CN1137212C - 一种改性糠醛丙酮环氧补强固结灌浆材料及其制法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种有机硅改性糠醛丙酮环氧补强固结灌浆材料及其制备方法，该材料包括组份(A)和组份(B)。组份(A)包括：双酚A型环氧树脂、氨基硅油、糠醛、丙酮；组份(B)为多元胺。制备方法包括：a、糠醛与丙酮混合反应。b、氨基硅油加入到环氧树脂中反应。c、将步骤a和b所得产物混合，得组份(A)。d、将组份(A)与组份(B)混合。与目前使用的糠醛丙酮环氧灌浆材料相比，该材料具有更高的伸长率，更好的耐热性等技术特点。
Description
本发明涉及一种改性糠醛丙酮环氧补强固结灌浆材料及其制备方法。
高分子化学灌浆材料是将某些含有多官能团化合物或低聚物与引发剂或固化剂、催化剂、稀释剂、改性剂等配制成浆液，以某种工艺注入所需处理的建筑结构部分，经化学反应生成高分子材料，与被灌介质紧密结合而达到对结构的补强加固或防渗堵漏的目的。
高分子化学灌浆材料是60年代迅速发展起来的，已广泛应用于水电大坝、地下工程、港口码头及建筑物的裂缝的加固；矿井、油井、隧道的防渗处理及文物保护等方面。高分子化学灌浆材料目前已经发展为丙烯酰胺、糠醛丙酮环氧、甲基丙烯酸酯类、木质素类等上百个品种。
糠醛丙酮环氧主要技术特点为：灌浆液粘度和凝固时间可调，固结体强度高，粘接力强。它在应用于混凝土或岩石细微裂缝等缺陷的补强固结时，效果较好。然而在各种土木建筑工程中，常常存在一些随四季气候的冷热变化伸张与收缩较大的施工缝、伸缩缝和各种裂缝，普通的糠醛丙酮环氧等材料难以满足相关的应用性能要求，因此，这就需要一种具有更高弹性、伸长率，并与混凝土有优良粘接强度的新型灌浆材料。
本发明的目的是提供一种改性的糠醛丙酮环氧灌浆材料，从而解决糠醛丙酮环氧灌浆材料应用中的问题。与目前使用的糠醛丙酮环氧灌浆材料相比,该材料在保持原有灌浆材料基本技术性能的基础上，还具有更高的伸长率，更好的耐热性等技术特点。
本发明的另一个目的是提供该改性糠醛丙酮环氧灌浆材料的制备方法。
本发明提供一种有机硅改性糠醛丙酮环氧补强固结灌浆材料，包括有机硅改性糠醛丙酮环氧组份(A)和固化剂组份(B)。组份(A)按重量份数计，包括：
双酚A型环氧树脂 100份、
氨基硅油 0.5～35份、
糠醛 3～150份
丙酮 1～50份；
无机强碱 少量
固化剂组份(B)为多元胺；
组份(A)与组份(B)的重量配比为100∶7～85。
本发明的有机硅改性糠醛丙酮环氧补强固结灌浆材料制备方法包括以下步骤：
a、将糠醛与丙酮按照所述比例混合，一边剧烈搅拌，一边滴加浓无机强碱溶液，直到
溶液呈沸腾状。基本反应如下：糠醛与丙酮在碱性催化剂的作用下发生缩合反应，
失去水分生成一糠叉丙酮和二糠叉丙酮：一糠叉丙酮在催化剂存在下通过羰基和甲基进一步缩合连接起来，生成具有如下结构的多聚体：
二糠叉丙酮则通过打开双键而交联。
b、将氨基硅油按所述比例加入到环氧树脂中，100～130℃下反应2～3小时。基本反应
如下：
R为烃基。
c、将步骤a和b所得产物混合，室温下搅拌10～20分钟，得组份(A)。
d、将组份(A)与组份(B)按所述比例混合均匀。
该有机硅改性糠醛丙酮环氧补强固结灌浆材料中氨基硅油的用量优选10～25份，糠醛优选15～80份，丙酮优选5～30份。
其中双酚A型环氧树脂为糠醛丙酮环氧补强固结灌浆材料中的常用环氧树脂，双酚A型环氧树脂的环氧值一般为0.04～0.6g/100g，本发明中优选0.15～0.56g/100g。
多元胺为糠醛丙酮环氧补强固结灌浆材料中常用的多元胺，可以选自脂肪族多元胺、聚酰胺多元胺、脂环族多元胺、芳香族多元胺及它们的改性物，如二乙烯三胺、乙二胺、异佛尔酮二胺、间苯二胺、间苯二甲胺、聚酰胺等。
无机强碱在糠醛和丙酮缩合反应中起催化作用，是本领域所熟知的，通常可采用氢氧化钠、氢氧化钾等。
