单组份水溶性聚氨酯灌浆材料的合成研究

冯 磊

(江苏利宏科技发展有限公司，江苏 淮安 223200)

水溶性聚氨酯灌浆材料的制备主要是先由甲苯二异氰酸酯(TDI)与高分子量亲水性聚醚多元醇反应生成预聚体，再将其与溶剂和增塑剂按一定配比制备成单组份水溶性聚氨酯灌浆材料。灌浆材料遇水后发生交联反应，在短时间内分散到水中形成不溶于水的弹性凝胶体，达到止水堵水的作用。目前市面上的灌浆材料普遍存在包水倍数小、遇水形成的胶体弹性差的问题。

本研究制得的水性聚氨酯灌浆材料具有亲水性好、弹性好、包水倍数大、黏度小、渗透力强、存储时间长且价格较低的特点，可被广泛应用于地铁隧道、水利工程、地下车库和下水道等防水堵漏工程领域[1]。

1 试验部分

1.1 试剂和仪器

1.1.1试剂

甲苯二异氰酸酯(TDI)，工业级，烟台万华聚氨酯股份有限公司；聚醚多元醇LH-320(为3，羟值20 mg KOH/g)，自制；聚醚多元醇LH-420(为4，羟值20 mg KOH/g)，自制；聚醚多元醇LH-520(为5，羟值20 mg KOH/g)，自制；聚醚多元醇LH-620(为6，羟值20 mg KOH/g)，自制；邻苯二甲酸二丁酯(DOP)，工业级，国药集团化学试剂有限公司。异氰酸酯基团滴定所用试剂：丙酮，二正丁胺，盐酸，溴甲酚绿，分析纯，国药集团化学试剂有限公司。

1.1.2仪器设备

HH-S数显恒温油浴锅，新科仪器有限公司；电子天平MT10002C，常州市万泰天平仪器有限公司；搅拌器 JB-1，上海标本模型厂；NDJ-5S数字式旋转黏度计，上海越平科学仪器有限公司；干燥箱DHG-9076A，上海精宏试验设备有限公司；水循环真空泵，淄博博山博诚真空设备厂。

1.2 实验操作

将聚醚多元醇加入1 000 mL四口烧瓶中，开启搅拌，缓慢升温到120～125℃，抽真空至真空度0.097 MPa，脱水2.5 h，取样测水分≤0.02，合格后冷却至40℃，加入计量的TDI，搅拌30 min，然后缓慢升温到85～90℃，反应2.5 h，取样测定-NCO 含量，然后降温至45℃以下，加入计量的丙酮和DOP，搅拌30 min，取样测定黏度，出料后得成品。

1.3 性能参数测试

1.3.1预聚体中-NCO含量的测定[2]

采用二正丁胺法测定-NCO 含量。

1.3.2黏度的测定

黏度(25℃)按GB/T 12008.7-2010的方法测定

1.3.3凝胶时间的测定[3，4]

在标准试验条件下，在150 mL烧杯中，取浆材20±0.1 g，加入自来水100 mL，并迅速搅拌均匀(约10 s)后静止，得到白色乳液后用玻璃棒不断探测黏度的变化，当玻璃棒离开液面出现拉丝现象时，认为该试样已凝胶化；测定试样与水混合开始至用玻璃棒离开液面时出现拉丝时的时间即为凝胶时间。

1.3.4包水量的测定

取10 g灌浆材料于1 000 mL水杯中，分别加入m g水(m:10-800 g)，若在2 min内能完全固化为凝胶，m/10即为它的包水量。

2 结果与讨论

2.1 不同-NCO 含量对包水量的影响

用TDI与聚醚多元醇LH-620在温度85-90℃下保温反应2.5 h合成聚氨酯预聚体，并配置成灌浆材料，对比了不同-NCO 含量的预聚体对灌浆材料黏度、包水量和凝胶时间的影响，其测试结果见表1所示。

从表1可以看出，随着TDI的增加，灌浆材料中的异氰酸酯组分增加，黏度会有相应的下降。-NCO含量从4.8%增加到9.3%，凝胶时间变快。但是随着-NCO含量的增加，包水量呈现先变大再变小的趋势，在-NCO含量为6.3%～7.3%时最大。综上所述，将预聚体的-NCO含量控制在6.3%～7.1%之间所得灌浆材料的综合性能较好。

表1 -NCO 含量对材料黏度、包水量和凝胶时间的影响

2.2 不同分子量聚醚多元醇对包水量的影响

用TDI与不同聚醚多元醇在温度85～90℃下保温反应2.5 h，合成了相同-NCO 含量的聚氨酯预聚体，并配置成浆液，考察了不同分子量聚醚多元醇对灌浆材料黏度、最大包水量和凝胶时间的影响，其测试结果见表2所示。

表2 聚醚多元醇分子量对材料黏度、最大包水量和凝胶时间的影响

从表2可以看出，在控制相同-NCO 含量的情况下，分子量愈大，包水倍数越大，凝胶时间变短，相应的浆液黏度变大，但是仍在可接受范围内。综上所述，反应体系选用聚醚多元醇LH-620制备的灌浆材料性能最优越。

2.3 自制灌浆材料与市面在售灌浆材料性能对比

本研究选取市面常见厂家生产的同级别的浆液材料，对其最大包水量、m(-NCO)%、黏度和凝胶时间进行对比，其测试结果见表3所示。

表3 不同厂家灌浆材料性能对比

3 结论

本文以预聚体为主剂，配以溶剂和增塑剂，制备了单组分水溶性聚氨酯灌浆材料，讨论不同聚醚多元醇、-NCO 含量对灌浆材料黏度、凝胶时间、包水量等性能的影响。由实验可得，-NCO 含量控制在 6.3%～7.3%之间时，所得浆液的综合性能最佳。用聚醚多元醇LH-620制得的水溶性聚氨酯灌浆材料的最大包水倍数最大可达30倍。