состав для укрепления грунтов

Формула изобретения

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

Описание изобретения к патенту

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