CN104293266A - 一种抗震环氧浸渍胶及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抗震环氧浸渍胶及其制备方法。具体而言，所述浸渍胶包括重量份数比为3:1的甲组分和乙组分，所述甲组分包括双酚A环氧树脂50.0~75.0份；环氧丙烯酸树脂5.0~20.0份；氢化双酚A环氧树脂10.0~20.0份；稀释剂3.0~8.0份；增韧剂5.0~15.0份；触变剂1.0~6.0份；防老剂0.1~0.5份；过氧化物0.5~1.0份；流变助剂0.1~1.0份；所述乙组分包括脂肪胺固化剂20.0~40.0份；脂环胺固化剂40.0~60.0份；促进剂0.5~2.0份；偶联剂1.0~4.0份；触变剂1.0~15.0份。所述浸渍胶通过分别制备甲组分和乙组分，再将二者混合而制得，其主要用于抗震设防烈度为7度及7度以上地区建筑加固用粘贴碳纤维复合材的工程，其强度指标符合GB50728-2011《工程结构加固材料安全性鉴定技术规范》中的性能指标，具有优异的抗冲击剥离能力、抗疲劳能力。

Description

一种抗震环氧浸渍胶及其制备方法

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种抗震环氧浸渍胶及其制备方法。

背景技术

随着我国经济建设的发展壮大，建筑行业在不断发展，人们对建筑结构的安全性越来越重视。近些年来，国内外发生了多次极具灾难性的地震，许多建筑物和桥梁在地震中倒塌或遭到严重破坏，造成人员大量伤亡，同时给国家带来巨大的经济损失。因此，对于建筑物的抗震等级以及用于抗震的加固材料的要求也都越来越高。

目前，工程上常用的钢筋混凝土抗震结构加固方法主要有混凝土结构加大截面加固法、外包钢加固法、预应力加固法、植筋锚固法和喷射混凝土技术，但此类加固法具有增加构件自重、节点处理难、不易施工等缺点。相反，碳纤维抗震加固由于高强高效、耐腐蚀性能好、不增加构件的自重及体积、任意裁剪、便于施工等优点，十分适合于混凝土结构的抗震加固。经过鉴定加固的建筑，在规定的后续使用年限内达到“小震不坏，中震可修，大震不倒”的要求。

GB50550-2010《建筑结构加固工程施工质量验收规范》中规定：对于抗震设防烈度为7度及7度以上地区建筑加固用的粘钢和粘贴碳纤维复合材的结构胶粘剂，尚应进行抗冲击剥离能力见证取样复检。此外，也很少有通过抗疲劳能力检验，即在室温下，以频率为5Hz、应力比为5:1.5、最大应力为4.0MPa的疲劳荷载下进行钢对钢拉伸抗剪试验，经2×10⁶次等幅正弦波疲劳荷载作用后，试件不破坏。例如，中国发明专利CN101654606A公开了一种环氧胶粘剂，主要应用于混凝土结构加固中碳纤维复合材浸渍和粘结，解决了胶液在生产过程中气泡问题、使用过程中施工性能，但未见通过抗冲击剥离能力和抗疲劳能力检验。

因此，开发一种能够通过抗冲击剥离能力和抗疲劳能力检验的浸渍胶，并为各类建筑物提供抗震加固效果，具有积极的现实意义。

发明内容

本发明目的是提供一种抗震环氧浸渍胶及其制备方法，专用于混凝土结构的抗震加固，其抗震的烈度在7度及7度以上。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种抗震环氧浸渍胶，其包括甲组分和乙组分，所述甲组分和乙组分按重量计的混合比例为3:1，

