CN1216114C - 含纳米材料的结构胶 - Google Patents

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Abstract

一种含纳米材料的结构胶，其特征在于它是由甲、乙两组按下述重量配比的原料组成，其中甲组分中环氧树脂80-120份，液体聚硫橡胶5-30份，填料100-150份，纳米SiO2 3-5份；乙组分中改性固化剂15-40份，促进剂3-10份，增塑剂5-10份，硅微粉60-80份，钛微粉10-20份，铝粉10-30份，偶联剂5-15份。上述原料使用配比为：甲组分∶乙组分＝0.5～1.5∶0.5～1.5。本发明通过在甲组分中加入液体聚硫橡胶，可大大提高结构胶的柔韧性，同时纳米材料的加入增大了胶与被粘物之间的接触面积，界面结合力强，力学性能好，能提高制品的透气率和自熄性能和自密实性，使结构胶的致密防水、增韧、抗老化、粘接强度、抗剪强度、触变性、稳定性等性能均大大提高。

Description

含纳米材料的结构胶
技术领域：
本发明属于一种胶粘剂，具体涉及一种建筑用结构胶。
背景技术：
建筑结构胶粘剂为重要的化学建材之一，其品种多种多样，从使用功能上看，目前已由单一的梁、柱加固，发展到梁、柱之外的锚固胶、施工用胶和构件接长胶等；从所用高分子组分来看，已由原来单一的环氧树脂胶(含改性胶)发展到丙烯酸类、聚氨脂类、不饱和聚脂类及无机类等；从性能上看，由原来只能用于常温、干燥施工的通用型，发展到耐温型、潮湿施工型、灌注型、现场不必混合的单包装型、低温施工型等。
建筑施工与加固改造对粘接材料的要求是多种多样的，应用条件与环境不同，对建筑结构胶也提出了许多新的性能要求，为此我国近年来出现了一些在粘接强度满足规范要求的前提下，又具有一些特种性能的建筑结构胶。如水下或高潮湿条件固化的建筑结构胶、耐高温性能的耐温胶、快固化锚固胶、高温耐持久胶、可在-10℃施工的低温施工胶、耐150℃的高温胶、用于接长构件的特种胶、用无机材料制成的耐高温的高模量胶、用于灌注的水乳型低粘度胶和非水乳型低粘度灌注胶等。
世界胶粘剂的发展趋势要求重点发展环保型胶粘剂，积极开发高品质高性能胶粘剂，中国专利局公开了几种不同性能的胶粘剂，其中CN87100265专利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)，粘结使用时按1∶12-1(B∶A)的比例配制而成；CN1088604公开了一种氨基多官能环氧树脂类耐热建筑结构胶粘剂，该专利方案选用对氨基苯酚二缩水甘油环氧或4，4’-二氨二苯基甲烷四缩水甘油环氧为主剂，采用芳香胺和苯酚、甲醛、胺类缩合物的混合型固化剂配制而成。上述两种技术方案虽可提高结构胶的韧性，改善结构胶的耐热性等，但仍存在粘合材料的压剪强度值偏低的缺点，特别是在用于大理石和花岗岩的粘接时难以满足安全可靠的要求，同时也不适合在四季温差较大的地区使用。CN1222552A提供了一种含刚性介晶基团及柔性链改性剂的环氧树脂粘合剂及其制备方法，它是液体环氧树脂、双氰双胺、填料等材料配制成一种新型的环氧树脂粘合剂，该粘合剂可在中低温固化，粘接材料既具有较高玻璃化转变温度、高模量、高强度的特性，又具有良好的冲击韧性及粘接强度，但其改性剂的制备较复杂，并存在粘合材料的压剪强度值偏低的特点。而CN1282771A公开了一种建筑用双组分环氧树脂结构胶，它包括A组分和B组分，A组分中含有双酚A型环氧树脂，B组分中含有聚酰胺型固化剂，A组分中还含有聚硅氧烷，其添加量为双酚A型环氧树脂的5-10％，虽然其压剪强度高，特别是冻融压剪强度高，但其它力学性能和功能性性能不够完善和全面。
发明内容：
本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术的缺陷，提供一种具有良好冲击韧性、粘接强度和压剪强度，抗渗效果好、生产工艺可操作性强且对环境适应性强的纳米材料改性的建筑结构胶粘剂。
本发明的技术问题是通过下面的技术方案实现的，其特征在于它是由甲、乙两组按下述重量配比的原料组成，其中甲组分中：E-44型或E-51型环氧树脂80-120份，液体聚硫橡胶5-30份，填料100-150份，纳米SiO2 3-5份；乙组分中：改性固化剂15-40份，促进剂3-10份，增塑剂5-10份，硅微粉60-80份，钛微粉10-20份，铝粉10-30份，KH-550偶联剂γ-氨基丙基三乙氧基硅烷5-15份。上述原料使用配比为：甲组分∶乙组分＝0.5～1.5∶0.5～1.5(重量份)。
本发明通过在甲组分中加入液体聚硫橡胶，可大大提高结构胶的柔韧性，同时纳米材料的加入增大了胶与被粘物之间的接触面积，界面结合力强，力学性能良好，能提高制品的透气率和自熄性能和自密实性，使结构胶的致密防水、增韧、抗老化、粘接强度、抗剪强度、触变性、稳定性等性能均大大提高。甲组分中含环氧基团的原料与乙组分中的苯酚、甲醛、脂肪胺加成物改性固化剂，在混合时产生的加成反应，可使结构胶的剪切强度大大提高。与现有技术相比，本发明具有更优良的力学性能和功能性能，不仅可广泛用于建筑行业，也适应于其它行业。
具体实施方式：
本发明是一种以环氧树脂为基料的一种建筑用结构胶，它包括甲组分和乙组分，其中主要是对甲组分中的原料及份量进行了合理的选配，以适应目前建筑行业飞速发展的需要，提高结构胶的整体性能。本发明中的甲组分中含有E-44型或E-51型环氧树脂、液体聚硫橡胶、填料和经表面包覆处理的纳米SiO2，纳米SiO2可先与填料混合后在搅拌设备内以大于8000转/分的速度搅拌5～30分钟，再与环氧树脂和液体聚硫橡胶混合，在常温下搅拌10～30分钟；或与环氧树脂混合后在搅拌设备内以大于8000转/分的速度搅拌5～30分钟，再与液体聚硫橡胶和填料混合，在常温下搅拌10～30分钟；也可以先将环氧树脂、液体聚硫橡胶和填料在常温下搅拌10～30分钟，再与纳米SiO2混合后在搅拌设备内以大于8000转/分的速度搅拌5～30分钟。乙组分中含有经改性的固化剂和偶联剂以及促进剂、增塑剂、硅微粉、钛微粉、铝粉，将上述各原料混合后在常温下搅拌10～30分钟。
本发明甲组分中的聚硫橡胶本身硫化后，具有得很好的弹性和粘附性，并且耐各种油类和化学介质作用。当聚硫橡胶和环氧树脂混合后，末端的硫醇基(-SH)可以和环氧基发生化学作用，从而参加到固化后的环氧树脂结构中，赋予交联后的环氧树脂较好的柔韧性，大大改善了环氧树脂的抗冲击性能及脆性差的缺点，可满足油污、酸(碱)环境较重的结构加固及防水处理要求。
本发明在甲组分中加入了纳米SiO2，且通过表面包覆处理，成功地解决了纳米材料的极易团聚，不易分散到初级颗粒状态，不能充分发挥纳米材料的性能及作用的问题。纳米SiO2的加入增大了胶与被粘物之间的接触面积，使粘接更稳固、结构更加致密防水，还可增加胶的触变性和分散性，且具有增韧、抗老化等优异性能，可满足防水、防渗要求高的要求。
