一种粘钢用高断裂伸长率胶黏剂及其制备方法

技术领域

本申请涉及建筑结构加固胶技术领域，尤其是涉及一种粘钢用高断裂伸长率胶黏剂及其制备方法。

背景技术

粘钢用胶黏剂亦称粘钢胶，用于将钢板粘结于混凝土构件表面进行粘钢加固，使钢板与混凝土形成统一的整体，利用钢板良好的抗拉强度达到增强构件承载能力及刚度的目的。环氧类粘钢胶具有足够的抗拉强度及硬度，但是由于其脆性较大，与钢板的拉伸韧性不匹配，容易发生因钢板拉伸长度增加而环氧粘钢胶脆性破坏的情况，因此，需要尽可能增强环氧粘钢胶的拉伸韧性，增加其断裂伸长率。

发明内容

为了解决上述技术问题，本申请提供了一种粘钢用高断裂伸长率胶黏剂及其制备方法。

第一方面，本申请提供的一种粘钢用高断裂伸长率胶黏剂，是通过以下技术方案得以实现的：

一种粘钢用高断裂伸长率胶黏剂，包括A组分和B组分，所述A组分主要是由以下重量份原料制成：

5-30份的E-44环氧树脂；

60-90份的E-51环氧树脂；

5-10份的双酚F型环氧树脂170；

10-20份的稀释剂；

1-3份的偶联剂；

5-10份的触变剂；

10-20份的增韧剂；

50-100份的填料A；

所述B组分主要是由以下重量份原料制成：

40-60份的固化剂；

1-5份的触变剂；

1-5份的固化促进剂；

1-3份的偶联剂；

25-60份的填料B；

A组分中的填料A和B组分中的填料B为无偶联剂改性的非活性硅微粉。

通过采用上述技术方案，本申请具有较好的拉伸韧性，断裂伸长率在2.0％以上。且本申请克服了技术偏见，通常认为活性硅微粉可以使树脂与填料结合更紧密，相容性更好，而消泡剂可以消除固化过程中的小起泡，使固化后整体缺陷更少，因此，固化后的胶体整体性能更佳，断裂伸长率更大，例如专利《一种高强度高断裂伸长率环氧粘钢胶及其制备方法》。但是，本申请经过试验发现，使用活性硅微粉及添加消泡剂的断裂伸长率要远远低于使用非活性硅微粉及不添加消泡剂，甚至不能达到国标，这可能是由于活性硅微粉提升了树脂与硅微粉的相容性，消泡剂较少了缺陷，使得胶体固化后交联密度更大，整体紧密型更强，因此，刚性更大，断裂伸长率更小，这与使用活性硅微粉及添加消泡剂的压缩、弯曲、拉伸强度更大但断裂伸长率更低的试验数据也一致。

优选的，所述增韧剂为热塑性弹性体类环氧增韧剂QS-BE、聚氨酯预聚体增韧剂PU中的一种或两种组合。

通过采用上述技术方案，可提升粘钢用高断裂伸长率胶黏剂的断裂伸长率。

优选的，所述聚氨酯预聚体增韧剂PU的制备方法：

S1，将聚醚多元醇脱水，得到脱水聚醚多元醇；

S2，在脱水聚醚多元醇中加入三羟甲基丙烷、二月桂酸二丁基锡与异佛尔酮二异氰酸酯，并在氮气氛围下85～90℃条件下反应约2-2.5h，通过检测反应物中的-NCO基团含量确定反应终点，当检测反应物中的-NCO基团含量为3.3％时即停止反应；

S3，向反应物中添加适量的丁酮肟，所述丁酮肟中酮肟基团与-NCO基团摩尔比为1：(1.04-1.06)，再次加热到85～90℃进行反应55-65min，通过检测反应物中的-NCO基团含量确定反应终点，当检测反应物中的-NCO基团含量为0％时即达到反应终点，停止反应，即得到聚氨酯预聚体增韧剂PU。

