СОСТАВ ДЛЯ УКРЕПЛЕНИЯ ГРУНТОВ Российский патент 2013 года по МПК C09J175/08 C09K17/14 C09K17/30 C08G18/10 C08G18/48 C08G18/72 

Изобретение относится к составам, используемым в качестве связующих для укрепления грунтов, и может быть использовано в строительстве и горном деле.

Известны различные связующие, используемые для укрепления грунтов, на базе карбамидоформальдегидных смол (SU 790718, C08G 12/12, 1994; RU 2270840, C08G 12/12, 2006), акриловых олигомеров и полимеров (JP 62-22882, C08F 290/00, 1987; RU 2348792, E21B 33/38, C09K 8/508, 2009), полиуретановых композиций (JP 2001-152155, C08G 18/10, 2001).

Наиболее близким к предложенному является известный двухкомпонентный состав для укрепления грунтов нагнетанием, включающий изоцианатный и гидроксильный компоненты, который в качестве изоцианатного компонента содержит форполимер метилендифенилдиизоцианата, содержащий 18-24% NCO-групп, преимущественно полученный взаимодействием метилендифенилдиизоцианата с линейными двухатомными спиртами (гликолями), а в качестве гидроксильного компонента - многоатомные спирты, преимущественно содержащие не менее 3 гидроксильных групп в молекуле, причем один из компонентов содержит пеногаситель, состоящий из неионных ПАВ и неомыляемых веществ (RU 2346958, C08G 18/10, C08G 18/28, C08G 18/48, C09J 175/06, 2009). В качестве достоинств состава указаны: низкая температура реакции (менее 130°C), короткое время полимеризации, ограниченное вспенивание (не более, чем 5-кратное увеличение объема).

Недостатками известного состава являются высокая вязкость используемого изоцианатного компонента, даже в присутствии разжижителей (около 800 мПа·с), а также склонность гидроксильного компонента к расслаиванию, обусловленная тем, что он включает как высокомолекулярные (М≈3000), так и низкомолекулярные (М=280-450) полиэфирполиолы, обладающие ограниченной взаимной растворимостью. При использовании состава эти обстоятельства затрудняют его равномерное распределение в грунте, что снижает эффективность использования.

Задача, решаемая предлагаемым изобретением, заключается в повышении эффективности укрепления грунтов с использованием для этой цели полимерных композиций.

Техническим результатом, получаемым при осуществлении изобретения, является получение состава с низкой вязкостью и отсутствием склонности к расслаиванию при сохранении низкой температуры реакции и ограниченного вспенивания.

Для достижения указанного результата предложен двухкомпонентный состав для укрепления грунтов нагнетанием, включающий изоцианатный и гидроксильный компоненты в равных объемах, отличающийся тем, что в качестве изоцианатного компонента он содержит полифениленполиметиленполиизоцианат с содержанием 30-31% NCO-групп, а в качестве гидроксильного компонента - однородную смесь алкоксилированного алкандиола или -триола с молекулярной массой 370-600 или их смеси, алкандиола или алкоксилированного алкандиола молекулярной массы 60-200 и катализатора уретанообразования, выбранного из группы, включающей диазабициклооктан, дибутилдилауринат олова, диметилэтаноламин, метилдиэтаноламин. при следующем соотношении ингредиентов в составе гидроксильного компонента (мас.ч.):

алкандиол или алкоксилированный алкандиол   молекулярной массы 60-200 100 алкоксилированный алкандиол или -триол   молекулярной массы 370-600 или их смесь 75-860 катализатор уретанообразования 0,1-0,4

Неожиданно было обнаружено, что состав для укрепления грунтов, отвечающий всем необходимым требованиям к составам такого назначения и обладающий полезными свойствами, создающими его преимущества перед известными составами, может быть получен на базе легко доступного сырья.

Изоцианатный компонент предложенного состава - выпускаемый в больших промышленных масштабах полифениленполиметиленполиизоцианат с содержанием 30-31% NCO-групп, известный также под общеупотребительным названием «полимерный МДИ», - обладает гораздо более низкой вязкостью (150-250 мПа·с), чем изоцианатный компонент известного состава.

