CN102391817A - 一种水下环氧结构胶粘剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水下环氧结构胶粘剂，包括甲组分和乙组分，甲组分包括：双酚A环氧树脂43.0~60.0%；增韧剂3.0~5.0%；高岭土13.0~30.0%；快凝水泥7.0~15.0%；触变剂1.0~3.0%；硫酸钙晶须2.0~4.0%；表面活性剂0.1~0.5%；乙组分包括：憎水性固化剂10.0~40.0%；亲水性固化剂10.0~40.0%；促进剂0.5~1.0%；偶联剂1.0~3.0%；触变剂1.0~5.0%；快凝水泥10.0~24.0%；填料15.0~36.0%。本发明的水下环氧结构胶粘剂可用于各类潮湿环境下和水下环境的结构性粘接工程，其水下粘接强度高，强度指标符合GB50367-2006的标准要求。

Description

一种水下环氧结构胶粘剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种胶粘剂配方及其制备方法，具体涉及一种水下环氧结构胶粘剂及其制备方法，主要应用于水下环境的结构性粘结工程。

背景技术

随着社会经济的迅速发展，胶粘剂已经被广泛地应用在国民经济建设的各个领域，使用的范围越来越大，应用的条件也越来越宽。通常为保证粘接的成功，被粘物体的表面要求清洁、干燥、无污染，但随着各种水工建筑工程的日益增多，如轻轨坑道、隧道等工程中越来越需要在潮湿环境和水下使用胶粘剂。

近年来，国内外已研究和开发了一些水下粘接技术和水下施工用的胶粘剂，主要由树脂，水中固化剂和填料等组成；其中，树脂有环氧树脂、聚氨酯等；水中固化剂有酮亚胺、改性胺；填料有氧化钙、氯化钙等，研制出的水下胶粘剂本体抗压强度很高，但粘接性能不佳，且部分指标是在干燥环境条件成型试件，潮湿环境下养护测得的数据；这必然会影响水下胶粘剂在实际使用环境下的使用效果。而且，由于水下环境下被粘物表面及周围多含有水，被粘物表面水膜影响环氧胶粘剂的粘接强度，因此上述胶粘剂一般不能在水下的结构性粘接。

中国发明专利申请CN101020807A公开了一种环氧树脂水下粘结剂，能在水下完全固化，其测定的水下粘结混凝土的力学性能接近C50混凝土强度等级的力学性能指标，水下粘接A3钢的强度也比较高，其抗拉及抗剪强度分别可达到5.3MPa及13.3MPa，但其测定方式是在常规条件下而非水下环境，因此测定结果的参考性较差，而且上述测定结果也未符合GB50367-2006《混凝土结构加固设计规范》中粘钢胶的标准要求，不能用作水下的结构性粘接。

因此，开发一种为各类潮湿和水下加固工程提供安全可靠、性价比合理的水下环境专用的胶粘剂，并提高各类水工建筑物的使用寿命和安全性能，具有积极的现实意义。

发明内容

本发明目的是提供一种水下环氧结构胶粘剂及其制备方法，专用于各类潮湿和水下加固工程。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种水下环氧结构胶粘剂，包括甲组分和乙组分，甲组分和乙组分按重量计的混合比例为1：0.8~1.2；

所述甲组分以重量计包括：

双酚A环氧树脂         43.0~60.0%；

增韧剂                3.0~5.0%；

高岭土                13.0~30.0%；

快凝水泥               7.0~15.0%；

触变剂                1.0~3.0%；

硫酸钙晶须             2.0~4.0%；

表面活性剂             0.1~0.5%；

所述乙组分以重量计包括：

憎水性固化剂           10.0~40.0%；

亲水性固化剂           10.0~40.0%；

促进剂                0.5~1.0%；

偶联剂                1.0~3.0%；

触变剂                1.0~5.0%；

快凝水泥              10.0~24.0%；

填料                  15.0~36.0%。

上文中，所述甲组分的高岭土优选1200目的超细高岭土。所述乙组分中的憎水性固化剂为憎水性改性聚酰胺，如A-2443、A-2386、1085B等；所述乙组分中的亲水性固化剂为亲水性改性脂环胺，如A-MCA、I-965等。