所述甲组分按重量计包括：

双酚A环氧树脂           50.0~75.0份；

环氧丙烯酸树脂              5.0~20.0份；

氢化双酚A环氧树脂    10.0~20.0份；

稀释剂                             3.0~8.0份；

增韧剂                           5.0~15.0份；

触变剂                             1.0~6.0份；

防老剂                             0.1~0.5份；

过氧化物                         0.5~1.0份；

流变助剂                         0.1~1.0份；

所述乙组分按重量计包括：

脂肪胺固化剂             20.0~40.0份；

脂环胺固化剂             40.0~60.0份；

促进剂                           0.5~2.0份；

偶联剂                          1.0~4.0份；

触变剂                         1.0~15.0份。

上述技术方案中，所述甲组分中的双酚A环氧树脂为E-51型液态环氧树脂，其在25℃时的粘度为8000~12000 mPa.s。

上述技术方案中，所述甲组分中的环氧丙烯酸树脂为ARZ-2000型环氧丙烯酸树脂，其在25℃时的粘度为6000~10000 mPa.s。

上述技术方案中，所述甲组分中的氢化双酚A环氧树脂为氢化双酚A二缩水甘油醚，其在25℃时的粘度为2500~4000 mPa.s。

上述技术方案中，所述甲组分中的稀释剂为692型苄基缩水甘油醚和660型丁基缩水甘油醚中的任意一种或其混合物。

上述技术方案中，所述甲组分中的增韧剂为聚硫橡胶和聚醚树脂中的任意一种或其混合物，所述聚醚树脂可以选用聚醚三元醇，所述聚硫橡胶可以选用PS-121聚硫橡胶。

上述技术方案中，所述甲组分中的触变剂为A200型亲水性气相法纳米二氧化硅。

上述技术方案中，所述甲组分中的防老剂为3,5-二叔丁基-4-羟基苯丙酸异辛酯（TH-1135）。

上述技术方案中，所述甲组分中的过氧化物为过氧化苯甲酸叔丁酯和过氧化异丙基碳酸叔丁酯中的任意一种或其混合物。

上述技术方案中，所述甲组分中的流变助剂为多羟基羧酸酰胺，可以选用BYK-R605和BYK-R606中的任意一种或其混合物。

上述技术方案中，所述乙组分中的脂肪胺固化剂为2-甲基戊二胺，其在25℃时的粘度为100~200 mPa.s。

上述技术方案中，所述乙组分中的脂环胺固化剂为异佛尔酮二胺（IPDA），其在25℃时的粘度为100~200 mPa.s。

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3-氨基丙基三乙氧基硅烷，可以选用KH-550和KH-560中的任意一种或其混合物。

上述技术方案中，所述乙组分中的触变剂为气相法纳米二氧化硅，可以选用R202型疏水性纳米二氧化硅和A200型亲水性纳米二氧化硅中的任意一种或其混合物，所述混合物可以与甲组分中的触变剂混合物相同或不同。

本发明同时提供了上述抗震环氧浸渍胶的制备方法，其包括如下步骤：

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、环氧丙烯酸树脂、氢化双酚A环氧树脂、稀释剂、增韧剂、触变剂、防老剂和过氧化物混合并搅拌1h，然后加入流变助剂，继续搅拌0.25h，用三辊机研磨三遍后，得到甲组分成品；

 2）乙组分的制备：按上述配比称取原料，将脂肪胺固化剂、脂环胺固化剂、促进剂、偶联剂和触变剂混合并搅拌1h，得到乙组分成品；

3）将步骤1）中获得的甲组分成品和步骤2）中获得的乙组分成品搅拌均匀，得到抗震环氧浸渍胶。

本发明的设计原理如下：（1）普通的双酚A环氧树脂本体和粘接强度多很高，但由于环氧树脂中所含分子柔性较小，韧性不佳，脆性较大，使用环氧丙烯酸树脂可以增加普通环氧树脂分子的柔性。环氧树脂含有不饱和的苯环结构，耐候性不佳，易黄变，使用不带苯环结构的氢化双酚A环氧树脂，能够提高树脂体系的耐候性。特别是环氧丙烯酸树脂和氢化双酚A环氧树脂的粘度多比普通环氧树脂粘度小，这降低了环氧树脂的粘度，增加胶粘剂与碳纤维布的浸润性能。（2）脂肪胺类固化剂首先与环氧树脂反应，反应放热后，作为促进剂的脂肪胺固化剂（2-甲基戊二胺）促进过氧化物（过氧化苯甲酸叔丁酯）引发产生自由基，固化环氧丙烯酸树脂，使环氧固化体系具有良好的韧性。通过复合改性脂环胺固化剂，使体系不仅具有较好的强度，而且还有很好的体系可操作时间。（3）过氧化苯甲酸叔丁酯不是一种中高温引发剂，所以在室温下的甲组分体系是稳定的，同时过氧化苯甲酸叔丁酯是一种低粘度的液体，也降低了环氧树脂的粘度。（4）脂肪胺固化剂（2-甲基戊二胺）和改性脂环胺固化剂的粘度多在100~200 mPa.s，可以大大降低环氧固化体系的混合粘度。（5）加入少量活性稀释剂，即可使体系的粘度≤600mPa.s，少量活性稀释剂对体系力学性能影响有限。（6）通过复配聚硫橡胶和聚醚树脂，来增韧主体的环氧树脂，其中的聚硫橡胶会与环氧树脂预反应，增加体系韧性，聚醚树脂使固化物形成具有“海岛结构”的环氧树脂，吸收冲击载荷所形成能量，有利于提高体系的抗冲击剥离能力和抗疲劳能力。（7）选用偶联剂来提高粘接强度，偶联剂是分子两端含有性质不同的功能性化合物，其一端能与无机物表面反应，另一端则与有机物分子反应，以化学键的形式将两种性质大不相同的材料牢固地结合在一起，偶联剂在两种不同物质之间起着桥梁作用，从而改善了表面性质，增加了界面的粘附性，提高了胶粘剂的粘接强度、耐水性能。（8）通过流变助剂多羟基羧酸酰胺与气相白碳黑复合使用，同时用三辊机将胶液研磨三遍，生产出的浸渍胶触变触变指数≥3.0，不流挂，快速搅拌后胶体粘度变小，浸润性好，过一段时间，胶体因为搅拌剪切力的消失，体系粘度变大，触变性变好，不流挂，这是气相白炭黑和多羟基羧酸酰胺与环氧树脂共同作用的效果。（9）加入少量防老剂抑制或延缓材料的氧化降解，高分子材料在贮存、加工和使用工程中，由于光、氧、热等因素的作用，常常发生氧化降解，引起材料劣化，致使材料失去耐候性和耐久性，通过加入防老剂提高浸渍胶的老化性能。

