本發(fā)明屬于化學(xué)灌漿材料領(lǐng)域，具體涉及一種無溶劑無毒微膨脹改性環(huán)氧樹脂灌漿材料。

技術(shù)背景

環(huán)氧樹脂灌漿材料作為一種化學(xué)灌漿材料，具有強(qiáng)度高，粘結(jié)力強(qiáng)，耐化學(xué)腐蝕，耐寒，耐熱，耐沖擊和振動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)，在工程中的應(yīng)用取得了良好的效果。廣泛用于混凝土裂縫修補(bǔ)、混凝土構(gòu)件的加固補(bǔ)強(qiáng)，易受化學(xué)侵蝕的設(shè)備基礎(chǔ)區(qū)域灌漿，機(jī)械設(shè)備的地腳螺栓、機(jī)座與混凝土基礎(chǔ)之間的灌漿，壓縮機(jī)、泵、沖壓機(jī)、粉碎機(jī)、球磨機(jī)等高振動(dòng)性設(shè)備的二次灌漿安裝，軌道基礎(chǔ)、橋梁支撐座等受強(qiáng)壓力區(qū)域灌漿預(yù)制構(gòu)件的灌漿等。目前用途最為廣泛，用量最大的灌漿材料也是環(huán)氧樹脂漿材。

環(huán)氧樹脂和固化劑本身的粘度都非常高，甚至部分環(huán)氧樹脂是以固體狀態(tài)存在，因而使用過程中通常會(huì)加入大量的稀釋劑來降低材料粘度，目前最常用的是羥醛縮合稀釋體系，稀釋效果好，價(jià)格低廉。但是缺點(diǎn)也很明顯，羥醛縮合稀釋體系原材料易燃易爆，極易揮發(fā)，毒性較大，給生產(chǎn)和使用過程帶來很多隱患；另外由于羥醛縮合稀釋體系極易揮發(fā)，加上環(huán)氧體系本身固化收縮的特性，導(dǎo)致材料固化之后收縮率較大，嚴(yán)重影響了灌漿材料的粘結(jié)性能和填充補(bǔ)強(qiáng)效果。

因此需要一種安全無毒、填充效果好，尤其是灌漿固化后不會(huì)收縮的環(huán)氧樹脂灌漿材料來滿足當(dāng)前生產(chǎn)對于環(huán)氧樹脂灌漿材料的需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了微膨脹改性微膨脹改性環(huán)氧樹脂灌漿材料的制備方法，解決因環(huán)氧樹脂灌漿材料本身固化后收縮而導(dǎo)致建筑工程中縫隙填充效果差的問題。

為了解決上述問題，本發(fā)明采用了如下的技術(shù)方案：

本發(fā)明首先提出了一種微膨脹改性環(huán)氧樹脂灌漿材料，包括按重量份數(shù)計(jì)：40～50份的環(huán)氧樹脂、10～20份的活性稀釋劑、10～20份的膨脹單體以及15～20份的改性固化劑。

優(yōu)選的是，還包括重量份數(shù)為1～2份硅烷偶聯(lián)劑。

優(yōu)選的是，還包括重量份數(shù)為1～3份的促進(jìn)劑。

優(yōu)選的是，所述的膨脹單體是螺環(huán)原碳酸酯預(yù)聚物。

優(yōu)選的是，所述的環(huán)氧樹脂是雙酚a型環(huán)氧樹脂；所述的活性稀釋劑是1,2-環(huán)己二醇二縮水甘油醚；所述的硅烷偶聯(lián)劑是γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷；所述的促進(jìn)劑是2,4,6-三(二甲胺基甲基)苯酚，所述的改性固化劑是聚醚胺。

本發(fā)明還提出一種如上述的微膨脹改性環(huán)氧樹脂灌漿材料的制備方法，包括以下步驟：s1、將環(huán)氧樹脂、硅烷偶聯(lián)劑以及活性稀釋劑混合均勻，重量份數(shù)比例為40～50：1～2：10～20，并加入10～20份的膨脹單體制成微膨脹改性環(huán)氧樹脂灌漿材料a組分；s2、將1～3份的促進(jìn)劑與15～20份的改性固化劑混合均勻，制得微膨脹改性環(huán)氧樹脂灌漿材料b組分；s3、將重量份數(shù)比例為4：1的微膨脹改性環(huán)氧樹脂灌漿材料a組分和微膨脹改性環(huán)氧樹脂灌漿材料b組分混合制得微膨脹改性環(huán)氧灌漿材料。