本发明乙组分中的改性固化剂为苯酚、甲醛、脂肪胺加成物，属挥发性低无毒型胺类固化剂，可在室温、常温、低温、潮湿、干燥条件下固化环氧树脂，具有优良的物理化学性能；促进剂为2，4，6-三(二甲氨基甲基)苯酚，可加快环氧树脂的固化速度；增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯；偶联剂为γ-氨基丙基三乙氧基硅烷，该偶联剂的商品名为KH-550，可提高胶的粘接强度，并使胶接接头更耐介质、耐水、耐老化。另外，在乙组分中还加入有硅微粉、钛微粉和铝粉，其中硅微粉为石英粉，表面含有许多羟基，可降低结构胶施胶过程中的固化放热，减少固化收缩引起的粘接缝隙，同时可提高胶接硬度，提高绝缘性能；钛微粉为二氧化钛粉，亦为一种填料，可提高胶的粘附力、增白、介电、耐老化性能；铝粉可提高胶的粘接强度，耐高温、导热，可减少胶的收缩率。
本发明在使用时以甲∶乙＝0.5～1.5∶0.5～1.5(重量比)的比例混合作用。
本发明甲、乙组分的基本配比(重量份)如下：
甲组分：
E-44型或E-51型环氧树脂                    80-120份
液体聚硫橡胶                              5-30份
水泥(填料)                                100-150份
纳米SiO2                                 3-5份
乙组分：
改性固化剂                                15-40份
促进剂                                    3-10份
增塑剂                                    5-10份
硅微粉                                    60-80份
钛微粉                                    10-20份
铝粉                                      10-30份
KH-550偶联剂γ——氨基丙基三乙氧基硅烷    5-15份
实施例1
甲组分：
E-44型或E-51型环氧树脂                    100份
液体聚硫橡胶                           25份
水泥(填料)                             130份
纳米SiO2                              3份
乙组分：
改性固化剂                             25份
促进剂                                 5份
增塑剂                                 5份
硅微粉                                 70份
钛微粉                                 15份
铝粉                                   10份
KH-550偶联剂γ-氨基丙基三乙氧基硅烷    10份。
本实施例在常规下使用。
实施例2
甲组分：
E-44型或E-51型环氧树脂                 100份
液体聚硫橡胶                           10份
水泥(填料)                             150份
纳米SiO2                              3份
乙组分：
改性固化剂                             25份
促进剂                                 5份
增塑剂                                 5份
硅微粉                                 70份
钛微粉                                 15份
铝粉                                   30份
KH-550偶联剂γ-氨基丙基三乙氧基硅烷    10份。
本实施例耐高温、耐腐蚀、耐油性好，增韧效果好，适用于环境条件较差的场合。
实施例3
甲组分：
E-44型或E-51型环氧树脂                     100份
液体聚硫橡胶                               15份
水泥(填料)                                 130份
纳米SiO2                                  5份
乙组分：
改性固化剂                             35份
促进剂                                 10份
增塑剂                                 5份
硅微粉                                 70份
钛微粉                                 15份
铝粉                                   10份
KH-550偶联剂γ-氨基丙基三乙氧基硅烷    10份
本实施例为水下固化型，适用于潮湿环境或抗渗要求高的场合。由实施例1、2、3的甲、乙组分分别配成的环氧树脂结构胶，其固化试样性能如表1：
             表1  实施例1、2、3固化试样性能与现有技术比较
         试验项目     试验条件 现有技术   实施例1   实施例2 实施例3
内聚抗压强度(MPa)     25℃，7天     56.0     85.0     83.0     80.0
内聚抗拉强度(MPa)     25℃，7天     20.5     32.2     31.5     29.8
钢与钢干面粘结抗拉强度(MPa)     25℃，3天     21.2     30.0     29.5
钢与钢湿面粘结抗拉强度(MPa)     25℃，3天(水下)     27.8
钢与钢干面粘结抗剪强度(MPa)     25℃，3天     16.5     23.5     23.2
钢与钢湿面粘结抗剪强度(MPa)     25℃，3天(水下)     24.0
钢与砼干面粘结抗拉强度     25℃，3天 C40砼破坏 C45砼破坏 C45砼破坏
钢与砼湿面粘结抗拉强度     25℃，3天 C45砼破坏
钢与砼干面粘结抗剪强度     25℃，3天 C40砼破坏 C45砼破坏 C45砼破坏
钢与砼湿面粘结抗剪强度     25℃，3天 C45砼破坏
沸煮抗剪强度(MPa)     沸煮72h     14.2     21.0     22.2     23.1
人工老化抗剪强度(MPa)     1000h     13.8     20.5     21.0     22.4
耐高低温冲击抗剪强度(MPa)     60℃与-10℃交变10个循环 14.0 19.6 21.5 23.0
由以上测试数据可以看出，本发明的加入纳米材料的环氧树脂结构胶与现有的环氧树脂结构胶的性能指标相比，其内聚抗压、抗拉强度，本发明实施例1比现有技术均提高50％以上；钢与钢干面粘结抗拉、抗剪强度，本发明实施例1比现有技术均提高40％以上；耐久性能(包括沸煮、人工老化、耐高低温冲击抗剪强度)，本发明实施例3比现有技术均提高60％以上；钢与砼粘接抗拉(剪)强度，本发明实施例1、2、3比现有技术均使高一个强度等级的砼破坏。