Гидроксильный компонент состава состоит из трех ингредиентов. Первым из этих ингредиентов является диол молекулярной массы 60-200, которым может быть алкандиол, например, этилен- или пропиленгликоль, или низкомолекулярный алкандиол полученный алкоксилированием (этоксилированием или пропоксилированием) этих гликолей. Алкоксилированные гликоли (смеси диолов с различным числом алкоксильных звеньев) в практике часто именуют полиэтилен- или полипропиленгликолями с обозначением средней молекулярной массы.

Вторым ингредиентом является алкоксилированный алкандиол или -триол молекулярной массы 370-600 или их смесь. Алкоксилированный алкандиол в составе второго ингредиента имеет ту же природу, что и в составе первого, но большее число алкоксильных звеньев и, соответственно, большее значение молекулярной массы. Алкоксилированным алкантриолом может быть, например, этоксилированный или пропоксилировнный глицерин.

Катализатор уретанообразования, который всегда вводят в состав гидроксильных компонентов, применяемых для получения полиуретановых пен, выбран из числа применяемых для этой цели катализаторов - диазабициклооктан (ДАБКО), дибутил-дилауринат олова (ДБДЛО), диметилэтаноламин (ДМЭА), метилдиэтаноламин (МДЭА).

Сочетание указанных ингредиентов позволяет создать гидроксильный компонент, который совершенно не склонен к расслаиванию, легко распределяется в укрепляемом грунте и достаточно эффективно реагирует с выбранным изоцианатным компонентом, создавая быстро затвердевающий полиуретановый полимер достаточной прочности. При этом температура, развивающаяся при реакции компонентов, остается достаточно низкой - далекой, например, от температуры воспламенения угля (300-325°C), что обеспечивает безопасность применения состава при укреплении грунта в угольных разработках.

Сущность изобретения иллюстрируется приведенными ниже примерами. Примеры 1-10 иллюстрируют получение и свойства гидроксильного компонента, примеры 11-20 -получение и свойства полиуретанового полимера.

Примеры 1-10. В колбу при комнатной температуре помещают алкоксилированный алкандиол или -триол молекулярной массы 370-600 или их смесь и алкандиол или алкоксилированный алкандиол молекулярной массы не более 200. Ингредиенты перемешивают механической мешалкой до полной гомогенизации. Затем добавляют катализатор уретанообразования. Раствор перемешивают в течение 30 мин, определяют плотность, вязкость и гидроксильное число, а затем используют в качестве гидроксильного компонента состава для укрепления грунта. Данные о составе и свойствах полученного гидроксильного компонента приведены в таблице 1.

Примеры 11-20. Данные о процессе взаимодействия компонентов предложенного состава и свойствах получаемого полиуретанового полимера определяют в модельных экспериментах. В пластмассовый стакан помещают равные объемы полифениленполиметилен-полиизоцианата (содержание NCO-групп 30-31%) и гидроксильного компонента, полученного в одном из примеров 1-10. Компоненты перемешивают быстроходной механической мешалкой и отмечают время схватывания (по образованию твердой корки на поверхности массы). После полного затвердевания полученный блок распиливают и определяют твердость по Шору (шкала D) и кажущуюся плотность, на основании которой рассчитывают фактор вспенивания. Результаты экспериментов приведены в таблице 2.

