CN107057038A - 一种微膨胀改性环氧树脂灌浆材料及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种新型的微膨胀改性环氧树脂灌浆材料，其包括以下重量份数的原料：环氧树脂：40～50份、活性稀释剂：10～20份、硅烷偶联剂：1～2份、膨胀单体：10～20份、促进剂：1～3份以及改性固化剂：15～20份。其中，所述膨胀单体为螺环原碳酸酯预聚物。解决了现有技术环氧灌浆材料存在的原料有毒、固化收缩等问题。本发明的有益效果：所有选用的材料无毒，对人体损伤小，初始粘度低，渗透性好，力学性能好。可以广泛用于混凝土裂缝修补、混凝土构件的加固补强，易受化学侵蚀的设备基础区域灌浆，机械设备的地脚螺栓、机座与混凝土基础之间的灌浆，压缩机、泵、冲压机、粉碎机、球磨机等高振动性设备的二次灌浆安装等，常温几小时内就可以固化。

Description

一种微膨胀改性环氧树脂灌浆材料及制备方法

技术领域

本发明属于化学灌浆材料领域，具体涉及一种无溶剂无毒微膨胀改性环氧树脂灌浆材料。

技术背景

环氧树脂灌浆材料作为一种化学灌浆材料，具有强度高，粘结力强，耐化学腐蚀，耐寒，耐热，耐冲击和振动等优点，在工程中的应用取得了良好的效果。广泛用于混凝土裂缝修补、混凝土构件的加固补强，易受化学侵蚀的设备基础区域灌浆，机械设备的地脚螺栓、机座与混凝土基础之间的灌浆，压缩机、泵、冲压机、粉碎机、球磨机等高振动性设备的二次灌浆安装，轨道基础、桥梁支撑座等受强压力区域灌浆预制构件的灌浆等。目前用途最为广泛，用量最大的灌浆材料也是环氧树脂浆材。

环氧树脂和固化剂本身的粘度都非常高，甚至部分环氧树脂是以固体状态存在，因而使用过程中通常会加入大量的稀释剂来降低材料粘度，目前最常用的是羟醛缩合稀释体系，稀释效果好，价格低廉。但是缺点也很明显，羟醛缩合稀释体系原材料易燃易爆，极易挥发，毒性较大，给生产和使用过程带来很多隐患；另外由于羟醛缩合稀释体系极易挥发，加上环氧体系本身固化收缩的特性，导致材料固化之后收缩率较大，严重影响了灌浆材料的粘结性能和填充补强效果。

因此需要一种安全无毒、填充效果好，尤其是灌浆固化后不会收缩的环氧树脂灌浆材料来满足当前生产对于环氧树脂灌浆材料的需求。

发明内容

本发明提供了微膨胀改性微膨胀改性环氧树脂灌浆材料的制备方法，解决因环氧树脂灌浆材料本身固化后收缩而导致建筑工程中缝隙填充效果差的问题。

为了解决上述问题，本发明采用了如下的技术方案：

本发明首先提出了一种微膨胀改性环氧树脂灌浆材料，包括按重量份数计：40～50份的环氧树脂、10～20份的活性稀释剂、10～20份的膨胀单体以及15～20份的改性固化剂。

优选的是，还包括重量份数为1～2份硅烷偶联剂。

优选的是，还包括重量份数为1～3份的促进剂。

优选的是，所述的膨胀单体是螺环原碳酸酯预聚物。

优选的是，所述的环氧树脂是双酚A型环氧树脂；所述的活性稀释剂是1,2-环己二醇二缩水甘油醚；所述的硅烷偶联剂是γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷；所述的促进剂是2,4,6-三(二甲胺基甲基)苯酚，所述的改性固化剂是聚醚胺。

