遇水發(fā)泡型彈性聚氨酯樹脂灌漿材料的開發(fā)與應(yīng)用

王新鋒，鄭先軍，段文鋒，段存業(yè)

（北京東方雨虹防水技術(shù)股份有限公司，北京 101309）

遇水發(fā)泡型彈性聚氨酯樹脂灌漿材料的開發(fā)與應(yīng)用

王新鋒，鄭先軍，段文鋒，段存業(yè)

（北京東方雨虹防水技術(shù)股份有限公司，北京 101309）

采用異氰酸酯、聚醚多元醇、稀釋劑、泡沫穩(wěn)定劑和催化劑等原材料，開發(fā)了一種遇水發(fā)泡型彈性聚氨酯樹脂灌漿材料，考察了—NCO含量、聚醚多元醇配比、催化劑用量對(duì)灌漿材料性能的影響。結(jié)果表明，—NCO含量為13.5%，聚醚多元醇MN-500與DL-1000D的質(zhì)量比為1∶1，催化劑用量為0.6%時(shí)，灌漿材料的各項(xiàng)性能較好，取得了良好的堵漏效果。

聚氨酯；遇水發(fā)泡；彈性；灌漿

0 前言

聚氨酯灌漿材料是由聚氨酯預(yù)聚體與催化劑、稀釋劑等組成的化學(xué)漿液。一般是單液型，其主要成分是過量多異氰酸酯與聚醚多元醇反應(yīng)而制得的端異氰酸酯基預(yù)聚體；也可以是雙液型，即由預(yù)聚體與固化劑組成[1]。漿液遇水后能立即分散、乳化、發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生二氧化碳，進(jìn)而膨脹、固結(jié)，最終生成一種不溶于水的固結(jié)體，適用于工程建設(shè)中的基礎(chǔ)加固、堵漏止水、帷幕防滲和裂縫修補(bǔ)4個(gè)方面[2]。其中油溶性聚氨酯灌漿材料與水反應(yīng)形成的泡沫體通常為脆性材料，若建筑結(jié)構(gòu)因沉降或熱脹冷縮出現(xiàn)形變，則易導(dǎo)致材料開裂，此外，水會(huì)在水壓的長(zhǎng)期作用下，不斷滲透過泡沫的泡孔結(jié)構(gòu)而發(fā)生復(fù)漏，其防滲堵漏的耐久性較低。

本文研制的遇水發(fā)泡型彈性聚氨酯樹脂灌漿材料是一種新型低黏度、無溶劑、彈性雙組份樹脂灌漿材料。漿液遇水可發(fā)泡膨脹形成泡沫體，無水則形成彈性樹脂材料，其主要用于有一定形變的裂縫、變形縫和伸縮縫的滲漏水封堵以及裂縫、微細(xì)裂縫、接縫和孔洞的彈性密封修復(fù)。在工程應(yīng)用時(shí)，前期灌漿注入基礎(chǔ)或結(jié)構(gòu)中的漿液與水接觸并反應(yīng)生成泡沫，快速阻隔水滲漏并消耗水分，后期注入的漿液則在無水的條件下形成致密的彈性樹脂材料，大大提高了防滲堵漏效果。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要原料

異氰酸酯，M20S，德國(guó)巴斯夫；聚醚多元醇，MN-500、DL-1000D，山東藍(lán)星東大；稀釋劑，鄰苯二甲酸二丁酯（DBP），齊魯石化；泡沫穩(wěn)定劑，AK8803，南京美思德；催化劑，新型改性叔胺類，市售。

1.2 遇水發(fā)泡型彈性聚氨酯樹脂灌漿材料的制備

A組份的制備：將一定量的聚醚多元醇、稀釋劑加入到四口燒瓶中，裝上溫度計(jì)、攪拌器、真空脫水裝置，加熱至110～120℃，在真空度為-0.1 MPa條件下脫水2 h，解除真空，降溫到70℃以下，加入計(jì)量的異氰酸酯，升溫至80～85℃反應(yīng)3h，降溫后出料。

B組份的制備：將一定量的聚醚多元醇、稀釋劑加入到四口燒瓶中，裝上溫度計(jì)、攪拌器、真空脫水裝置，加熱至110～120℃，在真空度為-0.1 MPa條件下脫水2 h，解除真空，降溫到60℃以下，加入計(jì)量的泡沫穩(wěn)定劑、叔胺催化劑，攪拌均勻后出料。

