CN114940627A - 一种低温用不饱和聚酯砂浆及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种低温用不饱和聚酯砂浆及其制备方法，包括以下组分：80‑120质量份的不饱和聚酯、1‑3质量份的促进剂、1‑5质量份的固化剂、3‑6质量份的减缩剂、10‑20质量份的白炭黑、1‑5质量份的添加剂、1‑10质量份的发泡剂、120‑250质量份的石英砂。制备时，将不饱和聚酯和减缩剂混合在一起，待减缩剂溶胀后搅拌至减缩剂完全分散在不饱和聚酯中，之后，加入促进剂、白炭黑、添加剂以及石英砂，搅拌均匀；在使用时，加入一定量的发泡剂和固化剂，搅拌均匀，即可作为砂浆进行使用。不饱和聚酯可通过自身双键的连锁聚合反应，生成交联网络，继而固化形成砂浆；通过促进剂与固化剂的种类与用量调控体系的固化活性。
Description
技术领域
本发明涉及聚合物砂浆领域，尤其是一种低温用不饱和聚酯砂浆及其制备方法。
背景技术
砂浆是建筑工程上常用的黏结材料。受使用环境、使用场景及性能要求的限制，水泥沙浆在许多防护加固工程中往往难以达到理想效果，因此以环氧树脂为胶凝材料的环氧砂浆便得到了广泛的应用。然而，绝大多数的环氧砂浆使用环境均需要在5℃以上，在低于5℃的环境中，由于反应活性降低，体系固化慢甚至不固化，因此环氧类材料在冬季寒冷环境下使用效果并不理想。
对于以上问题，部分专利报道了一些解决途径，但在修补加固领域仍欠缺实用性。例如，专利号为201610364874.4的发明专利公开了一种采用聚氨酯为胶凝材料的砂浆，异氰酸酯的高反应活性保证了其较宽的是适用温度范围，但是聚氨酯砂浆的强度有限，在诸多加固修补工程中难以满足要求；专利号为202010797805.9 的发明专利采用巯基封端的聚氨酯作为固化剂改性环氧砂浆，在-10-5℃的低温潮湿环境下，可在20min内完全固化，固化物力学性能优良。但是，固化剂的制备过程很繁琐，原材料成本高，在大批量应用时经济性差；专利号为201711289735.0的发明专利采用脂肪族改性聚胺固化剂固化环氧基质，实现0℃可固化，但在0℃下固化速度很慢，且在更低温度的环境下的砂浆性能未作报道。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：为了克服现有技术中存在的不足，提供一种低温用不饱和聚酯砂浆及其制备方法。
本发明采用的技术方案是：一种低温用不饱和聚酯砂浆，包括以下组分：
80-120质量份的不饱和聚酯、1-3质量份的促进剂、1-5质量份的固化剂、3-6质量份的减缩剂、10-20质量份的白炭黑、1-5质量份的添加剂、1-10质量份的发泡剂、120-250质量份的石英砂。
优选的，所述低温用不饱和聚酯砂浆包括：90-100质量份的不饱和聚酯、1-2质量份的促进剂，2-3质量份的固化剂，4-5质量份的减缩剂，15-18质量份的白炭黑，2-4质量份的添加剂，3-7质量份的发泡剂、180-220质量份的石英砂。
所述不饱和聚酯为191型不饱和聚酯、196型不饱和聚酯中的一种或两种的混合物；
所述促进剂为环烷酸钴；
所述固化剂为过氧化甲乙酮、过氧化环己酮中的一种或两种的混合物；
所述减缩剂为聚醋酸乙烯酯，分子量为10万-15万；
所述白炭黑为气相法白炭黑，粒径为1000-2000目；
所述添加剂为碳酸钙、碳酸钠、碳酸氢钠的一种或两种及以上的混合物；
所述发泡剂为乳酸、冰醋酸中的一种或两种的混合物；
所述石英砂粒径为80-120目；
优选的，所述不饱和聚酯为191型不饱和聚酯；促进剂为环烷酸钴；固化剂为过氧化甲乙酮；减缩剂为聚醋酸乙烯酯，分子量为10万；白炭黑为气相法白炭黑，粒径为2000目；添加剂为碳酸氢钠；发泡剂为乳酸。
制备时，将不饱和聚酯和减缩剂混合在一起，待减缩剂溶胀后搅拌至减缩剂完全分散在不饱和聚酯中；之后，加入促进剂、白炭黑、添加剂以及石英砂，搅拌均匀；在使用时，加入一定量的发泡剂和固化剂，搅拌均匀，即可作为砂浆进行使用。