本发明还提出一种如上述的微膨胀改性环氧树脂灌浆材料的制备方法，包括以下步骤：S1、将环氧树脂、硅烷偶联剂以及活性稀释剂混合均匀，重量份数比例为40～50：1～2：10～20，并加入10～20份的膨胀单体制成微膨胀改性环氧树脂灌浆材料A组分；S2、将1～3份的促进剂与15～20份的改性固化剂混合均匀，制得微膨胀改性环氧树脂灌浆材料B组分；S3、将重量份数比例为4：1的微膨胀改性环氧树脂灌浆材料A组分和微膨胀改性环氧树脂灌浆材料B组分混合制得微膨胀改性环氧灌浆材料。

优选的是，所述步骤S1中膨胀单体为螺环原碳酸酯预聚物，所述膨胀单体的制作方法包括以下步骤：S1.1、将螺环原碳酸酯膨胀单体溶于氯仿中，螺环原碳酸酯膨胀单体与氯仿的重量份数比例为5:100，得到膨胀单体溶液；S1.2、在膨胀单体溶液中加入二苯基甲烷二异氰酸酯搅拌，膨胀单体溶液与二苯基甲烷二异氰酸酯的重量份数比例为100:5，所述二苯基甲烷二异氰酸酯在1h逐滴加完，搅拌温度为30℃-40℃，搅拌反应时间为24h，制得聚物初品；S1.3、将聚物初品放在50℃的真空烘箱中干燥，制得螺环原碳酸酯膨胀单体预聚物。

优选的是，所述步骤S1中，将环氧树脂、活性稀释剂以及硅烷偶联剂充分混合均匀并加热到40～50℃时加入的膨胀单体预聚物，制得微膨胀改性环氧树脂灌浆材料A组分。

优选的是，步骤S2包括以下步骤：S2.1、将重量份数为15～20份低粘度的改性固化剂聚醚胺加热到50℃，得到热改性固化剂聚醚胺；S2.2、在热改性固化剂聚醚胺中加入重量份数为3份的异佛尔酮二胺，在温度为50℃搅拌2h，搅拌2h后，待温度降至室温，制得混合溶剂；S2.3、在混合溶剂中加入重量份数为1-3份的促进剂，制得微膨胀改性环氧树脂灌浆材料B组分。

本发明的有益效果如下：

该材料以环氧树脂、活性稀释剂、硅烷偶联剂、膨胀单体、促进剂、改性固化剂等为原材料，通过探究原材料的选择与掺量对该灌浆材料的影响，确定各原材料的重量配合比例，制备出性能优异的环氧树脂灌浆材料。膨胀单体的膨胀原理为：螺环原碳酸酯类膨胀单体进行聚合时体积膨胀，最大可达5％-20％，将其加入到环氧基体中，可以有效的消除环氧固化时的体积收缩，降低基体中的微内应力，使环氧树脂灌浆材料基体的韧性提高。根据国际标准ISO3521有关的计算方法，经测定与计算在最优的原料配比下，固化后的环氧树脂灌浆材料体积膨胀率最大为5.62％。可以广泛用于混凝土裂缝修补、混凝土构件的加固补强，易受化学侵蚀的设备基础区域灌浆，机械设备的地脚螺栓、机座与混凝土基础之间的灌浆，压缩机、泵、冲压机、粉碎机、球磨机等高振动性设备的二次灌浆安装，轨道基础、桥梁支撑座等受强压力区域灌浆预制构件的灌浆等，在常温几小时内就可以固化。同时本发明所有选用的材料无毒，环保，对人体损伤小。

具体实施方式

为了使得本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与作用更加清楚及易于了解，下面结合具体实施方式对本发明作进一步阐述：

本发明首先提出了一种微膨胀改性环氧树脂灌浆材料，包括按重量份数计：40～50份的环氧树脂、10～20份的活性稀释剂、10～20份的膨胀单体以及15～20份的改性固化剂。