1.3 基本配方（見表1）

表1 灌漿材料的基本配方

試樣制備方法：A、B組份按質(zhì)量比1∶1混合均勻，采用真空脫泡后，澆注于模具中，室溫下固化24 h后脫模，在80℃下熟化4 h，取出后在標(biāo)準(zhǔn)條件下放置48 h。

1.4 性能測(cè)試

拉伸性能測(cè)試按照GB/T 2567—2008《樹脂澆鑄體性能試驗(yàn)方法》進(jìn)行。

黏度測(cè)試按照GB/T 2794—2013《膠粘劑粘度的測(cè)定》進(jìn)行，測(cè)定漿液A、B組份混合后的初始黏度。

發(fā)泡率測(cè)試按照J(rèn)C/T 2041—2010《聚氨酯灌漿材料》中OPU產(chǎn)品進(jìn)行，試樣由A、B組份按質(zhì)量比1∶1進(jìn)行配制。

可操作時(shí)間的測(cè)試：A、B組份按質(zhì)量比1∶1混合均勻，采用旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)按GB/T 2794—2013規(guī)定的試驗(yàn)方法進(jìn)行黏度測(cè)試，從A、B組份混合開始計(jì)時(shí)，混合漿液黏度達(dá)到10 Pa·s的時(shí)間即為可操作時(shí)間。

2 結(jié)果與討論

2.1 —NCO含量對(duì)灌漿材料性能的影響

A組份中保持稀釋劑50質(zhì)量份不變，通過調(diào)整異氰酸酯與聚醚多元醇的比例來調(diào)整A組份中—NCO含量，考察—NCO含量的變化對(duì)拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率的影響。A、B組份保持異氰酸酯指數(shù)R值（NCO∶OH）=1.08不變，按質(zhì)量比1∶1進(jìn)行配制，測(cè)試試樣性能如圖1所示。

由圖1可以看出，當(dāng)—NCO含量增加時(shí)，試樣的拉伸強(qiáng)度持續(xù)增加，而斷裂伸長(zhǎng)率則不斷降低。這是由于隨著—NCO含量的增加，異氰酸酯的量不斷增大，導(dǎo)致體系中含有較多強(qiáng)極性的氨基甲酸酯、脲基和芳香基等基團(tuán)，提高了對(duì)聚氨酯材料的拉伸強(qiáng)度有較大影響的硬鏈段含量[3]，從而有利于提高試樣的拉伸強(qiáng)度，同時(shí)導(dǎo)致斷裂伸長(zhǎng)率降低。

圖1 —NCO含量對(duì)灌漿材料拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率的影響

漿液的黏度是反應(yīng)灌漿材料滲透性（可灌性）的指標(biāo)，黏度越低，越容易滲透，可灌性越好[2]。若漿液的黏度較大，即使性能較好，也很難滿足施工需求，需要對(duì)—NCO含量的變化對(duì)黏度的影響進(jìn)行考察，結(jié)果見表2。

表2 —NCO含量對(duì)灌漿材料黏度的影響

從表2可以看出，隨著—NCO含量的增加，漿液的黏度不斷降低。這是由于在保持稀釋劑用量不變的條件下，隨著體系中異氰酸酯含量增加的同時(shí)，聚醚多元醇的含量降低，兩者反應(yīng)生成的導(dǎo)致漿液黏度增大的異氰酸酯預(yù)聚體的含量也相對(duì)減少。從材料性能及施工需求等方面考慮，當(dāng)A組份—NCO含量為13.5%時(shí)，試樣的拉伸強(qiáng)度為0.6 MPa，斷裂伸長(zhǎng)率為52%，漿液的初始黏度為220 mPa·s，較為適宜。

2.2 聚醚多元醇配比對(duì)灌漿材料性能的影響

B組份中保持稀釋劑25質(zhì)量份不變，考察2種聚醚多元醇的配比變化對(duì)拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率的影響，測(cè)試結(jié)果見表3。

