一种无砟轨道凸台树脂修补专用高弹高浸润室温固化双组份互穿聚氨酯修补材料的制备方法

摘要

本发明公开了一种无砟轨道凸台树脂修补专用高弹高浸润室温固化双组份互穿聚氨酯修补材料的制备方法，包括改性互穿聚醚弹性体的制备、线性嵌段MDI预聚体的合成和双组份互穿聚氨酯固化三个步骤。本发明制得的修补材料具有粘度适宜、与凸台树脂渗透性好、相容性好、固化时间完全可控和界面粘结性强的特点，其应用前景相当广阔。

说明书

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种无砟轨道凸台树脂修补专用高 弹高浸润室温固化双组份互穿聚氨酯修补材料的制备方法，制备的聚氨酯修补剂 可广泛应用于高速铁路无砟轨道CRTS I凸台树脂伤损的修补。

背景技术

高速铁路建设是复杂的系统工程，受施工不良、列车动荷载、雨雪侵蚀、环 境温度等多种作用的影响，无砟轨道不可避免的产生如混凝土界面破损、CA砂 浆受水侵蚀劣化、离缝和裂缝等病害。无砟轨道充填层的损坏将严重影响轨道的 正常使用，如果不及时进行修补，在各种劣化因素的作用下，裂缝和离缝会不断 扩展和加剧，将带来很大的安全隐患和经济损失。

常用的修补材料主要有无机修补材料、有机无机复合材料和有机聚合物修补 材料。聚合物修补材料解决了无机修补材料粘结强度低、收缩率大的问题，提高 了与基面之间的粘结强度和柔韧性，是一种综合性能优异的修补材料。

常用的聚合物修补材料包括丙烯酸酯类树脂、环氧树脂和聚氨酯树脂。丙烯 酸酯类修补材料在粘度较低，抗渗性和耐腐蚀性方面具有突出优势，但存在固化 前期强度较低和流动性差问题；专利CN201110117338.1和CN201010146754.X 中使用丙烯酸酯乳液改善修补硫铝酸盐水泥砂浆制备快速修补砂浆，其2h、1d 抗压强度和粘度强度仅为较低，流动性较差；

环氧树脂作作为充填层主体修补材料，具有固化后抗压、抗拉强度较高、收 缩率小和粘结强度较高的特点，专利CN02132751.3和CN03113923.X公开的环氧 树脂存在固化反应速度较慢和所需固化温度较高缺点，无法满足铁路运营线路在 天窗时间内实现常温快速修补破损部位的施工要求。

双组份聚氨酯树脂修补材料具有成本低、材料弹性好、无污染的特点，已经 在高速铁路和无砟轨道填充嵌缝和裂缝修补得到初步应用。国内已有单位进行相 关技术研究，如淄博一诺聚氨酯股份有限公司生产的环保聚氨酯弹性体、湖北回 天胶业股份有限公司生产的CRTS II型板式无砟轨道滑动层聚氨酯胶黏剂的研制 和专利CN200510041693一种用于高速铁路的树脂填充材料，由于材料中聚醚多 元醇的含量低、种类少的缺点导致双组份固化后的材料存在渗透性差，与无砟轨 道凸台树脂的相容性差的特点，因此开发一种粘度适宜、与凸台树脂渗透性好、 相容性好的和界面粘结性强的结构修补材料，是无砟轨道砂浆凸台树脂修补技术 及其应用的关键。

发明内容

本发明的目的旨在提供一种粘度适宜、与凸台树脂渗透性好、相容性好的和 界面粘结性强的结构修补材料的制备方法。

为了实现上述目的本发明采用如下技术方案：

经研究发现，以四种表面张力相近的改性聚醚为原料经缩聚反应制备的改性 互穿聚醚弹性体在凸台树脂破损部位具有良好的渗透性，特别是硬泡聚醚多元醇 的使用，使得固化后材料有良好的配方宽容度，硬泡耐热性好、抗压强度大、尺 寸稳定性好的优点，采用较高官能度、高回弹的聚氨酯软泡MDI、室温催化剂二 月桂酸二丁基锡来固化改性聚醚弹性体，加入了聚氨酯弹性体组分的固化过程， 固化操作时间完全可控。

无砟轨道凸台树脂修补专用高弹高浸润室温固化双组份互穿聚氨酯修补材 料的制备方法，包括改性互穿聚醚弹性体的制备、线性嵌段MDI预聚体的合成和 双组份互穿聚氨酯固化三个步骤，其特征在于：

(1)改性互穿聚醚弹性体的制备：将30-35份分子量为1000的聚醚多元醇 1、5-10份分子量为2000聚醚多元醇2、升温至80±2℃反应1.8-2.2h，向上 述体系加入10-20份分子量为3000聚醚多元醇3、10-20份分子量为1000硬泡 聚醚多元醇4，升温至90±2℃反应1.8-2.2h后，继续升温至120±2℃，通过 通入惰性气体带出小分子，反应1.8-2.2h，冷却后出料；