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）本发明的抗震环氧浸渍胶强度指标符合GB 50728-2011《工程结构加固材料安全性鉴定技术规范》中混凝土加固用碳纤维复合材浸渍用胶的性能指标，施工性能佳、成本低、适用性能好；

2）本发明的抗震环氧浸渍胶是一种免底涂型碳纤维浸渍胶，混合初始粘度≤600mPa.s，触变指数≥3.0，可用于与混凝土底涂和碳纤维的面涂；

3）复合使用环氧丙烯酸树脂和氢化双酚A环氧树脂改善普通环氧树脂的韧性和耐气候性（耐黄变性）；

4）复配聚硫橡胶和聚醚树脂来增韧主体的环氧树脂，其中的聚硫橡胶会与环氧树脂预反应以增加体系韧性，使抗震浸渍胶抗冲击剥离性能符合GB50550-2010《建筑结构加固工程施工质量验收规范》的抗震设防要求，抗疲劳性能符合GB50728-2011《工程结构加固材料安全性鉴定技术规程》的耐疲劳应力作用能力的要求；

5）复配使用流变助剂多羟基羧酸酰胺与气相白碳黑，同时用三辊机将浸渍胶研磨三遍，使抗震浸渍胶具有良好的浸润性能和施工性能；

6）加入少量防老剂3,5-二叔丁基-4-羟基苯丙酸异辛酯以抑制或延缓材料的氧化降解，使抗震浸渍胶具有较好的湿热老化性能。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做出进一步描述。

实施例一：

一种抗震环氧浸渍胶，其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3:1，两种组分各自所包含的成分如下所示：

。

上述抗震环氧浸渍胶的制备方法如下：

（1）甲组分的制备：按上述配比称取原料，先将75.0份E-51型液态环氧树脂、5.0份ARZ-2000型环氧丙烯酸树脂、15.0份氢化双酚A二缩水甘油醚、5.0份PS-121聚硫橡胶、5.0份692型苄基缩水甘油醚、0.1份TH-1135型防老剂、0.5份过氧化苯甲酸叔丁酯和1.0份A200气相白炭黑加入到液压式分散机中，中速（600rpm）搅拌1h，然后加入1.0份BYK-R605，高速（1200rpm）搅拌0.25h，最后用三辊机研磨三遍后，得到甲组分成品；

（2）乙组分的制备：按上述的配比称取原料，先将40.0份2-甲基戊二胺、60.0份异佛尔酮二胺、0.5份DMP-30、1.0份KH-550和15.0份R202气相白炭黑加入到液压式分散机中，中速（600rpm）搅拌1h，混合均匀，得到乙组分成品；

