水性環(huán)氧樹脂改性的建筑結(jié)構(gòu)密封膠緩凝性能研究

doi：10.3969/j.issn.1001-5922.2024.02.006

摘 要：為研究水性環(huán)氧樹脂建筑結(jié)構(gòu)密封膠緩凝性能，選用水性環(huán)氧樹脂、水性環(huán)氧樹脂固化劑、MS聚合物、硅烷偶聯(lián)劑、納米碳酸鈣以及不同填料等試劑，以MS聚合物質(zhì)量為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定試劑比例，分別制備A組分與B組分，將2組分依照1∶1質(zhì)量比混合配比，由此獲取不同配比條件下的改性密封膠樣本。結(jié)果顯示，在偶聯(lián)劑用量達(dá)到2%以上時(shí)，密封膠樣本的適用期符合建筑結(jié)構(gòu)密封膠應(yīng)用的適用期標(biāo)準(zhǔn)；水性環(huán)氧樹脂用量為25%，密封膠樣本硬度最優(yōu)；當(dāng)密封膠樣本內(nèi)不同填料質(zhì)量比達(dá)到3.4∶20∶66∶16時(shí)，密封膠樣本不會(huì)發(fā)生流淌現(xiàn)象；不同MS聚合物具有不同特征。

關(guān)鍵詞：水性環(huán)氧樹脂；密封膠；緩凝性能；MS聚合物；流淌性

中圖分類號(hào)：TQ437⁺.1" " " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " "文章編號(hào)：1001-5922（2024）02-0020-04

Study on the retarding performance of water-based epoxy resin modified sealant for building structure

CHEN Yueyu1，PAN Ting2

（1.Neijiang Vocational ＆ Technical College，Neijiang 641100，Sichuan China;

2.Neijiang Normal University，Neijiang 641100， Sichuan China）

Abstract：In order to study the retarding performance of waterborne epoxy resin building structure sealant，waterborne epoxy resin，waterborne epoxy resin curing agent，MS polymer，silane coupling agent，nano calcium carbonate，and different fillers and other reagents were selected.The reagent ratio was set based on the quality of MS polymer，and the component A and component B were prepared respectively，the two components were mixed according to the mass ratio of 1∶1，so as to obtain the modified sealant samples under different proportions.The results showed that when the coupling agent dosage reached more than 2%，the application life of the sealant sample met the application period standard of building structural sealant applications.When the amount of waterborne epoxy resin dosage was 25%，the hardness of the sealant sample was the best.When the mass ratio of different fillers in the sealant sample reached 3.4∶20∶66∶16，the sealant sample did not show flowability.Different MS polymers had different characteristics.

Key words：waterborne epoxy resin;sealant;retarding performance;MS polymer;flowability

建筑結(jié)構(gòu)密封膠是建筑工程中必不可少的材料之一^[1]，其能夠?qū)崿F(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)的修補(bǔ)、加固等功能。當(dāng)前普遍使用的建筑結(jié)構(gòu)密封膠以環(huán)氧樹脂密封膠居多^[2]，其主要特征為具有較強(qiáng)的力學(xué)性能、耐腐蝕性能與粘接強(qiáng)度^[3-4]。如以水性環(huán)氧樹脂為基礎(chǔ)，利用新型石墨烯材料對(duì)其實(shí)施優(yōu)化處理，提升膠體的力學(xué)性能^[5]。以水性環(huán)氧樹脂為基礎(chǔ)，并在其中添加了碳納米管，增強(qiáng)樹脂分子鏈間運(yùn)動(dòng)的摩擦力，提升密封膠的黏度^[6]。通過(guò)研究不同試劑的配比，提升密封膠的剪切強(qiáng)度與耐水性。建筑結(jié)構(gòu)密封膠在實(shí)際工程應(yīng)用中會(huì)出現(xiàn)粘性下降等問(wèn)題^[7]，產(chǎn)生流敞等現(xiàn)象^[8]。

