低溫固化環(huán)氧灌注結(jié)構(gòu)膠的研制

屈雪艷，胡生祥，吳 歡，曹興園，秦瑞瑞，宮祥怡，赤建玉

（鄭州中原應(yīng)用技術(shù)研究開發(fā)有限公司，河南 鄭州 450000）

低溫固化環(huán)氧灌注結(jié)構(gòu)膠的研制

屈雪艷，胡生祥，吳 歡，曹興園，秦瑞瑞，宮祥怡，赤建玉

（鄭州中原應(yīng)用技術(shù)研究開發(fā)有限公司，河南 鄭州 450000）

研制了一種能低溫固化的環(huán)氧灌注結(jié)構(gòu)膠。研究發(fā)現(xiàn)，通過硫醇胺固化劑與自制改性胺固化劑并用，并加入活性稀釋劑、填料以及偶聯(lián)劑等，制得的環(huán)氧膠粘劑在低溫和常溫下的固化速度較為適中，對(duì)不銹鋼、混凝土等基材的粘接性能較好。

環(huán)氧灌注結(jié)構(gòu)膠；硫醇胺固化劑；低溫固化

環(huán)氧樹脂膠粘劑具有粘接范圍廣、粘接強(qiáng)度高、收縮率低、耐化學(xué)介質(zhì)腐蝕、熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，在各行各業(yè)中得到廣泛應(yīng)用[1]。環(huán)氧灌注結(jié)構(gòu)膠粘劑可用于混凝土裂縫、內(nèi)部缺陷（蜂窩、孔洞）的灌漿修補(bǔ)，砼與石材、鋼板與混凝土之間的粘合及其他建筑構(gòu)件的粘接，可廣泛應(yīng)用于高鐵、地鐵或大壩港口的混凝土裂縫修補(bǔ)[2]、外包鋼粘鋼加固等工程。

目前，市場(chǎng)上最常見的灌注型環(huán)氧結(jié)構(gòu)膠粘劑均為雙組分包裝，其固化劑組分大多是由胺類固化劑制得，這類灌注膠在北方冬季施工中，往往1 d甚至更長(zhǎng)時(shí)間不能固化，影響工期甚至工程質(zhì)量。針對(duì)這些問題，研究發(fā)現(xiàn)，加入硫醇胺類物質(zhì)可以明顯加快低溫下的固化速度，通過配方調(diào)整和優(yōu)化，最終制得的環(huán)氧灌注膠產(chǎn)品，在0 ℃左右的低溫下快速固化，對(duì)不銹鋼、混凝土等基材具有良好的粘接性能，特別適用于北方地區(qū)混凝土裂縫在低溫下的修補(bǔ)加固作業(yè)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原料

環(huán)氧樹脂E51，工業(yè)級(jí)，10 000 mPa·s（25 ℃），岳陽(yáng)巴陵石化；乙二醇二縮水甘油醚（669）、丙三醇三縮水甘油醚（662），工業(yè)級(jí)，常州優(yōu)銳化工；滑石粉、硫醇胺，工業(yè)級(jí)，市售；自制改性胺固化劑，150 mPa·s（25 ℃）；3-氨丙基三乙氧基硅烷（KH-550），工業(yè)級(jí)，荊州江漢精細(xì)化工。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

微機(jī)控制電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)，CMT4304，深圳新三思材料檢測(cè)有限公司；恒溫水浴循環(huán)器，HX-1005，鄭州長(zhǎng)城科工貿(mào)有限公司；數(shù)字式黏度計(jì)，NDJ-5S,上海菁海儀器有限公司。

1.3 試片和模具處理

鋼片：用砂紙打磨后用潔凈干燥的紗布蘸丙酮將預(yù)粘接部位擦拭干凈；模具（不銹鋼）：框內(nèi)及表面涂抹凡士林或其他脫模劑；混凝土水泥塊：用潔凈干燥的紗布將預(yù)粘接部位擦拭干凈，保證無(wú)浮灰、渣滓。

1.4 膠粘劑配方

A組分基礎(chǔ)配方：環(huán)氧樹脂，100質(zhì)量份；稀釋劑，30質(zhì)量份；填料，3～11質(zhì)量份；

B組分基礎(chǔ)配方（各組分?jǐn)?shù)為相對(duì)于環(huán)氧樹脂100份時(shí)的份數(shù)）：硫醇胺固化劑，0～40質(zhì)量份；自制改性胺固化劑，40～80質(zhì)量份；促進(jìn)劑，0～2質(zhì)量份；偶聯(lián)劑，0.5～2質(zhì)量份。

