СОСТАВ ДЛЯ УКРЕПЛЕНИЯ ГРУНТОВ Российский патент 2014 года по МПК C09K17/14 C09K17/30 C09J175/08 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 алкантриола с молекулярной массой 370-500, этиленгликоля, катализатора уретанообразования, выбранного из группы, включающей диметилэтаноламин и метилдиэтаноламин, ацетата калия и разбавителя, выбранного из группы, включающей хлорпарафин ХП-470 и его смесь с дибутилфталатом, при следующем соотношении ингредиентов в составе гидроксильного компонента (мас.ч.):

алкоксилированный алкантриол молекулярной массы 370-500 100 Этиленгликоль 1,6-3,6 катализатор уретанообразования 1,9-4,7 ацетат калия 0,8-1,8 Разбавитель 40-110

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 пяти ингредиентов. Первым из этих ингредиентов является алкоксилированный алкантриол молекулярной массы 370-500, которым может быть, например, этоксилированный или пропоксилированный глицерин. Вторым ингредиентом является этиленгликоль. Катализатор уретанообразования, который всегда вводят в состав гидроксильных компонентов, применяемых для получения полиуретановых пен, выбран из числа обычно применяемых для этой цели катализаторов - диметилэтаноламин (ДМЭА) или метилдиэтаноламин (МДЭА). Одновременно в качестве дополнительного катализатора, обеспечивающего специфические свойства компонента, в его состав введен ацетат калия. Наконец, состав содержит инертный по отношению к реакционной системе разбавитель, в качестве которого использован промышленный хлорпарафин ХП-470 с добавлением дибутилфталата или без него.

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 1-8. В колбу при комнатной температуре помещают алкоксилированный алкантриол молекулярной массы 370-500, этиленгликоль и разбавитель. Ингредиенты перемешивают механической мешалкой до полной гомогенизации. Затем добавляют катализатор уретанообразования и ацетат калия. 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 9-16. Данные о процессе взаимодействия компонентов предложенного состава и свойствах получаемого полиуретанового полимера определяют в модельных экспериментах. В пластмассовый стакан помещают равные объемы полифениленполиметиленполиизоцианата (содержание NCO-групп 30-31%) и гидроксильного компонента, полученного в одном из примеров 1-8. 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 при 25°C, мПа·с Алкоксилированный алкантриол Этиленгликоль, мас.ч. Катализатор уретанообразования Ацетат калия, мас.ч. ХП-470, мас.ч. ДБФ, мас.ч.       тип мас.ч.   тип мас.ч.             1 Лапрол 373 100 3,6 ДМЭА 4,2 1,8 100 0 1,12 260 440 2 Лапрол 373 100 3,2 ДМЭА 3,8 1,6 78,9 0 1,12 285 440 3 Лапрол 373 100 2,9 ДМЭА 3,4 1,4 67,8 31,3 1,10 255 240 4 Лапрол 373 100 2,9 ДМЭА 3,4 1,4 78,4 20.7 1,11 255 310 5 Лапрол 373 100 2,0 ДМЭА 4.7 1,0 78,3 20,9 1,11 250 310 6 Лапрол 373 100 1,6 ДМЭА 1,9 0,8 76,3 31,4 1,10 235 310 7 Лапрол 373 100 3,6 МДЭА 4.2 1,8 78,3 20,9 1,11 245 310 8 Лапрол 503Б 100 2,6 ДМЭА 3,1 1,3 44,2 0 1,11 340 250 Обозначения: Лапрол 503Б - полиоксипропилентриол М=500 Лапрол 373 - полиоксипропилентриол М=370 ДМЭА - диметилэтаноламин МДЭА - метилдиэтаноламин ДБФ - дибутилфталат

Таблица 2 Получение полиуретанового полимера Пример Гидроксиль-ный 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 9 1 1,76 31 126 0,48 2,4 70 10 2 1,60 30 129 0,52 2,2 72 11 3 1,80 32 130 0,61 1,9 76 12 4 1,80 34 130 0,61 1,9 77 13 5 1,82 35 130 0,62 1,9 76 14 6 1,96 50 130 0,67 1,7 78 15 7 2,1 40 130 0,60 2,0 76 16 8 2,1 35 129 0,60 2,0 75

Изобретение относится к составам, используемым в качестве связующих для грунтов, и может быть использовано в строительстве и горном деле. Двухкомпонентный состав для укрепления грунтов нагнетанием в качестве изоцианатного компонента содержит полифениленполиметиленполиизоцианат с содержанием 30-31% NCO-групп, а в качестве гидроксильного компонента - однородную смесь алкоксилированного алкантриола с молекулярной массой 370-500, этиленгликоля, катализатора уретанообразования, выбранного из группы, включающей диметилэтаноламин и метилдиэтаноламин, ацетата калия и разбавителя, выбранного из группы, включающей хлорпарафин ХП-470 и его смесь с дибутилфталатом, при содержании изоцианатного и гидроксильного компонентов в равных объемах. Изобретение обеспечивает получение состава с низкой вязкостью и отсутствием склонности к расслаиванию, обладающего низкой температурой реакции и ограниченным вспениванием. 2 табл., 16 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 алкантриола с молекулярной массой 370-500, этиленгликоля, катализатора уретанообразования, выбранного из группы, включающей диметилэтаноламин и метилдиэтаноламин, ацетата калия и разбавителя, выбранного из группы, включающей хлорпарафин ХП-470 и его смесь с дибутилфталатом, при следующем соотношении ингредиентов в составе гидроксильного компонента, мас.ч.:
алкоксилированный алкантриол молекулярной массы 370-500 100 этиленгликоль 1,6-3,6 катализатор уретанообразования 1,9-4,7 ацетат калия 0,8-1,8 разбавитель 40-110