(2)线性嵌段MDI预聚体的合成：将5-10份MDI加入到干燥反应釜中通 入惰性气体后，滴加70-79份聚醚二醇PPG、3-5份二月桂酸二丁基锡，于88-92 ℃反应2-3h，再加入150-200份丙酮稀释，降温至75-85℃，加入5-10份二羟 甲基丙酸，当体系中-NCO的质量分数至20-25％时结束反应；

(3)双组份互穿聚氨酯固化：取改性聚醚弹性体200-250份、MDI预聚体 100-150份、二月桂酸二丁基锡0.5-2份，搅拌混合后灌注到无砟轨道凸台树脂 伤损部位，待快速固化成型后得到高弹高浸润室温固化双组份互穿聚氨酯修补材 料。

所述的无砟轨道凸台树脂修补专用高弹高浸润室温固化双组份互穿聚氨酯 修补材料的制备方法，其特征在于：所述的改性互穿聚醚弹性体的制备中的四种 聚醚：聚醚多元醇1、聚醚多元醇2、聚醚多元醇3、聚醚多元醇4的官能度分 别为2、2、3、3的聚醚多元醇，其中聚醚多元醇4为一种硬泡聚醚。

所述的无砟轨道凸台树脂修补专用高弹高浸润室温固化双组份互穿聚氨酯 修补材料的制备方法，其特征在于：所述的线性嵌段MDI预聚体的制备中MDI 预聚体为聚氨酯软泡异氰酸酯的二苯基甲烷二异氰酸酯，其中-NCO的含量控制 为20-25％。

本发明与已有技术相比，具有如下优点及积极成果：

(1)四种表面张力相近的改性聚醚为原料经缩聚反应制备的改性互穿聚醚 弹性体在凸台树脂破损部位具有良好的渗透性，特别是硬泡聚醚多元醇的使用， 使得固化后材料有良好的配方宽容度，硬泡耐热性好、抗压强度大、尺寸稳定性 好的优点。

(2)采用较高官能度、高回弹的聚氨酯软泡MDI、室温催化剂二月桂酸二丁 基锡来固化改性聚醚弹性体，加入了聚氨酯弹性体组分的固化过程，固化操作时 间完全可控。

(3)固化修补胶的凝胶时间完全可控，能够实现材料迅速固化，固化后的材 料无发泡显现，确保现场施工能够在铁路天窗时间内完成，大大减少了经济损失。

具体实施方式

实施例1：无砟轨道凸台树脂修补专用高弹高浸润室温固化双组份互穿聚氨 酯修补材料的制备方法，包括：

(1)改性互穿聚醚弹性体的制备：将33kg聚醚多元醇1、6kg聚醚多元醇 2、升温至80℃反应2h，向上述体系加入13kg聚醚多元醇3、13kg硬泡聚醚多 元醇4，升温至90℃反应2h后，继续升温至120℃，通过通入惰性气体带出小 分子，反应2h，冷却后出料；

(2)线性嵌段MDI预聚体的合成：将10kg MDI加入到干燥反应釜中通入 惰性气体后，滴加70kg聚醚二醇PPG、3kg二月桂酸二丁基锡，于90℃反应 3h，再加入150kg丙酮稀释，降温至80℃，加入10kg二羟甲基丙酸，当体 系中-NCO的质量分数接近于理论值25％时结束反应；

(3)双组份互穿聚氨酯固化：取改性聚醚弹性体50kg、MDI预聚体30kg、 二月桂酸二丁基锡0.4kg份，经手持搅拌器搅拌混合后灌注到无砟轨道凸台树 脂伤损部位，待快速固化成型后得到高弹高浸润室温固化双组份互穿聚氨酯修补 材料。

实施例2：无砟轨道凸台树脂修补专用高弹高浸润室温固化双组份互穿聚氨 酯修补材料的制备方法，包括：

(1)改性互穿聚醚弹性体的制备：将30kg聚醚多元醇1、6kg聚醚多元醇 2、升温至80℃反应2h，向上述体系加入15kg聚醚多元醇3、15kg硬泡聚醚多 元醇4，升温至90℃反应2h后，继续升温至120℃，通过通入惰性气体带出小 分子，反应2h，冷却后出料；

(2)线性嵌段MDI预聚体的合成：将10kg MDI加入到干燥反应釜中通入 惰性气体后，滴加70kg聚醚二醇PPG、3kg二月桂酸二丁基锡，于90℃反应 3h，再加入175kg丙酮稀释，降温至80℃，加入10kg二羟甲基丙酸，当体 系中-NCO的质量分数接近于理论值25％时结束反应；