本申请的制备方法相对简单，便于工业化生产制造。且所制备的预聚体聚氨酯类增韧剂PU，可大幅提升粘钢用高断裂伸长率胶黏剂的断裂伸长率。

优选的，所述聚醚多元醇为数均分子量1000-5000的聚醚DL 1000D～5000D；所得S2中的脱水聚醚多元醇质量为298g，三羟甲基丙烷质量为2.2g，二月桂酸二丁基锡为滴管2滴；所述S3中丁酮肟的用量为18.04g。

本申请中制备的粘钢用高断裂伸长率胶黏剂的关键点在于：添加自行制备预聚体聚氨酯类增韧剂PU、无偶联剂改性的非活性硅微粉且不添加消泡剂，可保证得到具有较好的拉伸韧性，断裂伸长率在2.0％以上的粘钢用高断裂伸长率胶黏剂，满足《混凝土结构加固设计规范》(GB50367-2013)、《建筑结构加固工程施工质量验收规范》(GB50550-2010)、《工程结构加固材料安全性鉴定技术规范》(GB50728-2011)的要求。优选，聚醚多元醇为数均分子量2000-4000的聚醚DL 2000D～4000D。

优选的，所述E-44环氧树脂、E-51环氧树脂、双酚F型环氧树脂170的质量比为10：(80-85)：(5-10)。

通过采用上述技术方案，E-44树脂与E-51树脂相比拥有更好的粘结性能，同时环氧值较低，交联密度相对较小，有利于增大断裂伸长率，但同时其弯曲、拉伸、压缩强度会较低，且黏度较大，因此，以E-51树脂为主，E-44添加适当比例较为合适，添加双酚F170树脂的目的为：减小胶体在低温情况下的结晶可能性，因此，通过将E-44环氧树脂、E-51环氧树脂、双酚F型环氧树脂170的质量比为10：(80-85)：(5-10)可保证本申请具有较好的拉伸韧性、断裂伸长率，同时具有较好的弯曲、拉伸、压缩强度、耐低温结晶性能。

优选的，所述A组分中的偶联剂为环氧官能团硅烷偶联剂KH-560；所述B组分中的偶联剂为胺基官能团硅烷偶联剂KH-550。

通过采用上述技术方案，KH-560适用于环氧树脂体系，KH-550适用于B组分中的固化体系，可保证本申请中制备的粘钢用高断裂伸长率胶黏剂质量。

优选的，所述A组分中稀释剂为缩水甘油醚类稀释剂XY622、XY692中的至少一种。

通过采用上述技术方案，稀释剂XY692为单官能团稀释剂，XY622为双官能团稀释剂，XY692的稀释效果更好，而XY622能提供更高的交联密度进而改善物理性能。

优选的，所述A组分中的触变剂和B组分中的触变剂均为疏水型气相白炭黑R202、M5中的一种。

通过采用上述技术方案，可保证本申请中制备的粘钢用高断裂伸长率胶黏剂质量。

优选的，所述B组分中的固化促进剂为K54；所述B组分中的固化剂为脂环胺改性固化剂。

通过采用上述技术方案，可保证本申请中制备的粘钢用高断裂伸长率胶黏剂质量。

第二方面，本申请提供的一种粘钢用高断裂伸长率胶黏剂的制备方法，是通过以下技术方案得以实现的：

一种粘钢用高断裂伸长率胶黏剂的制备方法，包括以下步骤：

A组分制备方法：取E-44环氧树脂5-30份，E-51环氧树脂60-90份，170双酚F型环氧树脂5-10份，稀释剂10-20份，偶联剂1-3份，增韧剂10-20份，混合均匀后加入填料50-100份，再次混合均匀后加入触变剂5-10份，再次混合均匀后，制得A组分；B组分的制备方法：取固化剂40-60份，固化促进剂1-5份，偶联剂1-3份，混合均匀后加入填料30-60份，再次混合均匀后加入触变剂1-5份，再次混合均匀后，制得B组分