该微膨胀改性环氧树脂灌浆材料还包括重量份数为1～2份硅烷偶联剂，硅烷偶联剂作为增粘剂的作用有益效果在于它本身有两种基团；一种基团可以和被粘的骨架材料结合；而另一种基团则可以与高分子材料结合，从而在粘接界面形成强力较高的化学键，大大改善了粘接强度。

该微膨胀改性环氧树脂灌浆材料还包括重量份数为1～3份的促进剂，促进剂的加入使得环氧树脂体系能够在常温下快速的固化，能够使得被填补的目标尽快投入生产使用。

所述的膨胀单体是螺环原碳酸酯预聚物，螺环原碳酸酯类膨胀单体进行聚合时体积膨胀，最大可达5％-20％，将其加入到环氧基体中，可以有效的消除环氧固化时的体积收缩，降低基体中的微内应力，使环氧集体的韧性提高。

所述的环氧树脂是双酚A型环氧树脂，双酚A型环氧树脂经固化后力学性能非常好，具有强韧性和很好的耐热性，亚甲基链富裕柔软性，醚键赋予耐化学药品性，羟基赋予反应性和粘结性，而且耐老化。

所述的活性稀释剂是1,2-环己二醇二缩水甘油醚，粘度非常低，反应活性高，不易老化变色,具有很好的抗紫外线性能，可使环氧树脂固化物强度显著提高。

本发明还提出一种如上述的微膨胀改性环氧树脂灌浆材料的制备方法，包括以下步骤：S1、将环氧树脂、硅烷偶联剂以及活性稀释剂混合均匀，重量份数比例为40～50：1～2：10～20，并加入10～20份的膨胀单体制成微膨胀改性环氧树脂灌浆材料A组分；S2、将1～3份的促进剂与15～20份的改性固化剂混合均匀，制得微膨胀改性环氧树脂灌浆材料B组分；S3、将重量份数比例为4：1的微膨胀改性环氧树脂灌浆材料A组分和微膨胀改性环氧树脂灌浆材料B组分混合，当A、B组分未混合时为稳定的液态，而A组分和B组分在混合时会互相反应，反应后制得固体微膨胀改性环氧灌浆材料。

所述步骤S1中膨胀单体为螺环原碳酸酯预聚物，所述膨胀单体的制作方法包括以下步骤：S1.1、将螺环原碳酸酯膨胀单体溶于氯仿中。原理为：膨胀单体溶于氯仿中，形成聚合物后，增加了聚合后的高分子链的活动空间，可以部分减轻单体聚合体积的缩小。由于C-O键增大了链的柔性，使其具有较高的膨胀率。螺环原碳酸酯膨胀单体与氯仿的重量份数比例为5:100，得到膨胀单体溶液；S1.2、在膨胀单体溶液中加入二苯基甲烷二异氰酸酯搅拌，二苯基甲烷二异氰酸酯用于螺环原碳酸酯预聚物的合成，其分子结构中含有两个苯环，具有对称的分子结构，制得的螺环原碳酸酯预聚物具有良好的力学性能，挥发性小，并且对于人体毒害性小，膨胀单体溶液与二苯基甲烷二异氰酸酯的重量份数比例为100:5，所述二苯基甲烷二异氰酸酯在1h逐滴加完，通过这种方式膨胀单体溶液与二苯基甲烷二异氰酸酯能够充分反应，通过反复试验后，确定搅拌温度为30℃-40℃，搅拌反应时间为24h，反应完全制得聚物初品；S1.3、将聚物初品放在50℃的真空烘箱中干燥，制得螺环原碳酸酯膨胀单体预聚物。

所述步骤S1中，将环氧树脂、活性稀释剂以及硅烷偶联剂充分混合均匀并加热到40～50℃时加入的膨胀单体预聚物，在此温度范围内，膨胀单体反应最为充分，速度最快。制得微膨胀改性环氧树脂灌浆材料A组分，A组分为稳定的液态。