(3)双组份互穿聚氨酯固化：取改性聚醚弹性体50kg、MDI预聚体30kg、 二月桂酸二丁基锡0.3kg份，经手持搅拌器搅拌混合后灌注到无砟轨道凸台树 脂伤损部位，待快速固化成型后得到高弹高浸润室温固化双组份互穿聚氨酯修补 材料。

实施例3：无砟轨道凸台树脂修补专用高弹高浸润室温固化双组份互穿聚氨 酯修补材料的制备方法，包括

(1)改性互穿聚醚弹性体的制备：将30kg聚醚多元醇1、6kg聚醚多元醇 2、升温至80℃反应2h，向上述体系加入15kg聚醚多元醇3、15kg硬泡聚醚多 元醇4，升温至90℃反应2h后，继续升温至120℃，通过通入惰性气体带出小 分子，反应2h，冷却后出料；

(2)线性嵌段MDI预聚体的合成：将10kg MDI加入到干燥反应釜中通入 惰性气体后，滴加70kg聚醚二醇PPG、3kg二月桂酸二丁基锡，于90℃反应 3h，再加入200kg丙酮稀释，降温至80℃，加入10kg二羟甲基丙酸，当体 系中-NCO的质量分数接近于理论值25％时结束反应；

(3)双组份互穿聚氨酯固化：取改性聚醚弹性体50kg、MDI预聚体30kg、二月 桂酸二丁基锡0.2kg份，经手持搅拌器搅拌混合后灌注到无砟轨道凸台树脂伤 损部位，待快速固化成型后得到高弹高浸润室温固化双组份互穿聚氨酯修补材 料。

对比实施例1：一种无砟轨道凸台树脂修补专用高弹高浸润室温固化双组份 互穿聚氨酯修补材料的制备方法，包括：

(1)改性互穿聚醚弹性体的制备：将30-35份分子量为1000的聚醚多元醇 1、5-10份分子量为2000聚醚多元醇2、升温至80±2℃反应2h，向上述体系 加入10-20份分子量为3000聚醚多元醇3、10-20份分子量为1000硬泡聚醚多 元醇4，升温至90±2℃反应2h后，继续升温至120±2℃，通过通入惰性气体 带出小分子，反应2h，冷却后出料；

(2)线性嵌段MDI预聚体的合成：将5-10份MDI加入到干燥反应釜中通 入惰性气体后，滴加70-79份聚醚二醇PPG、3-5份二月桂酸二丁基锡，于88-92 ℃反应2-3h，再加入150-200份丙酮稀释，降温至80℃，加入5-10份二羟甲 基丙酸，当体系中-NCO的质量分数接近于理论值20-25％时结束反应；

(3)双组份互穿聚氨酯固化：取改性聚醚弹性体200-250份、MDI预聚体 100-150份，经手持搅拌器搅拌混合后灌注到无砟轨道凸台树脂伤损部位，待快 速固化成型后得到高弹高浸润室温固化双组份互穿聚氨酯修补材料。

对比实施例2：一种无砟轨道凸台树脂修补专用高弹高浸润室温固化双组份 互穿聚氨酯修补材料的制备方法，包括：

(1)改性互穿聚醚弹性体的制备：将33kg聚醚多元醇1、6kg聚醚多元醇 2、升温至80℃反应2h，向上述体系加入13kg聚醚多元醇3升温至90℃反应 2h后，继续升温至120℃，通过通入惰性气体带出小分子，反应2h，冷却后出 料；

(2)线性嵌段MDI预聚体的合成：将10kg MDI加入到干燥反应釜中通入 惰性气体后，滴加70kg聚醚二醇PPG、3kg二月桂酸二丁基锡，于90℃反应 3h，再加入150kg丙酮稀释，降温至80℃，加入10kg二羟甲基丙酸，当体 系中-NCO的质量分数接近于理论值25％时结束反应；

(3)双组份互穿聚氨酯固化：取改性聚醚弹性体50kg、MDI预聚体30kg、 二月桂酸二丁基锡0.4kg份，经手持搅拌器搅拌混合后灌注到无砟轨道凸台树 脂伤损部位，待快速固化成型后得到高弹高浸润室温固化双组份互穿聚氨酯修补 材料。

应用实例1：

将上述固化成型后的高弹高浸润室温固化双组份互穿聚氨酯修补材料按照 铁科院关于《高速铁路无砟轨道养护维修管理办法》CRTS I型板式无砟轨道凸台 树脂伤损修补方法进行测试，检测结果如下：

由上述实验结果可知，硬泡聚醚多元醇4的加入提高了材料的粘度和缩短了 凝胶时间，有利于提高互穿聚醚弹性体的力学强度和体积稳定性。固化过程中添 加了催化剂二月桂酸二丁基锡，有利于提高材料的剪切强度、粘结强度，缩短材 料的凝胶时间，使固化过程完全可控。