環(huán)氧稀釋劑種類對環(huán)氧灌漿材料力學(xué)性能影響的研究1

王政芳，　謝炎坤,3，　羅廣建，　譚建權(quán),3，　劉偉區(qū)*（1. 中科院廣州化學(xué)有限公司，廣東 廣州 510650；2. 中國科學(xué)院 纖維素化學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510650；3. 中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049）

環(huán)氧稀釋劑種類對環(huán)氧灌漿材料力學(xué)性能影響的研究1

王政芳1,2，謝炎坤1,2,3，羅廣建1,2，譚建權(quán)1,2,3，劉偉區(qū)1,2*
（1. 中科院廣州化學(xué)有限公司，廣東 廣州 510650；2. 中國科學(xué)院 纖維素化學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510650；3. 中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049）

研究了活性稀釋劑乙二醇二縮水甘油醚（669）、聚丙二醇二縮水甘油醚（207）對環(huán)氧灌漿材料中加入對環(huán)氧灌漿材料的黏度、拉伸性能及抗壓性能等力學(xué)性能的影響，結(jié)果表明，加入乙二醇二縮水甘油醚或者聚丙二醇二縮水甘油醚后，環(huán)氧灌漿材料拉伸斷裂伸長率先增加后降低，斷裂伸長率增加，抗壓強(qiáng)度降低。

乙二醇二縮水甘油醚；聚丙二醇二縮水甘油醚；環(huán)氧灌漿材料；力學(xué)性能

環(huán)氧灌漿材料是一種強(qiáng)度高、粘接力強(qiáng)、收縮性小的高分子化學(xué)灌漿材料[1-3]。環(huán)氧灌漿材料首先要求具有很好的可灌性，這就要求灌漿材料低粘度，一般要求在10～30 MPa·s之間，然而環(huán)氧樹脂和固化劑混合后粘度太大，必須加入稀釋劑來降低環(huán)氧樹脂灌漿漿液的初始粘度。但是隨著稀釋劑的加入，漿液固結(jié)體力學(xué)性能又會(huì)下降，影響灌漿效果[4]。

因此，必須選擇合適的稀釋劑及其適宜的摻量以滿足降低環(huán)氧灌漿材料粘度，同時(shí)保持良好的力學(xué)性能。為達(dá)到此目的，目前市場上應(yīng)用比較廣泛的活性稀釋劑為糠醛和丙酮體系。但是糠醛丙酮體系的稀釋劑揮發(fā)性大，對人體毒性大，會(huì)產(chǎn)生環(huán)境問題，因此，研究出既保持原灌漿材料的低粘度和力學(xué)性能而又不含糠醛的化學(xué)灌漿材料成為目前環(huán)氧灌漿材料的熱點(diǎn)[5-8]。

本文通過對添加兩種不同的活性稀釋劑對環(huán)氧灌漿材料的力學(xué)性能影響的研究，為環(huán)氧樹脂在綠色環(huán)保化學(xué)灌漿材料領(lǐng)域的應(yīng)用提供指導(dǎo)。

1　試驗(yàn)

1.1材料

雙酚A型環(huán)氧樹脂（E51），工業(yè)級，環(huán)氧值0.51 mol/100 g，固含量99.9%，巴陵石油化工有限責(zé)任公司；三乙烯四胺（TETA），工業(yè)級，南京化學(xué)試劑股份有限公司；2,4,6-三（二甲胺基甲基）苯酚（DMP-30)，化學(xué)純，張家港源邦化工材料有限公司；乙二醇二縮水甘油醚（669）、 聚丙二醇二縮水甘油醚（207），工業(yè)級，安徽新遠(yuǎn)化工有限公司。

1.2性能測試

黏度測試，采用按 GB/T 2794-1995《膠粘劑黏度的測定》進(jìn)行測試粘度?？箟簭?qiáng)度測試，按GB/T2569-1995《樹脂澆鑄體壓縮性能試驗(yàn)方法》測定其抗壓強(qiáng)度，試件尺寸采用邊長2 cm的立方體。拉伸性能測試，按ASTM D638-08測定，試樣為啞鈴形，標(biāo)距8.00 mm，拉伸速率10 mm/min；拉伸強(qiáng)度的結(jié)果為五個(gè)重復(fù)測試的平均值。

1.3環(huán)氧灌漿材料的制備

A組分的制備：活性稀釋劑，與環(huán)氧樹脂按照表1所示的比例加入到反應(yīng)容器中，與室溫下攪拌均勻，得到環(huán)氧灌漿材料的A組分。

B組分的制備：將催化劑2,4,6-三（二甲胺基甲基）苯酚（DMP-30)，二乙烯三胺，按照表1所示的質(zhì)量加入到反應(yīng)容器中，攪拌均勻后，得到環(huán)氧灌漿材料的B組分。

