低溫固化環氧灌注結構膠的研制

屈雪艷，胡生祥，吳 歡，曹興園，秦瑞瑞，宮祥怡，赤建玉

（鄭州中原應用技術研究開發有限公司，河南 鄭州 450000）

低溫固化環氧灌注結構膠的研制

屈雪艷，胡生祥，吳 歡，曹興園，秦瑞瑞，宮祥怡，赤建玉

（鄭州中原應用技術研究開發有限公司，河南 鄭州 450000）

研制了一種能低溫固化的環氧灌注結構膠。研究發現，通過硫醇胺固化劑與自制改性胺固化劑并用，并加入活性稀釋劑、填料以及偶聯劑等，制得的環氧膠粘劑在低溫和常溫下的固化速度較為適中，對不銹鋼、混凝土等基材的粘接性能較好。

環氧灌注結構膠；硫醇胺固化劑；低溫固化

環氧樹脂膠粘劑具有粘接范圍廣、粘接強度高、收縮率低、耐化學介質腐蝕、熱穩定性好等優點，在各行各業中得到廣泛應用[1]。環氧灌注結構膠粘劑可用于混凝土裂縫、內部缺陷（蜂窩、孔洞）的灌漿修補，砼與石材、鋼板與混凝土之間的粘合及其他建筑構件的粘接，可廣泛應用于高鐵、地鐵或大壩港口的混凝土裂縫修補[2]、外包鋼粘鋼加固等工程。

目前，市場上最常見的灌注型環氧結構膠粘劑均為雙組分包裝，其固化劑組分大多是由胺類固化劑制得，這類灌注膠在北方冬季施工中，往往1 d甚至更長時間不能固化，影響工期甚至工程質量。針對這些問題，研究發現，加入硫醇胺類物質可以明顯加快低溫下的固化速度，通過配方調整和優化，最終制得的環氧灌注膠產品，在0 ℃左右的低溫下快速固化，對不銹鋼、混凝土等基材具有良好的粘接性能，特別適用于北方地區混凝土裂縫在低溫下的修補加固作業。

1 實驗部分

1.1 原料

環氧樹脂E51，工業級，10 000 mPa·s（25 ℃），岳陽巴陵石化；乙二醇二縮水甘油醚（669）、丙三醇三縮水甘油醚（662），工業級，常州優銳化工；滑石粉、硫醇胺，工業級，市售；自制改性胺固化劑，150 mPa·s（25 ℃）；3-氨丙基三乙氧基硅烷（KH-550），工業級，荊州江漢精細化工。

1.2 實驗儀器

微機控制電子萬能試驗機，CMT4304，深圳新三思材料檢測有限公司；恒溫水浴循環器，HX-1005，鄭州長城科工貿有限公司；數字式黏度計，NDJ-5S,上海菁海儀器有限公司。

1.3 試片和模具處理

鋼片：用砂紙打磨后用潔凈干燥的紗布蘸丙酮將預粘接部位擦拭干凈；模具（不銹鋼）：框內及表面涂抹凡士林或其他脫模劑；混凝土水泥塊：用潔凈干燥的紗布將預粘接部位擦拭干凈，保證無浮灰、渣滓。

1.4 膠粘劑配方

A組分基礎配方：環氧樹脂，100質量份；稀釋劑，30質量份；填料，3～11質量份；

B組分基礎配方（各組分數為相對于環氧樹脂100份時的份數）：硫醇胺固化劑，0～40質量份；自制改性胺固化劑，40～80質量份；促進劑，0～2質量份；偶聯劑，0.5～2質量份。

1.5 性能測試

將恒溫至25 ℃的A、B組分以質量比2：1快速混合攪拌均勻，測其黏度。

分別在常溫（25 ℃）和0 ℃，將A、B組分以質量比2：1混合好的膠液倒入模具中或涂于相應試片上，同時分別測定常溫（25 ℃）和0 ℃的適用期。試片在這2種溫度下固化不同時間后，分別進行拉伸剪切強度、彎曲、壓縮強度等性能的測定。

適用期：按GB/T7123.1—2002測試；鋼-鋼拉伸剪切強度：按GB/T 7124—2008測試；彎曲強度：按GB/T 2570—1995測試；壓縮強度：按GB/T 2569—1995測試；與混凝土的正拉粘接強度：按GB 50367—2006中的附錄F規定測試。

2 結果與討論

2.1 不同稀釋劑對膠粘劑性能的影響

在混凝土裂縫修補等工程施工中，較低黏度的環氧灌注結構膠，流動性好有利于施工，而環氧樹脂一般黏度較大，故需添加稀釋劑使其黏度降低，并且不會降低膠粘劑的其他性能[3]。根據基礎配方，再分別加入二官能團的669和三官能團的662 2種活性稀釋劑，制得的環氧灌注結構膠的黏度及膠粘劑拉剪、彎曲性能的測試結果見表1。

表1 稀釋劑對膠粘劑性能的影響Tab.1 Effect of diluent on adhesive properties

從表1可以看出，加入同樣量的669和662，2者對體系的稀釋效果相當，但加入669的膠粘劑的拉剪、彎曲性能均明顯優于加入662的。

2.2 滑石粉加入量對膠粘劑性能的影響

滑石粉具有助流動、潤滑性好、吸附力強等優良的物理性能，且能一定程度地降低成本[4]，因此選擇滑石粉為填料，并考查了其加入量對膠粘劑黏度、拉伸剪切強度及壓縮強度性能的影響，見表2。

