本發(fā)明涉及一種高速公路修復(fù)用聚氨酯原料組合物及其使用方法。
背景技術(shù)：
我國高速公路從上世紀(jì)80年代末起步，在2000年左右經(jīng)過快速發(fā)展期，截止2013年底為止，我國高速公路通車總里程已經(jīng)超過10萬公里。部分道路由于使用年限長、長期承重量大、養(yǎng)護(hù)不到位、自然災(zāi)害等原因，會出現(xiàn)路面開裂、斷層、脫落、沉降等問題，需要及時進(jìn)行維修，才可正常使用。
高速公路在維修時，可選用瀝青、水泥混凝土等原有材料進(jìn)行修復(fù)，也可采用環(huán)氧樹脂、聚氨酯等高分子材料進(jìn)行加固處理。瀝青、水泥混凝土等材料由于其本身的特性，粘度較高，對于路面的裂縫、斷層等，不能很好的填充，在修復(fù)后也容易內(nèi)部出現(xiàn)空洞，在短時間內(nèi)會出現(xiàn)二次損壞；水泥混凝土雖然在24-48小時即可使用，但是其物理強(qiáng)度在28天左右才能達(dá)到最高，在此期間，也容易引起路面受損，而如聚氨酯等高分子材料則可完美的解決此類問題。
目前市場上聚氨酯灌漿材料較多的用于礦用加固防水，其對基材粘結(jié)性能較好，但是由于一般承重較小，對壓縮強(qiáng)度要求一般；且其異氰酸酯一般使用TDI(甲苯二異氰酸酯)，其毒害性較大，而聚醚組分為保證其物理性能，多使用高官能度、高粘度聚醚多元醇，導(dǎo)致該組分粘度過高，再使用丙酮、二氯甲烷、二甲苯等作為溶劑對組分進(jìn)行稀釋，而這些有機(jī)溶劑揮發(fā)性較高，且對人體危害較大。如中國專利申請CN101613454A的高閃點(diǎn)環(huán)保型的水溶性聚氨酯化學(xué)灌漿材料，使用TDI作為異氰酸酯組分；中國專利申請CN102070761A的聚氨酯化學(xué)灌漿材料及其預(yù)聚體及制備方法，采用丙酮和二氯甲烷作為有機(jī)溶劑。且其壓縮強(qiáng)度均較低，遠(yuǎn)達(dá)不到高速公路用混凝土的強(qiáng)度要求(抗壓強(qiáng)度40MPa以上，彎折強(qiáng)度5.5MPa以上)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明要解決的是現(xiàn)有技術(shù)中聚氨酯灌漿材料粘度過高、毒害性大、機(jī)械強(qiáng)度無法勝任高速公路用強(qiáng)度要求的問題，提供了一種高速公路修復(fù)用聚氨酯原料組合物及其使用方法。
本發(fā)明通過下述技術(shù)方案來解決上述技術(shù)問題：
本發(fā)明提供了一種高速公路修復(fù)用聚氨酯原料組合物，其包括A組分和B組分：所述A組分包括以質(zhì)量份數(shù)計(jì)的30～70份聚醚多元醇A、30～70份聚醚多元醇B、15～25份交聯(lián)劑、0.5～1.5份表面活性劑、0.3～0.7份催化劑A、0.8～1.6份催化劑B、0.08～0.18份催化劑C和25～50份液體阻燃劑，所述B組分為多亞甲基多苯基多異氰酸酯；
其中，所述聚醚多元醇A為官能度為2.0，羥值54～58mgKOH/g，粘度270～370mPa·s，水分含量0.05％以下的聚氧化丙烯二醇，所述聚醚多元醇B為官能度為3.0，羥值163～173mgKOH/g，粘度220～300mPa·s，水分含量0.05％以下的聚氧化丙烯三醇，所述聚醚多元醇A和所述聚醚多元醇B的質(zhì)量份數(shù)總和為100份；
所述催化劑A為脂肪族胺類催化劑，所述催化劑B為脂環(huán)族胺類催化劑，所述催化劑C為有機(jī)鉍類催化劑。
本發(fā)明中，所述聚醚多元醇A較佳地為以丙二醇為起始劑的聚氧化丙烯二醇，更佳地為牌號GE-220的聚醚多元醇或牌號DL-2000D的聚醚多元醇，其中，GE-220的生產(chǎn)廠家為上海高橋石油化工公司，DL-2000D的生產(chǎn)廠家為山東藍(lán)星東大化工有限責(zé)任公司。