1.4環(huán)氧灌漿材料的制備

將環(huán)氧灌漿材料的A組分和B組分按照1∶1的比例加入到反應(yīng)容器中，攪拌均勻后，澆鑄到抗壓強(qiáng)度及拉伸試驗(yàn)測試所需的標(biāo)準(zhǔn)模具中，室溫固化10天后，進(jìn)行測試試樣的力學(xué)性能。

表1　環(huán)氧灌漿材料制備過程各組分的比例

2　結(jié)果與討論

2.1環(huán)氧灌漿材料的粘度

粘度是反應(yīng)環(huán)氧灌漿材料可灌性的重要參數(shù)，粘度越低，環(huán)氧材料的可灌性越好。但是環(huán)氧灌漿材料的粘度過低，將會(huì)影響材料在潮濕基面的使用[4,9]，因此，調(diào)節(jié)適宜的粘度是環(huán)氧灌漿材料使用過程中重要的步驟。圖1顯示了環(huán)氧樹脂的粘度隨著不同類型稀釋劑添加量的變化趨勢?？梢钥闯觯S著稀釋劑添加量的增加，環(huán)氧樹脂的粘度降低，且669較207的稀釋效果更為理想。添加25%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的稀釋劑基本可以滿足灌漿材料的使用要求[8]。

圖1　稀釋劑添加量對環(huán)氧灌漿材料黏度性能的影響

圖2　活性稀釋劑添加量對環(huán)氧樹脂抗拉強(qiáng)度的影響

2.2拉伸性能

圖2為活性稀釋劑添加量對環(huán)氧樹脂抗拉強(qiáng)度的影響，從圖2可以看出，隨著乙二醇二縮水甘油醚（669）的加入量增加，環(huán)氧樹脂固化物的抗拉強(qiáng)度呈現(xiàn)升高后降低的趨勢，添加量10%時(shí)，環(huán)氧灌漿材料的固化物的抗拉強(qiáng)度達(dá)到74.5 MPa，這可能是加入的乙二醇二縮水甘油醚（669）的分子量相對較小時(shí)，加入后是環(huán)氧灌漿材料固化物的交聯(lián)點(diǎn)更為密集，交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)更為密集，使得抗拉強(qiáng)度提高；但隨著乙二醇二縮水甘油醚（669）添加量的提高，固化物中柔性鏈段增加，669的加入對環(huán)氧樹脂主體剛性的破壞作用大于其對交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的貢獻(xiàn)，所以造成抗拉性能的降低[9-11]。而聚丙二醇二縮水甘油醚（207）的添加量增加至10%，抗拉強(qiáng)度基本不變，之后隨著聚丙二醇二縮水甘油醚（207）添加量的增加，抗拉強(qiáng)度降低。

圖3為活性稀釋劑添加量對環(huán)氧樹脂灌漿材料拉伸斷裂伸長率的影響，可以看出，隨著乙二醇二縮水甘油醚（669）或聚丙二醇二縮水甘油醚（207）的添加量增加，環(huán)氧樹脂固化物的斷裂伸長率均呈增加趨勢。這可能是由于添加劑中的柔性分子長鏈存在，環(huán)氧灌漿材料拉伸時(shí)，柔性的鏈段得以伸展開來，斷裂伸長率得以提高[11-13]。

圖3　活性稀釋劑添加量對環(huán)氧樹脂灌漿材料斷裂伸長率的影響

圖4　稀釋劑含量對環(huán)氧灌漿材料抗壓強(qiáng)度性能的影響

2.3抗壓強(qiáng)度

圖4是稀釋劑含量對環(huán)氧灌漿材料抗壓強(qiáng)度性能的影響。從圖4可以看出，隨著活性稀釋劑669或者207的添加量增加，環(huán)氧灌漿材料的抗壓強(qiáng)度降低。在相同稀釋劑加入量的情況下，加入活性稀釋劑669后，環(huán)氧灌漿材料的抗壓強(qiáng)度相對較低，可能是由于稀釋劑669線型小分子化合物，交聯(lián)固化反應(yīng)之后分子中的線型鏈段使整個(gè)交聯(lián)固化網(wǎng)絡(luò)的剛性結(jié)構(gòu)減弱，壓縮時(shí)更容易斷裂[13-14]。

3　結(jié)論

本文研究活性稀釋劑乙二醇二縮水甘油醚（669）、聚丙二醇二縮水甘油醚（207）對環(huán)氧灌漿材料中加入對環(huán)氧灌漿材料的黏度，拉伸性能及抗壓性能等力學(xué)性能的影響，結(jié)果表明，加入乙二醇二縮水甘油醚（669）或者聚丙二醇二縮水甘油醚（207）后，環(huán)氧灌漿材料拉伸斷裂伸長率先增加后降低，斷裂伸長率增加，抗壓強(qiáng)度降低。因此，在環(huán)氧灌漿材料的制備過程中，要根據(jù)具體的使用場合選擇合適的活性稀釋劑添加量，添加量過低，達(dá)不到稀釋效果，添加量過多，將嚴(yán)重影響灌漿材料的力學(xué)性能。

[1] Xing Huige, Yang Xingguo, Dang Yuhui, et al. Experimental study of epoxy resin repairing of cracks in fractured rocks[J]. Polymers & Polymer Composites, 2015, 22(5): 459-466.

