本發(fā)明高分子材料合成，尤其涉及一種高吸水聚丙烯酸鈉基雙組分聚氨酯材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、我國地下工程規(guī)模巨大，經(jīng)過多年的服役后，地下工程病害逐漸增多，其中滲漏問題是影響其服役效果的突出問題之一，尤其隧道、地下室、城市地下管道等地下工程，滲漏問題更嚴重。目前，治理地下結(jié)構(gòu)滲漏水最常用的方法是注漿法，利用漿液對滲漏通道的附著、凝固、填充作用可對滲漏部位進行修復(fù)。在眾多的注漿材料中，聚氨酯注漿材料因其膨脹性好、早期強度高、粘結(jié)力強、固化速度快、耐久性好、注漿操作簡單等優(yōu)點在注漿堵漏中得到了廣泛應(yīng)用。

2、在實際應(yīng)用中，注漿完成后隧道、城市地下工程等裂縫中仍會存留部分水分無法排出，這些水分存在會對建筑材料再次造成侵蝕，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)內(nèi)再次出現(xiàn)裂縫、霉斑、鋼筋腐蝕等問題。聚氨酯材料吸水性能差，在實際應(yīng)用中無法解決上述問題。此外，聚氨酯材料中異氰酸酯和水、多元醇組分反應(yīng)會放出大量的熱量，凝固形成的高聚物材料密度較大，凝固迅速，凝固時間≤10s，同時為了達到修復(fù)效果可能會注漿較多的原料，這四個因素的疊加使材料內(nèi)部溫度較高，容易導(dǎo)致泡沫內(nèi)部黃變燒芯，黃變燒芯后的泡沫抗壓強度遠遠小于0.8mpa，一定程度上削弱了聚氨酯注漿材料的修復(fù)效果。

3、因此，在本領(lǐng)域中，迫切需要開發(fā)一種強度理想、耐久性好、吸水性強的注漿堵漏材料，以滿足隧道及地下工程堵漏補強的需求。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種高吸水聚丙烯酸鈉基雙組分聚氨酯材料及其制備方法，通過將高吸水性的聚丙烯酸鈉成分包裹于聚氨酯材料中，采用注漿的方式進行施工，施工工藝簡單便捷，可快速將材料滲透至裂縫深處，具有快速、環(huán)保、耐久、微損、吸水性強、粘結(jié)性好等優(yōu)點。本發(fā)明將具有高吸水性的聚丙烯酸鈉粉末均勻嵌于聚氨酯開孔泡沫內(nèi)，既保留了聚氨酯材料膨脹性好、早期強度高、粘結(jié)力強、固化速度快、耐久性好、注漿操作簡單等優(yōu)點，又賦予了材料極高的吸水性能，有效避免了材料燒芯等問題，能夠有效增強材料的粘結(jié)強度、泡沫體結(jié)構(gòu)強度、阻燃等性能，防止泡沫收縮。同時，材料中高吸水性成分的存在可以快速吸收滲漏病害處的水分，增強聚氨酯材料與病害處的粘結(jié)強度，進一步改善修復(fù)效果。

2、本發(fā)明提供的高吸水聚丙烯酸鈉基雙組分聚氨酯材料及其制備方法包括a、b兩組分，其中組分a包括：

3、聚丙烯酸鈉10～20份；

4、改性異氰酸酯組分80～100份；

5、組分b包括：

6、多元醇組分80～100份；

7、物理發(fā)泡劑5～20份；

8、表面活性劑占組分b的2～3％；

9、開孔劑占組分b的2～3％。

10、優(yōu)選的，所述組分a中的改性異氰酸酯通過加入10-40份親水多元醇的至少一種與50-90份的異氰酸酯預(yù)聚而得，所述親水多元醇為聚乙二醇200、聚乙二醇400、二甘醇中的至少一種，所述異氰酸酯為多亞甲基多苯基異氰酸酯、改性二苯基甲烷二異氰酸酯、改性甲苯二異氰酸酯中的至少一種。

11、優(yōu)選的，所述聚丙烯酸鈉為粉末狀，密度為1.32g/cm3。

12、優(yōu)選的，所述組分b中多元醇組分中的多元醇為聚醚多元醇和聚酯多元醇，其中，聚醚多元醇為蔗糖聚醚多元醇、山梨醇聚醚多元醇中的至少一種，羥值為150～700mgkoh/g，聚酯多元醇為苯酐或苯二甲酸和二甘醇、乙二醇或丁二醇通過縮聚反應(yīng)生成的聚酯多元醇。

