CN107541168A - 一种建筑结构胶及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种建筑结构胶及其制备方法，属于建筑胶粘剂制备技术领域。本发明将2,7‑二羟基萘和乙醇溶液混合后加入环氧氯丙烷和氢氧化钠溶液反应，得到产物后蒸馏，得改性环氧树脂，再将3,3‑二氯‑4,4‑二氨基二苯基甲烷和丙酮搅拌溶解后与氨基钠、异十八醇反应，得改性芳香胺，随后将二氧化硅、蒙脱土混磨后和沼液密封发酵，并将发酵产物离心、灭菌后与多巴胺溶液搅拌过滤，得到滤渣，将干燥后与改性环氧树脂、端羧基丁腈橡胶等反应，再加入改性芳香胺反应后冷却至室温，即可得建筑结构胶，本发明所得建筑结构胶具有较好的耐湿热老化性能和较高的拉伸剪切强度，使用后对建筑物构件起到较好的粘接加固作用。

Description

一种建筑结构胶及其制备方法

技术领域

本发明公开了一种建筑结构胶及其制备方法，属于建筑胶粘剂制备技术领域。

背景技术

建筑结构胶粘剂是一类新型化工材料，它是应用于胶接各类承受较大荷载构件的高强度胶种。目前已广泛用于各项工程中，如道路、桥梁、水库乃至山体裂纹，以及诸多建筑物进行加固、补强、结构改造。

目前，现有的建筑结构胶粘剂的化学组成一般以环氧树脂为主，环氧树脂胶粘剂是一种反应型胶粘剂，固化时可形成三维化学交联结构，具有粘接力大、强度高等优点。但单独的环氧树脂固化后脆性大、延伸率低、易开裂，通常需要对其进行改性处理。如专利申请号CN87100265公开了一种“室温固化耐高温高强韧性环氧结构胶粘剂及制备方法”，该专利方案采用羧基丁腈改性环氧树脂（A组分）与自制的含有胺基、氰基、苯基和醚键的固化剂（B组分），粘结使用时将A、B组分按比例混合配制而成，该结构胶粘剂具有较好的韧性。又如专利申请号CN200910042499.1公开了“一种高强度聚氨酯改性环氧建筑结构胶及其制造方法”，该建筑结构胶包括A、B两个组分，其中A组分是由聚氨酯改性环氧树脂、活性稀释剂、纳米粉体材料和有机硅烷偶联剂组成，B组分是由改性胺固化剂、芳香胺固化剂、促进剂和有机硅烷偶联剂组成，该建筑结构胶具有较好的韧性和较高的胶体伸长率。

尽管现有技术通过对环氧树脂改性，改善了环氧树脂结构胶的韧性和延伸性能，但是改性后的环氧树脂结构胶仍存在一些缺陷，主要是结构胶的剪切强度较低，在用于构件粘接时难以满足安全可靠的要求，且建筑结构胶耐湿热老化性能较差，导致其使用寿命较短。因此，开发一种安全可靠、粘接性能很好、剪切强度高，且具有良好耐湿热老化性能的建筑结构胶，具有重要的现实意义。

发明内容

本发明主要解决的技术问题：针对现有建筑结构胶剪切强度较低，在用于构件粘接时难以满足安全可靠的要求，且建筑结构胶耐湿热老化性能较差，导致其使用寿命较短的缺陷，提供了一种建筑结构胶及其制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种建筑结构胶，包括以下重量份数的原料：

40～50份改性环氧树脂、1～3份偶联剂、20～30份改性填料、10～15份改性芳香胺、3～5份端羧基丁腈橡胶和60～80份环己酮。

所述的改性环氧树脂是由以下步骤得到的：将10～20g2,7-二羟基萘和100～200mL质量分数为75%乙醇溶液在65～75℃下混合，再加入10～15g环氧氯丙烷和30～40mL质量分数为5%氢氧化钠溶液，搅拌反应2～3h后，得到产物，将产物蒸馏，回收乙醇溶液，得到改性环氧树脂。

所述的偶联剂为硅烷偶联剂KH-550、硅烷偶联剂KH-570中的一种或两种。

所述的改性填料是由以下步骤得到的：将100～200g二氧化硅和300～400g蒙脱土球磨后，得到球磨料，将球磨料和沼液按质量比1:5混合后，在35～45℃下密封发酵5～8天，得到发酵产物，将发酵产物离心、灭菌，得到灭菌物料，再将灭菌物料和800～1000mL质量分数为0.5%多巴胺溶液反应40～50min后过滤、干燥，得到改性填料。

所述的改性芳香胺是由以下步骤得到的：将8～12g3,3-二氯-4,4-二氨基二苯基甲烷和100～200mL丙酮在80～90℃混合，再加入1～3g氨基钠和15～20g异十八醇，搅拌反应2～3h后，得到改性芳香胺。