因此研究水性環(huán)氧樹脂建筑結(jié)構(gòu)密封膠緩凝性能，能夠提升其在實(shí)際工程應(yīng)用中的應(yīng)用性能。

1"實(shí)驗(yàn)材料與方法

1.1"密封膠制備材料與儀器

水性環(huán)氧樹脂建筑結(jié)構(gòu)密封膠制備過(guò)程中所需的材料與儀器。

密封膠制備所需主要材料：水性環(huán)氧樹脂、水性環(huán)氧樹脂固化劑（工業(yè)級(jí)），南通星辰合成材料有限公司;MS聚合物（S327、S888E、SAX300、SAX760、HMS-1303）（工業(yè)級(jí)），蘇州權(quán)魅塑膠原料有限公司;硅烷偶聯(lián)劑（工業(yè)級(jí)），河南千特路化工產(chǎn)品有限公司;納米碳酸鈣（K200A、K200C）（工業(yè)級(jí)），靈壽縣旭誠(chéng)礦產(chǎn)品加工廠實(shí)力供應(yīng);中空玻璃微珠（GS-20、GS-25）（工業(yè)級(jí)），靈壽縣緯軒礦產(chǎn)品加工廠;氣相二氧化硅（PM-20L）（工業(yè)級(jí)），上海運(yùn)河材料科技實(shí)力供應(yīng)商;增塑劑E90（工業(yè)級(jí)），佛山市星之寶新材料有限公司;螯合錫催化劑（工業(yè)級(jí)），河南千特路化工產(chǎn)品有限公司;石棉纖維（蛇紋石石棉1.4-5/mm），廊坊圣湖新型建材有限公司。

密封膠制備所需主要儀器：WDW20200814電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)，濟(jì)南中創(chuàng)工業(yè)測(cè)試系統(tǒng)有限公司;LX-A邵氏A型硬度計(jì)，揚(yáng)州中科計(jì)量?jī)x器有限公司;SGO-2004透射電鏡，深圳市方特科技有限公司。

1.2"水性環(huán)氧樹脂建筑結(jié)構(gòu)密封膠制備

1.2.1"A組分制備

在制備水性環(huán)氧樹脂建筑結(jié)構(gòu)密封膠的A組分過(guò)程中，將水性環(huán)氧樹脂（20%±10%）、水性環(huán)氧樹脂固化劑（6%±2%）、納米碳酸鈣（30%±10%）、增塑劑E90（25%±15%）%、螯合錫催化劑（2.5%±1.5%）、中空玻璃微珠（7.5%±2.5%）以及其他助劑等均勻混合在一起并進(jìn)行分裝^[9]，獲取A組分。

上述試劑比例均以MS聚合物質(zhì)量為標(biāo)準(zhǔn)^[10]。

1.2.2"B組分制備

在制備水性環(huán)氧樹脂建筑結(jié)構(gòu)密封膠的B組分過(guò)程中，在真空環(huán)境下將MS聚合物（100%）、水性環(huán)氧樹脂（10%）、硅烷偶聯(lián)劑（2%±1%）、氣相二氧化硅（6.5%±2.5%）、納米碳酸鈣（30%±10%）、中空玻璃微珠（5%±3%）等其他填料均勻混合在一起并進(jìn)行分裝，獲取B組分。

1.2.3"密封膠制備

將所制備的A組分與B組分按照1∶1質(zhì)量比混合配比^[11]，由此獲取不同配比條件下的水性環(huán)氧樹脂建筑結(jié)構(gòu)密封膠樣本。

1.3"緩凝性能測(cè)試指標(biāo)選取

建筑結(jié)構(gòu)密封膠的緩凝性能可通過(guò)適用期、流淌性^[12]、和力學(xué)性能等表征。

1.3.1"適用期測(cè)試

適用期所描述的是膠體指干時(shí)間^[13]。依照國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，將雙組分分別置于（24±1）℃恒溫箱中保存24 h，取出后，將雙組分混合4 min并放進(jìn)擠膠筒中，同時(shí)將尾塞密封好，混合25 min后，通過(guò)擠壓空氣的方式從聚乙烯擠膠筒中將混合密封膠擠出至水中，對(duì)一次性擠出所有樣品的時(shí)間進(jìn)行測(cè)量，作為所制備密封膠樣本的適用期。

1.3.2"流淌性測(cè)試

取一大小合適的玻璃板，對(duì)其表層進(jìn)行清潔，確保其表層的光滑性。將所制備的水性環(huán)氧樹脂建筑結(jié)構(gòu)密封膠滴在玻璃板表層，令膠體尺寸與厚度分別為80 mm×80 mm和（3.7±0.5） mm。將滴加膠體的玻璃板垂直放置，設(shè)定時(shí)間為0.5 h。待膠體不變后測(cè)量膠體的垂直流掛距離，并將測(cè)量結(jié)果作為所制備密封膠樣本的流淌性測(cè)試結(jié)果。