13、優(yōu)選的，所述組分b中的物理發(fā)泡劑，為正丁烷(沸點-0.5℃)、異丁烷(沸點-11.8℃)、七氟丙烷(沸點-16.4℃)、1,-1-二氟乙烷(沸點-24.7℃)、二甲醚(沸點-24.9℃)中的至少一種，占多元醇組分總重量的5～20％。

14、優(yōu)選的，所述組分b中的表面活性劑為非硅酮表面活性劑。

15、優(yōu)選的，所述組分b中的開孔劑，為聚氧化丙烯-氧化乙烯共聚醚、聚氧化烯烴-聚硅氧烷共聚物中的至少一種。

16、本發(fā)明還提出一種高吸水聚丙烯酸鈉基雙組分聚氨酯材料的制備和應(yīng)用，應(yīng)用于上述的高吸水聚丙烯酸鈉基雙組分聚氨酯材料的制備和應(yīng)用，包括步驟：

17、步驟一、將反應(yīng)釜加熱至40-50℃，依次加入多元醇和異氰酸酯，然后將反應(yīng)釜加熱升溫至78-82℃，反應(yīng)1.5-2.5h；

18、步驟二、將步驟一所得改性異氰酸酯冷卻后，加入聚丙烯酸鈉粉末，攪拌20min混合均勻，使聚丙烯酸鈉粉末均勻分散在異氰酸酯中，形成液體組分a；

19、步驟三、配置開孔聚氨酯泡沫多元醇，形成液體組分b；

20、步驟四、對滲漏部位進行檢測，根據(jù)現(xiàn)場檢測情況布置注漿孔，將組分a和組分b在注漿機內(nèi)混合，利用異氰酸酯基團(-nco)和羥基(-oh)反應(yīng)，將具有高吸水性的聚丙烯酸鈉樹脂嵌到開孔聚氨酯泡沫內(nèi)部，合成具有強吸水性的注漿材料，并利用注漿輸運方式將高吸水樹脂投放至服役位置，方便快捷。

21、優(yōu)選的，所述步驟二中的攪拌溫度為室溫，攪拌時間不少于20min。

22、與相關(guān)技術(shù)相比較，本發(fā)明提供的高吸水聚丙烯酸鈉基雙組分聚氨酯材料及其制備方法具有如下有益效果：

23、1、本發(fā)明將具有高吸水性的聚丙烯酸鈉粉末均勻嵌于聚氨酯開孔泡沫內(nèi)，生成的注漿材料為固體蜂窩結(jié)構(gòu)，具有超長超強的吸水性和除水作用，可快速吸收滲漏病害處的水分，既可增強聚氨酯泡沫強度，又可保持滲漏病害處的干燥，增強聚氨酯材料與病害處界面的粘結(jié)強度，避免水分對建筑材料的再次侵蝕，避免再次出現(xiàn)裂縫、霉斑、鋼筋腐蝕等問題，可進一步改善對地下工程結(jié)構(gòu)滲漏水病害的修復(fù)治理效果。

24、2、賦予材料極強的吸水性，可防止聚氨酯材料與水發(fā)生過多的反應(yīng)，使材料體積過分膨脹，導(dǎo)致泡沫抗壓強度過低。

25、3、提高聚氨酯注漿材料的吸水性，有利于其吸收滲漏病害處的水分，有助于增強聚氨酯材料與病害部位的粘結(jié)強度，可以進一步改善修復(fù)效果。

26、4、聚氨酯材料在固化過程中會反應(yīng)釋放大量熱量，賦予材料較強的吸水性，可有效減少由于結(jié)構(gòu)變形和溫差引起的氣孔和通道的形成，可有效避免泡沫內(nèi)部黃變燒芯的問題出現(xiàn)，增強了材料的耐久性，減少復(fù)漏的可能。

27、5、聚丙烯酸鈉可吸收自身幾十倍至上千倍的水，將強吸水性的聚丙烯酸鈉嵌于聚氨酯泡沫內(nèi)，可有效提高材料整體的阻燃性能。

28、6、城市地面環(huán)境復(fù)雜，常常不具備開挖維修條件，聚氨酯注漿修復(fù)無需開挖，施工過程方便快捷。聚氨酯材料具有很好的膨脹性，不僅可以快速封堵管道滲漏，還可以有效解決由于隧道、地下室、地下管道工程因滲漏導(dǎo)致的基礎(chǔ)脫空和松散問題。