1.5 性能測(cè)試

將恒溫至25 ℃的A、B組分以質(zhì)量比2：1快速混合攪拌均勻，測(cè)其黏度。

分別在常溫（25 ℃）和0 ℃，將A、B組分以質(zhì)量比2：1混合好的膠液倒入模具中或涂于相應(yīng)試片上，同時(shí)分別測(cè)定常溫（25 ℃）和0 ℃的適用期。試片在這2種溫度下固化不同時(shí)間后，分別進(jìn)行拉伸剪切強(qiáng)度、彎曲、壓縮強(qiáng)度等性能的測(cè)定。

適用期：按GB/T7123.1—2002測(cè)試；鋼-鋼拉伸剪切強(qiáng)度：按GB/T 7124—2008測(cè)試；彎曲強(qiáng)度：按GB/T 2570—1995測(cè)試；壓縮強(qiáng)度：按GB/T 2569—1995測(cè)試；與混凝土的正拉粘接強(qiáng)度：按GB 50367—2006中的附錄F規(guī)定測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同稀釋劑對(duì)膠粘劑性能的影響

在混凝土裂縫修補(bǔ)等工程施工中，較低黏度的環(huán)氧灌注結(jié)構(gòu)膠，流動(dòng)性好有利于施工，而環(huán)氧樹脂一般黏度較大，故需添加稀釋劑使其黏度降低，并且不會(huì)降低膠粘劑的其他性能[3]。根據(jù)基礎(chǔ)配方，再分別加入二官能團(tuán)的669和三官能團(tuán)的662 2種活性稀釋劑，制得的環(huán)氧灌注結(jié)構(gòu)膠的黏度及膠粘劑拉剪、彎曲性能的測(cè)試結(jié)果見表1。

表1 稀釋劑對(duì)膠粘劑性能的影響Tab.1 Effect of diluent on adhesive properties

從表1可以看出，加入同樣量的669和662，2者對(duì)體系的稀釋效果相當(dāng)，但加入669的膠粘劑的拉剪、彎曲性能均明顯優(yōu)于加入662的。

2.2 滑石粉加入量對(duì)膠粘劑性能的影響

滑石粉具有助流動(dòng)、潤(rùn)滑性好、吸附力強(qiáng)等優(yōu)良的物理性能，且能一定程度地降低成本[4]，因此選擇滑石粉為填料，并考查了其加入量對(duì)膠粘劑黏度、拉伸剪切強(qiáng)度及壓縮強(qiáng)度性能的影響，見表2。

表2 滑石粉加入量對(duì)膠粘劑性能的影響Tab.2 Effect of talk powder adding amount on adhesive properties

從表2可以看出，隨著滑石粉添加量的增大，膠粘劑黏度逐漸增大，拉伸剪切強(qiáng)度變化不大，壓縮強(qiáng)度強(qiáng)度呈現(xiàn)先增大后降低的趨勢(shì)，且在填料量為7質(zhì)量份時(shí)達(dá)到最大值，故滑石粉加入量為7質(zhì)量份時(shí)最好。

2.3 偶聯(lián)劑用量對(duì)膠粘劑性能的影響

硅烷偶聯(lián)劑能大幅度提高膠粘劑的拉伸剪切強(qiáng)度并改善填料在聚合物中的潤(rùn)濕性和分散性，同時(shí)也是優(yōu)異的粘接促進(jìn)劑[5]。KH-550的不同加入量對(duì)膠粘劑拉伸剪切強(qiáng)度、與混凝土的正拉粘接強(qiáng)度影響見表3。

表3 偶聯(lián)劑的用量對(duì)膠粘劑性能的影響Tab.3 Effect of coupling agent amount on adhesive properties

由表3可以看出，隨著KH-550加入量的增多，膠粘劑的拉剪強(qiáng)度、與混凝土的正拉粘接強(qiáng)度呈現(xiàn)先增后降的趨勢(shì)。當(dāng)KH-550加入量為1質(zhì)量份時(shí)，綜合性能最佳。

2.4 硫醇胺的不同加入量對(duì)膠粘劑黏度及適用期的影響

硫醇胺固化劑屬硫醇類改性胺固化劑，其中的活潑-SH在胺類的存在下，低溫也可與環(huán)氧樹脂中的環(huán)氧基發(fā)生固化反應(yīng)[6]?？疾榱虼及芳白灾聘男园饭袒瘎┰诓煌浔认聦?duì)膠粘劑黏度及適用期的影響見表4。