優(yōu)選的是，所述步驟s1中膨脹單體為螺環(huán)原碳酸酯預(yù)聚物，所述膨脹單體的制作方法包括以下步驟：s1.1、將螺環(huán)原碳酸酯膨脹單體溶于氯仿中，螺環(huán)原碳酸酯膨脹單體與氯仿的重量份數(shù)比例為5:100，得到膨脹單體溶液；s1.2、在膨脹單體溶液中加入二苯基甲烷二異氰酸酯攪拌，膨脹單體溶液與二苯基甲烷二異氰酸酯的重量份數(shù)比例為100:5，所述二苯基甲烷二異氰酸酯在1h逐滴加完，攪拌溫度為30℃-40℃，攪拌反應(yīng)時(shí)間為24h，制得聚物初品；s1.3、將聚物初品放在50℃的真空烘箱中干燥，制得螺環(huán)原碳酸酯膨脹單體預(yù)聚物。

優(yōu)選的是，所述步驟s1中，將環(huán)氧樹脂、活性稀釋劑以及硅烷偶聯(lián)劑充分混合均勻并加熱到40～50℃時(shí)加入的膨脹單體預(yù)聚物，制得微膨脹改性環(huán)氧樹脂灌漿材料a組分。

優(yōu)選的是，步驟s2包括以下步驟：s2.1、將重量份數(shù)為15～20份低粘度的改性固化劑聚醚胺加熱到50℃，得到熱改性固化劑聚醚胺；s2.2、在熱改性固化劑聚醚胺中加入重量份數(shù)為3份的異佛爾酮二胺，在溫度為50℃攪拌2h，攪拌2h后，待溫度降至室溫，制得混合溶劑；s2.3、在混合溶劑中加入重量份數(shù)為1-3份的促進(jìn)劑，制得微膨脹改性環(huán)氧樹脂灌漿材料b組分。

本發(fā)明的有益效果如下：

該材料以環(huán)氧樹脂、活性稀釋劑、硅烷偶聯(lián)劑、膨脹單體、促進(jìn)劑、改性固化劑等為原材料，通過探究原材料的選擇與摻量對該灌漿材料的影響，確定各原材料的重量配合比例，制備出性能優(yōu)異的環(huán)氧樹脂灌漿材料。膨脹單體的膨脹原理為：螺環(huán)原碳酸酯類膨脹單體進(jìn)行聚合時(shí)體積膨脹，最大可達(dá)5％-20％，將其加入到環(huán)氧基體中，可以有效的消除環(huán)氧固化時(shí)的體積收縮，降低基體中的微內(nèi)應(yīng)力，使環(huán)氧樹脂灌漿材料基體的韌性提高。根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)iso3521有關(guān)的計(jì)算方法，經(jīng)測定與計(jì)算在最優(yōu)的原料配比下，固化后的環(huán)氧樹脂灌漿材料體積膨脹率最大為5.62％。可以廣泛用于混凝土裂縫修補(bǔ)、混凝土構(gòu)件的加固補(bǔ)強(qiáng)，易受化學(xué)侵蝕的設(shè)備基礎(chǔ)區(qū)域灌漿，機(jī)械設(shè)備的地腳螺栓、機(jī)座與混凝土基礎(chǔ)之間的灌漿，壓縮機(jī)、泵、沖壓機(jī)、粉碎機(jī)、球磨機(jī)等高振動(dòng)性設(shè)備的二次灌漿安裝，軌道基礎(chǔ)、橋梁支撐座等受強(qiáng)壓力區(qū)域灌漿預(yù)制構(gòu)件的灌漿等，在常溫幾小時(shí)內(nèi)就可以固化。同時(shí)本發(fā)明所有選用的材料無毒，環(huán)保，對人體損傷小。

具體實(shí)施方式

為了使得本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與作用更加清楚及易于了解，下面結(jié)合具體實(shí)施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步闡述：

本發(fā)明首先提出了一種微膨脹改性環(huán)氧樹脂灌漿材料，包括按重量份數(shù)計(jì)：40～50份的環(huán)氧樹脂、10～20份的活性稀釋劑、10～20份的膨脹單體以及15～20份的改性固化劑。

該微膨脹改性環(huán)氧樹脂灌漿材料還包括重量份數(shù)為1～2份硅烷偶聯(lián)劑，硅烷偶聯(lián)劑作為增粘劑的作用有益效果在于它本身有兩種基團(tuán)；一種基團(tuán)可以和被粘的骨架材料結(jié)合；而另一種基團(tuán)則可以與高分子材料結(jié)合，從而在粘接界面形成強(qiáng)力較高的化學(xué)鍵，大大改善了粘接強(qiáng)度。

