一种高强度改性环氧树脂修补砂浆及其制备方法

技术领域

本发明涉及修补砂浆制备技术领域，具体为一种高强度改性环氧树脂修补砂浆及其制备方法。

背景技术

环氧树脂是一种高分子聚合物，由于其结构上含有大量的环氧基团，加入活泼氢后，在活泼氢的存在下能够使其开环进而发生固化交联，是目前市场上常用的热固性树脂。

环氧树脂具有优良的耐化学性、耐热性和绝缘性，形成的漆膜附着力强，并且保色性能较强，因此在修补砂浆领域具有广泛的应用。

有机硅共聚物是由分子结构中含有硅元素，并且在硅原子上连接有机官能团的一类聚合物。具有一定的耐腐蚀和耐热的性能，使用有机硅共聚物对环氧树脂进行改性能够增加环氧树脂的强度、耐化学和耐腐蚀性能，但是由于在进行制备过程中需要使用大量的溶剂，当制备结束后通过蒸馏等方式将溶剂进行去除，进而保证产品的合格率，但是溶剂的挥发会导致环境污染，溶剂中含有的二甲苯是一种常见的致癌物，会影响人体健康，因此发明一种高强度改性环氧树脂修补砂浆及其制备方法就显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高强度改性环氧树脂修补砂浆及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种高强度改性环氧树脂修补砂浆，包括甲组分和乙组分，甲组分与乙组分按照质量比的3-5:1混合而成；

所述甲组分由以下重量份数的原料制成，改性环氧树脂50-60份、石英砂40-50份、玻璃纤维10-15份；

所述乙组分为固化剂。

进一步的，所述改性环氧树脂由环氧树脂、对甲基苯磺酸、有机硅共聚物和溶剂制成。

进一步的，所述有机硅共聚物由有机硅单体、正硅酸乙酯、乙醇和碳酸钠制成。

进一步的，所述有机硅单体为一甲基氧三乙氧基硅烷和二甲基二乙氧基硅烷中的一种或两种混合。

进一步的，所述溶剂为乙二醇、二甲苯和丙酮的混合物；

所述乙二醇、二甲苯和丙酮的质量比为7:3:1。

一种高强度改性环氧树脂修补砂浆的制备方法，步骤如下，

S1、有机硅共聚物的制备：

向正硅酸乙酯中加入乙醇，搅拌溶解，加去离子水和酸液，调节pH，加热搅拌，加入有机硅单体，搅拌混匀后加酸调节pH，加热，加入碳酸钠，搅拌均匀后得到有机硅共聚物；

S2、改性环氧树脂的制备：

将环氧树脂加热，加入得到的有机硅共聚物和溶剂，搅拌，搅拌均匀后加入对甲基苯磺酸，加热搅拌，反应结束后进行减压蒸馏，回收溶剂，得到改性环氧树脂；

S3、回收溶剂的处理：

将回收的溶剂冷却，加入氟化钾，搅拌加热，加入氯乙醇，搅拌，搅拌均匀后降温，加入吡啶搅拌，得到的产物A；

S4、甲组分的制备：

向得到的改性环氧树脂中加入石英砂、玻璃纤维和产物A，搅拌，搅拌均匀后得到甲组分；

S5、施工：

施工时将甲组分和乙组分混合，搅拌均匀后得到砂浆，将得到的砂浆涂覆在待处理载体表面，加热固化，得到产品。

进一步的，具体步骤如下，

S1、有机硅共聚物的制备：

向正硅酸乙酯中加入乙醇，搅拌溶解，加去离子水和盐酸，调节pH，pH为3-3.2，加热搅拌，温度为29-32℃，反应时间为1-1.3h，升温至50-53℃，反应时间为2-2.5h，加入有机硅单体，搅拌混匀后加酸调节pH，pH为3-3.2，加热，温度为68-72℃，反应时间为4-4.2h，加入碳酸钠，调节体系pH为碱性，搅拌均匀后进行过滤，除去乙醇，得到有机硅共聚物；

本申请使用正硅酸乙酯和有机硅单体制备有机共聚物，制备得到的有机硅共聚物对环氧树脂进行改性，进而得到改性环氧树脂。本申请加入的正硅酸乙酯一方面参与有机硅聚合物的制备，另一方面，正硅酸乙酯的加入能够提高环氧树脂、石英砂和玻璃纤维质检的粘合度，并且还能够提高产品耐热性能。