（3）将甲组分与乙组分按3:1混合均匀，得到最终产品抗震环氧浸渍胶。

由于配方中乙组分复配使用脂肪胺固化剂和脂环胺固化剂，使体系不仅具有较好的强度和韧性，而且还有一个很好的体系可操作时间，使抗震浸渍胶强度指标符合GB 50708-2011《工程结构加固材料安全性鉴定技术规范》中混凝土加固用碳纤维复合材浸渍用胶的性能指标。在环境温度23℃测得，适用期：50min、混合初始粘度为565mPa.s，触变指数为4.20，常温度下养护7d，钢-钢拉伸抗剪切强度：21.6MPa、抗压强度：76.0MPa、与混凝土的正拉粘接强度：2.80MPa、胶体抗拉强度44.2MPa；钢-钢拉伸抗剪试件经2.0×10⁶次、应力比为5：1.5、最大应力为4.0MPa的5Hz等幅正弦波疲劳荷载作用后，试件不破坏，胶体抗冲击剥离试验结果为试件未有剥离。

实施例二： 

一种抗震环氧浸渍胶，其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3:1，两种组分各自所包含的成分如下所示：

。

上述抗震环氧浸渍胶的制备方法如下：

（1）甲组分的制备：按上述配比称取原料，先将75.0份E-51型液态环氧树脂、20.0份ARZ-2000型环氧丙烯酸树脂、20.0份氢化双酚A二缩水甘油醚、3.0份692型苄基缩水甘油醚、5.0份PS-121聚硫橡胶、0.5份TH-1135、0.1份过氧化苯甲酸叔丁酯和6.0份A200气相白炭黑加入到液压式分散机中，中速（600rpm）搅拌1h，然后加入0.1份BYK-R606，高速（1200rpm）搅拌0.25h，最后用三辊机研磨三遍后，包装即得甲组分成品；

（2）乙组分的制备：按上述的配比称取原料，先将20.0份2-甲基戊二胺、60.0份异佛尔酮二胺、2.0份DMP-30、4.0份KH-550和10.0份R202气相白炭黑加入到液压式分散机中，中速（600rpm）搅拌1h，混合并搅拌均匀，包装即得乙组分成品；

(3)将甲组分与乙组分按3:1混合均匀即可使用。

由于在甲组分中增加了氢化双酚A环氧树脂环氧丙烯酸树脂的用量，提高了环氧树脂的韧性和耐候性，同时降低了环氧体系的粘度，减少了稀释剂的用量，使抗震浸渍胶强度指标符合GB 50728-2011《工程结构加固材料安全性鉴定技术规范》中混凝土加固用碳纤维复合材浸渍用胶的性能指标。在环境温度23℃测得，适用期：75min、混合初始粘度为502mPa.s，触变指数为3.95，常温度下养护7d，钢-钢拉伸抗剪切强度：22.3MPa、抗压强度：82.0MPa、与混凝土的正拉粘接强度：2.90MPa、胶体抗拉强度48.2MPa；钢-钢拉伸抗剪试件经2.0×10⁶次、应力比为5：1.5、最大应力为4.0MPa的5Hz等幅正弦波疲劳荷载作用后，试件不破坏，胶体抗冲击剥离试验结果为试件未有剥离。

实施例三：

一种抗震环氧浸渍胶，其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3:1，两种组分各自所包含的成分如下所示：

。

上述抗震环氧浸渍胶的制备方法如下：

（1）甲组分的制备：按上述配比称取原料，先将50.0份E-51型液态环氧树脂、20.0份ARZ-2000型环氧丙烯酸树脂、20.0份氢化双酚A二缩水甘油醚、10.0份PS-121聚硫橡胶、5.0份聚醚树脂、5.0份692型苄基缩水甘油醚、0.4份TH-1135、0.8份过氧化苯甲酸叔丁酯和5.0份A200气相白炭黑加入到液压式分散机中，中速（600rpm）搅拌1h，然后加入0.5份BYK-R605，高速（1200rpm）搅拌0.25h，最后用三辊机研磨三遍后，包装即得甲组分成品；

（2）乙组分的制备：按上述的配比称取原料，先将35.0份2-甲基戊二胺、40.0份异佛尔酮二胺、1.0份DMP-30、2.0份KH-550和1.0份R202气相白炭黑加入到液压式分散机中，中速（600rpm）搅拌1h，混合并搅拌均匀，包装即得乙组分成品；  