表3 不同聚醚多元醇配比對(duì)灌漿材料性能的影響

由表3可以看出，當(dāng)聚醚多元醇MN-500與DL-1000D質(zhì)量比由2∶1至1∶2變化時(shí)，拉伸強(qiáng)度逐步降低，斷裂伸長(zhǎng)率增大。這是因?yàn)镸N-500為低分子質(zhì)量的三官能度聚醚，作為聚氨酯彈性體交聯(lián)劑，可提高硬度和強(qiáng)度；而DL-1000D為長(zhǎng)鏈兩官能度聚醚，與異氰酸酯反應(yīng)生成線型直鏈聚氨酯，起到了增加聚氨酯柔軟程度、增加拉伸伸長(zhǎng)率的作用[4]，因此，當(dāng)聚醚多元醇MN-500含量較大時(shí)，材料的拉伸強(qiáng)度增加，而斷裂伸長(zhǎng)率降低，當(dāng)DL-1000D含量較大時(shí)，材料性能的表現(xiàn)則相反。從表3還可以看出，當(dāng)聚醚多元醇MN-500與DL-1000D的質(zhì)量比為1∶1時(shí)，材料的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率較為均衡。

2.3 催化劑用量對(duì)灌漿材料性能的影響

A、B組份按配比混合后，漿液即開始發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，其黏度隨時(shí)間的延長(zhǎng)而增大，若黏度增長(zhǎng)過快，可操作時(shí)間變短，將影響漿液的可灌性，甚至造成材料固化堵塞設(shè)備。此外，發(fā)泡率是反應(yīng)快速堵漏效果的指標(biāo)之一[2]，發(fā)泡率越大，堵漏效果越好。由于2項(xiàng)指標(biāo)均受催化劑的影響較大，因此，對(duì)B組份中催化劑的用量對(duì)可操作時(shí)間和發(fā)泡率的影響進(jìn)行考察，測(cè)試結(jié)果見圖2。

圖2 催化劑用量對(duì)可操作時(shí)間、發(fā)泡率的影響

由圖2可看出，隨著催化劑的用量增加，漿液的可操作時(shí)間逐步縮短，但是發(fā)泡率明顯增大。這可能是由于所使用的是一種新型改性叔胺類催化劑，不僅對(duì)水與異氰酸酯的反應(yīng)（發(fā)泡反應(yīng)）有較好的催化效果，而且對(duì)聚醚多元醇與異氰酸酯的反應(yīng)（凝膠反應(yīng)）也有適中的催化性。當(dāng)催化劑用量為0.6%時(shí)，漿液的可操作時(shí)間為38min，發(fā)泡率可達(dá)到1100%，滿足需求。

3 工程應(yīng)用

河北省燕郊市某農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)的電梯井因防水層破損導(dǎo)致長(zhǎng)期滲漏，經(jīng)技術(shù)人員現(xiàn)場(chǎng)查驗(yàn)后，決定使用本研究開發(fā)的遇水發(fā)泡型彈性聚氨酯樹脂灌漿材料進(jìn)行灌漿修復(fù)，見圖3。

圖3 漿液配制和灌漿施工

首先清理灌漿部位附近的污物，鉆孔，并在注漿孔上安裝注漿嘴。然后根據(jù)施工用量將遇水發(fā)泡型彈性聚氨酯樹脂灌漿材料的A、B組份按比例稱量并攪拌均勻后倒入灌漿機(jī)中，配制好的漿液應(yīng)盡快使用，以免膠化。從注漿嘴開始灌入漿液，逐步提高壓力，當(dāng)相鄰孔出現(xiàn)漿液時(shí)，移至相鄰孔，繼續(xù)灌漿；一系列灌漿結(jié)束后，回到第1個(gè)注漿嘴，再用漿液灌漿1遍。72 h后經(jīng)檢查，無滲漏水出現(xiàn)，取得了良好的堵漏效果。

4 結(jié)論

（1）隨著A組份中—NCO含量不斷增加，遇水發(fā)泡型彈性聚氨酯樹脂灌漿材料的拉伸強(qiáng)度持續(xù)增加，斷裂伸長(zhǎng)率不斷降低；B組份聚醚多元醇MN-500與DL-1000D質(zhì)量比從2∶1至1∶2變化時(shí)，拉伸強(qiáng)度逐步降低，斷裂伸長(zhǎng)率增大；隨催化劑的用量增加，漿液的可操作時(shí)間縮短，發(fā)泡率增大。

（2）將遇水發(fā)泡型彈性聚氨酯樹脂灌漿材料在河北省燕郊市某農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)的電梯井進(jìn)行了應(yīng)用，72 h后經(jīng)檢查無滲漏水出現(xiàn)，取得了良好的堵漏效果。

[1]劉益軍，王毅，趙暉，等.聚氨酯灌漿材料評(píng)述[J].粘接，2005，26（4）：40-42.