1.3.3"硬度測(cè)試

依照國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，利用邵氏A型硬度計(jì)測(cè)定所制備密封膠樣本的硬度^[14]。將壓頭按在試樣上，施加一定的載荷，然后測(cè)量壓頭在試樣表面留下的痕跡的直徑或深度，從而計(jì)算出試樣的硬度值。

1.3.4"力學(xué)性能測(cè)試

密封膠樣本的力學(xué)性能可通過(guò)拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率等描述^[15]。

拉伸強(qiáng)度：利用試驗(yàn)機(jī)測(cè)試所制備密封膠樣本的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率^[16-17]。

斷裂伸長(zhǎng)率測(cè)試：利用電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)測(cè)試所制備密封膠樣本的斷裂伸長(zhǎng)率。

2"實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1"適用期測(cè)試結(jié)果

2.1.1"偶聯(lián)劑用量對(duì)性能的影響分析

建筑結(jié)構(gòu)密封膠應(yīng)用的適用期標(biāo)準(zhǔn)不小于1 h，所制備的密封膠樣本內(nèi)，偶聯(lián)劑的用量設(shè)定為MS聚合物的（2±1）%。圖1所示為偶聯(lián)劑用量對(duì)所制備樣本適用期的影響。

由圖1可知，所制備的密封膠樣本內(nèi)，隨著偶聯(lián)劑用量由1%提升至3%時(shí)，密封膠樣本的適用期也呈逐漸提升趨勢(shì)，由此說(shuō)明在所制備的密封膠樣本內(nèi)，偶聯(lián)劑能夠發(fā)揮緩凝功能，可有效提升密封膠樣本的緩凝性能。同時(shí)在偶聯(lián)劑用量相同的條件下，溫度的提升將導(dǎo)致密封膠樣本的適用期逐漸下降。在密封膠樣本內(nèi)偶聯(lián)劑用量達(dá)到2%以上時(shí)，在28 ℃以上的溫度環(huán)境下，密封膠樣本的適用期符合建筑結(jié)構(gòu)密封膠應(yīng)用的適用期標(biāo)準(zhǔn)。

2.1.2"催化劑用量對(duì)性能的影響分析

在制備的密封膠樣本內(nèi)，催化劑的用量設(shè)定為MS聚合物的（2.5±1.5）%。圖2所示為催化劑用量對(duì)所制備密封膠樣本適用期的影響。

由圖2可知，在密封膠樣本內(nèi)催化劑用量逐漸提升的條件下，密封膠樣本的適用期表現(xiàn)出逐漸下降的趨勢(shì)。由此說(shuō)明在所制備的密封膠樣本內(nèi)，催化劑不具備緩凝功能，同時(shí)對(duì)于密封膠樣本的緩凝性能產(chǎn)生消極影響。

2.2"流淌性測(cè)試結(jié)果

在所制備的密封膠樣本內(nèi)，所使用的填料包括氣相二氧化硅、納米碳酸鈣、中空玻璃微珠以及石棉纖維。當(dāng)密封膠樣本內(nèi)其他主要成分比例確定的條件下，分析不同填料質(zhì)量比下密封膠樣本的垂直流掛距離，所得結(jié)果如表1所示。

由表1可知：（1）在密封膠樣本內(nèi)填料量逐漸提升的條件下，其垂直流掛距離逐漸下降。由此說(shuō)明密封膠樣本內(nèi)填料量同其流淌性之間具有反比例相關(guān)性;（2）納米碳酸鈣與中空玻璃微珠均具有較為顯著的比表面積，這能夠提升二者同水性環(huán)氧樹脂的接觸面積，提升密封膠樣本的黏度，因此密封膠樣本的垂直流掛距離降低;

（3）石棉纖維的應(yīng)用同樣能夠提升水性環(huán)氧樹脂分子鏈間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的摩擦力，在密封膠樣本內(nèi)發(fā)揮加筋抗流淌性能，由此進(jìn)一步降低密封膠樣本的垂直流掛距離;

（4）當(dāng)密封膠樣本內(nèi)不同填料質(zhì)量比達(dá)到3.4∶20∶66∶16的條件下，垂直流掛距離即可達(dá)到0 cm，即不會(huì)發(fā)生流淌現(xiàn)象，在此條件的應(yīng)用性能相對(duì)最優(yōu)。

