CN103965820B - 高强度水下结构胶及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高强度水下结构胶及其制备方法，该胶是由甲组份和乙组份按重量比1:1混合而成的，其中，甲组份以重量计包括：纳米橡胶改性环氧树脂30～48份，双酚A环氧树脂50～70份，触变剂4～6份；所述乙组份以重量计包括：水下固化剂50～60份，促进剂1～2份，偶联剂1～3份，浸润剂2～4份，触变剂1～2份，填料40～80份。实践证明，本发明的高强度水下结构胶具有完全水下粘接、水下固化、粘接强度高、凝固时间短的特点，可用于各种水下建筑物的粘接修补、密封堵漏、加固。而且其生产方法工艺简单，容易操作。

Description

高强度水下结构胶及其制备方法

技术领域

本发明属于工程用胶技术领域，具体是指一种高强度水下结构胶及其制备方法。

背景技术

目前，各种用途的胶粘剂因成本低、施工方便、粘接力强在经济建设的各个领域已经得到了广泛的应用。在使用胶粘剂的施工过程中，要求粘接面干燥、整洁、无油污。但对于各种水下建筑物如水库、大坝、涵闸、桥墩、堤岸、港口码头、船舶、油气管道等的水下粘接修补、密封堵漏、加固，需要使用水下高强度的结构胶。当前，国内外相继开发了一些水下胶粘剂，其组方中采用普通环氧树脂、胺固化剂。因普通环氧树脂虽不溶于水，但在于胺固化时脆性大；胺固化剂一般都溶于水，在水下固化时易与水结合，失去活性，开环能力极度下降，以致于固化不完全；而且普通环氧树脂的比重一般小于水的比重不易粘附在被粘物上且易分散、流失；许多增韧剂也大都溶于水，水下固化时起不到增韧作用。因此造成其粘接强度低。

本发明之前，申请号为201110224028.X的中国发明专利公开了一种水下环氧结构胶粘剂，该胶粘剂在水下环境下成型后测得的抗剪切强度16.6MPa，抗拉强度31.2MPa，其强度指标符合GB50367—2006《混凝土结构加固设计规范》中粘钢胶的标准要求，但该标准并非水下结构胶的标准，而且其抗剪强度16.6MPa并未达到JT/T215—1995《水下胶粘剂技术要求和实验方法》中抗剪强度≥19.4MPa的标准要求。因此，开发一种符合JT/T215—1995《水下胶粘剂技术要求和实验方法》标准要求的高强度的水下胶粘剂，用于各种水下建筑物的粘接修补、密封堵漏、加固，极具现实需要。

发明内容

本发明目的是提供一种高强度水下结构胶及其制备方法，该胶具有完全水下粘接、水下固化、粘接强度高的特点，可用于各种水下建筑物的粘接修补、密封堵漏、加固，而且其生产方法工艺简单，成本低廉。

为实现上述目的，本发明所设计的高强度水下结构胶，它是由甲组份和乙组份按重量比1:1混合而成的，其中，

所述甲组份以重量计包括：

纳米橡胶改性环氧树脂        30～48份，

双酚A环氧树脂               50～70份；

触变剂                      4～6份，

所述乙组份以重量计包括：

优选地，所述纳米橡胶改性环氧树脂为HH-080N系列产品。

进一步优选地，所述甲、乙组份中的触变剂为纳米二氧化硅或活性膨润土。

还优选地，所述水下固化剂为1085水下环氧固化剂。

还优选地，所述乙组份中的促进剂为三乙醇胺、DMP30促进剂或K54促进剂中的一种。

还优选地，所述乙组份中的偶联剂为3-三乙氧基甲硅烷基-1-丙胺或γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷。