本申请的制备方法相对简单，便于工业化生产制造。

综上所述，本申请具有以下优点：

1、本申请具有较好的拉伸韧性，断裂伸长率在2.0％以上。

2、本申请的制备方法相对简单，便于工业化生产制造。

3、本申请克服了技术偏见，通常认为活性硅微粉可以使树脂与填料结合更紧密，相容性更好，而消泡剂可以消除固化过程中的小起泡，使固化后整体缺陷更少，因此，固化后的胶体整体性能更佳，断裂伸长率更大，例如专利《一种高强度高断裂伸长率环氧粘钢胶及其制备方法》。但是，本申请经过试验发现，使用活性硅微粉及添加消泡剂的断裂伸长率要远远低于使用非活性硅微粉及不添加消泡剂，甚至不能达到国标，这可能是由于活性硅微粉提升了树脂与硅微粉的相容性，消泡剂较少了缺陷，使得胶体固化后交联密度更大，整体紧密型更强，因此，刚性更大，断裂伸长率更小，这与使用活性硅微粉及添加消泡剂的压缩、弯曲、拉伸强度更大但断裂伸长率更低的试验数据也一致。

4、E-44环氧树脂、E-51环氧树脂、双酚F型环氧树脂170复配制备的粘钢用高断裂伸长率胶黏剂具有较好的拉伸韧性、断裂伸长率，同时具有较好的弯曲、拉伸、压缩强度、耐低温结晶性能。

5、本申请中制备的粘钢用高断裂伸长率胶黏剂的关键点在于：添加自行制备预聚体聚氨酯类增韧剂PU、无偶联剂改性的非活性硅微粉且不添加消泡剂，可保证得到具有较好的拉伸韧性，断裂伸长率在2.0％以上的粘钢用高断裂伸长率胶黏剂，满足《混凝土结构加固设计规范》(GB50367-2013)、《建筑结构加固工程施工质量验收规范》(GB50550-2010)、《工程结构加固材料安全性鉴定技术规范》(GB50728-2011)的要求。

具体实施方式

以下结合对比例和实施例对本申请作进一步详细说明。

制备例

聚氨酯预聚体增韧剂PU的制备方法：

S1，将聚醚多元醇脱水，聚醚多元醇为数均分子量为3000的聚醚DL-3000D，脱水温度为110℃，脱水时间为120min，得到脱水聚醚多元醇；

S2，在脱水聚醚多元醇298g中加入三羟甲基丙烷2.2g、滴管2滴的二月桂酸二丁基锡与异佛尔酮二异氰酸酯68.35g，并在氮气氛围下85～90℃条件下反应约2h，通过检测反应物中的-NCO基团含量确定反应终点，当检测反应物中的-NCO基团含量为3.3％时即停止反应；

S3，向反应物中添加18.04g的丁酮肟，再次加热到85～90℃进行反应60min，通过检测反应物中的-NCO基团含量确定反应终点，当检测反应物中的-NCO基团含量为0％时即达到反应终点，停止反应，即得到聚氨酯预聚体增韧剂PU。

