效果的指標(biāo)是凝膠時(shí)間、凝固時(shí)間、發(fā)泡率、包水量。凝膠時(shí)間短，發(fā)泡率越大，包水量越大，產(chǎn)品性能越好，快速堵漏的效果越明顯。反映產(chǎn)品性能的指標(biāo)是凝膠時(shí)間、凝固時(shí)間、遇水膨脹率、包水性、發(fā)泡率、抗壓強(qiáng)度等。反應(yīng)灌漿材料滲透性（可灌性）的指標(biāo)是黏度，黏度越低，越容易滲透，可灌性越好。遇水膨脹率指標(biāo)反映純漿固結(jié)體遇水膨脹的能力。純漿固結(jié)體在灌漿結(jié)束以后仍能遇水膨脹堵塞滲水通道，發(fā)揮二次止水堵漏的作用，該指標(biāo)越大越好。

表2性能測試

圖1體系密度與相對(duì)分子量的關(guān)系

圖2黏度與相對(duì)分子量的關(guān)系

圖3凝膠時(shí)間與相對(duì)分子量的關(guān)系

圖4包水性與相對(duì)分子量的關(guān)系

圖5發(fā)泡率與相對(duì)分子量的關(guān)系

4.1相對(duì)分子量對(duì)產(chǎn)品性能的影響

實(shí)驗(yàn)證明,通過調(diào)整混合體系中聚醚的配比，隨著體系的相對(duì)分子量增加，體系的密度、黏度指標(biāo)增加，而凝膠時(shí)間、遇水膨脹率、包水性、發(fā)泡率指標(biāo)下降。

4.2溶劑的添加量對(duì)于產(chǎn)品性能的影響

在生產(chǎn)實(shí)際中采取丙酮與二甲苯的混合液作為體系溶劑，來調(diào)節(jié)體系的黏度以便提高施工性能。體系中改變?nèi)軇┑奶砑恿坎粌H對(duì)黏度有影響，同時(shí)影響到發(fā)泡體系的凝膠時(shí)間、包水性、發(fā)泡率指標(biāo)，使得產(chǎn)品的性能下降。應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品的不同使用要求合理調(diào)節(jié)溶劑的添加量。通常在5%～25%間來調(diào)整溶劑的添加量可獲得比較滿意的效果。

4.3助劑的用量對(duì)產(chǎn)品性能的影響

采用鄰苯二甲酸二丁酯（DBP）做增塑劑，可以提高漿料固結(jié)體的韌性和彈性模量，加入量大會(huì)降低體系的-NCO含量，使得發(fā)泡率下降。以水溶性無水硅油（Tegostab B8228）做為泡沫穩(wěn)定劑，保持漿料固結(jié)體的穩(wěn)定性，降低塌泡的可能性。三乙胺做催化劑，檸檬酸做緩凝劑，均可以調(diào)節(jié)凝膠時(shí)間。

5結(jié)論

1）通過調(diào)整混合體系中聚醚配比，使體系的相對(duì)分子量增加，進(jìn)而使體系的密度、黏度指標(biāo)增加，凝膠時(shí)間、遇水膨脹率、包水性、發(fā)泡率指標(biāo)下降，大大提高水性聚氨酯灌漿材料的施工性能。

2）通過合理調(diào)節(jié)溶劑的增加量，來調(diào)節(jié)混合體系的黏度,進(jìn)而改變體系的凝膠時(shí)間、包水性、發(fā)泡率指標(biāo)，以便于提高施工性能。試驗(yàn)證明，加入20% ~25%的混合溶劑,能達(dá)到很好的效果。

3）試驗(yàn)證明，在發(fā)泡體系中加入不同的助劑，會(huì)對(duì)材料性能產(chǎn)生不同的影響。加入少量增塑劑可以提高發(fā)泡體系的韌性和彈性，但加入量過大會(huì)使發(fā)泡率下降。加入適量的穩(wěn)定劑可降低塌泡的可能性。加入合適的緩凝劑可以調(diào)節(jié)凝膠時(shí)間，大大提高施工性能。

參考文獻(xiàn):

[1]朱呂民.聚氨酯合成材料[M].南京:江蘇科學(xué)技術(shù)出版社, 2004:700- 702.

[2]王正平,趙鋼. - NCO基在聚氨酯預(yù)聚體合成過程中的影響[J].應(yīng)用科技,2002,29(2):37- 38.

[3]趙暉，何鳳，劉益軍，黃國泓.水溶性聚氨酯化學(xué)灌漿材料的研制[J].化工新型材料,2005,33(8)：61- 63.

[4]耿同謀,宮繼昌,劉孔凡.影響水溶性聚氨酯凝膠性能的因