S2、改性环氧树脂的制备：

将环氧树脂加热，加入得到的有机硅共聚物和溶剂，搅拌，搅拌均匀后加入对甲基苯磺酸，加热搅拌，温度为80-83℃，反应时间为3-3.2h，反应结束后进行减压蒸馏，回收溶剂，得到改性环氧树脂；

本申请对环氧树脂进行改性，加入制备得到的有机硅共聚物进行改性，环氧树脂中含有仲羟基，有机硅共聚物中含有的烷氧基能够与仲羟基发生缩聚反应，进而得到改性环氧树脂。在制备进行过程中加入的对甲基苯磺酸作为催化剂使用，在制备结束后会通过减压蒸馏伴随溶剂一起蒸出，本申请将蒸出的物质进行回收处理，进而将原料充分利用节约生产成本。

S3、回收溶剂的处理：

将回收的溶剂冷却，加入氟化钾，搅拌加热，加入氯乙醇，搅拌，搅拌均匀后降温，加入吡啶搅拌，得到的产物A；

S4、甲组分的制备：

向得到的改性环氧树脂中加入石英砂、玻璃纤维和产物A，搅拌，搅拌均匀后得到甲组分；

S5、施工：

施工时将甲组分和乙组分混合，搅拌均匀后得到砂浆，将得到的砂浆涂覆在待处理载体表面，加热固化，得到产品。

进一步的，步骤S3的溶剂回收处理，步骤如下，

将回收的溶剂冷却，温度为25-30℃，加入氟化钾，搅拌加热，温度为170-180℃，加入氯乙醇，搅拌，搅拌时间为3-4h，搅拌均匀后降温，温度为0-3℃，加入吡啶搅拌，搅拌时间为3-3.5h，得到的产物加入到甲组分中。

本申请将回收的溶剂进行回收制备，回收的溶剂中主要含有乙二醇、二甲苯和丙酮，其中还含有对甲基苯磺酸，本申请加入了氟化钾和氯乙醇，并且0-3℃下进行反应，反应结束后加入吡啶，加入吡啶后会与对甲基苯磺酸发生反应，进而将对甲苯磺酸去除，减少对环境产生的危害。反应结束后生成新的产物对甲苯磺酸氟乙酯，对甲苯磺酸氟乙酯是一种有效的抗菌剂能够与吡啶同时作用，提高产品的抗菌性能。

本申请使用的溶剂中主要的物质是乙二醇和二甲苯，二甲苯是一种致癌物，在制备过程和使用过程中残留的二甲苯会产生挥发，因此本申请在制备结束进行减压蒸馏将其去除，减少产品对人体的伤害。本申请为了将二甲苯的使用量将至最低加入了丙酮并提高了乙二醇的用量，丙酮和乙二醇的毒性相对较低，进而保证了环境和人体安全。

本申请在回收处理中加入了氟化钾，加入的氟化钾在低温的环境下能够与乙二醇反应，生成2-氟乙醇，得到的2-氟乙醇一方面能够作为抗菌剂使用，能够提高产品的抗菌性能，并且还参与去除对甲基苯磺酸的反应，进而得到对甲苯磺酸氟乙酯，提高产品的抗菌能力，但是由于加入的氯乙醇和产生的2-氟乙醇具有一定的毒性，对人体具有一定的伤害，因此将得到的产物加入到甲组分时需要控制其加入量，进而保证产品的抗菌性能，降低产品在使用过程中有机物挥发对人体产生的危害降到最低。

进一步的，溶剂的回收处理操作需要在氮气的环境下进行。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本申请使用环氧树脂作为修补砂浆的主要原料原因在于环氧树脂具一定的耐化学、耐热和电绝缘性能，以环氧树脂为原料制备成的砂浆具有较强的附着力，在修补砂浆方面具有广泛的应用。

本申请使用有机硅单体对环氧树脂进行改性，有机硅单体具有一定的机械强度，使用有机硅单体对环氧树脂改性能够增加产品的机械强度。本申请在环氧树脂的基础上加入了玻璃纤维，加入的玻璃纤维具有一定的机械强度、耐热和抗腐蚀性能，玻璃纤维的加入能够增加产品的机械强度和抗腐蚀性能。