(3)将甲组分与乙组分按3:1混合均匀即可使用。

由于增加甲组分中聚硫橡胶和聚醚树脂的用量，其中的聚硫橡胶会与环氧树脂预反应，增加体系韧性，聚醚树脂使固化物形成具有“海岛结构”的环氧树脂，吸收冲击载荷所形成能量，有利于提高体系的抗冲击剥离能力和抗疲劳能力；同时也相应增加了防老剂的用量，提高了体系的耐老化性能。使抗震浸渍胶强度指标符合GB 50728-2011《工程结构加固材料安全性鉴定技术规范中》中混凝土加固用碳纤维复合材浸渍用胶的性能指标。在环境温度23℃测得，适用期：70min、混合初始粘度为512mPa.s，触变指数为3.85，常温度下养护7d，钢-钢拉伸抗剪切强度：23.8MPa、抗压强度：84.0MPa、与混凝土的正拉粘接强度：2.86MPa、胶体抗拉强度47.4MPa；钢-钢拉伸抗剪试件经2.0×10⁶次、应力比为5：1.5、最大应力为4.0MPa的5Hz等幅正弦波疲劳荷载作用后，试件不破坏；胶体抗冲击剥离试验结果为试件未有剥离。

Claims (10)

1.一种抗震环氧浸渍胶，其包括甲组分和乙组分，所述甲组分和乙组分按重量计的混合比例为3:1，

所述甲组分按重量计包括：

双酚A环氧树脂          50.0~75.0份；

环氧丙烯酸树脂            5.0~20.0份；

氢化双酚A环氧树脂    10.0~20.0份；

稀释剂                         3.0~8.0份；

增韧剂                        5.0~15.0份；

触变剂                         1.0~6.0份；

防老剂                         0.1~0.5份；

过氧化物                      0.5~1.0份；

流变助剂                      0.1~1.0份；

所述乙组分按重量计包括：

脂肪胺固化剂             20.0~40.0份；

脂环胺固化剂             40.0~60.0份；

促进剂                         0.5~2.0份；

偶联剂                         1.0~4.0份；

触变剂                       1.0~15.0份。

2.根据权利要求1所述的抗震环氧浸渍胶，其特征在于：所述甲组分中的双酚A环氧树脂为E-51型液态环氧树脂，其在25℃时的粘度为8000~12000mPa.s；环氧丙烯酸树脂为ARZ-2000型环氧丙烯酸树脂，其在25℃时的粘度为6000~10000 mPa.s；氢化双酚A环氧树脂为氢化双酚A二缩水甘油醚，其在25℃时的粘度为2500~4000 mPa.s；所述乙组分中的脂肪胺固化剂为2-甲基戊二胺，其在25℃时的粘度为100~200 mPa.s；脂环胺固化剂为异佛尔酮二胺，其在25℃时的粘度为100~200 mPa.s。

3.根据权利要求1所述的抗震环氧浸渍胶，其特征在于：所述甲组分中的稀释剂为692型苄基缩水甘油醚和660型丁基缩水甘油醚中的任意一种或其混合物。

4.根据权利要求1所述的抗震环氧浸渍胶，其特征在于：所述甲组分中的增韧剂为聚硫橡胶和聚醚树脂中的任意一种或其混合物，所述聚醚树脂为聚醚三元醇，所述聚硫橡胶为PS-121聚硫橡胶。

5.根据权利要求1所述的抗震环氧浸渍胶，其特征在于：所述甲组分中的防老剂为3,5-二叔丁基-4-羟基苯丙酸异辛酯。

6.根据权利要求1所述的抗震环氧浸渍胶，其特征在于：所述甲组分中的过氧化物为过氧化苯甲酸叔丁酯和过氧化异丙基碳酸叔丁酯中的任意一种或其混合物。

7.根据权利要求1所述的抗震环氧浸渍胶，其特征在于：所述甲组分中的流变助剂为多羟基羧酸酰胺。

8.根据权利要求1所述的抗震环氧浸渍胶，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，偶联剂为3-氨基丙基三乙氧基硅烷。

9.根据权利要求1所述的抗震环氧浸渍胶，其特征在于：所述甲组分及所述乙组分中的触变剂为气相法纳米二氧化硅。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的抗震环氧浸渍胶的制备方法，其包括如下步骤：

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、环氧丙烯酸树脂、氢化双酚A环氧树脂、稀释剂、增韧剂、触变剂、防老剂和过氧化物混合并搅拌1h，然后加入流变助剂，继续搅拌0.25h，用三辊机研磨三遍后，得到甲组分成品；

 2）乙组分的制备：按上述配比称取原料，将脂肪胺固化剂、脂环胺固化剂、促进剂、偶联剂和触变剂混合并搅拌1h，得到乙组分成品；

3）将步骤1）中获得的甲组分成品和步骤2）中获得的乙组分成品搅拌均匀，得到抗震环氧浸渍胶。