不饱和聚酯可通过自身双键的连锁聚合反应，生成交联网络，继而固化形成砂浆。在体系中，可通过促进剂与固化剂的种类与用量调控体系的固化活性；白炭黑可以起到调节触变性的作用，提升体系抗流挂性。
优选的，不饱和聚酯、促进剂、固化剂之间的质量比为95:1:2，不饱和聚酯、减缩剂、添加剂、发泡剂之间的质量比为95:4:3:3。
本发明相比现有技术具有以下优点：
1、由于不饱和聚酯自身连锁聚合的放热效应更高，自加速效应更显著。利用不饱和聚酯的高反应活性，实现在零摄氏度以下的低温下砂浆的有效固化。通过促进剂和固化剂种类及用量的调节，可对砂浆固化速度进行有效调控，在保证反应活性的同时，兼顾其可操作时间。
2、不饱和聚酯的粘度远低于环氧树脂，在低温下，不需要添加稀释剂便可实现较高的可操作性,进一步保证了材料的力学性能。以不饱和聚酯为树脂基体，配以白炭黑、石英砂作为填料，既可以提升体系的抗流挂性，也可以保证其低温下粘度不至于太高，具有较高的实用性。
3、体系中的添加剂与发泡剂反应会生成二氧化碳气体，伴随着体系的交联反应，砂浆会出现微膨胀，进而抵消掉因固化而产生的收缩；加之减缩剂的尺寸稳定作用，固化收缩的问题便得到了解决。
4、该技术路线中的原材料不需要复杂的合成制备，均为市场上常见的化工原料，经济实惠，制备过程方便快捷。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
将80质量份的191型不饱和聚酯和3质量份的聚醋酸乙烯酯（分子量10万）混合在一起，待减缩剂溶胀后搅拌，直至减缩剂完全分散在不饱和聚酯中。之后，加入1质量份的环烷酸钴、10质量份的白炭黑（粒径为1000目）、1质量份的碳酸钙以及120质量份的石英砂，搅拌均匀。在使用时，加入3质量份的乳酸和2质量份的过氧化甲乙酮，搅拌均匀，即可作为砂浆进行使用。
实施例2
将85质量份的196型不饱和聚酯和3质量份的聚醋酸乙烯酯（分子量15万）混合在一起，待减缩剂溶胀后搅拌，直至减缩剂完全分散在不饱和聚酯中。之后，加入1质量份的环烷酸钴、12质量份的白炭黑（粒径为1000目）、1质量份的碳酸钠以及120质量份的石英砂，搅拌均匀。在使用时，加入3质量份的冰醋酸和2质量份的过氧化环己酮，搅拌均匀，即可作为砂浆进行使用。
实施例3
将120质量份的191不饱和聚酯和6质量份的聚醋酸乙烯酯（分子量13万）混合在一起，待减缩剂溶胀后搅拌，直至减缩剂完全分散在不饱和聚酯中。之后，加入3质量份的环烷酸钴、20质量份的白炭黑（粒径为2000目）、2质量份的碳酸氢钠、2质量份的碳酸钠以及250质量份的石英砂，搅拌均匀。在使用时，加入5质量份的冰醋酸、5质量份的乳酸和5质量份的过氧化甲乙酮，搅拌均匀，即可作为砂浆进行使用。
实施例4
将60质量份的191型不饱和聚酯、40质量份的196型不饱和聚酯和4质量份的聚醋酸乙烯酯（分子量10万）混合在一起，待减缩剂溶胀后搅拌，直至减缩剂完全分散在不饱和聚酯中。之后，加入2质量份的环烷酸钴、12质量份的白炭黑（粒径为2000目）、3质量份的碳酸氢钠以及150质量份的石英砂，搅拌均匀。在使用时，加入5质量份的乳酸和1质量份的过氧化甲乙酮、2质量份的过氧化环己酮，搅拌均匀，即可作为砂浆进行使用。
实施例5
将65质量份的191型不饱和聚酯、30质量份的196型不饱和聚酯和4质量份的聚醋酸乙烯酯（分子量10万）混合在一起，待减缩剂溶胀后搅拌，直至减缩剂完全分散在不饱和聚酯中。之后，加入2质量份的环烷酸钴、12质量份的白炭黑（粒径为2000目）、1质量份的碳酸氢钠、2质量份的碳酸钙以及150质量份的石英砂，搅拌均匀。在使用时，加入5质量份的乳酸和2质量份的过氧化甲乙酮、1质量份的过氧化环己酮，搅拌均匀，即可作为砂浆进行使用。
实施例6
将95质量份的191型不饱和聚酯和4质量份的聚醋酸乙烯酯（分子量10万）混合在一起，待减缩剂溶胀后搅拌，直至减缩剂完全分散在不饱和聚酯中。之后，加入1质量份的环烷酸钴、16质量份的白炭黑（粒径为2000目）、3质量份的碳酸氢钠以及200质量份的石英砂，搅拌均匀。在使用时，加入3质量份的乳酸和2质量份的过氧化甲乙酮，搅拌均匀，即可作为砂浆进行使用。