具体实施方式

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

一种高强度改性环氧树脂修补砂浆，包括甲组分和乙组分，甲组分与乙组分按照质量比的3:1混合而成；

所述甲组分由以下重量份数的原料制成，改性环氧树脂50份、石英砂40份、玻璃纤维10份；

所述乙组分为固化剂。

所述改性环氧树脂由环氧树脂、对甲基苯磺酸、有机硅共聚物和溶剂制成。

所述有机硅共聚物由有机硅单体、正硅酸乙酯、乙醇和碳酸钠制成。

所述有机硅单体为一甲基氧三乙氧基硅烷。

所述溶剂为乙二醇、二甲苯和丙酮的混合物；

所述乙二醇、二甲苯和丙酮的质量比为7:3:1。

一种高强度改性环氧树脂修补砂浆的制备方法，具体步骤如下，

S1、有机硅共聚物的制备：

向正硅酸乙酯中加入乙醇，搅拌溶解，加去离子水和盐酸，调节pH，pH为3，加热搅拌，温度为29℃，反应时间为1h，升温至50℃，反应时间为2h，加入有机硅单体，搅拌混匀后加酸调节pH，pH为3，加热，温度为68℃，反应时间为4h，加入碳酸钠，调节体系pH为碱性，搅拌均匀后进行过滤，除去乙醇，得到有机硅共聚物；

S2、改性环氧树脂的制备：

将环氧树脂加热，加入得到的有机硅共聚物和溶剂，搅拌，搅拌均匀后加入对甲基苯磺酸，加热搅拌，温度为80℃，反应时间为3h，反应结束后进行减压蒸馏，回收溶剂，得到改性环氧树脂；

S3、溶剂回收处理：

将回收的溶剂冷却，温度为25℃，通入氮气，加入氟化钾，搅拌加热，温度为170℃，加入氯乙醇，搅拌，搅拌时间为3h，搅拌均匀后降温，温度为0℃，加入吡啶搅拌，搅拌时间为3h，得到的产物A；

S4、甲组分的制备：

向得到的改性环氧树脂中加入石英砂、玻璃纤维和产物A，搅拌，搅拌均匀后得到甲组分；

S5、施工：

施工时将甲组分和乙组分混合，搅拌均匀后得到砂浆，将得到的砂浆涂覆在待处理载体表面，加热固化，得到产品。

实施例2

一种高强度改性环氧树脂修补砂浆，包括甲组分和乙组分，甲组分与乙组分按照质量比的4:1混合而成；

所述甲组分由以下重量份数的原料制成，改性环氧树脂55份、石英砂45份、玻璃纤维13份；

所述乙组分为固化剂。

所述改性环氧树脂由环氧树脂、对甲基苯磺酸、有机硅共聚物和溶剂制成。

所述有机硅共聚物由有机硅单体、正硅酸乙酯、乙醇和碳酸钠制成。

所述有机硅单体为一甲基氧三乙氧基硅烷和二甲基二乙氧基硅烷的混合物。

所述溶剂为乙二醇、二甲苯和丙酮的混合物；

所述乙二醇、二甲苯和丙酮的质量比为7:3:1。

一种高强度改性环氧树脂修补砂浆的制备方法，具体步骤如下，

S1、有机硅共聚物的制备：

向正硅酸乙酯中加入乙醇，搅拌溶解，加去离子水和盐酸，调节pH，pH为3.1，加热搅拌，温度为30℃，反应时间为1.2h，升温至52℃，反应时间为2.3h，加入有机硅单体，搅拌混匀后加酸调节pH，pH为3.1，加热，温度为70℃，反应时间为4.1h，加入碳酸钠，调节体系pH为碱性，搅拌均匀后进行过滤，除去乙醇，得到有机硅共聚物；

S2、改性环氧树脂的制备：

将环氧树脂加热，加入得到的有机硅共聚物和溶剂，搅拌，搅拌均匀后加入对甲基苯磺酸，加热搅拌，温度为82℃，反应时间为3.1h，反应结束后进行减压蒸馏，回收溶剂，得到改性环氧树脂；

S3、溶剂回收处理：

将回收的溶剂冷却，温度为27℃，通入氮气，加入氟化钾，搅拌加热，温度为175℃，加入氯乙醇，搅拌，搅拌时间为3.5h，搅拌均匀后降温，温度为2℃，加入吡啶搅拌，搅拌时间为3.2h，得到的产物A；