29、7、本發(fā)明注漿時異氰酸酯組分與多元醇組分反應(yīng)迅速、短期內(nèi)便可形成高強度的聚合物骨架，高吸水樹脂均勻嵌于高強度聚合物骨架內(nèi)，有力彌補了一般高吸水樹脂強度欠缺、耐久性差的不足，在保證吸水除水效果的同時，還可為修復(fù)部位提供支撐作用，提升修復(fù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

技術(shù)特征：

1.一種高吸水聚丙烯酸鈉基雙組分聚氨酯材料，其特征在于，包括a、b兩組分，其中組分a包括：

2.如權(quán)利要求1所述的高吸水聚丙烯酸鈉基雙組分聚氨酯材料，其特征在于，所述組分a中的改性異氰酸酯通過加入10-40份親水多元醇的至少一種與50-90份的異氰酸酯預(yù)聚而得，所述親水多元醇為聚乙二醇200、聚乙二醇400、二甘醇中的至少一種，所述異氰酸酯為多亞甲基多苯基異氰酸酯、改性二苯基甲烷二異氰酸酯、改性甲苯二異氰酸酯中的至少一種。

3.如權(quán)利要求1所述的高吸水聚丙烯酸鈉基雙組分聚氨酯材料，其特征在于，所述聚丙烯酸鈉為粉末狀，密度為1.32g/cm3。

4.如權(quán)利要求1所述的高吸水聚丙烯酸鈉基雙組分聚氨酯材料，其特征在于，所述組分b中多元醇組分中的多元醇為聚醚多元醇和聚酯多元醇，其中，聚醚多元醇為蔗糖聚醚多元醇、山梨醇聚醚多元醇中的至少一種，羥值為150～700mgkoh/g，聚酯多元醇為苯酐或苯二甲酸和二甘醇、乙二醇或丁二醇通過縮聚反應(yīng)生成的聚酯多元醇。

5.如權(quán)利要求1所述的高吸水聚丙烯酸鈉基雙組分聚氨酯材料，其特征在于，所述組分b中的物理發(fā)泡劑，為正丁烷、異丁烷、七氟丙烷、1,-1-二氟乙烷、二甲醚中的至少一種，占多元醇組分總重量的5～20％。

6.如權(quán)利要求1所述的高吸水聚丙烯酸鈉基雙組分聚氨酯材料，其特征在于，所述組分b中的表面活性劑為非硅酮表面活性劑。

7.如權(quán)利要求1所述的高吸水聚丙烯酸鈉基雙組分聚氨酯材料，其特征在于，所述組分b中的開孔劑，為聚氧化丙烯-氧化乙烯共聚醚、聚氧化烯烴-聚硅氧烷共聚物中的至少一種。

8.一種高吸水聚丙烯酸鈉基雙組分聚氨酯材料的制備方法，其特征在于，該方法應(yīng)用于上述權(quán)利要求1-7所述的高吸水聚丙烯酸鈉基雙組分聚氨酯材料的制備，所述方法包括步驟：

9.如權(quán)利要求1所述的高吸水聚丙烯酸鈉基雙組分聚氨酯材料及其制備方法，其特征在于，所述步驟二中的攪拌溫度為室溫，攪拌時間不少于20min。

10.如權(quán)利要求8-9所述方法制備的高吸水聚丙烯酸鈉基雙組分聚氨酯材料的應(yīng)用分為以下步驟：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明高分子材料合成技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種高吸水聚丙烯酸鈉基雙組分聚氨酯材料及其制備方法。所述高吸水聚丙烯酸鈉基雙組分聚氨酯材料包括A、B兩組分，其中組分A包括：聚丙烯酸鈉10～20份；改性異氰酸酯組分80～100份；組分B包括：多元醇組分80～100份；物理發(fā)泡劑5～20份；表面活性劑占組分B的2～3％；開孔劑占組分B的2～3％。本發(fā)明提供的高吸水聚丙烯酸鈉基雙組分聚氨酯材料，作為注漿堵漏材料強度理想、耐久性好、吸水性強，能夠滿足隧道及地下工程堵漏補強的需求。

技術(shù)研發(fā)人員：張超,武永深,王翠霞,王磊,趙鵬
受保護的技術(shù)使用者：鄭州大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30