表2 滑石粉加入量對膠粘劑性能的影響Tab.2 Effect of talk powder adding amount on adhesive properties

從表2可以看出，隨著滑石粉添加量的增大，膠粘劑黏度逐漸增大，拉伸剪切強度變化不大，壓縮強度強度呈現先增大后降低的趨勢，且在填料量為7質量份時達到最大值，故滑石粉加入量為7質量份時最好。

2.3 偶聯劑用量對膠粘劑性能的影響

硅烷偶聯劑能大幅度提高膠粘劑的拉伸剪切強度并改善填料在聚合物中的潤濕性和分散性，同時也是優異的粘接促進劑[5]。KH-550的不同加入量對膠粘劑拉伸剪切強度、與混凝土的正拉粘接強度影響見表3。

表3 偶聯劑的用量對膠粘劑性能的影響Tab.3 Effect of coupling agent amount on adhesive properties

由表3可以看出，隨著KH-550加入量的增多，膠粘劑的拉剪強度、與混凝土的正拉粘接強度呈現先增后降的趨勢。當KH-550加入量為1質量份時，綜合性能最佳。

2.4 硫醇胺的不同加入量對膠粘劑黏度及適用期的影響

硫醇胺固化劑屬硫醇類改性胺固化劑，其中的活潑-SH在胺類的存在下，低溫也可與環氧樹脂中的環氧基發生固化反應[6]。考查硫醇胺及自制改性胺固化劑在不同配比下對膠粘劑黏度及適用期的影響見表4。

由表4可見，隨著硫醇胺加入量的增多，膠粘劑黏度逐漸增大，在0 ℃和25 ℃的適用期卻越來越短，表明其固化速度越來越快。當硫醇胺與自制改性胺固化劑質量比大于20：60時，膠粘劑25 ℃的適用期只有3 min或更短，不利于常溫施工。因此，當2者的質量比為20：60時，膠粘劑適用期較為適中，黏度小，較有利于施工。

表4 硫醇胺用量對膠粘劑黏度及適用期的影響Tab.4 Effects of mercapto amine curing agent amount on viscosity and pot life of adhesive

2.5 膠粘劑在不同溫度下的力學性能

膠粘劑在不同溫度下的力學性能見表5。其中，Ⅰ為硫醇胺固化劑與自制改性胺固化劑質量比為20：60時的膠粘劑體系，Ⅱ為硫醇胺固化劑與自制改性胺固化劑質量比為0：80時的膠粘劑體系。

表5 膠粘劑在不同溫度下的力學性能Tab.5 Mechanical properties of adhesives at different temperatures

從表5可以看出，Ⅰ在0 ℃固化2 h時拉剪強度達到0.7 MPa，與混凝土正拉粘接強度達0.2 MPa，固化48 h后可以達到與25 ℃固化48 h后相當的拉剪強度，與混凝土正拉粘接強度達3.8 MPa。Ⅱ在0 ℃或25 ℃時的拉剪、與混凝土的正拉粘接強度隨固化時間增加均上升較慢且與混凝土的正拉粘接強度在0 ℃固化48 h時僅為Ⅰ的一半。添加硫醇胺固化劑的環氧灌注膠表現出優異的低溫、常溫固化性能。

3 結論

選擇加入活性稀釋劑669、填料滑石粉加入量為7質量份、偶聯劑KH-550加入量為1質量份、硫醇胺與自制改性胺固化劑的質量比為20：60時，制備出的膠粘劑黏度小且適用期適中，隨固化時間增加其在0 ℃或25 ℃時的拉伸剪切強度、與混凝土的正拉粘接強度均增長較快且與混凝土的正拉粘接強度在0℃固化48 h時為不加硫醇胺固化劑的2倍。低溫、常溫綜合性能優異。

[1]賀曼羅．環氧樹脂膠粘劑[M]．大連:中國石化出版社,2003:2-5．

[2]曠慶華,劉暉,馮李,等．地鐵工程用彈性環氧封縫膠的研究與應用[J]．粘接,2014,35(8):74-77．

[3]孫曼靈．環氧樹脂應用原理與技術[M]．北京:機械工業出版社,2002:255-261．

[4]殷代武,譚卉文．滑石粉的應用特性及表面改性[J]．廣東化工,2013,40(18):75．

[5]郭云亮．偶聯劑的種類和特點及應用[J]．橡膠工業,2003,50(11):692-694．

[6]賀曼羅．環氧樹脂膠粘劑[M]．大連:中國石化出版社,2003:85．

Development of epoxy filling structural adhesives curable at low temperature

QU Xue-yan,HU Sheng-xiang,WU Huan,CAO Xing-yuan,QIN Rui-rui,GONG Xiang-yi,CHI Jian-yu
(Zhengzhou Zhongyuan Applied Technology Research and Development Co．,Ltd．, Zhengzhou, Henan 450000, China)

A kind of low temperature curable epoxy filling structure adhesive was prepared． It was found that through combining the mercapto amine curing agent and the self-made modified amine curing agent and adding the reactive diluent, powder filler and a coupling agent, etc． the prepared adhesive had the moderate curing speed at low and room temperature． The adhesive had better bonding properties to stainless steel, concrete and other substrates．

epoxy filling structural adhesive; mercapto amine curing agent; low-temperature curing

TQ433.4+37

A

1001-5922（2015）08-0071-03

2014-08-28

屈雪艷（1982-），女，碩士，工程師，主要從事環氧膠粘劑方面的研究。E-mail：ptz.star@163.com。