上述技术方案中，所述甲组分中的增韧剂为聚硫橡胶。如选自聚硫橡胶PS-121、PS-124中的一种或两种。

上述技术方案中，所述甲组分和乙组分中的快凝水泥主要包括硅酸盐水泥、铝酸盐水泥和羟丙基甲基纤维素。它是一种含有硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、羟丙基甲基纤维素（HPMC）的水泥混合物。

上述技术方案中，所述甲组分和乙组分中的触变剂为纳米碳酸钙。

上述技术方案中，所述甲组分中的表面活性剂为乙氧基类非离子型氟碳表面活性剂。

上述技术方案中，所述乙组分中的促进剂为2、4、6-三（二甲氨基甲基）苯酚（DMP-30）。

上述技术方案中，所述乙组分中的偶联剂为氨丙基三乙氧基硅烷。如KH-550、KH-590、B-201等。

上述技术方案中，所述乙组分中的填料选自400目硅微粉、100目石英砂中的一种或两种。

本发明同时请求保护一种水下环氧结构胶粘剂的制备方法，包括如下步骤：

(1) 甲组分的制备：按上述配比称取原料，先将双酚A环氧树脂、增韧剂和表面活性剂混合并搅拌均匀，然后加入硫酸钙晶须、快凝水泥和高岭土，搅拌均匀，使体系成糊状，最后分批加入触变剂，搅拌均匀即可；

(2) 乙组分的制备：按上述的配比称取原料，先将憎水性固化剂、亲水性固化剂、促进剂和偶联剂混合并搅拌均匀，然后加入快凝水泥、填料，搅拌均匀，使体系成糊状，最后分批加入触变剂，搅拌均匀即可；

(3) 按上述比例将甲组分和乙组分混合，即得到所述水下环氧结构胶粘剂。

本发明的设计原理是：(1) 通过复配使用憎水性固化剂（憎水性改性聚酰胺）和亲水性固化剂（亲水性改性脂环胺），改善胶粘剂水下施工性能和提高水下粘接强度，由于憎水性改性聚酰胺与水不反应，胶体固化时将水排除被粘物表面进行粘接，能较快地建立初始粘接强度，但在含水的被粘物表面涂附性能差，亲水性改性脂环胺能容易取代基材表面的水，与水相容性好，有利于胶粘剂水下涂覆。(2) 复配使用快凝水泥和高龄土等吸水性材料置换被粘接物表面水膜，提高水下粘接强度，由于水膜隔离了胶粘剂与被粘物表面的直接接触，使粘接强度降低，所以必须解决被粘物表面水膜影响环氧胶粘剂的粘接强度问题，复配使用快凝水泥和超细高龄土，即能达到快速吸水的目的，吸水后体系又有较高的本体强度。(3) 选用乙氧基类非离子型氟碳表面活性剂降低体系表面张力，使胶粘剂中对被粘物表面进行有效的浸润和附着，提高胶粘剂在水下的施工性能和粘接强度。同时选用偶联剂来提高水下的粘接强度，偶联剂由二部分组成，一部分是能和环氧树脂或固化剂发生化学作用的活性基团如氨基、环氧基、硫羟基结构，另一部分是吸湿后可水解的基团如甲氧基、乙氧基结构，提高胶粘剂在水下的粘接力。(4) 通过使用硫酸钙晶须和橡胶增韧剂，同时对环氧树脂进行增韧；一般对环氧树脂进行增韧，都使用有机的橡胶树脂进行增韧，此类增韧剂增韧效果佳，但价格高，我们选用的晶须硫酸钙是一种纤维状无机填充材料，硫酸钙晶须的纤维状结构，使其受力时易形变，能吸收冲击能量；裂纹在发展中遇到晶须而受阻，裂纹得以抑制，从而起到增韧作用。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

