一種高強度聚氨酯改性環氧建築結構膠及其製造方法

2023-12-09 07:57:51 1

專利名稱：：一種高強度聚氨酯改性環氧建築結構膠及其製造方法
技術領域：
：本發明涉及一種建築行業使用的膠粘劑，尤其涉及一種高強度的結構加固用膠粘劑。
背景技術：
：1979年我國開始使用和研究建築結構膠，至今經歷了30個年頭。因適逢我國改革開放的大好時機，建築行業的科技進步和市場需求，都得到了飛速的發展。到目前為止，國內建築結構膠生產與研發單位接近300家，各種建築結構膠基本上都能生產。進入21世紀，國內碳纖維材料製造技術曰趨成熟，大量碳纖維材料製品如碳纖維布、碳纖維板開始應用於建築加固施工中。國家標準《混凝土加固設計規範》(GB50367—2006)中對碳纖維加固用膠(底塗樹脂、修補膠、浸漬樹脂)尤其是浸漬樹脂做了嚴格的規範要求。但是現有市場上的碳纖維浸漬樹脂質量良莠不齊，主要存在不均勻扯離強度達不到標準要求的20KN/m;產品固化後膠體不是偏軟就是偏脆等問題，這必然影響複合材料整體性能的發揮，從而導致複合材料整體破壞或纖維布補強後仍達不到構件設計承載要求，給工程埋下隱患。環氧樹脂膠粘劑是一種反應型膠粘劑，固化時形成三維化學交聯結構，粘結強度高，耐熱性、耐介質性和耐老化性能優良。但單獨的環氧樹脂固化後脆性大、延伸率低、易開裂，通常需要對其進行改性處理。常用的改性方法有採用液體聚硫橡膠改性和液體丁腈橡膠改性等。採用液體聚硫橡膠改性環氧樹脂存在氣味臭的缺點，採用液體丁腈橡膠改性則存在相溶性差、固化需要加溫固化等缺點，改性效果並不理想。
發明內容針對碳纖維布加固用膠粘劑的使用特點和質量要求，本發明提供了一種改性環氧膠粘劑。這種膠粘劑使用聚氨酯預聚體來改進環氧樹脂膠粘劑的應力應變特性，使其韌性提高，延伸率增大，當碳纖維複合材料受力時，不至於因受力而導致膠層開裂，保證碳纖維複合材料的整體性能。同時還使用改性胺固化劑，這種固化劑經脂環族環氧化合物來改性脂肪胺和脂環胺，再與芳香族胺混合而成，使固化後的膠體在擁有高模量的同時伸長率有顯著的提高，同時還具有優良的耐溫性、耐介質性和耐老化性能。本發明具體的技術方案如下-1、聚氨酯預聚體的製備選擇聚醚多元醇3010、3050和TDI為原材料製備聚氨酯預聚體，具體方法如下在裝有攪拌器、滴液漏鬥、回流冷凝器、抽真空管、水浴加熱裝置的反應器中，加入平均分子量為3000的聚醚多元醇100份，開攪拌，升溫到90°C，啟動真空泵對反應器抽真空脫水，真空度為0.0920.095MPa，抽真空2小時，除去聚醚多元醇中的水分。然後降溫至60。C，消除真空，經滴液漏鬥加入TDI520份，在6(TC條件下反應1小時，升溫到7(TC反應l小時，再升溫到85"C反應13小時，取樣測試游離異氰酸酯基，游離異氰酸酯基含量為預聚體質量的35%為合格。2、改性環氧建築結構膠粘劑A組份的製備A組分所用的原材料環氧樹脂包括雙酚A環氧樹脂E—44、E—51、E—56,雙酚F環氧樹脂D.E.R-354或它們的的混合物，佔A組份重量的8090%。活性稀釋劑包括501、662、669、678活性稀釋劑或它們的混合物，佔A組分重量的515%。聚氨酯預聚體自製，佔A組份重量的25W。納米粉體材料包括納米Si02、納米Al203，平均粒徑在7—40nm，佔A組份重量的25%。有機矽烷偶聯劑包括KH—550、KH—560、KH—570或他們的混合物，佔A組份重量的13呢。上述各組份的重量分數之和為100%。A組份的製備方法(1)在高速分散機中加入活性稀釋劑，開動攪拌，調節轉速為100200轉/分，慢慢加入納米粉體材料，再調節轉速至30005000轉/分，連續攪拌3060分鐘，取出納米粉體材料分散液備用。