2.3"硬度測(cè)試結(jié)果

水性環(huán)氧樹脂在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中具有環(huán)氧值高、固化后強(qiáng)度高以及黏度低等性能優(yōu)勢(shì)。所制備的密封膠樣本內(nèi)，水性環(huán)氧樹脂的用量設(shè)定為MS聚合物的（20±10）%。圖3所示為不同水性環(huán)氧樹脂用量對(duì)所制備樣本硬度的影響。

由圖3可知，在密封膠樣本內(nèi)水性環(huán)氧樹脂用量?jī)H為10%的條件下，其硬度約為45 HA；隨著水性環(huán)氧樹脂用量的提升，密封膠樣本固化后的硬度也逐漸提升；當(dāng)水性環(huán)氧樹脂用量達(dá)到25%時(shí)，密封膠樣本固化后的硬度值達(dá)到上限，約為85 HA左右；當(dāng)水性環(huán)氧樹脂用量繼續(xù)提升達(dá)到30%時(shí)，密封膠樣本固化后的硬度值出現(xiàn)小幅下降趨勢(shì)，達(dá)到80 HA左右。

因此在密封膠實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，設(shè)定水性環(huán)氧樹脂用量為25%，可獲取最優(yōu)硬度。

2.4"力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果

MS聚合物是所制備密封膠樣本的基礎(chǔ)，因此在研究密封膠樣本緩凝性能時(shí)，需詳細(xì)分析不同牌號(hào)MS聚合物對(duì)于密封膠樣本力學(xué)性能的影響。圖4所示為不同牌號(hào)MS聚合物對(duì)所制備樣本的影響。

（1）選用牌號(hào)為S327與S888E的MS聚合物時(shí)，密封膠樣本的拉伸強(qiáng)度與斷裂伸長(zhǎng)率具有較高一致度，分別為2.2 MPa和410%左右；

（2）選用牌號(hào)SAX760與HMS-1303的MS聚合物時(shí)，密封膠樣本的拉伸強(qiáng)度與斷裂伸長(zhǎng)率也具有較高一致度，分別為4.2 MPa和780%左右；

（3）選用牌號(hào)為SAX300的MS聚合物時(shí)，密封膠樣本的拉伸強(qiáng)度與斷裂伸長(zhǎng)率分別為2.9 MPa和330%左右。

產(chǎn)生這種差異的主要原因?yàn)椴煌琈S聚合物的黏度等參數(shù)均有所差異。在實(shí)際工程應(yīng)用過(guò)程中，可根據(jù)工程實(shí)際情況選取合適的MS聚合物制備密封膠。

3"結(jié)語(yǔ)

（1）在密封膠樣本內(nèi)偶聯(lián)劑用量達(dá)到2%以上時(shí)，密封膠樣本的適用期符合建筑結(jié)構(gòu)密封膠應(yīng)用的適用期標(biāo)準(zhǔn)，在密封膠樣本內(nèi)催化劑用量逐漸提升的條件下，密封膠樣本的適用期表現(xiàn)出逐漸下降的趨勢(shì)；

（2）當(dāng)密封膠樣本內(nèi)不同填料質(zhì)量比達(dá)到3.4∶20∶66∶16時(shí)，密封膠樣本不會(huì)發(fā)生流淌現(xiàn)象；

（3）水性環(huán)氧樹脂固化后可轉(zhuǎn)換為有機(jī)剛性粒子，其與MS聚合物的有機(jī)結(jié)合能夠提升密封膠樣本的硬度，設(shè)定水性環(huán)氧樹脂用量為25%，可獲取最優(yōu)硬度;

（4）不同MS聚合物具有不同特征，選用的MS聚合物中，S327具有低模量特性，S888E具有中模量特性，SAX300具有高模量特性，SAX760具有高粘特性。

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收稿日期：2023-09-08；修回日期：2023-12-08

作者簡(jiǎn)介：陳躍余（1983-），女，講師，研究方向：工程造價(jià)與管理；E-mail：cyy20081983@163.com。

基金項(xiàng)目：四川省科技廳科技攻關(guān)計(jì)劃項(xiàng)目 （項(xiàng)目編號(hào)：202000650001）。

引文格式：陳躍余.水性環(huán)氧樹脂改性的建筑結(jié)構(gòu)密封膠緩凝性能研究[J].粘接，2024，51（2）：20-23.