1．本发明的水下环氧结构胶粘剂可以用于各类潮湿环境下和水下环境的结构性粘接工程，其水下粘接强度高，强度指标符合GB50367-2006的标准要求、施工性能佳、成本低、适用性能好，能用作轻轨坑道、隧道等水下环境的结构性粘接，并可提高各类水工建筑物的使用寿命和安全性能，具有良好的经济意义。

2．本发明的水下环氧结构胶粘剂的制备工艺简便、生产可在常压条件下进行，无三废排放。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步描述：

实施例一

一种水下环氧结构胶粘剂，包括甲组分和乙组分，甲组分和乙组分按重量计的混合比例为1：1；

所述甲组分以重量计包括：

双酚A环氧树脂         60.0%；

聚硫橡胶PS-121         5.0%；

高岭土                19.79%；

快凝水泥               8.11%；

纳米碳酸钙             3.0%；

硫酸钙晶须             4.0%；

乙氧基类非离子型氟碳表面活性剂   0.1%；

所述乙组分以重量计包括：

憎水性改性聚酰胺        13.84%；

亲水性改性脂环胺        31.47%；

2、4、6-三（二甲氨基甲基）苯酚   0.61%；

偶联剂                1.29%；

纳米碳酸钙             4.57%；

快凝水泥              12.22%；

400目硅微粉           36.0%。

上述水下环氧结构胶粘剂的制备方法如下：

甲组分的制备：按上述重量配比称取原料，先将60.0份双酚A环氧树脂、5.0份的增韧剂聚硫橡胶PS-121、0.1份的乙氧基类非离子型氟碳表面活性剂加入到捏合机中搅拌均匀，再加入4.0份的硫酸钙晶须、8.11份的快凝水泥、19.79份的高岭土，搅拌均匀，使体系成糊状，最后分批加入3.0份的触变剂纳米碳酸钙，搅拌3~4 h后出料，包装即得甲组分成品；

乙组分的制备：按上述重量配比称取原料，将13.84份憎水性改性聚酰胺、31.47份的亲水性改性脂环胺、0.61份的促进剂2、4、6-三（二甲氨基甲基）苯酚（DMP-30）、1.29份的偶联剂加入到捏合机中搅拌均匀，再加入12.22份的快凝水泥、36.0份400目硅微粉填料，搅拌均匀，使体系成糊状，最后分批加入4.57份的触变剂纳米碳酸钙，搅拌3~4h出料，包装即得乙组分成品；

将甲组分与乙组分按1:1混合均匀即可使用。

由于配方中乙组分复配使用了憎水性固化剂和亲水性固化剂，改善胶粘剂水下施工性能和提高水下粘接强度。

在水下环境下成型钢-钢拉伸抗剪、本体抗压、与混凝土正拉粘接、胶体抗拉等试件，且在水下环境下养护7d，即进行性能测试。测试结果为钢-钢拉伸抗剪切强度：16.6MPa；抗压强度：67.0MPa；与混凝土的正拉粘接强度：2.90MPa；胶体抗拉强度31.2MPa。

