遇水发泡型弹性聚氨酯树脂灌浆材料的开发与应用

王新锋，郑先军，段文锋，段存业

（北京东方雨虹防水技术股份有限公司，北京 101309）

遇水发泡型弹性聚氨酯树脂灌浆材料的开发与应用

王新锋，郑先军，段文锋，段存业

（北京东方雨虹防水技术股份有限公司，北京 101309）

采用异氰酸酯、聚醚多元醇、稀释剂、泡沫稳定剂和催化剂等原材料，开发了一种遇水发泡型弹性聚氨酯树脂灌浆材料，考察了—NCO含量、聚醚多元醇配比、催化剂用量对灌浆材料性能的影响。结果表明，—NCO含量为13.5%，聚醚多元醇MN-500与DL-1000D的质量比为1∶1，催化剂用量为0.6%时，灌浆材料的各项性能较好，取得了良好的堵漏效果。

聚氨酯；遇水发泡；弹性；灌浆

0 前言

聚氨酯灌浆材料是由聚氨酯预聚体与催化剂、稀释剂等组成的化学浆液。一般是单液型，其主要成分是过量多异氰酸酯与聚醚多元醇反应而制得的端异氰酸酯基预聚体；也可以是双液型，即由预聚体与固化剂组成[1]。浆液遇水后能立即分散、乳化、发生化学反应而产生二氧化碳，进而膨胀、固结，最终生成一种不溶于水的固结体，适用于工程建设中的基础加固、堵漏止水、帷幕防渗和裂缝修补4个方面[2]。其中油溶性聚氨酯灌浆材料与水反应形成的泡沫体通常为脆性材料，若建筑结构因沉降或热胀冷缩出现形变，则易导致材料开裂，此外，水会在水压的长期作用下，不断渗透过泡沫的泡孔结构而发生复漏，其防渗堵漏的耐久性较低。

本文研制的遇水发泡型弹性聚氨酯树脂灌浆材料是一种新型低黏度、无溶剂、弹性双组份树脂灌浆材料。浆液遇水可发泡膨胀形成泡沫体，无水则形成弹性树脂材料，其主要用于有一定形变的裂缝、变形缝和伸缩缝的渗漏水封堵以及裂缝、微细裂缝、接缝和孔洞的弹性密封修复。在工程应用时，前期灌浆注入基础或结构中的浆液与水接触并反应生成泡沫，快速阻隔水渗漏并消耗水分，后期注入的浆液则在无水的条件下形成致密的弹性树脂材料，大大提高了防渗堵漏效果。

1 实验

1.1 主要原料

异氰酸酯，M20S，德国巴斯夫；聚醚多元醇，MN-500、DL-1000D，山东蓝星东大；稀释剂，邻苯二甲酸二丁酯（DBP），齐鲁石化；泡沫稳定剂，AK8803，南京美思德；催化剂，新型改性叔胺类，市售。

1.2 遇水发泡型弹性聚氨酯树脂灌浆材料的制备

A组份的制备：将一定量的聚醚多元醇、稀释剂加入到四口烧瓶中，装上温度计、搅拌器、真空脱水装置，加热至110～120℃，在真空度为-0.1 MPa条件下脱水2 h，解除真空，降温到70℃以下，加入计量的异氰酸酯，升温至80～85℃反应3h，降温后出料。

B组份的制备：将一定量的聚醚多元醇、稀释剂加入到四口烧瓶中，装上温度计、搅拌器、真空脱水装置，加热至110～120℃，在真空度为-0.1 MPa条件下脱水2 h，解除真空，降温到60℃以下，加入计量的泡沫稳定剂、叔胺催化剂，搅拌均匀后出料。