实施例

实施例1

本申请公开的一种粘钢用高断裂伸长率胶黏剂，包括A组分和B组分。

A组分主要是由以下重量份原料制成：

10份的E-44环氧树脂；

85份的E-51环氧树脂；

5份的双酚F型环氧树脂170；

5份的稀释剂XY622；

5份的稀释剂XY692；

1份的偶联剂KH-560；

5份的触变剂M5；

10份的增韧剂QS-BE；

50份的无偶联剂改性的非活性硅微粉。

B组分主要是由以下重量份原料制成：

55份的脂环胺改性固化剂J002r；

2份的触变剂M5；

3份的固化促进剂K54；

1份的偶联剂KH-550；

27份的无偶联剂改性的非活性硅微粉。

一种粘钢用高断裂伸长率胶黏剂的制备方法：A组分制备方法：取E-44环氧树脂10份，E-51环氧树脂85份，170双酚F型环氧树脂5份，稀释剂XY622 5份，稀释剂XY6925份，偶联剂KH-560 1份，增韧剂QS-BE 10份，混合均匀后加入填料-无偶联剂改性的非活性硅微粉50份，再次混合均匀后加入触变剂M5 5份，再次混合均匀后，制得A组分；B组分的制备方法：取脂环胺改性固化剂55份，固化促进剂K54 3份，偶联剂KH-550 1份，混合均匀后加入填料-无偶联剂改性的非活性硅微粉27份，再次混合均匀后加入触变剂M52份，再次混合均匀后，制得B组分；

使用时，将计量准确的A、B混合均匀后，常温固化即形成粘钢用高断裂伸长率胶黏胶。

实施例2

实施例2与实施例1的区别在：

A组分主要是由以下重量份原料制成：30份的E-44环氧树脂；60份的E-51环氧树脂；10份的双酚F型环氧树脂170；10份的稀释剂XY692；1份的偶联剂KH-560；5份的触变剂M5；10份的增韧剂QS-BE；50份的无偶联剂改性的非活性硅微粉。

实施例3

实施例3与实施例1的区别在：

A组分主要是由以下重量份原料制成：

10份的E-44环氧树脂；

85份的E-51环氧树脂；

5份的双酚F型环氧树脂170；

10份的稀释剂XY622；

1份的偶联剂KH-560；

3份的触变剂M5；

15份的制备例1中的聚氨酯预聚体增韧剂PU；

50份的无偶联剂改性的非活性硅微粉。

B组分主要是由以下重量份原料制成：

55份的脂环胺改性固化剂；

2份的触变剂M5；

3份的固化促进剂K54；

1份的偶联剂KH-550；

52份的无偶联剂改性的非活性硅微粉。

此外，实施例3与实施例1的区别是：使用时，将计量准确的A、B混合均匀后，置于160-180℃温度下固化，即形成粘钢用高断裂伸长率胶黏胶。

实施例4

实施例4与实施例1的区别在：

A组分主要是由以下重量份原料制成：

10份的E-44环氧树脂；

85份的E-51环氧树脂；

5份的双酚F型环氧树脂170；

10份的稀释剂XY622；

1份的偶联剂KH-560；

3份的触变剂M5；

15份的制备例1中的聚氨酯预聚体增韧剂PU；

100份的无偶联剂改性的非活性硅微粉；

B组分主要是由以下重量份原料制成：

55份的脂环胺改性固化剂；

2份的触变剂M5；

3份的固化促进剂K54；

1份的偶联剂KH-550；

77份的无偶联剂改性的非活性硅微粉。

此外，实施例4与实施例1的区别是：使用时，将计量准确的A、B混合均匀后，置于160-180℃温度下固化，即形成粘钢用高断裂伸长率胶黏胶。

对比例

对比例1

一种建筑结构胶黏剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：参照《化工新型材料》2017年04期中“环氧－聚醚端基改性硅油合成与工艺研究”制备一种端环氧嵌段聚醚硅油T01，本申请中，在端环氧嵌段聚醚硅油T01的制备过程中，按照分子设计n＝1、m＝2进行投料，该端环氧嵌段聚醚硅油T01的平均分子量约为492；

步骤二：制备甲组份：首先按照重量比例称取75份液体组份双酚A环氧树脂CYD128、10份活性环氧稀释剂XY622、15份端环氧嵌段聚醚硅油T01、1份偶联剂KH560，并依次加入搅拌器中，搅拌均匀，然后按照重量比例称取58份固体组份活性硅微粉(400目)和2份触变剂A200，并依次加入液体组份混合体系中，-0.02MPa～-0.095MPa的真空条件下搅拌1小时，出料，包装，即得到甲组份成品；