本發(fā)明中，所述聚醚多元醇B較佳地為以丙三醇為起始劑的聚氧化丙烯三醇，更佳地為牌號GE-310的聚醚多元醇或牌號MN-1000的聚醚多元醇，其中，GE-310的生產(chǎn)廠家為上海高橋石油化工公司，MN-1000的生產(chǎn)廠家為山東藍(lán)星東大化工有限責(zé)任公司。
本發(fā)明中，所述交聯(lián)劑為本領(lǐng)域常規(guī)所用的交聯(lián)劑，較佳地為三羥甲基丙烷(TMP)。
本發(fā)明中，所述表面活性劑為本領(lǐng)域常規(guī)使用的表面活性劑，較佳地為牌號LK443的表面活性劑和/或牌號LK665的表面活性劑，其中，LK443和LK665的生產(chǎn)廠家均為空氣化工產(chǎn)品(中國)投資有限公司。
本發(fā)明中，所述脂肪族胺類催化劑為本領(lǐng)域常規(guī)使用的脂肪族胺類催化劑，較佳地為牌號PT303的脂肪族胺類催化劑和/或牌號PT306的脂肪族胺類催化劑，其中，PT303和PT306的生產(chǎn)廠家均為空氣化工產(chǎn)品(中國)投資有限公司。
本發(fā)明中，所述脂環(huán)族胺類催化劑為本領(lǐng)域常規(guī)使用的脂環(huán)族胺類催化劑，較佳地為N-甲基嗎啉和/或N-乙基嗎啉。
本發(fā)明中，所述有機(jī)鉍類催化劑為本領(lǐng)域常規(guī)使用的有機(jī)鉍類催化劑，較佳地為牌號8108的有機(jī)鉍類催化劑和/或牌號8118的有機(jī)鉍類催化劑，其中，8108和8118的生產(chǎn)廠家均為美國領(lǐng)先化學(xué)品公司。
本發(fā)明中，所述液體阻燃劑為本領(lǐng)域常規(guī)使用的液體阻燃劑，如磷酸三(1-氯-乙丙基)酯(TCPP)、磷酸三(2-氯乙基)酯(TCEP)、磷酸三(1,3-二氯丙基)酯(TDCPP)、甲基磷酸二甲酯(DMMP)、乙基磷酸二乙酯(DEEP)、磷酸三乙酯(TEP)等，較佳地為TCPP和/或TDCPP。
本發(fā)明中，所述多亞甲基多苯基多異氰酸酯為本領(lǐng)域常規(guī)使用的多亞甲基多苯基多異氰酸酯(PAPI)，較佳地為牌號PM200的多亞甲基多苯基多異氰酸酯、牌號PM400的多亞甲基多苯基多異氰酸酯、牌號44V20的多亞甲基多苯基多異氰酸酯和牌號M20S的多亞甲基多苯基多異氰酸酯中的一種或多種，更佳地為44V20；其中，PM200和PM400的生產(chǎn)廠家均為煙臺萬華聚氨酯股份有限公司，44V20的生產(chǎn)廠家為德國拜爾公司，M20S的生產(chǎn)廠家為巴斯夫股份公司。
本發(fā)明中，所述高速公路修復(fù)用聚氨酯原料組合物不包括有機(jī)溶劑。
本發(fā)明還提供了一種如上所述的高速公路修復(fù)用聚氨酯原料組合物的使用方法，其包括以下步驟：將所述A組分與所述B組分按質(zhì)量比1：1.0～1：1.2攪拌混合后，即得。
在符合本領(lǐng)域常識的基礎(chǔ)上，上述各優(yōu)選條件，可任意組合，即得本發(fā)明各較佳實(shí)例。
本發(fā)明所用試劑和原料均市售可得。
本發(fā)明的積極進(jìn)步效果在于：本發(fā)明的高速公路修復(fù)用聚氨酯組合物的組分粘度較低，易于操作施工，且其本身不含有機(jī)揮發(fā)性溶劑及其他揮發(fā)性有害物，對人體無毒無害；所得高速公路修復(fù)用聚氨酯材料制品的性能優(yōu)于現(xiàn)有水泥混凝土性能，且抗彎折及抗沖擊性能更好；另外本發(fā)明原料均為市售產(chǎn)品，來源廣泛，使用方法簡單，方便進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)。
具體實(shí)施方式