一种建筑结构胶的制备方法，具体制备步骤为：

（1）按重量份数配比，进行取原料；

（2）将改性环氧树脂、偶联剂、改性填料、端羧基丁腈橡胶和环己酮在60～70℃下反应40～50min，再加入改性芳香胺，继续反应30～40min后，冷却，即得建筑结构胶。

本发明的有益效果是：

本发明以2,7-二羟基萘和环氧氯丙烷为原料制备得到环氧树脂，通过将刚性的萘基结构引入环氧树脂骨架中可以减少环氧树脂链段的运动，增大环氧树脂链段的刚性，提高环氧树脂固化物的堆积密度，进而提高结构胶的耐湿热老化性，通过将3,3-二氯-4,4-二氨基二苯基甲烷与异十八醇发生取代反应可向氨基两侧引入疏水性链段，当与环氧树脂发生交联反应时，该疏水侧链可保护亲水性的交联键，防止水汽进入，提高环氧树脂的耐湿热性能，随后将二氧化硅和蒙脱石经微生物改性后，可向其表面引入羟基等极性基团，再利用多巴胺在其表面形成疏水性聚多巴胺薄膜，使填料具有疏水性，疏水性填料表面的聚多巴胺可与环氧树脂产生交联，使聚合物交联度增加，从而使结构胶剪切强度提高，同时进一步抑制水汽的进入，使耐湿热性能提高，再将环氧树脂与端羧基丁腈橡胶进行接枝，由于氰基的引入可提高结构胶的粘合力，进而提高结构胶的剪切强度。

具体实施方式

取10～20g2,7-二羟基萘和100～200mL质量分数为75%乙醇溶液加入到带有温度计和回流装置的三口烧瓶中，将三口烧瓶移入水浴锅中，控制水浴温度为65～75℃，再向三口烧瓶中加入10～15g环氧氯丙烷和30～40mL质量分数为5%氢氧化钠溶液，搅拌反应2～3h，反应结束后，得到产物，将产物移入蒸馏釜中，在80～90℃下蒸馏，回收乙醇溶液，得到改性环氧树脂，再取8～12g3,3-二氯-4,4-二氨基二苯基甲烷和100～200mL丙酮加入到带有温度计和回流装置的三口烧瓶中，将三口烧瓶移入水浴锅中，控制水浴温度为80～90℃，搅拌溶解3～5min后，再向三口烧瓶中加入1～3g氨基钠和15～20g异十八醇，搅拌反应2～3h后，得到改性芳香胺，随后取100～200g二氧化硅和300～400g蒙脱土加入到球磨机中球磨30～40min，得到球磨料，将球磨料和沼液按质量比1:5加入到发酵罐中，在35～45℃下密封发酵5～8天，发酵结束后，得到发酵产物，将发酵产物放入离心机中，以3500～4000r/min的转速离心分离5～10min，得到沉淀物，将沉淀物置于高压灭菌箱中，在120～130℃下高温灭菌15～20min，得到灭菌物料，将灭菌物料和800～1000mL质量分数为0.5%多巴胺溶液的烧杯中，搅拌反应40～50min后过滤，得到滤渣，将滤渣移入烘箱中，在85～95℃下干燥2～3h，得到改性填料，最后按重量份数计，取40～50份改性环氧树脂、1～3份偶联剂、20～30份改性填料、10～15份改性芳香胺、3～5份端羧基丁腈橡胶和60～80份环己酮，将改性环氧树脂、偶联剂、改性填料、端羧基丁腈橡胶和环己酮加入到反应釜中，在60～70℃下反应40～50min后，再加入改性芳香胺，继续反应30～40min，再自然冷却至室温，即可得到建筑结构胶。所述的偶联剂为硅烷偶联剂KH-550、硅烷偶联剂KH-570中的一种或两种。