(2)在反應容器中加入環氧樹脂，開動攪拌，加入自製的聚氨酯預聚體，向反應器夾套中通蒸汽升溫，當溫度升至60。C時，保溫反應l小時，再升溫到85。C，保溫反應13小時，停送蒸汽，繼續攪拌自然冷卻緩慢降溫，當溫度降至6(TC時，加入納米粉體材料分散液，繼續攪拌12小時，然後加入有機矽烷偶聯劑，再攪拌1小時，然後用200目濾網過濾出料。3、改性環氧建築結構膠粘劑B組份的製備B組份由改性胺固化劑，芳香胺固化劑、促進劑和有機矽烷偶聯劑組成。(l)改性胺固化劑的製備在反應容器中加入脂肪胺2mo1、脂環胺lmol，啟動攪拌，慢慢開始滴加2.5mol環氧當量為8486，分子中含有兩個環氧基團的脂環族環氧樹脂，加料時間為2小時，加料過程中物料溫度自然上升到405(TC。在4050。C溫度範圍內保溫反應12小時，然後升溫到7080。C保溫反應23小時，降溫到3(TC得到改性胺固化劑。(2)製備B組份所用原材料及用量改性胺固化劑所用脂肪胺為乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺或他們的混合物；脂環胺為異佛爾酮二胺、環己二胺或它們的混合物；脂環族環氧樹脂為YJ—118環氧樹脂。改性胺固化劑佔B組份的重量份數為2078%。B組份中芳香胺固化劑為701芳香胺固化劑，重量份數為2078%。B組份所用促進劑是2，4，6—(甲氨基甲基)苯酚，商品名稱是DMP一30，重量份數為15%。B組份中有機矽偶聯劑，包括KH—550、KH—560、KH—570或他們的混合物，重量份數為13%。B組份中各組成成分的重量分數之和為100%。(3)B組份的製備分別將改性胺固化劑、701芳香胺固化劑加入反應器中，開動攪拌，加入DMP—30促進劑和有機矽烷偶聯劑，升溫到405(TC，攪拌3060分鐘，然後用200目濾網過濾出料，得到B組份。具體實施例方式實施例l(l)聚氨酯預聚體的製備聚氨酯預聚體製備時投料量和游離異氰酸基含量見表1。表1聚氨酯預聚體的製備8tableseeoriginaldocumentpage9制各方法-在裝有攪拌器、滴液漏鬥、回流冷凝器、抽真空管、水浴加熱裝置的反應器中，加入100g聚醚多元醇，開攪拌，升溫到9(TC，抽真空2小時，真空度為0.0920.095MPa。然後降溫至6(TC，消除真空，經滴液漏鬥加入TDI,加量如表1。在60。C條件下反應1小時，升溫到7(TC反應1小時,再升溫到85t:反應l小時，降至常溫，取樣測試游離異氰酸酯基。(2)改性環氧建築結構膠粘劑A組份的製備A組份的配料環氧樹脂E—4450.0gE_5150.0g活性稀釋劑50110.0g聚氨酯預聚體3.0g納米粉體材料Si023.0g有機矽烷偶聯劑KH—5601.2gA組份製備方法在高速分散機中加入活性稀釋劑，開動攪拌，調節轉速為100200轉/分，慢慢加入納米粉體材料，再調節轉速至30005000轉/分，連續攪拌30分鐘，取出納米粉體材料分散液備用。在帶攪拌、加料漏鬥和加熱裝置的反應器中加入環氧樹脂，開動攪拌，加入自製的聚氨酯預聚體，開啟加熱裝置，使物料溫度保持6(TC反應1小時，再升溫到85。C，保溫反應l小時，停止加熱，繼續攪拌自然冷卻緩慢降溫，當溫度降至6(TC時，加入納米粉體材料分散液，繼續攪拌l小時，然後加入有機矽垸偶聯劑，再攪拌1小時，然後用200目濾網過濾出料，得到A組分。(3)改性環氧建^[結構膠粘劑B組分的製備改性胺固化劑的製備在帶攪拌、加料漏鬥和加熱裝置的反應器中加入2mo1二乙烯三胺、lmol的異佛爾酮二胺，開啟攪拌，經滴液漏鬥滴加2.5mo1的YJ—118型環氧樹脂，加料時間為2小時，物料溫度上升至4050。C。在4050。C保溫反應2小時，然後升溫到708(TC保溫反應2小時，降溫到3(TC出料得到改性胺固化劑。