下面通過實(shí)施例的方式進(jìn)一步說明本發(fā)明，但并不因此將本發(fā)明限制在所述的實(shí)施例范圍之中。下列實(shí)施例中未注明具體條件的實(shí)驗(yàn)方法，按照常規(guī)方法和條件，或按照商品說明書選擇。
本發(fā)明下述各實(shí)施例中，聚醚多元醇A選用生產(chǎn)廠家為上海高橋石油化工公司的GE-220或生產(chǎn)廠家為山東藍(lán)星東大化工有限責(zé)任公司的DL-2000D，聚醚多元醇B選用生產(chǎn)廠家為上海高橋石油化工公司的GE-310或生產(chǎn)廠家為山東藍(lán)星東大化工有限責(zé)任公司的MN-1000，交聯(lián)劑選用三羥甲基丙烷(TMP)，表面活性劑選用生產(chǎn)廠家為空氣化工產(chǎn)品(中國)投資有限公司的LK443和/或LK665，催化劑A選用生產(chǎn)廠家為空氣化工產(chǎn)品(中國)投資有限公司的PT303和/或PT306，催化劑B選用N-甲基嗎啉和/或N-乙基嗎啉，催化劑C選用生產(chǎn)廠家為美國領(lǐng)先化學(xué)品公司的8108和/或牌號8118，阻燃劑選用生產(chǎn)廠家為江蘇雅克化工有限公司的TCPP、TCEP、TDCPP、DMMP、DEEP和TEP中的一種或多種，多亞甲基多苯基多異氰酸酯選用生產(chǎn)廠家為煙臺萬華聚氨酯股份有限公司的PM200和PM400、德國拜爾公司的44V20和巴斯夫股份公司生產(chǎn)的M20S中的一種或多種。其余未提到的試劑均為常規(guī)市售可得。
本發(fā)明下述效果實(shí)施例中，各性能測試數(shù)據(jù)所對應(yīng)使用的測試方法如下：組分粘度通過旋轉(zhuǎn)式粘度計(jì)測試；密度測試根據(jù)中國國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 6343-1995《聚氨酯泡沫塑料的密度測試》進(jìn)行；壓縮強(qiáng)度測試根據(jù)中國國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 8813-2008《硬質(zhì)泡沫塑料壓縮性能的測定》進(jìn)行；彎曲強(qiáng)度測試根據(jù)中國國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 8812.1-2007《硬質(zhì)泡沫塑料彎曲性能的測定第1部分：基本彎曲試驗(yàn)》進(jìn)行；氧指數(shù)測試根據(jù)中國國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 2406.2-2009《塑料用氧指數(shù)法測定燃燒行為第2部分：室溫試驗(yàn)》進(jìn)行。
下述各例中，各原料組成表中所述份數(shù)均為質(zhì)量份數(shù)。
實(shí)施例1
表1 實(shí)施例1中A組分原料組成表
將A組分原料按照表1規(guī)定比例倒入容器中，利用電動攪拌器混合均勻，即得A組分；B組分選用PM200；再將A組分與B組分按照重量比1：1.2的比例倒入容器中，然后利用電動攪拌器攪拌8秒鐘，將混合均勻后的液體倒入常溫敞開的容器中，放置24小時后進(jìn)行性能測試，即得高速公路修復(fù)用聚氨酯材料。
實(shí)施例2
表2 實(shí)施例2中A組分原料組成表
將A組分原料按照表2規(guī)定比例倒入容器中，利用電動攪拌器混合均勻，即得A組分；B組分選用PM400；再將A組分與B組分按照重量比1：1.15的比例倒入容器中，然后利用電動攪拌器攪拌8秒鐘，將混合均勻后的液體倒入常溫敞開的容器中，放置24小時后進(jìn)行性能測試，即得高速公路修復(fù)用聚氨酯材料。
實(shí)施例3
表3 實(shí)施例3中A組分原料組成表