氨基硅油是一种氨烷基改性的硅油，可以看成是二甲基硅油中部分甲基(包括侧位及端位)被氨烃基取代后的产物，包括端基型、侧基型、端-侧基型氨基硅油。一般选用粘度为5～50Pa·s，氨基含量为0.2～1.2(wt)％的氨基硅油，优选粘度为10～30Pa·s，氨基含量为0.5～1.0(wt)％。
为了进一步提高材料的性能，其中可添加一些增塑剂等，如在材料的组份(A)中添加5～60份的邻苯二甲酸二辛酯，该邻苯二甲酸二辛酯可选自邻苯二甲酸正辛酯、邻苯二甲酸二异辛酯及它们的混合物。这些物质可以根据需要在制备的任何步骤加入。
有机硅高分子由于其独特的结构，所以具有许多独特而宝贵的性能。首先，它的主链Si-O键能大，因此它具有很好的耐热性、耐氧化、耐候性。其次，有机硅高分子的侧基多数是甲基，所以它的分子间作用力小、表面能低。第三，它的主链Si-O键长约为C-C键长的一倍半，分子呈螺旋状结构，可以自由旋转，所以其低温特性能好、压缩率比较大。
本发明的有机硅改性糠醛丙酮环氧补强固结灌浆材料可预先将组份(A)与组份(B)分别制备并封装，待实际施工时再按照比例混合均匀后即可使用。
本发明将具有独特性能的有机硅高分子引入到环氧树脂中，从而解决了糠叉丙酮环氧灌浆材料应用中的问题，提供了一种高性能糠叉丙酮环氧灌浆材料。与目前使用的糠醛丙酮环氧灌浆材料相比，该材料在保持原有灌浆材料基本技术性能的基础上，还具有更高的伸长率，更好的耐热性等技术特点。
本发明的有机硅改性糠醛丙酮环氧补强固结灌浆材料性能见表1：
注：1.表中份数为重量份数，含量为重量百分含量。
| 序号 | A组份(份) | 有机硅含量(％) | B组份(份) | 拉伸强度(MPa) | 粘接强度(MPa) | 断裂伸长率(％) | 抗压强度(MPa) |
| 1 | 100 | 0 | 15 | 50.86 | 5.8 | 26.9 | 100.55 |
| 2 | 100 | 5 | 15 | 33.32 | 6.0 | 39.4 | 91.92 |
| 3 | 100 | 15 | 15 | 24.30 | 6.0 | 51.3 | 85.85 |
| 4 | 100 | 20 | 15 | 15.29 | 6.1 | 75.0 | 72.34 |
2.A组份中环氧树脂(E-44)62份，糠醛28份，丙酮10份，邻苯二甲酸二辛酯为20份。
3.B组份为二乙烯三胺。
4.粘接强度按8字模法测试。
5.断裂伸长率、拉伸强度、抗压强度等均参照中国建筑工业出版社编辑部编辑的“现行建筑材料规范大全”中有关标准测试。
从表1中我们可以看出，本发明提供的有机硅改性糠醛丙酮环氧补强固结灌浆材料随着有机硅含量的增加，粘接强度变化不大，拉伸强度及抗压强度虽有一定的降低，然而断裂伸长率有明显增大。
本发明的有机硅改性糠醛丙酮环氧补强固结灌浆材料经250℃加热后的抗压强度性能见表2：
| 序号 | A组份 | B组份 | 有机硅含量(％) | 经250℃加热后的抗压强度(MPa) | |||
| 0小时 | 1小时 | 2小时 | 3小时 | ||||
| 1 | 100 | 15 | 0 | 100.55 | 88.67 | 56.01 | 23.28 |
| 2 | 100 | 15 | 5 | 91.92 | 78.85 | 65.65 | 42.98 |
| 3 | 100 | 15 | 15 | 85.85 | 76.23 | 60.34 | 49.25 |
| 4 | 100 | 15 | 20 | 72.34 | 67.56 | 58.74 | 48.66 |
从表2中我们可以看出，250℃下加热3小时后，它们各自的强度损失分别为76.8％，53.7％，42.6％，32.7％。由此可见，本发明的有机硅改性糠醛丙酮环氧补强固结灌浆材料随着有机硅含量的增加，耐热性有大幅度的提高。
以下实施例中的份数按重量计。
实施例1
1.糠叉丙酮的合成
将糠醛100份与丙酮30份加入到反应器中，室温下一边剧烈搅拌，一边滴加重量百分含量为50％的浓NaOH溶液，直到溶液呈沸腾状。
2.有机硅改性环氧树脂的合成