实施例7
将110质量份的191型不饱和聚酯和4质量份的聚醋酸乙烯酯（分子量15万）混合在一起，待减缩剂溶胀后搅拌，直至减缩剂完全分散在不饱和聚酯中。之后，加入2质量份的环烷酸钴、18质量份的白炭黑（粒径为1000目）、2质量份的碳酸钙、2质量份的碳酸钠以及220质量份的石英砂，搅拌均匀。在使用时，加入6质量份的乳酸、2质量份的冰醋酸和2质量份的过氧化环己酮，搅拌均匀，即可作为砂浆进行使用。
实施例8
将100质量份的191型不饱和聚酯、15质量份的196型不饱和聚酯和5质量份的聚醋酸乙烯酯（分子量10万）混合在一起，待减缩剂溶胀后搅拌，直至减缩剂完全分散在不饱和聚酯中。之后，加入1质量份的环烷酸钴、18质量份的白炭黑（粒径为2000目）、3质量份的碳酸钙以及250质量份的石英砂，搅拌均匀。在使用时，加入8质量份的乳酸和2质量份的过氧化甲乙酮，搅拌均匀，即可作为砂浆进行使用。
实施例9
将100质量份的191型不饱和聚酯和5质量份的聚醋酸乙烯酯（分子量10万）混合在一起，待减缩剂溶胀后搅拌，直至减缩剂完全分散在不饱和聚酯中。之后，加入1质量份的环烷酸钴、18质量份的白炭黑（粒径为2000目）、3质量份的碳酸钙以及180质量份的石英砂，搅拌均匀。在使用时，加入8质量份的乳酸和2质量份的过氧化甲乙酮，搅拌均匀，即可作为砂浆进行使用。
实施例10
将90质量份的191型不饱和聚酯和4质量份的聚醋酸乙烯酯（分子量10万）混合在一起，待减缩剂溶胀后搅拌，直至减缩剂完全分散在不饱和聚酯中。之后，加入1质量份的环烷酸钴、16质量份的白炭黑（粒径为2000目）、3质量份的碳酸钙以及200质量份的石英砂，搅拌均匀。在使用时，加入3质量份的乳酸和2质量份的过氧化甲乙酮，搅拌均匀，即可作为砂浆进行使用。
实施例11
将95质量份的191型不饱和聚酯和4质量份的聚醋酸乙烯酯（分子量10万）混合在一起，待减缩剂溶胀后搅拌，直至减缩剂完全分散在不饱和聚酯中。之后，加入2质量份的环烷酸钴、16质量份的白炭黑（粒径为2000目）、3质量份的碳酸氢钠以及200质量份的石英砂，搅拌均匀。在使用时，加入3质量份的乳酸和2质量份的过氧化甲乙酮，搅拌均匀，即可作为砂浆进行使用。
实施例12
将95质量份的191型不饱和聚酯和4质量份的聚醋酸乙烯酯（分子量10万）混合在一起，待减缩剂溶胀后搅拌，直至减缩剂完全分散在不饱和聚酯中。之后，加入1质量份的环烷酸钴、16质量份的白炭黑（粒径为2000目）、3质量份的碳酸氢钠以及200质量份的石英砂，搅拌均匀。在使用时，加入3质量份的乳酸和3质量份的过氧化甲乙酮，搅拌均匀，即可作为砂浆进行使用。
对比例1
向95质量份的191型不饱和聚酯中加入1质量份的环烷酸钴、16质量份的白炭黑（粒径为2000目）、3质量份的碳酸氢钠以及200质量份的石英砂，搅拌均匀。在使用时，加入3质量份的乳酸和2质量份的过氧化甲乙酮，搅拌均匀。
对比例2
将95质量份的191型不饱和聚酯和4质量份的聚醋酸乙烯酯（分子量10万）混合在一起，待减缩剂溶胀后搅拌，直至减缩剂完全分散在不饱和聚酯中。之后，加入1质量份的环烷酸钴、16质量份的白炭黑（粒径为2000目）、3质量份的碳酸氢钠以及200质量份的石英砂，搅拌均匀。在使用时，加入2质量份的过氧化甲乙酮，搅拌均匀。
表1 实施例1-对比例2制得砂浆的性能参数表
在测试过程中，抗流挂性能测试按《建筑密封材料试验方法 第6部分：流动性的测定》GB/T 13477.6 的规定进行。以样品最大抗流挂厚度作为抗流挂性的评判依据。
在可操作时间测试中，将各组分在试验温度下进行温度平衡（-5℃），24小时之后，将各组分混合均匀，制备成砂浆样品后取100g置于烧杯中，并以此时为计时起始点，不断观察试样状态变化，以试样粘度发生明显上升时的时间为计时终点，即为可操作时间。
固化收缩率测试，参考ISO2577-2007的测试方法，制样温度为-5℃。
抗压强度测试中，按照《水泥胶砂强度检验方法（ISO 法）》GB/T 17671 的规定制备样品，制样温度为-5℃。