实施例二

一种水下环氧结构胶粘剂，包括甲组分和乙组分，甲组分和乙组分按重量计的混合比例为1：1；

所述甲组分以重量计包括：

双酚A环氧树脂         46.43%；

聚硫橡胶PS-121         4.64%；

高岭土                28.55%；

快凝水泥               14.47%；

纳米碳酸钙             2.32%；

硫酸钙晶须             3.49%；

乙氧基类非离子型氟碳表面活性剂   0.1%；

所述乙组分以重量计包括：

憎水性改性聚酰胺        31.00%；

亲水性改性脂环胺        18.47%；

2、4、6-三（二甲氨基甲基）苯酚   0.61%；

偶联剂                2.29%；

纳米碳酸钙             3.07%；

快凝水泥              18.4%；

400目硅微粉           26.16%。

上述水下环氧结构胶粘剂的制备方法如下：

甲组分的制备：按上述重量配比称取原料，先将46.43份双酚A环氧树脂、4.64份的增韧剂聚硫橡胶PS-121、0.1份的乙氧基类非离子型氟碳表面活性剂加入到捏合机中搅拌均匀，再加入3.49份的硫酸钙晶须、14.47份的快凝水泥、28.55份的高岭土，搅拌均匀，使体系成糊状，最后分批加入2.32份的触变剂纳米碳酸钙，搅拌3~4 h后出料，包装即得甲组分成品；

乙组分的制备：按上述重量配比称取原料，将31.00份憎水性改性聚酰胺、18.47份的亲水性改性脂环胺、0.61份的促进剂2、4、6-三（二甲氨基甲基）苯酚（DMP-30）、2.29份的偶联剂加入到捏合机中搅拌均匀，再加入18.4份的快凝水泥、26.16份400目硅微粉填料，搅拌均匀，使体系成糊状，最后分批加入3.07份的触变剂纳米碳酸钙，搅拌3~4h出料，包装即得乙组分成品；

将甲组分与乙组分按1:1混合均匀即可使用。

由于在甲、乙组分中增加了快凝水泥和高龄土等吸水性材料的使用量，加快了胶粘剂置换被粘接物表面置换水膜，在乙组分中增加憎水性固化剂的用量，进一步提高水下粘接强度。

在水下环境下成型钢-钢拉伸抗剪、本体抗压、与混凝土正拉粘接、胶体抗拉等试件，且在水下环境下养护7d，即进行性能测试。测试结果为钢-钢拉伸抗剪切强度：19.7MPa；抗压强度：68.0MPa；与混凝土的正拉粘接强度：3.21MPa；胶体抗拉强度34.5MPa。

实施例三

一种水下环氧结构胶粘剂，包括甲组分和乙组分，甲组分和乙组分按重量计的混合比例为1：1；

所述甲组分以重量计包括：

双酚A环氧树脂         46.43%；

聚硫橡胶PS-121         4.64%；

高岭土                28.55%；

快凝水泥               14.47%；

纳米碳酸钙             2.32%；

硫酸钙晶须             3.36%；

乙氧基类非离子型氟碳表面活性剂   0.23%；

所述乙组分以重量计包括：

憎水性改性聚酰胺        31.47%；

亲水性改性脂环胺        13.18%；

2、4、6-三（二甲氨基甲基）苯酚   0.61%；

偶联剂                3.0%；

纳米碳酸钙             3.07%；

快凝水泥              18.4%；

400目硅微粉           30.27%。

上述水下环氧结构胶粘剂的制备方法如下：

甲组分的制备：按所述的重量配比称取原料，先将46.43份双酚A环氧树脂、4.64份的增韧剂PS-121、0.23份的乙氧基类非离子型氟碳表面活性剂加入到捏合机中搅拌均匀，再加入3.36份的晶须硫酸钙、14.47份的快凝水泥、28.55份的高岭土，搅拌均匀，使体系成糊状，最后分批加入2.32份的触变剂纳米碳酸钙，搅拌3~4 h出料，包装即得甲组分成品；

乙组分的制备：按所述的重量配比称取原料，将31.47份憎水性改性聚酰胺、13.18份的亲水性改性脂环胺、0.61份的促进剂、3.00份的偶联剂加入到捏合机中搅拌均匀，再加入18.4份的快凝水泥、30.27份400目硅微粉填料，搅拌均匀，使体系成糊状，最后分批加入3.07份的触变剂纳米碳酸钙，搅拌3~4h出料，包装即得乙组分成品；