步骤S2包括以下步骤：S2.1、将重量份数为15～20份低粘度的改性固化剂聚醚胺加热到50℃，得到热改性固化剂聚醚胺；S2.2、在热改性固化剂聚醚胺中加入重量份数为3份的异佛尔酮二胺，在温度为50℃搅拌2h，搅拌2h后，待温度降至室温，制得混合溶剂；S2.3、在混合溶剂中加入重量份数为1-3份的促进剂，制得微膨胀改性环氧树脂灌浆材料B组分，同样，B组分也为稳定的液态混合物，等待最终的混合反应。

本发明做了如下实施例1至实施例24的实验，每个实施例中微膨胀改性环氧树脂灌浆材料各个具体组分以及各个组分的含量如下表所示。每个实施例均按照下述步骤实施：首先，每个实施例按照上述工艺(当然各个物质组分具体按照每个微膨胀改性环氧树脂灌浆材料进行)步骤进行操作，以制得固化前微膨胀改性环氧树脂灌浆材料；然后，采用国际标准ISO3521有关的计算方法，计算出固化前微膨胀改性环氧树脂灌浆材料的体积；计算出微膨胀改性环氧树脂灌浆材料固化后的体积，最后，根据计算公式得到膨胀率。

下表1根据本发明提供的配方，详细记载了组分种类、重量份数及搅拌温度的关系：

表1

由上表可知：

实施例1-3中，其他参数不变的情况下，变量为步骤1.2中的搅拌温度，可以看出虽然膨胀率受温度的影响不是很大，但是还是会随着温度升高而微微增大。

对比实施例1、4、5、14，其他参数不变的情况下，可以看出随着螺环原碳酸酯预聚物增加，膨胀率也变大了，这是由于加入的螺环原碳酸酯预聚物量增加，膨胀单体在环氧树脂灌浆材料体系中的比例增大，膨胀单体体积膨胀，进而环氧树脂灌浆材料的体积膨胀，膨胀率也就进一步变大。

对比实施例1、6-8，其他参数的不变情况下，根据缩酮内酯类变化的量，固化后的环氧树脂灌浆材料膨胀率为负，说明缩酮内酯类膨胀效果不如螺环原碳酸酯预聚物。

对比实施例1、9-11，其他参数的不变情况下，根据双环原酸酯类变化的量，固化后的环氧树脂灌浆材料膨胀率为负，同样说明双环原酸酯类膨胀效果不如螺环原碳酸酯预聚物。

对比实施例5、12、13，可知在螺环原碳酸酯预聚物为20份的情况下，步骤1.2中的搅拌温度越高，膨胀率越大。

对比实施例13、15、16，在其他参数的不变情况下，可知随着环氧树脂含量的增加，膨胀率逐渐减小，这是因为环氧树脂本身固化收缩的特性，环氧树脂含量越多进而收缩率越大。

对比实施例17、18、19，其他参数的不变情况下，可知活性稀释剂的种类对于膨胀率不造成影响，但是选择1,2-环己二醇二缩水甘油醚作为活性稀释剂可以降低毒性，满足环氧树脂灌浆材料原料无毒的条件。

对比实施例20、21、22，其他参数的不变情况下，可知硅烷偶联剂的种类并不影响环氧树脂灌浆材料的膨胀率。

对比实施例23、24、25，其他参数的不变情况下，可知环氧树脂种类的改变，并不影响环氧树脂灌浆材料的膨胀率。

为了进一步验证硅烷偶联剂和环氧树脂类型在环氧树脂灌浆材料中对于强度的影响，本申请的发明人又做了如下的实验，在其他参数不变的情况下如表2，在实验室中测得在硅烷偶联剂的含量不同的情况下，不同种类的环氧树脂的室温剪切强度以及室温剥离强度，见表3。

表2

表3

由表3中的数据可以得知，随着硅烷偶联剂的含量的增加，环氧树脂灌浆材料的室温剪切强度以及室温剥离强度均增加，进一步的，可以看出双酚A型的室温剪切强度以及室温剥离强度都是最高的，因此环氧树脂选择双酚A型是由实验数据得出并且无毒强度可靠的。