[2] Sun Zheng, Hou Xi-xi, He Gui-ping. Research on the Crack Resistance at Low Temperature and the Mechanism of Semi-Flexible Pavement[C]. Proceedings of the international conference on chemical, material and food engineering. Kunming:International Conference on Chemical, Material and Food Engineering (CMFE), 2015, 22: 533-536.

[3] 張斌, 劉偉區(qū). 氨基硅油改性環(huán)氧灌漿材料的形態(tài)與性能[J]. 高分子材料科學(xué)與工程, 2003, 19(3): 148-151.

[4] 王永珍, 張亞峰, 鄺健政, 等. 柔性環(huán)氧灌漿材料的制備與性能研究[J]. 化工新型材料, 2011, 39(9): 88-91.

[5] 雷翅, 高南, 張亞峰, 等. 環(huán)保型改性糠醛及其環(huán)氧灌漿材料[J]. 新型建筑材料, 2011, 38(12): 27-31.

[6] 高南, 張亞峰, 鄺健政, 等. 環(huán)保型改性糠醛環(huán)氧灌漿材料的制備和性能研究[J]. 中國塑料, 2010, 24(7): 41-46.

[7] 石紅菊, 張亞峰, 葛家良. 新型水溶性環(huán)氧灌漿材料的制備[J]. 化學(xué)建材, 2004(6): 42-45.

[8] 徐宇亮, 楊元龍, 于方. 一種新型環(huán)氧灌漿材料的制備及性能研究[J]. 中國建筑防水, 2014(4): 12-15.

[9] 孫琴. 環(huán)氧樹脂/稀釋劑/SiO2納米復(fù)合材料的制備及其性能研究[D]. 碩士. 武漢理工大學(xué), 2011.

[10] 孫琴, 王鈞, 蔡浩鵬. 活性稀釋劑種類對環(huán)氧樹脂體系性能的影響研究[J]. 玻璃鋼/復(fù)合材料, 2011(6): 6-8.

[11] 崔宏生, 吳有智, 孟軍虎. 活性稀釋劑對環(huán)氧樹脂固化物力學(xué)性能的影響[J]. 塑料工業(yè), 2015, 43(6): 57-60.

[12] 楊濤, 程玨, 張重鋒, 等. 稀釋劑對雙酚F環(huán)氧樹脂/酸酐體系流變性及力學(xué)性能的影響[J]. 北京化工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）, 2014, 41(3): 76-81.

[13] 蔡佩芝, 張昊, 趙東林, 等. 稀釋劑對DDM/E-51環(huán)氧樹脂體系力學(xué)性能的影響[J]. 高分子材料科學(xué)與工程, 2010, 26(11): 75-77, 82.

[14] 王偉, 王鵬, 張鵬, 等. 活性稀釋劑對環(huán)氧樹脂涂層的性能影響[J]. 全面腐蝕控制, 2014, 28(12): 61-64.

Study on the Mechanical Properties of Epoxy Grouting Materials with the Reactive Dilute

WANG Zheng-fang1,2,XIE Yan-kun1,2,3,LUO Guang-jian1,2, Tan Jian-quan1,2,3,Liu Wei-qu1,2*
（1. Guangzhou Institute of Chemistry, Chinese Academy of Sciences, Guangzhou 510650, China; 2. Key Laboratory of Cellulose and Lignocellulosics Chemistry, Chinese Academy of Sciences, Guangzhou 510650, China; 3. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China）

The influence was studied of glycol diglycidyl ether and polypropylene glycol diglycidyl ether on the mechanical properties of epoxy grouting materials comprehensively by testing the viscosity, the tensile properties and the compression properties. The results revealed that compared the trend of the compression properties decreased and the elongation at break increased, the break strength increased at first, then decreased, with the increase of glycol diglycidyl ether or polypropylene glycol diglycidyl ether in epoxy grouting materials.

glycol diglycidyl ether, polypropylene glycol diglycidyl ether, epoxy grouting material, mechanical property

TU57.8

A

1009-220X(2016)04-0047-04

10.16560/j.cnki.gzhx.20160418

2016-07-11

2016年廣州市珠江科技新星項(xiàng)目（201610010133）；2015年應(yīng)用型科技研發(fā)專項(xiàng)資金項(xiàng)目（2015B090925019）。

王政芳（1983~），女，河南新蔡人，工程師，碩士研究生；主要從事高性能環(huán)氧樹脂的研究。

劉偉區(qū)（1963~），男，研究員；主要從事功能性有機(jī)硅氟型聚合物，環(huán)氧樹脂，水性涂料用樹脂等研究。liuwq@gic.ac.cn