[2]沈春林，褚建軍.聚氨酯灌漿材料及其標(biāo)準(zhǔn)[J].中國(guó)建筑防水，2009（6）：41-44.

[3]山西省化工研究所.聚氨酯彈性體手冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2001.

[4]劉益軍.聚氨酯原料及助劑手冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.

《玻纖胎瀝青瓦》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)宣貫會(huì)在杭州舉辦

GB/T 20474—2015《玻纖胎瀝青瓦》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（以下簡(jiǎn)稱《瀝青瓦》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)）已經(jīng)批準(zhǔn)發(fā)布，將于2016年11月1日正式實(shí)施。日前，《瀝青瓦》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)起草單位建筑材料工業(yè)技術(shù)監(jiān)督研究中心、中國(guó)建筑材料科學(xué)研究總院蘇州防水研究院和中國(guó)建筑防水協(xié)會(huì)聯(lián)合在杭州市召開宣貫會(huì)，來自全國(guó)玻纖瀝青瓦行業(yè)25家單位的32名代表參加本次會(huì)議。

在本次宣貫會(huì)上，建筑材料工業(yè)技術(shù)監(jiān)督研究中心教授楊斌介紹了《瀝青瓦》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的修訂目的、工作過程；中國(guó)建材檢驗(yàn)認(rèn)證集團(tuán)蘇州有限公司教授朱志遠(yuǎn)介紹了《瀝青瓦》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的修訂內(nèi)容與修訂依據(jù)，新國(guó)標(biāo)的試驗(yàn)方法與注意問題，并對(duì)標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)證試驗(yàn)情況與新標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行的可行性進(jìn)行了分析；浙江省建筑防水行業(yè)協(xié)會(huì)秘書長(zhǎng)洪曉苗介紹了浙江瀝青瓦的生產(chǎn)、應(yīng)用與發(fā)展情況；與會(huì)代表交流討論了新老標(biāo)準(zhǔn)過渡與執(zhí)行中可能出現(xiàn)的問題，并提出了應(yīng)對(duì)之策。

即將實(shí)施的《瀝青瓦》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，刪除了標(biāo)準(zhǔn)中的金屬箔面產(chǎn)品分類；調(diào)整了可溶物含量、不透水性、抗風(fēng)揭性能與燃燒性能4個(gè)指標(biāo)的相互關(guān)系，對(duì)部分技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行調(diào)整；對(duì)原材料彩砂的使用標(biāo)準(zhǔn)作出了明確規(guī)定；根據(jù)《建筑防水卷材試驗(yàn)方法》規(guī)定，修改了相關(guān)試驗(yàn)方法。

與會(huì)者表示，《瀝青瓦》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的頒布實(shí)施，將對(duì)國(guó)內(nèi)玻纖胎瀝青瓦的科學(xué)發(fā)展發(fā)揮積極的促進(jìn)作用。

（徐）

Development and application of water-foaming elastic polyurethane resin grouting materials

WANG Xinfeng，ZHENG Xianjun，DUAN Wenfeng，DUAN Cunye
（Beijing Oriental Yuhong Waterproof Technology Co.Ltd.，Beijing 101309，China）

A water-foaming elastic polyurethane resin grouting material was prepared by isocyanate，polyether polyol，diluent，foam stabilizer and catalyst，etc.The effects of—NCO content，the ratio of polyether polyol and the amount of catalyst on the properties were investigated.Results showed that the performance of the materials was good when the content of—NCO was 13.5%，the ratio of MN-500 to DL-1000D was 1∶1，and the amount of catalyst was 0.6%.Achieved good effect of anti leakage.

polyurethane，water-foaming，elastic，grouting material

TU472.5

A

1001-702X（2016）07-0065-03

2015-09-22

王新鋒，男，1978年生，湖北黃岡人，工程師，主要從事聚脲和聚氨酯材料與應(yīng)用方向的研究。