Claims (6)

1、一种含纳米材料的结构胶，其特征在于它由甲、乙两组按下述重量配比的原料组成，其中：
1)甲组分
E-44型或E-51型环氧树脂                       80-120份
液体聚硫橡胶                                 5-30份
填料                                         100-150份
纳米SiO2                                    3-5份
2)乙组分
改性固化剂                                   15-40份
促进剂                                       3-10份
增塑剂                                       5-10份
硅微粉                                       60-80份
钛微粉                                       10-20份
铝粉                                         10-30份
KH-550偶联剂γ--氨基丙基三乙氧基硅烷         5-15份
上述原料使用配比为：甲组分∶乙组分＝0.5～1.5∶0.5～1.5重量份。
2、根据权利要求1所述的含纳米材料的结构胶，其特征在于甲组分中纳米SiO2采用表面包覆处理。
3、根据权利要求1所述的含纳米材料的结构胶，其特征在于甲组分中填料为水泥。
4、根据权利要求1所述的含纳米材料的结构胶，其特征在于乙组分中改性固化剂为苯酚、甲醛、脂肪胺加成物。
5、根据权利要求1所述的含纳米材料的结构胶，其特征在于乙组分中促进剂为2，4，6-三(二甲氨基甲基)苯酚。
6、根据权利要求1所述的含纳米材料的结构胶，其特征在于乙组分中增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯。
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