将甲组分与乙组分按1:1混合均匀即可使用。

因为在甲组分中增加使用了乙氧基类非离子型氟碳表面活性剂降低体系表面张力，使胶粘剂中对被粘物表面进行有效的浸润和附着，提高了水下粘接强度。

在水下环境下成型钢-钢拉伸抗剪、本体抗压、与混凝土正拉粘接、胶体抗拉等试件，且在水下环境下养护7d，即进行性能测试。测试结果为钢-钢拉伸抗剪切强度：21.6MPa；抗压强度：70.0MPa；与混凝土的正拉粘接强度：3.50MPa；胶体抗拉强度35.0MPa。

由上述实施例一至三可见，本发明得到的水下环氧结构胶粘剂具有水下粘接强度高，强度指标符合GB50367-2006中的粘钢胶的标准要求（GB50367-2006《混凝土结构加固设计规范》中粘钢胶的标准要求，即抗压强度>65MPa，钢-钢拉伸剪切强度>15MPa、胶体抗拉强度>30MPa、与混凝土的正拉粘结强度>2.5MPa）、施工性能佳、成本低、适用性能好的特点，其生产制备工艺简便、生产在常压条件下进行，无三废排放。

Claims (9)

1.一种水下环氧结构胶粘剂，其特征在于：包括甲组分和乙组分，甲组分和乙组分按重量计的混合比例为1：0.8~1.2；

所述甲组分以重量计包括：

双酚A环氧树脂         43.0~60.0%；

增韧剂                3.0~5.0%；

高岭土                13.0~30.0%；

快凝水泥               7.0~15.0%；

触变剂                1.0~3.0%；

硫酸钙晶须             2.0~4.0%；

表面活性剂             0.1~0.5%；

所述乙组分以重量计包括：

憎水性固化剂           10.0~40.0%；

亲水性固化剂           10.0~40.0%；

促进剂                0.5~1.0%；

偶联剂                1.0~3.0%；

触变剂                1.0~5.0%；

快凝水泥              10.0~24.0%；

填料                  15.0~36.0%。

2.根据权利要求1所述的水下环氧结构胶粘剂，其特征在于：所述甲组分中的增韧剂为聚硫橡胶。

3.根据权利要求1所述的水下环氧结构胶粘剂，其特征在于：所述甲组分和乙组分中的快凝水泥主要包括硅酸盐水泥、铝酸盐水泥和羟丙基甲基纤维素。

4.根据权利要求1所述的水下环氧结构胶粘剂，其特征在于：所述甲组分和乙组分中的触变剂为纳米碳酸钙。

5.根据权利要求1所述的水下环氧结构胶粘剂，其特征在于：所述甲组分中的表面活性剂为乙氧基类非离子型氟碳表面活性剂。

6.根据权利要求1所述的水下环氧结构胶粘剂，其特征在于：所述乙组分中的促进剂为2、4、6-三（二甲氨基甲基）苯酚。

7.根据权利要求1所述的水下环氧结构胶粘剂，其特征在于：所述乙组分中的偶联剂为氨丙基三乙氧基硅烷。

8.根据权利要求1所述的水下环氧结构胶粘剂，其特征在于：所述乙组分中的填料选自400目硅微粉、100目石英砂中的一种或两种。

9.一种水下环氧结构胶粘剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1) 甲组分的制备：按权利要求1所述配比称取原料，先将双酚A环氧树脂、增韧剂和表面活性剂混合并搅拌均匀，然后加入硫酸钙晶须、快凝水泥和高岭土，搅拌均匀，使体系成糊状，最后分批加入触变剂，搅拌均匀即可；

(2) 乙组分的制备：按权利要求1所述的配比称取原料，先将憎水性固化剂、亲水性固化剂、促进剂和偶联剂混合并搅拌均匀，然后加入快凝水泥、填料，搅拌均匀，使体系成糊状，最后分批加入触变剂，搅拌均匀即可；

(3) 按权利要求1所述的比例将甲组分和乙组分混合，即得到所述水下环氧结构胶粘剂。