B組份的配料改性胺固化劑50.0g701固化劑50.0gDMP—30促進劑3.0g有機矽烷偶聯劑KH—5502.5gB組份製備方法將改性胺固化劑加入反應器中，分別加入701芳香胺固化劑、開啟攪拌，加入DMP—30促進劑和KH—550有機矽垸偶聯劑，升溫到4050°C，攪拌30分鐘，然後用200目濾網過濾出料得到B組份。(4)聚氨酯改性環氧建築結構膠粘劑的配置和測試在使用前，將A組份、B組份以重量比2.53.5:1的比例稱量，混合均勻，即可使用。測試參照國家標準《混凝土加固設計規範》(GB50367_2006)中相關規定進行測試。測試結果見表2。實施例2A組份的配料環氧樹脂E—4480.0gD.E.R-35420.0g活性稀釋劑50110.0g6783.0g聚氨酯預聚體4.0g納米粉體材料Si023.0g有機矽烷偶聯劑KH—5601.5g其餘同實施例1製備方法和測試方法同實施例1，測試結果見表2。實施例3A組份的配料環氧樹脂E—5140.0gE—5640.0gD.E.R-35420.0g活性稀釋劑5015.0g6785.0g聚氨酯預聚體3.0g納米粉體材料Si023.0g有機矽烷偶聯劑KH—5601.8g其餘同實施例1製備方法和測試方法同實施例1，測試結果見表2。實施例4B組份的配料改性胺固化劑75.0g701固化劑25.0gDMP—30促進劑3.0g有機矽烷偶聯劑KH—5502.Og其餘同實施例1製備方法和測試方法同實施例1，測試結果見表2。實施例5B組份的配料改性胺固化劑25.Og701固化劑75.OgDMP—30促進劑3.Og有機矽垸偶聯劑KH—5502.Og其餘同實施例1製備方法和測試方法同實施例1，測試結果見表2。比較例A組份配料為環氧樹脂E—4450.OgE—5150.Og活性稀釋劑50110.Og納米粉體材料Si023.0g有機矽烷偶聯劑KH—5601.5gA組份製備方法-在帶攪拌、加料漏鬥和加熱裝置的反應器中加入環氧樹脂，開動攪拌，加入環氧樹脂E44和E51，開啟加熱裝置，給物料升溫到6(TC，加入501活性稀釋劑，攪拌1小時。然後加入KH_560有機矽偶聯劑，繼續攪拌1小時，用200目濾網過濾出料，得到A組份。B組份的配料為二乙烯三胺30.0g異佛爾酮二胺20.0g701固化劑50.0gDMP—30促進劑3.0g12有機矽烷偶聯劑KH—5502.OgB組份製備方法分別將二乙烯三胺、異佛爾酮一-胺、701芳香胺固化劑加入反應器中，開動攪拌，加入DMP—30促進劑和有機矽烷偶聯劑，升溫到405(TC，攪拌3060分鐘，然後用200目濾網過濾出料，的到B組份。測試方法同實施例l，測試結果見表2。表2碳纖維浸漬樹脂技術指標tableseeoriginaldocumentpage13權利要求1、一種高強度聚氨酯改性環氧建築結構膠，其特徵是由A、B兩組分組成，A組分由重量份數為80～90％的環氧樹脂、重量份數為5～15％的活性稀釋劑、重量份數為2～5％的聚氨酯預聚體、重量份數為2～5％的納米粉體材料、重量份數為1～3％的有機矽烷偶聯劑組成，各組份的重量百分數之和為100％；B組分由重量份數為20～78％的改性胺固化劑、重量份數為20～78％的芳香胺固化劑、重量份數為1～5％促進劑、重量份數為1～3％的有機矽烷偶聯劑組成，各組份的重量百分數之和為100％。2、根據權利要求1所述的高強度聚氨酯改性環氧建築結構膠，其特徵是A組分與B組分按重量比2.53.5:1混合而成。3、根據權利要求1所述的高強度聚氨酯改性環氧建築結構膠，其特徵是聚氨酯預聚體由聚醚多元醇3010、3050或它們的混合物與TDI反應製得，預聚體的游離異氰酸酯基含量為預聚體的35%。