1.3 基本配方（见表1）

表1 灌浆材料的基本配方

试样制备方法：A、B组份按质量比1∶1混合均匀，采用真空脱泡后，浇注于模具中，室温下固化24 h后脱模，在80℃下熟化4 h，取出后在标准条件下放置48 h。

1.4 性能测试

拉伸性能测试按照GB/T 2567—2008《树脂浇铸体性能试验方法》进行。

黏度测试按照GB/T 2794—2013《胶粘剂粘度的测定》进行，测定浆液A、B组份混合后的初始黏度。

发泡率测试按照JC/T 2041—2010《聚氨酯灌浆材料》中OPU产品进行，试样由A、B组份按质量比1∶1进行配制。

可操作时间的测试：A、B组份按质量比1∶1混合均匀，采用旋转黏度计按GB/T 2794—2013规定的试验方法进行黏度测试，从A、B组份混合开始计时，混合浆液黏度达到10 Pa·s的时间即为可操作时间。

2 结果与讨论

2.1 —NCO含量对灌浆材料性能的影响

A组份中保持稀释剂50质量份不变，通过调整异氰酸酯与聚醚多元醇的比例来调整A组份中—NCO含量，考察—NCO含量的变化对拉伸强度和断裂伸长率的影响。A、B组份保持异氰酸酯指数R值（NCO∶OH）=1.08不变，按质量比1∶1进行配制，测试试样性能如图1所示。

由图1可以看出，当—NCO含量增加时，试样的拉伸强度持续增加，而断裂伸长率则不断降低。这是由于随着—NCO含量的增加，异氰酸酯的量不断增大，导致体系中含有较多强极性的氨基甲酸酯、脲基和芳香基等基团，提高了对聚氨酯材料的拉伸强度有较大影响的硬链段含量[3]，从而有利于提高试样的拉伸强度，同时导致断裂伸长率降低。

图1 —NCO含量对灌浆材料拉伸强度、断裂伸长率的影响

浆液的黏度是反应灌浆材料渗透性（可灌性）的指标，黏度越低，越容易渗透，可灌性越好[2]。若浆液的黏度较大，即使性能较好，也很难满足施工需求，需要对—NCO含量的变化对黏度的影响进行考察，结果见表2。

表2 —NCO含量对灌浆材料黏度的影响

从表2可以看出，随着—NCO含量的增加，浆液的黏度不断降低。这是由于在保持稀释剂用量不变的条件下，随着体系中异氰酸酯含量增加的同时，聚醚多元醇的含量降低，两者反应生成的导致浆液黏度增大的异氰酸酯预聚体的含量也相对减少。从材料性能及施工需求等方面考虑，当A组份—NCO含量为13.5%时，试样的拉伸强度为0.6 MPa，断裂伸长率为52%，浆液的初始黏度为220 mPa·s，较为适宜。

2.2 聚醚多元醇配比对灌浆材料性能的影响

B组份中保持稀释剂25质量份不变，考察2种聚醚多元醇的配比变化对拉伸强度和断裂伸长率的影响，测试结果见表3。

表3 不同聚醚多元醇配比对灌浆材料性能的影响

由表3可以看出，当聚醚多元醇MN-500与DL-1000D质量比由2∶1至1∶2变化时，拉伸强度逐步降低，断裂伸长率增大。这是因为MN-500为低分子质量的三官能度聚醚，作为聚氨酯弹性体交联剂，可提高硬度和强度；而DL-1000D为长链两官能度聚醚，与异氰酸酯反应生成线型直链聚氨酯，起到了增加聚氨酯柔软程度、增加拉伸伸长率的作用[4]，因此，当聚醚多元醇MN-500含量较大时，材料的拉伸强度增加，而断裂伸长率降低，当DL-1000D含量较大时，材料性能的表现则相反。从表3还可以看出，当聚醚多元醇MN-500与DL-1000D的质量比为1∶1时，材料的拉伸强度和断裂伸长率较为均衡。

2.3 催化剂用量对灌浆材料性能的影响

A、B组份按配比混合后，浆液即开始发生化学反应，其黏度随时间的延长而增大，若黏度增长过快，可操作时间变短，将影响浆液的可灌性，甚至造成材料固化堵塞设备。此外，发泡率是反应快速堵漏效果的指标之一[2]，发泡率越大，堵漏效果越好。由于2项指标均受催化剂的影响较大，因此，对B组份中催化剂的用量对可操作时间和发泡率的影响进行考察，测试结果见图2。