实例1

取10g2,7-二羟基萘和100mL质量分数为75%乙醇溶液加入到带有温度计和回流装置的三口烧瓶中，将三口烧瓶移入水浴锅中，控制水浴温度为65℃，再向三口烧瓶中加入10g环氧氯丙烷和30mL质量分数为5%氢氧化钠溶液，搅拌反应2h，反应结束后，得到产物，将产物移入蒸馏釜中，在80℃下蒸馏，回收乙醇溶液，得到改性环氧树脂，再取8g3,3-二氯-4,4-二氨基二苯基甲烷和100mL丙酮加入到带有温度计和回流装置的三口烧瓶中，将三口烧瓶移入水浴锅中，控制水浴温度为80℃，搅拌溶解3min后，再向三口烧瓶中加入1g氨基钠和15g异十八醇，搅拌反应2h后，得到改性芳香胺，随后取100g二氧化硅和300g蒙脱土加入到球磨机中球磨30min，得到球磨料，将球磨料和沼液按质量比1:5加入到发酵罐中，在35℃下密封发酵5天，发酵结束后，得到发酵产物，将发酵产物放入离心机中，以3500r/min的转速离心分离5min，得到沉淀物，将沉淀物置于高压灭菌箱中，在120℃下高温灭菌15min，得到灭菌物料，将灭菌物料和800mL质量分数为0.5%多巴胺溶液的烧杯中，搅拌反应40min后过滤，得到滤渣，将滤渣移入烘箱中，在85℃下干燥2h，得到改性填料，最后按重量份数计，取40份改性环氧树脂、1份偶联剂、20份改性填料、10份改性芳香胺、3份端羧基丁腈橡胶和60份环己酮，将改性环氧树脂、偶联剂、改性填料、端羧基丁腈橡胶和环己酮加入到反应釜中，在60℃下反应40min后，再加入改性芳香胺，继续反应30min，再自然冷却至室温，即可得到建筑结构胶。所述的偶联剂为硅烷偶联剂KH-550。

实例2

取15g2,7-二羟基萘和150mL质量分数为75%乙醇溶液加入到带有温度计和回流装置的三口烧瓶中，将三口烧瓶移入水浴锅中，控制水浴温度为70℃，再向三口烧瓶中加入13g环氧氯丙烷和35mL质量分数为5%氢氧化钠溶液，搅拌反应2h，反应结束后，得到产物，将产物移入蒸馏釜中，在85℃下蒸馏，回收乙醇溶液，得到改性环氧树脂，再取10g3,3-二氯-4,4-二氨基二苯基甲烷和150mL丙酮加入到带有温度计和回流装置的三口烧瓶中，将三口烧瓶移入水浴锅中，控制水浴温度为85℃，搅拌溶解4min后，再向三口烧瓶中加入2g氨基钠和18g异十八醇，搅拌反应2h后，得到改性芳香胺，随后取150g二氧化硅和350g蒙脱土加入到球磨机中球磨35min，得到球磨料，将球磨料和沼液按质量比1:5加入到发酵罐中，在40℃下密封发酵7天，发酵结束后，得到发酵产物，将发酵产物放入离心机中，以3750r/min的转速离心分离8min，得到沉淀物，将沉淀物置于高压灭菌箱中，在125℃下高温灭菌18min，得到灭菌物料，将灭菌物料和900mL质量分数为0.5%多巴胺溶液的烧杯中，搅拌反应45min后过滤，得到滤渣，将滤渣移入烘箱中，在90℃下干燥2h，得到改性填料，最后按重量份数计，取45份改性环氧树脂、2份偶联剂、25份改性填料、13份改性芳香胺、4份端羧基丁腈橡胶和70份环己酮，将改性环氧树脂、偶联剂、改性填料、端羧基丁腈橡胶和环己酮加入到反应釜中，在65℃下反应45min后，再加入改性芳香胺，继续反应35min，再自然冷却至室温，即可得到建筑结构胶。所述的偶联剂为硅烷偶联剂KH-550。

实例3

取20g2,7-二羟基萘和200mL质量分数为75%乙醇溶液加入到带有温度计和回流装置的三口烧瓶中，将三口烧瓶移入水浴锅中，控制水浴温度为75℃，再向三口烧瓶中加入15g环氧氯丙烷和40mL质量分数为5%氢氧化钠溶液，搅拌反应3h，反应结束后，得到产物，将产物移入蒸馏釜中，在90℃下蒸馏，回收乙醇溶液，得到改性环氧树脂，再取12g3,3-二氯-4,4-二氨基二苯基甲烷和200mL丙酮加入到带有温度计和回流装置的三口烧瓶中，将三口烧瓶移入水浴锅中，控制水浴温度为90℃，搅拌溶解5min后，再向三口烧瓶中加入3g氨基钠和20g异十八醇，搅拌反应3h后，得到改性芳香胺，随后取200g二氧化硅和400g蒙脱土加入到球磨机中球磨40min，得到球磨料，将球磨料和沼液按质量比1:5加入到发酵罐中，在45℃下密封发酵8天，发酵结束后，得到发酵产物，将发酵产物放入离心机中，以4000r/min的转速离心分离10min，得到沉淀物，将沉淀物置于高压灭菌箱中，在130℃下高温灭菌20min，得到灭菌物料，将灭菌物料和1000mL质量分数为0.5%多巴胺溶液的烧杯中，搅拌反应50min后过滤，得到滤渣，将滤渣移入烘箱中，在95℃下干燥3h，得到改性填料，最后按重量份数计，取50份改性环氧树脂、3份偶联剂、30份改性填料、15份改性芳香胺、5份端羧基丁腈橡胶和80份环己酮，将改性环氧树脂、偶联剂、改性填料、端羧基丁腈橡胶和环己酮加入到反应釜中，在70℃下反应50min后，再加入改性芳香胺，继续反应40min，再自然冷却至室温，即可得到建筑结构胶。所述的偶联剂为硅烷偶联剂KH-570。