Таблица 1 Получение гидроксильного компонента Пример Загрузка   Плотность, г/см³ Гидроксильное число, мг KOH/г Вязкость, мПа·с Диол М=60-200 Полиэфирполиол М=400-600 Катализатор тип мас.ч. тип мас.ч. тип мас.ч. 1 ЭГ 100 ПЭГ 400 860 ДАБКО 0,1 1,12 440 95 2 ДЭГ 100 ПЭГ 400 390 ДАБКО 0,1 1,12 440 95 3 ТЭГ 100 ПЭГ 400 195 ДБДЛО 0,1 1,12 440 85 4 ПЭГ 200 100 ПЭГ 400 78 ДАБКО 0,2 1,12 440 100 5 ТЭГ 100 ПЭГ 600 125 ДМЭА 0,2 1,12 440 95 6 ТЭГ 100 Лапрол 502 М 117 ДАБКО 0,2 1,01 440 90 7 тэг 100 Пропол 400 182 ДАБКО 0,2 0,97 440 80 8 ДЭГ 100 ПЭГ 400 390 МДЭА 0,4 1,12 440 95 9 ДЭГ 100 ПЭГ 400 383 ДАБКО 0,2 1,10 440 120 Лапрол 373 161 10 ДЭГ 100 Лапрол 503Б 646 ДАБКО 0,2 1,05 440 200 Обозначения:   ЭГ - этиленгликоль Лапрол 502 М - полипропиленгликоль М=500 ДЭГ - диэтиленгликоль Пропол 400 - полипропиленгликоль М=400 ТЭГ - триэтиленгликоль Лапрол 373 - полипропилентриол М=370 ПЭГ 200 - полиэтиленгликоль М=200 ДАБКО - диазабициклооктан ПЭГ 400 - полиэтиленгликоль М=400 ДБДЛО - дибутилдилауринат олова ПЭГ 600 - полиэтиленгликоль М=600 ДМЭА - диметилэтаноламин Лапрол 503 Б - полипропилентриол М=500 МДЭА - метилдиэтаноламин

Таблица 2 Получение полиуретанового полимера Пример Гидроксильный компонент по примеру NCO:OH, г-экв/г-экв Время схватывания, с Температура реакции, °C Кажущаяся плотность пены, г/см³ Фактор вспенивания Твердость по Шору, шкала D 11 1 1,05 45 125 1,02 1,2 80 12 2 1,05 35 130 1,07 1,1 75 13 3 1,05 30 130 1,00 1.2 75 14 4 1,05 27 130 1,03 1,1 70 15 5 1,1 55 116 1,18 1,0 82 16 6 1,0 45 123 1,10 1,1 80 17 7 1,05 45 123 1,07 1,1 80 18 8 1,05 40 125 1,17 1,0 82 19 9 1,05 40 125 0,91 1,3 70 20 10 1,05 40 120 0,95 1,2 75

Изобретение относится к двухкомпонентному составу для укрепления грунтов нагнетанием. Состав включает изоцианатный и гидроксильный компоненты в равных объемах. В качестве изоцианатного компонента состав содержит полифениленполиметиленполиизоцианат с содержанием 30-31% NCO-групп. В качестве гидроксильного компонента состав содержит однородную смесь алкоксилированного алкандиола или триола с молекулярной массой 370-600 или их смеси, алкандиола или алкоксилированного алкандиола молекулярной массы 60-200 и катализатора уретанообразования. Катализатор уретанообразования выбирают из группы, включающей диазабициклооктан, дибутилдилауринат олова, диметилэтаноламин, метилдиэтаноламин. Состав обладает низкой вязкостью и отсутствием склонности к расслаиванию при сохранении низкой температуры реакции и ограниченного вспенивания. 2 табл., 20 пр.

Двухкомпонентный состав для укрепления грунтов нагнетанием, включающий изоцианатный и гидроксильный компоненты в равных объемах, отличающийся тем, что в качестве изоцианатного компонента он содержит полифениленполиметиленполиизоцианат с содержанием 30-31% NCO-групп, а в качестве гидроксильного компонента - однородную смесь алкоксилированного алкандиола или -триола с молекулярной массой 370-600 или их смеси, алкандиола или алкоксилированного алкандиола молекулярной массы 60-200 и катализатора уретанообразования, выбранного из группы, включающей диазабициклооктан, дибутилдилауринат олова, диметилэтаноламин, метилдиэтаноламин, при следующем соотношении ингредиентов в составе гидроксильного компонента, мас.ч.:
алкандиол или алкоксилированный алкандиол
молекулярной массы 60-200 100 алкоксилированный алкандиол или -триол   молекулярной массы 370-600 или их смесь 75-860 катализатор уретанообразования 0,1-0,4.