由性能参数表可见，采用本技术方案制备的砂浆样品，在-5℃下可以有效固化，表现出较高的力学性能，且具有合适的可操作时间。
在使用砂浆进行施工时，需要兼顾各项性能。在涂抹过程中，若抗流挂性不足，则会导致砂浆垂挂，难以在竖直壁面上进行施工，因此，抗流挂厚度要高于5mm为佳（如T∕CEC5008-2018 风力发电机组预应力装配式混凝土塔筒技术规范中的要求），抗流挂厚度越大，砂浆对竖直壁面的修补加固效果越好。砂浆的可操作时间也是评判砂浆性能的重要参数，考虑到施工时间，通常需要将可操作时间调整在30min以上，以保证在施工时砂浆不会过早固化。固化后砂浆的力学性能则是评判其修补效果的重要标准。考虑到加固修补的基质材料通常为混凝土，因此，砂浆固化后的抗压强度能达到85MPa为佳，以实现与修补对象的强度相近。砂浆在固化后会发生一定程度的收缩，固化后砂浆的收缩率越低越有利于保证其后期不开裂，与基体粘接牢固。由实施例1-实施例12可以看出，当促进剂和固化剂用量过高时，固化速度大大提升，进而导致砂浆可操作时间不理想，而当用量过低时，反应活性低，早期强度和7天强度降低；当二氧化硅和石英砂用量不足时，抗流挂性达不到理想值，用量过高又会导致体系放热效应不明显，使其固化物强度降低。当发泡剂用量较少时，体系收缩过大，会导致固化物由开裂的风险；而过高的减缩剂和发泡剂的加入量又会导致体系被稀释，进而造成强度降低。另一方面，在砂浆整体配方中，各组分对体系单一的作用效果会根据不同的配比和用量发生协同和耦合。例如，发泡剂用量的增加可以有效降低收缩率，但如果体系中固化剂和促进剂用量过多，固化速度过快，体系还未膨胀就已经固化成型，则即使发泡剂用量足够，也会导致体系产生一定的收缩。由此看来，只有各组分配合使用，且用量在一定范围内时，才可达到最佳的综合效果。
通过实施例6与对比例1的性能比较可以看出，减缩剂的加入可以对固化收缩具有一定的抑制效果，但是效果有限，并不能达到完全无收缩的效果。通过实施例6与对比例2可以看出，发泡剂的加入对体系的固化后尺寸稳定性影响较大，若无发泡剂的加入，固化后收缩率达到1.6%。将减缩剂和发泡剂配合使用，则可以很好地规避固化收缩，保证砂浆的实用性。
Claims (10)
1.一种低温用不饱和聚酯砂浆，其特征在于，包括以下组分：80-120质量份的不饱和聚酯、1-3质量份的促进剂、1-5质量份的固化剂、3-6质量份的减缩剂、10-20质量份的白炭黑、1-5质量份的添加剂、1-10质量份的发泡剂、120-250质量份的石英砂。
2.根据权利要求1所述的低温用不饱和聚酯砂浆，其特征在于：所述不饱和聚酯为191型不饱和聚酯、196型不饱和聚酯中的一种或两种的混合物。
3.根据权利要求1所述的低温用不饱和聚酯砂浆，其特征在于：所述促进剂为环烷酸钴。
4.根据权利要求1所述的低温用不饱和聚酯砂浆，其特征在于：所述固化剂为过氧化甲乙酮、过氧化环己酮中的一种或两种的混合物。
5.根据权利要求1所述的低温用不饱和聚酯砂浆，其特征在于：所述减缩剂为聚醋酸乙烯酯，分子量为10万-15万。
6.根据权利要求1所述的低温用不饱和聚酯砂浆，其特征在于：所述白炭黑为气相法白炭黑，粒径为1000-2000目。
7.根据权利要求1所述的低温用不饱和聚酯砂浆，其特征在于：所述添加剂为碳酸钙、碳酸钠、碳酸氢钠的一种或两种及以上的混合物。
8.根据权利要求1所述的低温用不饱和聚酯砂浆，其特征在于：所述发泡剂为乳酸、冰醋酸中的一种或两种的混合物。
9.根据权利要求1所述的低温用不饱和聚酯砂浆，其特征在于：所述石英砂粒径为80-120目。
10.如权利要求1-9任一项所述低温用不饱和聚酯砂浆的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将不饱和聚酯和减缩剂混合在一起，待减缩剂溶胀后搅拌至减缩剂完全分散在不饱和聚酯中；之后加入促进剂、白炭黑、添加剂以及石英砂，搅拌均匀；最后加入发泡剂和固化剂，搅拌均匀。
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