还优选地，所述乙组份中的浸润剂为OP-10。

还优选地，所述乙组份中的填料为400～800目硅微粉。

本发明所述的高强度水下结构胶制备方法，包括以下步骤：

(1)按所述甲组份的重量配比称取原料后，先将双酚A环氧树脂加入容器中搅拌，再加入纳米橡胶改性环氧树脂搅拌，最后加入触变剂搅拌均匀即可；

(2)按所述乙组分的重量配比称取原料，先将水下固化剂加入搅拌桶中搅拌，然后依次加入促进剂、偶联剂、浸润剂、填料搅拌，再加入触变剂，搅拌均匀；

(3)将甲组份和乙组份按照重量比1:1混合，即得到所述高强度水下结构胶。

本发明的高强度水下结构胶采用纳米橡胶改性环氧树脂和一定比例的双酚A环氧树脂为主体材料。因普通环氧树脂虽不溶于水，但在于胺固化时脆性大，韧性和强度受限，而纳米橡胶颗粒特殊的梯度交联结构和基团分布，纳米橡胶外层的羧基、羟基在固化体系存在的情况下会与环氧树脂中的环氧基形成牢固的化学键或者氢键，使得纳米橡胶粒子成为固化体系不可分割的一部分。在树脂基体受到机械应力或热应力作用时，纳米橡胶通过自身的弹性形变吸收基体传递的能量，当应力撤去时，又恢复原状，释放部分能量，这正是梯度交联结构的“弹性核壳”作用机理，这就能提高基体韧性和改善基体树脂的热学性能，具体的说就是能提高冲击强度，保持或略为提升热变形温度，降低低温脆性，增强了基体的耐冷热交变性能。同时，纳米橡胶粒子均匀地分布在基体中，当树脂基体在受应力作用中产生破坏时，产生的裂纹尖端扩展至纳米橡胶粒子附近，纳米橡胶颗粒通过自身形变吸收部分能量，同时由于形变，诱导了更多新的裂纹产生，这些新裂纹的扩散会继续吸收能量，这就是它能大幅提高环氧树脂冲击韧性的“海岛作用”机理。纳米橡胶对环氧树脂固化物的力学性能可以通过这两个机理的作用，使其具韧性强、耐冲击性好、强度高的特点。

本发明选用憎水性强的特种胺改性固化剂，优选为1085水下环氧固化剂，环氧产品水下应用能否可靠并能优异，如各类胶粘剂、防腐涂料等产品，首先取决于水下使用的环氧固化剂的性能，目前国内潮湿型环氧树脂固化剂的常用主要品种有酮亚胺、T31、MA和“810水下环氧树脂固化剂”及其衍生产品，它们除酮亚胺是潜伏型固化剂外都是曼尼期型固化剂与环氧树脂加助剂、填料的组合，其缺点是在水中使用时出现吸水及“白化”泛白现象，使固化剂的活性大幅下降，从而导致水下粘结强度降幅严重，甚至失去粘接强度。本品基于采用特种脂环胺类1085水下环氧固化剂结枝改性，将亲水基团改性为斥水基团，解决了环氧类产品水下吸水及“白化”现象，解决带水施工粘结强度急剧下降难题，实现完全水下固化，制备出高强度的环氧树脂水下胶粘剂。

并且，本发明添加在水中对被粘材料有浸润作用的浸润剂，和具有触变功能的纳米二氧化硅填料作增强材料。普通环氧树脂的比重一般小于水的比重不易粘附在被粘物上且易分散、流失；浸润剂富含大量的羟基，具有良好的斥水和与环氧结合的优良性能所产生的浸润使胶体易于粘附被粘物；而将纳米二氧化硅颗粒充分、均匀地分散到树脂材料中，纳米二氧化硅由于表面严重的配位不足、庞大的比表面积以及表面欠氧等特点，使它表现出极强的活性，很容易和环氧环状分子的氧基团起键合作用，提高了分子间的键力，同时尚有一部分纳米二氧化硅颗粒仍然分布在高分子链的空隙中，表现很高的触变性，从而使纳米二氧化硅添加的环氧树脂材料强度、韧性、延展性均大幅度提高，完全能达到全面改善树脂基材料性能、提高强度的目的。纳米SiO₂表面包覆一层有机材料，使之具有疏水特性，将它添加到胶体中能很快形成一种网络结构，调整胶体的流动和增加胶的强度，同化速率加快，提高粘接效果，同时由于颗粒细小，更增加了胶的密封性。

由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明的高强度水下结构胶适合各种水下环境建筑物如钢材、混凝土或其他等材料的自粘及互粘，可应用于各种水下环境建筑物如钢材、混凝土或其他材料的自粘及互粘和水下粘接修补、密封堵漏、加固等工程，也可在潮湿和干燥的环境下使用。本胶固化后无毒，亦可用于饮水容器的涂层、粘接堵漏。本胶粘接强度高，强度指标符合JT/T215—1995《水下胶粘剂技术要求和实验方法》的标准要求。且本发明的制备方法工艺简单，容易操作。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的高强度水下结构胶及其制备方法作进一步详细说明。

实施例1

一种高强度水下结构胶，它是由甲组份和乙组份按重量比1:1混合而成的，其中，

甲组份以重量计包括：

市售HH-0802取44份，双酚A环氧树脂62份，纳米二氧化硅4份；

乙组份以重量计包括：

市售1085水下环氧固化剂50份，三乙醇胺1份，3-三乙氧基甲硅烷基-1-丙胺3份，OP-10取3份，纳米二氧化硅1份，700～800目硅微粉54份。

实施例2

一种高强度水下结构胶，它是由甲组份和乙组份按重量比1:1混合而成的，其中，

甲组份以重量计包括：

株洲同心实业发展有限公司生产的HH-0801取44份，双酚A环氧树脂60份，活性膨润土6份；

乙组份以重量计包括：

长沙普照生化科技有限公司生产的1085水下环氧固化剂50份，DMP30促进剂2份，γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷1份，OP-10浸润剂4份，活性膨润土1份，400～500目硅微粉填料50份。

