[发明专利]一种低粘度高闪点水性聚氨酯堵水材料及其制备方法

说明书

一、技术领域

本发明涉及一种聚氨酯材料及其制备方法，具体地说是一种低粘度高闪点水性聚氨酯堵水材料及其制备方法。

二、背景技术

目前，矿山巷道、竖井、隧道、海底隧道、地铁等地下工程开挖时常采用聚氨酯注浆防渗帷幕控制涌水或防渗堵漏。坝体坝基的防渗，基坑周边渗水和基底涌水涌砂也可以采用聚氨酯注浆法处理。常用的堵漏材料种类有水玻璃、丙烯酰胺类、甲基丙烯酸酯/丙烯酸盐类、改性环氧树脂、糠酮树脂、木质素等。

聚氨酯化学堵水材料是继丙烯酰胺与环氧树脂类浆材之后研究出的一种新的防渗堵漏固结材料，聚氨酯灌浆材料活性大，防渗堵漏能力强，可带水施工，可满足不同要求，是使用范围广、性能很好的一种堵水材料。聚氨酯堵水材料是由聚氨酯树脂与一些添加剂所组成的化学堵水材料，遇水以后能立即与水发生扩链、支化及交联反应，产生CO₂气体，造成体积膨胀并最终生成一种不溶于水的，有一定强度的无毒凝胶状固结体。聚氨酯堵水材料可以凭借其膨胀性、渗透性和密封性优良的特点实现冒落孔洞的迅速填充，阻止冒落的进一步恶化；可实现动水的迅速堵漏，与细小岩缝的填充，阻止透水事故的发生。

为了降低聚氨酯的粘度，提高可灌性，常用的聚氨酯注浆材料中含有大量的有机溶剂，如丙酮、二甲苯、甲苯、丁酮、醋酸乙酯、醋酸丁酯等，这些溶剂在使用过程中不但对环境污染严重，对施工人员的健康不利，且对在煤矿井下安全生产威胁严重，溶剂挥发至空气中，易发生燃烧爆炸事故。近些年国内同行对聚氨酯堵水材料研究力度日益加大，但多数限于基础研究，对材料包水性、固化时间的研究较多，对施工过程中的各种问题考虑不周。如：（1）不使用有机溶剂的前提下，降低浆液粘度；（2）使用有机溶剂后如何提高材料的闪点；（3）在煤矿井下使用时，如何控制反应过程中的放热量；（4）根据不同的环境，如何确定不同的施工方案等。

三、发明内容

本发明旨在提供一种低粘度高闪点水性聚氨酯堵水材料及其制备方法，所要解决的技术问题是通过分子设计与配方工艺优化使聚氨酯堵水材料具有高包水性、高闪点、低粘度、高安全性、不燃、环保等特点，克服传统水性聚氨酯堵水材料使用大量有毒易挥发有机溶剂的弊端。

本发明低粘度高闪点水性聚氨酯堵水材料，其特征在于其原料按质量份数构成为：

亲水聚醚多元醇80-120份，异氰酸酯20-30份，催化剂0.05-0.5份，惰性稀释剂25-35份，交联剂0-2.5份。

所述亲水聚醚多元醇的官能度为2或3，EO/PO值为90/10~80/20，分子量为3000-8000。

所述异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯和/或二苯基甲烷-4，4′-二异氰酸酯。

所述催化剂为选自二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡、三乙胺、N-甲基吗啡啉、N-乙基吗啡啉中的一种或几种。

所述惰性稀释剂为烷基膦酸酯和/或卤代烷基磷酸酯。

其中所述烷基膦酸酯优选甲基膦酸二甲酯（DMMP），所述卤代烷基磷酸酯优选磷酸三（β-氯乙基)酯（TCEP）。

所述交联剂为1,4-丁二醇、间甲苯二胺、80/20甲苯二胺、三乙醇胺中的一种或几种；所述80/20甲苯二胺是指由2,4-甲苯二胺和2,6-甲苯二胺按质量比4:1构成的混合物。

本发明低粘度高闪点水性聚氨酯堵水材料的制备方法，其特征在于按以下步骤操作：

a、将亲水聚醚多元醇加入反应釜中，在真空度-0.08MPa~-0.09MPa、115-125℃下脱水2-4小时，脱水结束后降温至30-60℃，向反应釜中加入异氰酸酯和催化剂，在氮气保护下于60-80℃搅拌反应4-6小时，然后加入惰性稀释剂，搅拌均匀后得到聚氨酯预聚体溶液，即为组份A；步骤a脱水过程中每隔0.5小时进行一次N₂带水操作。

b、将交联剂溶于与组份A等质量的水中，得到组份B；

c、将组份A和组份B按照1：0-1的体积比混合注浆。

普通少量漏水时组份A和组份B按1:1的体积比混合注浆即可；当淋水、漏水现象过大时，为防止浆料因粘度过低而随流水大量淋出造成不必要的浪费，可以单独注入组份A，待渗水漏水点渗漏水现象消失后，停止注浆。

本发明具有以下特点：

1、高安全性。本发明材料不使用可挥发性有机溶剂，闪点高，大于140℃，使用过程中放热量低，小于50℃，且形成的凝胶体具有不燃性，特别适合于煤矿井下淋水漏水的处理。