步骤三，制备乙组份：首先按照重量比例称取30份的液体组份酚醛胺固化剂701：70份芳香胺固化剂113，并依次加入搅拌器中，搅拌均匀，然后按照重量比例称取50份固体组份活性硅微粉(400目)和2份触变剂A200，并依次加入液体组份混合体系中，-0.02MPa～-0.095MPa的真空条件下搅拌1小时，出料，包装，即得到乙组份成品；将甲组分与乙组分按重量比2：1混合均匀使用，即制得建筑结构胶黏剂，建筑结构胶黏剂中填料含量35％。

芳香胺固化剂113在常温下相对脂环胺改性固化剂的固化速度较慢且毒性偏大，因此，本申请的技术方案中不选择使用芳香胺固化剂。

对比例2

对比例2与对比例1的区别在：活性硅微粉替换为无偶联剂改性的非活性硅微粉。

对比例3

对比例3与实施例1的区别在：无偶联剂改性的非活性硅微粉替换为活性硅微粉。

对比例4

对比例4与实施例1的区别在：

B组分主要是由以下重量份原料制成：55份的脂环胺改性固化剂；2份的触变剂M5；3份的固化促进剂K54；1份的偶联剂KH-550；27份的无偶联剂改性的非活性硅微粉；1份的消泡剂。

对比例5

对比例5与与实施例4的区别在：

A组分主要是由以下重量份原料制成：

10份的E-44环氧树脂；

85份的E-51环氧树脂；

5份的双酚F型环氧树脂170；

10份的稀释剂XY622；

1份的偶联剂KH-560；

3份的触变剂M5；

15份的制备例1中的聚氨酯预聚体增韧剂PU；

100份的无偶联剂改性的非活性硅微粉。

性能检测试验

检测方法/试验方法

1、抗拉强度、断裂伸长率、抗弯强度、抗压强度按GB/T 2567-2021测试。

2、钢-钢拉伸剪切强度按照GB/T 7124-2008测试。

3、钢-C45混凝土正拉粘结强度按照GB 50728-2011附录G测试。

数据分析

表1是实施例1-4和对比例1-5的检测参数

结合实施例1、对比例1和对比例2以及对比例3，并结合表1可以看出，使用无硅烷偶联剂表面处理的硅微粉作为填料可以明显提高断裂伸长率，其他力学强度区别不大。

结合实施例1和实施例2并结合表1可以看出，调整不同型号树脂的比例，增加E-44及双酚F170的比例可以略微提升断裂伸长率，但抗拉强度、抗弯强度及抗压强度都有明显的下降，这可能是由于E-44的环氧值较低，固化后整体交联度较低造成的。

结合实施例1、实施例3和对比例1，并结合表1可以看出，添加不同的增韧剂会有不同的效果，其中自制的聚氨酯预聚体PU增韧剂具有较好的提高断裂伸长率的效果。

结合实施例3和实施例4，并结合表1可以看出，填料比例的增加会使断裂伸长率明显降低，但是抗弯强度与抗压强度有明显的提升，这应该是由于填料比例的提高增加了胶体固化后的硬度，但是影响了柔韧性。

结合实施例1和对比例4，并结合表1可以看出，消泡剂的加入使得断裂伸长率有一定的下降，但是抗弯强度和抗压强度有一定的提升，这可能是由于消泡剂使得胶体固化后其内起泡减少，缺陷减少，紧密度增加，因此刚性有一定的增加但是柔韧性有一定的减弱。

结合实施例4和对比例5，并结合表1可以看出，A：B＝2：1的质量比进行混合配胶固化，A和B中的树脂和固化剂是按比例算好的最佳固化配比，如果只是A组分中增加了填料，B组分中未增加的话，依旧按2：1进行配胶必然其中的树脂和固化剂不是最佳配比，也就意味着固化后性能不是最佳性能。

本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。