实施例3

一种高强度水下结构胶，它是由甲组份和乙组份按重量比1:1混合而成的，其中，

甲组份以重量计包括：

株洲同心实业发展有限公司生产的HH-0803取48份，双酚A环氧树脂57份，纳米二氧化硅5份；

乙组份以重量计包括：

长沙普照生化科技有限公司生产的1085水下环氧固化剂55份，K54促进剂1.5份，3-三乙氧基甲硅烷基-1-丙胺1份，OP-10浸润剂2份，纳米二氧化硅2份，700～800目硅微粉53份。

实施例4

一种高强度水下结构胶，它是由甲组份和乙组份按重量比1:1混合而成的，其中，

甲组份以重量计包括：

株洲同心实业发展有限公司生产的HH-0802取35份，双酚A环氧树脂70份，活性膨润土4份；

乙组份以重量计包括：

长沙普照生化科技有限公司生产的1085水下环氧固化剂60份，K54促进剂2份，3-三乙氧基甲硅烷基-1-丙胺2份，OP-10浸润剂3份，活性膨润土硅1份，600～700目硅微粉70份。

实施例5

一种高强度水下结构胶，它是由甲组份和乙组份按重量比1:1混合而成的，其中，

甲组份以重量计包括：

HH-0803取30份，双酚A环氧树脂68份，纳米二氧化硅6份；

乙组份以重量计包括：

市售1085水下环氧固化剂55份，三乙醇胺1份，3-三乙氧基甲硅烷基-1-丙胺2份，OP-10浸润剂3份，纳米二氧化硅1份，400～500目硅微粉60份。

上述实施例1～5高强度水下结构胶的制备方法如下：

甲组份的制备：按各实施例所述的配比称取原料，先将双酚A环氧树脂加入搅拌桶中搅拌，然后加入纳米橡胶改性环氧树脂搅拌，最后加入触变剂搅拌均匀即可；

乙组份的制备：按各实施例所述的配比称取原料，先将水下固化剂加入搅拌桶中搅拌，然后依次加入促进剂、偶联剂、浸润剂、填料搅拌，最后加入触变剂，搅拌均匀；

将甲组份与乙组份按重量比1:1混合均匀得到高强度水下结构胶。

常温下对实施例所得的高强度水下结构胶的各项力学性能进行检测，其结果如表1所示。

表1：各实施例的力学性能

从上表可以看出，本发明的高强度水下结构胶的钢-钢剪切强度≥19.6MPa；钢-钢拉伸强度≥29.4MPa，指标符合JT/T215—1995《水下胶粘剂技术要求和实验方法》的标准要求。在水下初凝时间在30min左右，完全凝固时间短于72小时，可有效缩短施工时间。因此，使用本发明的高强度水下结构胶，既符合水下作业的要求，又能提高作业效率。

Claims (5)

1.一种高强度水下结构胶，其特征在于：它是由甲组份和乙组份按重量比1:1混合而成的，其中，

甲组份以重量计包括：

纳米橡胶改性环氧树脂       30～48份，

双酚A环氧树脂              50～70份，

触变剂                     4～6份；

乙组份以重量计包括：

其中，所述触变剂为纳米二氧化硅或活性膨润土，所述水下固化剂为1085水下环氧固化剂，所述浸润剂为OP-10，所述填料为400～800目硅微粉。

2.根据权利要求1所述的高强度水下结构胶，其特征在于：所述纳米橡胶改性环氧树脂为HH-080N系列产品。

3.根据权利要求1或2所述的高强度水下结构胶，其特征在于：所述促进剂为三乙醇胺、DMP30促进剂或K54促进剂中的一种。

4.根据权利要求1或2所述的高强度水下结构胶，其特征在于：所述偶联剂为3-三乙氧基甲硅烷基-1-丙胺或γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷。

5.一种权利要求1所述高强度水下结构胶的制备方法，其特征在于：它包括以下步骤：

(1)按所述甲组份的重量配比称取原料后，将双酚A环氧树脂加入容器中搅拌，再加入纳米橡胶改性环氧树脂搅拌，最后加入触变剂搅拌均匀；

(2)按所述乙组份的重量配比称取原料，先将水下固化剂加入容器中搅拌，然后依次加入促进剂、偶联剂、浸润剂、填料搅拌均匀，再加入触变剂，搅拌均匀；

(3)将甲组份和乙组份按重量比1:1混合均匀。