对比例：东莞市某新材料有限公司生产的建筑结构胶。

试件制备：取2块尺寸为2mm×25mm×100mm的钢片，并用砂轮对钢片进行打磨处理，随后将建筑结构胶涂覆在打磨好的钢片表面，待涂覆完成后，将两块钢片搭接，搭接尺寸为12.5mm×25mm，随后将搭接好的钢片于室温下静置固化即可。

按照上述试件制备工艺，分别使用本发明实例1～3制得的建筑结构胶和对比例的建筑结构胶制备试件，并对制得的试件进行性能检测，其检测结果如表1所示：拉伸剪切强度：根据GB/T7124《胶粘剂拉伸剪切强度测定方法（金属对金属）》规定，先用量具对试件搭接面的长度和宽度进行测定（精确到0.05mm），采用电子万能试验机，将试件对称的夹在上、下夹持器中，夹持处至搭接端的距离为50mm，随后开动试验机，以5mm/min速率稳定加载，记录试件剪切破坏的最大负荷，并按式一计算公式计算试件拉伸剪切强度；

式一：t=p÷（b×l）

式中：t为结构胶拉伸剪切强度；

p为试件剪切破坏的最大负荷；

b为试件搭接面宽度；

l为试件搭接面长度。

耐湿热老化性：根据GB/T50367《混凝土结构加固设计规范》附录L结构用胶粘剂湿热老化性能测定方法，将试件一同置于恒温恒湿试验箱中进行湿热老化性能测定，试件相互之间、试件与箱壁之间不得接触，控制试验箱温度为50℃，相对湿度为95%，试验时间为60天，待试验结束，取出试件，分别对试件进行拉伸剪切强度测试，并按式二计算公式计算试件拉伸剪切强度降低率；

式二：P=[（R₀—R）÷R₀]×100%

式中：P为老化试验后试件拉伸剪切强度降低百分率；

R₀为老化试验前试件拉伸剪切强度；

R为老化试验后试件拉伸剪切强度。

抗拉强度：根据GB/T2568标准，采用电子万能试验机对试件抗拉强度进行测定。

表1

综上所述，本发明所得建筑结构胶具有较好的耐湿热老化性能和较高的拉伸剪切强度，使用后对建筑物构件起到较好的粘接加固作用，具有较好的使用前景。

Claims (6)

1.一种建筑结构胶，其特征在于，包括以下重量份数的原料：

40～50份改性环氧树脂、1～3份偶联剂、20～30份改性填料、10～15份改性芳香胺、3～5份端羧基丁腈橡胶和60～80份环己酮。

2.根据权利要求1中所述的一种建筑结构胶，其特征在于，所述的改性环氧树脂是由以下步骤得到的：将10～20g2,7-二羟基萘和100～200mL质量分数为75%乙醇溶液在65～75℃下混合，再加入10～15g环氧氯丙烷和30～40mL质量分数为5%氢氧化钠溶液，搅拌反应2～3h后，得到产物，将产物蒸馏，回收乙醇溶液，得到改性环氧树脂。

3.根据权利要求1中所述的一种建筑结构胶，其特征在于，所述的偶联剂为硅烷偶联剂KH-550、硅烷偶联剂KH-570中的一种或两种。

4.根据权利要求1中所述的一种建筑结构胶，其特征在于，所述的改性填料是由以下步骤得到的：将100～200g二氧化硅和300～400g蒙脱土球磨后，得到球磨料，将球磨料和沼液按质量比1:5混合后，在35～45℃下密封发酵5～8天，得到发酵产物，将发酵产物离心、灭菌，得到灭菌物料，再将灭菌物料和800～1000mL质量分数为0.5%多巴胺溶液反应40～50min后过滤、干燥，得到改性填料。

5.根据权利要求1中所述的一种建筑结构胶，其特征在于，所述的改性芳香胺是由以下步骤得到的：将8～12g3,3-二氯-4,4-二氨基二苯基甲烷和100～200mL丙酮在80～90℃混合，再加入1～3g氨基钠和15～20g异十八醇，搅拌反应2～3h后，得到改性芳香胺。

6.权利要求1～5中任意一项所述的一种建筑结构胶的制备方法，其特征在于，具体制备步骤为：

（1）按重量份数配比，进行取原料；

（2）将改性环氧树脂、偶联剂、改性填料、端羧基丁腈橡胶和环己酮在60～70℃下反应40～50min，再加入改性芳香胺，继续反应30～40min后，冷却，即得建筑结构胶。