由表4可見，隨著硫醇胺加入量的增多，膠粘劑黏度逐漸增大，在0 ℃和25 ℃的適用期卻越來越短，表明其固化速度越來越快。當(dāng)硫醇胺與自制改性胺固化劑質(zhì)量比大于20：60時(shí)，膠粘劑25 ℃的適用期只有3 min或更短，不利于常溫施工。因此，當(dāng)2者的質(zhì)量比為20：60時(shí)，膠粘劑適用期較為適中，黏度小，較有利于施工。

表4 硫醇胺用量對(duì)膠粘劑黏度及適用期的影響Tab.4 Effects of mercapto amine curing agent amount on viscosity and pot life of adhesive

2.5 膠粘劑在不同溫度下的力學(xué)性能

膠粘劑在不同溫度下的力學(xué)性能見表5。其中，Ⅰ為硫醇胺固化劑與自制改性胺固化劑質(zhì)量比為20：60時(shí)的膠粘劑體系，Ⅱ?yàn)榱虼及饭袒瘎┡c自制改性胺固化劑質(zhì)量比為0：80時(shí)的膠粘劑體系。

表5 膠粘劑在不同溫度下的力學(xué)性能Tab.5 Mechanical properties of adhesives at different temperatures

從表5可以看出，Ⅰ在0 ℃固化2 h時(shí)拉剪強(qiáng)度達(dá)到0.7 MPa，與混凝土正拉粘接強(qiáng)度達(dá)0.2 MPa，固化48 h后可以達(dá)到與25 ℃固化48 h后相當(dāng)?shù)睦魪?qiáng)度，與混凝土正拉粘接強(qiáng)度達(dá)3.8 MPa。Ⅱ在0 ℃或25 ℃時(shí)的拉剪、與混凝土的正拉粘接強(qiáng)度隨固化時(shí)間增加均上升較慢且與混凝土的正拉粘接強(qiáng)度在0 ℃固化48 h時(shí)僅為Ⅰ的一半。添加硫醇胺固化劑的環(huán)氧灌注膠表現(xiàn)出優(yōu)異的低溫、常溫固化性能。

3 結(jié)論

選擇加入活性稀釋劑669、填料滑石粉加入量為7質(zhì)量份、偶聯(lián)劑KH-550加入量為1質(zhì)量份、硫醇胺與自制改性胺固化劑的質(zhì)量比為20：60時(shí)，制備出的膠粘劑黏度小且適用期適中，隨固化時(shí)間增加其在0 ℃或25 ℃時(shí)的拉伸剪切強(qiáng)度、與混凝土的正拉粘接強(qiáng)度均增長(zhǎng)較快且與混凝土的正拉粘接強(qiáng)度在0℃固化48 h時(shí)為不加硫醇胺固化劑的2倍。低溫、常溫綜合性能優(yōu)異。

[1]賀曼羅．環(huán)氧樹脂膠粘劑[M]．大連:中國(guó)石化出版社,2003:2-5．

[2]曠慶華,劉暉,馮李,等．地鐵工程用彈性環(huán)氧封縫膠的研究與應(yīng)用[J]．粘接,2014,35(8):74-77．

[3]孫曼靈．環(huán)氧樹脂應(yīng)用原理與技術(shù)[M]．北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2002:255-261．

[4]殷代武,譚卉文．滑石粉的應(yīng)用特性及表面改性[J]．廣東化工,2013,40(18):75．

[5]郭云亮．偶聯(lián)劑的種類和特點(diǎn)及應(yīng)用[J]．橡膠工業(yè),2003,50(11):692-694．

[6]賀曼羅．環(huán)氧樹脂膠粘劑[M]．大連:中國(guó)石化出版社,2003:85．

Development of epoxy filling structural adhesives curable at low temperature

QU Xue-yan,HU Sheng-xiang,WU Huan,CAO Xing-yuan,QIN Rui-rui,GONG Xiang-yi,CHI Jian-yu
(Zhengzhou Zhongyuan Applied Technology Research and Development Co．,Ltd．, Zhengzhou, Henan 450000, China)

A kind of low temperature curable epoxy filling structure adhesive was prepared． It was found that through combining the mercapto amine curing agent and the self-made modified amine curing agent and adding the reactive diluent, powder filler and a coupling agent, etc． the prepared adhesive had the moderate curing speed at low and room temperature． The adhesive had better bonding properties to stainless steel, concrete and other substrates．

epoxy filling structural adhesive; mercapto amine curing agent; low-temperature curing

TQ433.4+37

A

1001-5922（2015）08-0071-03

2014-08-28

屈雪艷（1982-），女，碩士，工程師，主要從事環(huán)氧膠粘劑方面的研究。E-mail：ptz.star@163.com。