S4、甲组分的制备：

向得到的改性环氧树脂中加入石英砂、玻璃纤维和产物A，搅拌，搅拌均匀后得到甲组分；

S5、施工：

施工时将甲组分和乙组分混合，搅拌均匀后得到砂浆，将得到的砂浆涂覆在待处理载体表面，加热固化，得到产品。

实施例3

一种高强度改性环氧树脂修补砂浆，包括甲组分和乙组分，甲组分与乙组分按照质量比的5:1混合而成；

所述甲组分由以下重量份数的原料制成，改性环氧树脂60份、石英砂50份、玻璃纤维15份；

所述乙组分为固化剂。

所述改性环氧树脂由环氧树脂、对甲基苯磺酸、有机硅共聚物和溶剂制成。

所述有机硅共聚物由有机硅单体、正硅酸乙酯、乙醇和碳酸钠制成。

所述有机硅单体为一甲基氧三乙氧基硅烷和二甲基二乙氧基硅烷中的一种或两种混合。

所述溶剂为乙二醇、二甲苯和丙酮的混合物；

所述乙二醇、二甲苯和丙酮的质量比为7:3:1。

一种高强度改性环氧树脂修补砂浆的制备方法，具体步骤如下，

S1、有机硅共聚物的制备：

向正硅酸乙酯中加入乙醇，搅拌溶解，加去离子水和盐酸，调节pH，pH为3.2，加热搅拌，温度为32℃，反应时间为1.3h，升温至53℃，反应时间为2.5h，加入有机硅单体，搅拌混匀后加酸调节pH，pH为3.2，加热，温度为72℃，反应时间为4.2h，加入碳酸钠，调节体系pH为碱性，搅拌均匀后进行过滤，除去乙醇，得到有机硅共聚物；

S2、改性环氧树脂的制备：

将环氧树脂加热，加入得到的有机硅共聚物和溶剂，搅拌，搅拌均匀后加入对甲基苯磺酸，加热搅拌，温度为83℃，反应时间为3.2h，反应结束后进行减压蒸馏，回收溶剂，得到改性环氧树脂；

S3、溶剂回收处理：

将回收的溶剂冷却，温度为30℃，通入氮气，加入氟化钾，搅拌加热，温度为180℃，加入氯乙醇，搅拌，搅拌时间为4h，搅拌均匀后降温，温度为3℃，加入吡啶搅拌，搅拌时间为3.5h，得到的产物A；

S4、甲组分的制备：

向得到的改性环氧树脂中加入石英砂、玻璃纤维和产物A，搅拌，搅拌均匀后得到甲组分；

S5、施工：

施工时将甲组分和乙组分混合，搅拌均匀后得到砂浆，将得到的砂浆涂覆在待处理载体表面，加热固化，得到产品。

对比例1

一种高强度改性环氧树脂修补砂浆，包括甲组分和乙组分，甲组分与乙组分按照质量比的5:1混合而成；

所述甲组分由以下重量份数的原料制成，环氧树脂60份、石英砂50份、玻璃纤维15份；

所述乙组分为固化剂。

一种高强度环氧树脂修补砂浆的制备方法，具体步骤如下，

S1、甲组分的制备：

向环氧树脂中加入石英砂、玻璃纤维和产物A，搅拌，搅拌均匀后得到甲组分；

S2、施工：

施工时将甲组分和乙组分混合，搅拌均匀后得到砂浆，将得到的砂浆涂覆在待处理载体表面，加热固化，得到产品。

对比例2

一种高强度改性环氧树脂修补砂浆，包括甲组分和乙组分，甲组分与乙组分按照质量比的5:1混合而成；

所述甲组分由以下重量份数的原料制成，改性环氧树脂60份、石英砂50份、玻璃纤维15份；

所述乙组分为固化剂。

所述改性环氧树脂由环氧树脂、对甲基苯磺酸、有机硅共聚物和溶剂制成；

所述有机硅共聚物由有机硅单体、正硅酸乙酯、乙醇和碳酸钠制成。

所述有机硅单体为一甲基氧三乙氧基硅烷和二甲基二乙氧基硅烷中的一种或两种混合。

所述溶剂为乙二醇、二甲苯和丙酮的混合物；

所述乙二醇、二甲苯和丙酮的质量比为7:3:1。

一种高强度改性环氧树脂修补砂浆的制备方法，具体步骤如下，

S1、有机硅共聚物的制备：

向正硅酸乙酯中加入乙醇，搅拌溶解，加去离子水和盐酸，调节pH，pH为3.2，加热搅拌，温度为32℃，反应时间为1.3h，升温至53℃，反应时间为2.5h，加入有机硅单体，搅拌混匀后加酸调节pH，pH为3.2，加热，温度为72℃，反应时间为4.2h，加入碳酸钠，调节体系pH为碱性，搅拌均匀后进行过滤，除去乙醇，得到有机硅共聚物；