进一步的，根据实验数据，本申请的发明人选择出最优的一组配比方式，即表4：

表4

此为综合考虑固化后环氧树脂灌浆材料的膨胀率、室温剪切强度和室温剥离强度、固化时间、有无毒性及成本后，选择出最优的一组配比方式。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种微膨胀改性环氧树脂灌浆材料，其特征在于，包括按重量份数计：40～50份的环氧树脂、10～20份的活性稀释剂、10～20份的膨胀单体以及15～20份的改性固化剂。

2.根据权利要求1所述的微膨胀改性环氧树脂灌浆材料，其特征在于，还包括重量份数为1～2份的硅烷偶联剂。

3.根据权利要求2所述的微膨胀改性环氧树脂灌浆材料，其特征在于，还包括重量份数为1～3份的促进剂。

4.根据权利要求3所述的微膨胀改性环氧树脂灌浆材料，其特征在于，所述的膨胀单体是螺环原碳酸酯预聚物。

5.根据权利要求3或4所述的微膨胀改性环氧树脂灌浆材料，其特征在于，所述的环氧树脂是双酚A型环氧树脂；所述的活性稀释剂是1,2-环己二醇二缩水甘油醚；所述的硅烷偶联剂是γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷；所述的促进剂是2,4,6-三(二甲胺基甲基)苯酚，所述的改性固化剂是聚醚胺。

6.一种如权利要求3所述的微膨胀改性环氧树脂灌浆材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将环氧树脂、硅烷偶联剂以及活性稀释剂混合均匀，重量份数比例为40～50：1～2：10～20，并加入10～20份的膨胀单体制成微膨胀改性环氧树脂灌浆材料A组分；

S2、将1～3份的促进剂与15～20份的改性固化剂混合均匀，制得微膨胀改性环氧树脂灌浆材料B组分；

S3、将重量份数比例为4：1的微膨胀改性环氧树脂灌浆材料A组分和微膨胀改性环氧树脂灌浆材料B组分混合制得微膨胀改性环氧灌浆材料。

7.根据权利要求6所述的微膨胀改性环氧树脂灌浆材料，其特征在于，所述步骤S1中膨胀单体为螺环原碳酸酯预聚物，所述膨胀单体的制作方法包括以下步骤：

S1.1、将螺环原碳酸酯膨胀单体溶于氯仿中，螺环原碳酸酯膨胀单体与氯仿的重量份数比例为5:100，得到膨胀单体溶液；

S1.2、在膨胀单体溶液中加入二苯基甲烷二异氰酸酯搅拌，膨胀单体溶液与二苯基甲烷二异氰酸酯的重量份数比例为100:5，所述二苯基甲烷二异氰酸酯在1h逐滴加完，搅拌温度为30℃-40℃，搅拌反应时间为24h，制得聚物初品；

S1.3、将聚物初品放在50℃的真空烘箱中干燥，制得螺环原碳酸酯膨胀单体预聚物。

8.根据权利要求6或7所述的微膨胀改性环氧灌浆材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，将环氧树脂、活性稀释剂以及硅烷偶联剂充分混合均匀并加热到40～50℃时加入的膨胀单体预聚物，制得微膨胀改性环氧树脂灌浆材料A组分。

9.根据权利要求8所述的微膨胀改性环氧灌浆材料的制备方法，其特征在于，步骤S2包括以下步骤：

S2.1、将重量份数为15～20份低粘度的改性固化剂聚醚胺加热到50℃，得到热改性固化剂聚醚胺；

S2.2、在热改性固化剂聚醚胺中加入重量份数为3份的异佛尔酮二胺，在温度为50℃搅拌2h，搅拌2h后，待温度降至室温，制得混合溶剂；

S2.3、在混合溶剂中加入重量份数为1-3份的促进剂，制得微膨胀改性环氧树脂灌浆材料B组分。