环氧树脂(E-44)100份及邻苯二甲酸二辛酯7份加入到反应器中，加热升温，当温度升到100℃左右时，加入氨基硅油(粘度20Pa·s，氨基含量0.9(wt)％)4份，一边滴加一边剧烈搅拌，控制温度为105℃，反应2.5小时。
3.组份(A)的配制
将步骤1和2的产物混合，室温下搅拌12分钟，出料封装。
4.将组份(A)100份与间苯二胺14份混合均匀。
该灌浆材料固化一个月后，其技术性能为：使用温度为25℃情况下，拉伸强度36.14MPa，粘接强度5.92MPa，断裂伸长率26.4％，抗压强度95.62MPa。
实施例2
1.糠叉丙酮的合成
糠醛100份，丙酮42份，操作条件及步骤同实施例1。
2.有机硅改性环氧树脂的合成
环氧树脂(E-44)100份及邻苯二甲酸二辛酯15份加入到反应器中，加热升温，当温度升到100℃左右时，加入氨基硅油(粘度35Pa·s，氨基含量0.5(wt)％)12份，一边滴加一边剧烈搅拌，反应温度为112℃，反应2.5小时。
3.组份(A)的配制
将步骤1和2所得的产物混合，室温下搅拌15分钟，出料封装。
4.将组份(A)100份与二乙烯三胺10份混合均匀。
该灌浆材料固化一个月后，其技术性能为：使用温度为25℃情况下，拉伸强度28.30MPa，粘接强度6.0MPa，断裂伸长率45.1％，抗压强度87.25Mpa。
实施例3
1.糠叉丙酮的合成
糠醛100份，丙酮50份，操作条件及步骤同实施例1。
2.有机硅改性环氧树脂的合成
环氧树脂(E-44)100份及邻苯二甲酸二辛酯30份加入到反应器中，加热升温，当温度升到100℃左右时，加入氨基硅油(粘度15Pa·s，氨基含量0.9(wt)％)22份，一边滴加一边剧烈搅拌，反应温度为128℃，反应3小时。
3.组份(A)的配制
将步骤1和2所得的产物混合，室温下搅拌20分钟，出料封装。
4.将组份(A)100份与聚酰胺36份混合均匀。
该灌浆材料固化一个月后，其技术性能为：使用温度为25℃情况下，拉伸强度14.30MPa，粘接强度6.1MPa，断裂伸长率76.25％，抗压强度70.4MPa。
Claims (10)
1、一种改性糠醛丙酮环氧补强固结灌浆材料，其特征在于采用氨基硅油改性，包括氨基硅油改性糠醛丙酮环氧组份A和固化剂组份B，组份A按重量份数计，包括：
双酚A型环氧树脂 100份、
氨基硅油 0.5～35份、
糠醛 3～150份
丙酮 1～50份；
无机强碱 少量
固化剂组份B为多元胺；
组份A与组份B的重量配比为100∶7～85。
2、根据权利要求1中所述的材料，其特征在于所述氨基硅油为10～25份，糠醛为15～80份，丙酮为5～30份。
3、根据权利要求1或2中所述的材料，其特征在于所述双酚A型环氧树脂的环氧值为0.15～0.56g/100g。
4、根据权利要求1或2中所述的材料，其特征在于所述多元胺为选自脂肪族多元胺、聚酰胺多元胺、脂环族多元胺、芳香族多元胺及它们的改性物。
5、根据权利要求1或2中所述的材料，其特征在于所述多元胺选自二乙烯三胺、乙二胺、异佛尔酮二胺、间苯二胺、间苯二甲胺和聚酰胺。
6、根据权利要求1或2中所述的材料，其特征在于所述无机强碱选自氢氧化钠和氢氧化钾。
7、根据权利要求1或2中所述的材料，其特征在于所述氨基硅油粘度为5～50Pa·s，氨基含量为0.2～1.2wt％。
8、根据权利要求7中所述的材料，其特征在于所述氨基硅油粘度为10～30Pa·s，氨基含量为0.5～1.0wt％。
9、根据权利要求1中所述的材料，其特征在于其中添加5～60份的邻苯二甲酸二辛酯。
10、一种权利要求1所述材料的制备方法，包括以下步骤：
a、将糠醛与丙酮按照所述比例混合，一边剧烈搅拌，一边滴加浓无机强碱溶液，直到
溶液呈沸腾状；
b、将氨基硅油按所述比例加入到环氧树脂中，100～130℃下反应2～3小时；
c、将步骤a和b所得产物混合，室温下搅拌10～20分钟，得组份A；
d、将组份A与组份B按所述比例混合均匀。
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