S2、改性环氧树脂的制备：

将环氧树脂加热，加入得到的有机硅共聚物和溶剂，搅拌，搅拌均匀后加入对甲基苯磺酸，加热搅拌，温度为83℃，反应时间为3.2h，反应结束后进行减压蒸馏，回收溶剂，得到改性环氧树脂；

S3、甲组分的制备：

向得到的改性环氧树脂中加入石英砂、玻璃纤维，搅拌，搅拌均匀后得到甲组分；

S5、施工：

施工时将甲组分和乙组分混合，搅拌均匀后得到砂浆，将得到的砂浆涂覆在待处理载体表面，加热固化，得到产品。

对比例3

一种高强度改性环氧树脂修补砂浆，包括甲组分和乙组分，甲组分与乙组分按照质量比的5:1混合而成；

所述甲组分由以下重量份数的原料制成，改性环氧树脂60份、石英砂50份、玻璃纤维15份；

所述乙组分为固化剂。

所述改性环氧树脂由环氧树脂、对甲基苯磺酸、有机硅共聚物和溶剂制成。

所述有机硅共聚物由有机硅单体、正硅酸乙酯、乙醇和碳酸钠制成。

所述有机硅单体为一甲基氧三乙氧基硅烷和二甲基二乙氧基硅烷中的一种或两种混合。

所述溶剂为乙二醇、二甲苯和丙酮的混合物；

所述乙二醇、二甲苯和丙酮的质量比为7:3:1。

一种高强度改性环氧树脂修补砂浆的制备方法，具体步骤如下，

S1、有机硅共聚物的制备：

向正硅酸乙酯中加入乙醇，搅拌溶解，加去离子水和盐酸，调节pH，pH为3.2，加热搅拌，温度为32℃，反应时间为1.3h，升温至53℃，反应时间为2.5h，加入有机硅单体，搅拌混匀后加酸调节pH，pH为3.2，加热，温度为72℃，反应时间为4.2h，加入碳酸钠，调节体系pH为碱性，搅拌均匀后进行过滤，除去乙醇，得到有机硅共聚物；

S2、改性环氧树脂的制备：

将环氧树脂加热，加入得到的有机硅共聚物和溶剂，搅拌，搅拌均匀后加入对甲基苯磺酸，加热搅拌，温度为83℃，反应时间为3.2h，反应结束后进行减压蒸馏，回收溶剂，得到改性环氧树脂；

S3、溶剂回收处理：

将回收的溶剂冷却，温度为30℃，通入氮气，加入氟化钾，搅拌加热，温度为180℃，加入氯乙醇，搅拌，搅拌时间为4h，搅拌均匀后降温，温度为3℃，加入吡啶搅拌，搅拌时间为3.5h，得到的产物A；

S4、甲组分的制备：

向得到的改性环氧树脂中加入石英砂、玻璃纤维和产物A，搅拌，搅拌均匀后得到甲组分；

S5、施工：

施工时将甲组分和乙组分混合，搅拌均匀后得到砂浆，将得到的砂浆涂覆在待处理载体表面，加热固化，得到产品。

实验

以实施例3为对照，设置对比例1、对比例2、对比例3，其中，对比例1中不对环氧树脂进行改性，对比例2中不对溶剂进行回收处理，对比例3中在对溶剂处理时不加入吡啶，进行对照实验。

将实施例1、实施例2、实施例3、对比例1、对比例2、对比例3进行拉伸强度和抗菌性能测试，结果如下，

表一

对比例1中不对环氧树脂进行改性，导致对比例1的抗拉伸强度和抗菌率相较于实施例1、实施例2、实施例3较低，说明实施例1、实施例2、实施例3中使用有机硅共聚物对环氧树脂的改性能够增加产品的抗拉伸强度，并且实施例1、实施例2、实施例3中将溶剂进行回收进行处理后产物的加入能够提高产品的抗菌率，进而提高产品的综合性能。

对比例2中不对溶剂进行回收处理，导致对比例2的抗菌率相对于实施例1、实施例2、实施例3低，说明实施例1、实施例2、实施例3中加入溶剂的处理产物对产品的抗菌性能的提高具有一定的效果。

对比例3中在对溶剂处理时不加入吡啶，导致对比例3的抗菌率相对于实施例1、实施例2、实施例3较低，说明实施例1、实施例2、实施例3中加入吡啶后，吡啶在发挥一定抗菌性能的同时还能够与对甲基苯磺酸反应，得到具有抗菌性能的产物，进而提高产品的综合能力。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。