配方组成对聚氨酯注浆材料抗压强度影响的研究

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2023.02.002

中国塑料 ›› 2023, Vol. 37 ›› Issue (2): 7-14.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2023.02.002

配方组成对聚氨酯注浆材料抗压强度影响的研究

王泽辉¹(), 王振军¹^,²(), 王笑风³, 杨博³, 李帅³

^1.长安大学材料科学与工程学院，西安 710061
^2.交通铺面材料教育部工程研究中心，西安 710061
^3.河南省交通规划设计研究院股份有限公司，郑州 450052

收稿日期:2022-11-14 出版日期:2023-02-26 发布日期:2023-02-22
通讯作者: 王振军（1978—），男，教授，从事高分子聚合物材料研究，zjwang@chd.edu.cn
E-mail:1027621956@qq.com;zjwang@chd.edu.cn
作者简介:王泽辉（1997—），男，在读硕士研究生，从事聚氨酯材料研究，1027621956@qq.com
基金资助:
陕西省科技计划项目(2022GY?417);陕西省交通科技项目(21?53K);新疆生产建设兵团科技项目(2021DB005);河南省高层次人才计划项目(204200510004)

Effect of formula compositions on compressive strength of polyurethane grouting materials

WANG Zehui¹(), WANG Zhenjun¹^,²(), WANG Xiaofeng³, YANG Bo³, LI Shuai³

^1.School of Materials Science and Engineering，Chang’an University，Xi’an 710061，China
^2.Engineering Research Center of Pavement Materials，Ministry of Education of the People’s Republic of China，Chang’an University，Xi’an 710061，China
^3.Henan Provincial Communications Planning & Design Institute，Zhengzhou 450052，China

Received:2022-11-14 Online:2023-02-26 Published:2023-02-22
Contact: WANG Zhenjun E-mail:1027621956@qq.com;zjwang@chd.edu.cn

摘要/Abstract

摘要：

为探究原材料对聚氨酯注浆料（PGMs）抗压强度的影响，以聚酯多元醇（聚醚多元醇）和异氰酸酯（PM200）为主要原料，表面活性剂、催化剂、交联剂和发泡剂为助剂，制备了不含溶剂的环保型PGMs，并利用傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）、扫描电子显微镜（SEM）等对PGMs的官能团、泡孔结构、抗压强度等进行了表征和测试。结果表明，加入10 %（质量分数，下同）掺量的聚酯多元醇可以增加体系中苯环的含量，使PGMs的抗压强度提升到1.09 MPa。原材料以多元醇质量为基础单位进行计算，确定PGMs的最佳配比为聚醚多元醇90份、聚酯多元醇10份、三乙烯二胺（Dabco33lv）0.6份、二月桂酸二丁基锡（SDJ 9902）0.6份、表面活性剂2.0份、三乙醇胺（TEOA）4.0份、水2.5份、发泡剂一氟二氯乙烷（HCFC⁃141b）9份。

关键词: 聚氨酯注浆料, 聚酯多元醇, 聚醚多元醇, 抗压强度, 泡孔结构

Abstract:

To understand the effect of raw materials on the mechanical properties of polyurethane grouting materials （PGMs）， a series of solvent⁃free and environmentally friendly PGMs were prepared using polyester polyol （polyether polyol） and isocyanate as main raw materials together with surfactants， catalysts， cross⁃linking agents， and foaming agents as additives. The properties of the as⁃prepared PGMs， including the characteristics of functional groups， cellular structure， and compressive strength， were characterized by using Fourier⁃transform infrared spectroscopy and scanning electron microscopy， etc. The results indicated that the addition of 10 % polyester polyol increased the content of the benzene ring in the system， resulting in an improvement in the compressive strength up to 1.09 MPa. The optimum proportion of PGMs was determined to be polyether polyol 90 phr， polyester polyol 10 phr， triethylenediamine 0.6 phr， dibutyltin dilaurate 0.6 phr， surfactant 2.0 phr， triethanolamine 4.0 phr， water 2.5 phr， and blowing agent monofluorodichloroethane 9 phr according to the polyol mass in the units through calculating the loadings of the raw materials.

Key words: polyurethane grouting material, polyester polyol, polyether polyol, compressive strength, cellular structure

中图分类号:

TQ328.3

王泽辉, 王振军, 王笑风, 杨博, 李帅. 配方组成对聚氨酯注浆材料抗压强度影响的研究[J]. 中国塑料, 2023, 37(2): 7-14.

WANG Zehui, WANG Zhenjun, WANG Xiaofeng, YANG Bo, LI Shuai. Effect of formula compositions on compressive strength of polyurethane grouting materials[J]. China Plastics, 2023, 37(2): 7-14.

图/表 16

图1 聚合物注浆技术示意图

Fig.1 Schematic diagram of polymer grouting technology

水分/

表1 YHY4110与PS⁃3152的性质

Tab.1 Properties of YHY4110 and PS⁃3152

图2 聚醚多元醇与聚酯多元醇结构式

Fig.2 Structural formulae of polyether polyol and polyester polyol

图3 PS⁃3152对PGMs官能团的影响

Fig.3 Effects of PS⁃3152 on functional groups of PGMs

图4 聚酯多元醇对PGMs抗压强度的影响

Fig.4 Effects of polyester polyols on compressive strength of PGMs

1.0

0.6

1.0

1.92

3.06

1.45

表2 催化剂对PGMs抗压强度的影响

Tab.2 Effects of catalyst on compressive strength of PGMs

图5 PGMs凝胶反应和发泡反应机理

Fig.5 Mechanism of PGMs gel reaction and foaming reaction

图6 不同表面活性剂掺量对PGMs泡孔结构的影响

Fig.6 Effects of surfactant content on cellular structure of PGMs

图7 PGMs泡孔结构SEM照片处理过程

Fig.7 SEM image processing steps for PGMs cellular structure

表面活性剂掺量/%	d_i /μm
1	1 108
2	942
3	902
4	1 072
5	905

表3 表面活性剂对PGMs泡孔结构di 的影响

Tab.3 Effects of surfactant on di of PGMs cellular structure

图8 有机硅表面活性剂的分子结构

Fig.8 Molecular structure of silicone surfactant

图9 表面活性剂对PGMs抗压强度的影响

Fig.9 Effects of surfactant on compressive strength of PGMs

图10 TEOA对PGMs抗压强度的影响

Fig.10 Effects of TEOA on compressive strength of PGMs

图11 TEOA的3D结构

Fig.11 3D structure of TEOA

组别	水/%	HCFC⁃141b/%	抗压强度/MPa
W⁃1	0.5	6	—
W⁃2	1.5	6	1.09
W⁃3	2.5	6	1.03
W⁃4	3.5	6	0.63
H⁃1	1.5	3	0.87
H⁃2	1.5	6	1.09
H⁃3	1.5	9	1.11
H⁃4	1.5	12	1.00

表4 发泡剂含量对PGM抗压强度的影响

Tab.4 Effects of foaming agent content on PGM compressive strength

图12 发泡剂对PGMs膨胀倍率和表观总密度的影响

Fig.12 Effects of foaming agent on expansion rate and total apparent density of PGMs

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