图2 催化剂用量对可操作时间、发泡率的影响

由图2可看出，随着催化剂的用量增加，浆液的可操作时间逐步缩短，但是发泡率明显增大。这可能是由于所使用的是一种新型改性叔胺类催化剂，不仅对水与异氰酸酯的反应（发泡反应）有较好的催化效果，而且对聚醚多元醇与异氰酸酯的反应（凝胶反应）也有适中的催化性。当催化剂用量为0.6%时，浆液的可操作时间为38min，发泡率可达到1100%，满足需求。

3 工程应用

河北省燕郊市某农贸市场的电梯井因防水层破损导致长期渗漏，经技术人员现场查验后，决定使用本研究开发的遇水发泡型弹性聚氨酯树脂灌浆材料进行灌浆修复，见图3。

图3 浆液配制和灌浆施工

首先清理灌浆部位附近的污物，钻孔，并在注浆孔上安装注浆嘴。然后根据施工用量将遇水发泡型弹性聚氨酯树脂灌浆材料的A、B组份按比例称量并搅拌均匀后倒入灌浆机中，配制好的浆液应尽快使用，以免胶化。从注浆嘴开始灌入浆液，逐步提高压力，当相邻孔出现浆液时，移至相邻孔，继续灌浆；一系列灌浆结束后，回到第1个注浆嘴，再用浆液灌浆1遍。72 h后经检查，无渗漏水出现，取得了良好的堵漏效果。

4 结论

（1）随着A组份中—NCO含量不断增加，遇水发泡型弹性聚氨酯树脂灌浆材料的拉伸强度持续增加，断裂伸长率不断降低；B组份聚醚多元醇MN-500与DL-1000D质量比从2∶1至1∶2变化时，拉伸强度逐步降低，断裂伸长率增大；随催化剂的用量增加，浆液的可操作时间缩短，发泡率增大。

（2）将遇水发泡型弹性聚氨酯树脂灌浆材料在河北省燕郊市某农贸市场的电梯井进行了应用，72 h后经检查无渗漏水出现，取得了良好的堵漏效果。

[1]刘益军，王毅，赵晖，等.聚氨酯灌浆材料评述[J].粘接，2005，26（4）：40-42.

[2]沈春林，褚建军.聚氨酯灌浆材料及其标准[J].中国建筑防水，2009（6）：41-44.

[3]山西省化工研究所.聚氨酯弹性体手册[M].北京：化学工业出版社，2001.

[4]刘益军.聚氨酯原料及助剂手册[M].北京：化学工业出版社，2005.

《玻纤胎沥青瓦》国家标准宣贯会在杭州举办

GB/T 20474—2015《玻纤胎沥青瓦》国家标准（以下简称《沥青瓦》国家标准）已经批准发布，将于2016年11月1日正式实施。日前，《沥青瓦》国家标准起草单位建筑材料工业技术监督研究中心、中国建筑材料科学研究总院苏州防水研究院和中国建筑防水协会联合在杭州市召开宣贯会，来自全国玻纤沥青瓦行业25家单位的32名代表参加本次会议。

在本次宣贯会上，建筑材料工业技术监督研究中心教授杨斌介绍了《沥青瓦》国家标准的修订目的、工作过程；中国建材检验认证集团苏州有限公司教授朱志远介绍了《沥青瓦》国家标准的修订内容与修订依据，新国标的试验方法与注意问题，并对标准验证试验情况与新标准执行的可行性进行了分析；浙江省建筑防水行业协会秘书长洪晓苗介绍了浙江沥青瓦的生产、应用与发展情况；与会代表交流讨论了新老标准过渡与执行中可能出现的问题，并提出了应对之策。

即将实施的《沥青瓦》国家标准，删除了标准中的金属箔面产品分类；调整了可溶物含量、不透水性、抗风揭性能与燃烧性能4个指标的相互关系，对部分技术指标进行调整；对原材料彩砂的使用标准作出了明确规定；根据《建筑防水卷材试验方法》规定，修改了相关试验方法。

与会者表示，《沥青瓦》国家标准的颁布实施，将对国内玻纤胎沥青瓦的科学发展发挥积极的促进作用。

（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

王新锋，男，1978年生，湖北黄冈人，工程师，主要从事聚脲和聚氨酯材料与应用方向的研究。