4、根據權利要求1所述的高強度聚氨酯改性環氧建築結構膠，其特徵是A組份中環氧樹脂為雙酚A環氧樹脂E—44、E—51、E—56，雙酚F環氧樹脂D.E.R-354或它們的混合物；活性稀釋劑是501、662、669、678或它們的混合物；納米粉體材料是納米Si02、納米AU)3，平均粒徑在7—40nm;有機矽烷偶聯劑是KH—550、KH—560、KH—570或它們的混合物。5、根據權利要求1所述的高強度聚氨酯改性環氧建築結構膠，其特徵是改性胺固化劑由脂肪胺、脂環胺與脂環族環氧樹脂混合反應製得。6、根據權利要求1所述的高強度聚氨酯改性環氧建築結構膠，其特徵是B組份中芳香胺固化劑為701芳香胺固化劑。7、根據權利要求1所述的高強度聚氨酯改性環氧建築結構膠，其特徵是B組份中促進劑是DMP—30，有機矽垸偶聯劑是KH—550、KH—560、KH—570或是它們的混合物。8、根據權利要求3所述的高強度聚氨酯改性環氧建築結構膠，其特徵是聚氨酯預聚體的合成方法為在裝有攪拌器、滴液漏鬥、回流冷凝器、抽真空管、水浴加熱裝置的反應器中，加入平均分子量為3000的聚醚多元醇，開攪拌，升溫到90。C，啟動真空泵對反應器抽真空脫水，真空度為0.0920.095MPa，抽真空2小時，除去聚醚多元醇中的水分。然後消除真空降溫至6(TC,經滴液漏鬥加入TDI，在60。C條件下反應1小時，升溫到7(TC反應1小時，再升溫到85°。反應13小時，取樣測試游離異氰酸酯基，游離異氰酸酯基含量為預聚體質量的35%為合格。9、根據權利要求4所述的高強度聚氨酯改性環氧建築結構膠，其特徵是改性胺固化劑的合成方法是在反應容器中加入脂肪胺2mo1、脂環胺lmol，啟動攪拌，慢慢開始滴加2.5mol環氧當量為8486、分子中含有兩個環氧基團的脂環族環氧樹脂，加料時間為2小時，加料過程中物料溫度自然上升到405(TC。在4050。C溫度範圍內保溫反應12小時，然後升溫到7080。C保溫反應23小時，降溫到3(TC出料得到改性胺固化劑。10、根據權利要求1所述的高強度聚氨酯改性環氧建築結構膠，其特徵是製備方法是(l)A組份的製備在反應容器中按重量比加入環氧樹脂，開動攪拌，加入自製的聚氨酯預聚體，向反應器夾套中通蒸汽升溫，當溫度升至6(TC時，保溫反應l小時，再升溫到85-C，保溫反應13小時，停送蒸汽，繼續攪拌自然冷卻緩慢降溫，當溫度降至6(TC時，加入納米粉體材料分散液，繼續攪拌12小時，然後加入有機矽烷偶聯劑，再攪拌1小時，然後用200目濾網過濾出料。(2)B組份的製備分別按重量比將改性胺固化劑、701芳香胺固化劑加入反應器中，開動攪拌，加入DMP—30促進劑和有機矽垸偶聯劑，升溫到405(TC，攪拌3060分鐘，然後用200目濾網過濾出料。(3)聚氨酯改性環氧建築結構膠粘劑的製備將A組份與B組份按重量比2.53.5:1稱量後充分混合均勻，得到結構膠粘劑，即可直接使用。全文摘要本發明公開了一種高強度聚氨酯改性環氧建築結構膠及其製造方法。這種高強度聚氨酯改性環氧建築結構膠，由A、B兩組份組成，其中A組份由重量份數為82～95％聚氨酯改性環氧樹脂、重量份數為5～15％的活性稀釋劑、重量份數為2～5％的納米粉體材料和重量份數為1～3％的有機矽烷偶聯劑組成；B組份由重量份數為20～78％的改性胺固化劑、重量份數為20～78％的芳香胺固化劑、重量份數為1～5％的促進劑和重量份數為1～3％的有機矽烷偶聯劑組成。本發明的高強度聚氨酯改性環氧建築結構膠和普通環氧樹脂建築結構膠相比，具有更高的膠體強度、粘結強度和膠體伸長率。文檔編號C09J163/00GK101475788SQ200910042499公開日2009年7月8日申請日期2009年1月15日優先權日2009年1月15日發明者輝劉,李冬月,王理堯,袁素珍申請人:湖南神力實業有限公司