將A組分原料按照表3規(guī)定比例倒入容器中，利用電動攪拌器混合均勻，即得A組分；B組分選用M20S；再將A組分與B組分按照重量比1：1.13的比例倒入容器中，然后利用電動攪拌器攪拌8秒鐘，將混合均勻后的液體倒入常溫敞開的容器中，放置24小時后進(jìn)行性能測試，即得高速公路修復(fù)用聚氨酯材料。
實(shí)施例4
表4 實(shí)施例4中A組分原料組成表
將A組分原料按照表4規(guī)定比例倒入容器中，利用電動攪拌器混合均勻，即得A組分；B組分選用44V20；再將A組分與B組分按照重量比1：1.1的比例倒入容器中，然后利用電動攪拌器攪拌8秒鐘，將混合均勻后的液體倒入常溫敞開的容器中，放置24小時后進(jìn)行性能測試，即得高速公路修復(fù)用聚氨酯材料。
對比例1
即常規(guī)水泥混凝土。
對比例2
即中國專利申請CN101613454A實(shí)施例3，所用試劑均為市售。
本例原料包括：聚醚多元醇(分子量5000，羥基值20mg KOH/g)30重量份，鄰苯二甲酸二辛酯5重量份，二苯基甲烷-4，4’-二異氰酸酯10重量份，高沸點(diǎn)復(fù)合溶劑10重量份，聚烷烴硅氧烷0.5重量份；其中高沸點(diǎn)復(fù)合溶劑由丁二酸二甲酯10重量份、戊二酸二甲酯20重量份和己二酸二甲酯35重量份混合而成。
工藝過程是：
(1)在裝有冷凝器、攪拌器的反應(yīng)釜內(nèi)加入聚醚多元醇30重量份和鄰苯二甲酸二辛酯5重量份，在100℃下減壓脫水1小時，取樣，進(jìn)行水分含量測定，水份含量應(yīng)＜0.10％，然后再加入二苯基甲烷-4，4’-二異氰酸酯10重量份，反應(yīng)溫度在70℃，反應(yīng)時間在1.5小時，生成預(yù)聚體反應(yīng)液；
(2)將步驟(1)生成的預(yù)聚體反應(yīng)液冷卻降溫至40℃，再加入高沸點(diǎn)復(fù)合溶劑10重量份和聚烷烴硅氧烷0.5重量份，攪拌均勻，即得到高閃點(diǎn)環(huán)保型水溶性聚氨酯化學(xué)灌漿材料。
對比例3
即中國專利申請CN102070761A實(shí)施例2；其中，聚醚480購于杭州白浪助劑有限公司，聚醚DL1000D購于山東藍(lán)星東大化工有限公司，MDI-50購于煙臺萬華聚氨酯股份有限公司，DMDEE購于北京油化精細(xì)化工研究所。
預(yù)聚體的制備方法：將聚醚480 0.663份，聚醚DL1000D 0.074份與酒石酸0.00002份混合，用氮?dú)庵脫Q空氣3次，控制反應(yīng)釜溫度在60℃，密閉加入MDI-50 0.236份，再用氮?dú)庵脫Q空氣3次，在常壓下于60℃反應(yīng)2小時，再于80℃反應(yīng)3小時，得預(yù)聚體；
聚氨酯化學(xué)灌漿材料的制備方法：在無水條件下，將所述預(yù)聚體0.973份降溫至室溫，加入無水丁酮0.20份、無水磷酸三苯酯0.05份、DMDEE 0.012份，和吐溫60 0.01份，攪拌20min即得聚氨酯化學(xué)灌漿材料。
效果實(shí)施例1
將四個實(shí)施例及三個對比例所得材料進(jìn)行機(jī)械性能測試，所得結(jié)果見下表。
表5 實(shí)施例1～4及對比例1～3機(jī)械性能測試結(jié)果匯總表
從上表中可以看出，本發(fā)明所述高速公路修復(fù)用聚氨酯組合物A組分粘度低于現(xiàn)有技術(shù)，易于操作施工，且其本身不含有機(jī)揮發(fā)性溶劑及其他揮發(fā)性有害物，對人體無毒無害；所得制品性能優(yōu)于現(xiàn)有水泥混凝土性能，由其彎曲強(qiáng)度優(yōu)勢比較明顯，在使用中抗彎折及抗沖擊性能更好；其原料通過雙組分混合制成制品，可通過設(shè)備或者手工操作，使用方便，且其原料均為市售產(chǎn)品，來源廣泛，可以大規(guī)模生產(chǎn)。