該微膨脹改性環(huán)氧樹脂灌漿材料還包括重量份數(shù)為1～3份的促進(jìn)劑，促進(jìn)劑的加入使得環(huán)氧樹脂體系能夠在常溫下快速的固化，能夠使得被填補(bǔ)的目標(biāo)盡快投入生產(chǎn)使用。

所述的膨脹單體是螺環(huán)原碳酸酯預(yù)聚物，螺環(huán)原碳酸酯類膨脹單體進(jìn)行聚合時(shí)體積膨脹，最大可達(dá)5％-20％，將其加入到環(huán)氧基體中，可以有效的消除環(huán)氧固化時(shí)的體積收縮，降低基體中的微內(nèi)應(yīng)力，使環(huán)氧集體的韌性提高。

所述的環(huán)氧樹脂是雙酚a型環(huán)氧樹脂，雙酚a型環(huán)氧樹脂經(jīng)固化后力學(xué)性能非常好，具有強(qiáng)韌性和很好的耐熱性，亞甲基鏈富裕柔軟性，醚鍵賦予耐化學(xué)藥品性，羥基賦予反應(yīng)性和粘結(jié)性，而且耐老化。

所述的活性稀釋劑是1,2-環(huán)己二醇二縮水甘油醚，粘度非常低，反應(yīng)活性高，不易老化變色,具有很好的抗紫外線性能，可使環(huán)氧樹脂固化物強(qiáng)度顯著提高。

本發(fā)明還提出一種如上述的微膨脹改性環(huán)氧樹脂灌漿材料的制備方法，包括以下步驟：s1、將環(huán)氧樹脂、硅烷偶聯(lián)劑以及活性稀釋劑混合均勻，重量份數(shù)比例為40～50：1～2：10～20，并加入10～20份的膨脹單體制成微膨脹改性環(huán)氧樹脂灌漿材料a組分；s2、將1～3份的促進(jìn)劑與15～20份的改性固化劑混合均勻，制得微膨脹改性環(huán)氧樹脂灌漿材料b組分；s3、將重量份數(shù)比例為4：1的微膨脹改性環(huán)氧樹脂灌漿材料a組分和微膨脹改性環(huán)氧樹脂灌漿材料b組分混合，當(dāng)a、b組分未混合時(shí)為穩(wěn)定的液態(tài)，而a組分和b組分在混合時(shí)會(huì)互相反應(yīng)，反應(yīng)后制得固體微膨脹改性環(huán)氧灌漿材料。

所述步驟s1中膨脹單體為螺環(huán)原碳酸酯預(yù)聚物，所述膨脹單體的制作方法包括以下步驟：s1.1、將螺環(huán)原碳酸酯膨脹單體溶于氯仿中。原理為：膨脹單體溶于氯仿中，形成聚合物后，增加了聚合后的高分子鏈的活動(dòng)空間，可以部分減輕單體聚合體積的縮小。由于c-o鍵增大了鏈的柔性，使其具有較高的膨脹率。螺環(huán)原碳酸酯膨脹單體與氯仿的重量份數(shù)比例為5:100，得到膨脹單體溶液；s1.2、在膨脹單體溶液中加入二苯基甲烷二異氰酸酯攪拌，二苯基甲烷二異氰酸酯用于螺環(huán)原碳酸酯預(yù)聚物的合成，其分子結(jié)構(gòu)中含有兩個(gè)苯環(huán)，具有對稱的分子結(jié)構(gòu)，制得的螺環(huán)原碳酸酯預(yù)聚物具有良好的力學(xué)性能，揮發(fā)性小，并且對于人體毒害性小，膨脹單體溶液與二苯基甲烷二異氰酸酯的重量份數(shù)比例為100:5，所述二苯基甲烷二異氰酸酯在1h逐滴加完，通過這種方式膨脹單體溶液與二苯基甲烷二異氰酸酯能夠充分反應(yīng)，通過反復(fù)試驗(yàn)后，確定攪拌溫度為30℃-40℃，攪拌反應(yīng)時(shí)間為24h，反應(yīng)完全制得聚物初品；s1.3、將聚物初品放在50℃的真空烘箱中干燥，制得螺環(huán)原碳酸酯膨脹單體預(yù)聚物。

所述步驟s1中，將環(huán)氧樹脂、活性稀釋劑以及硅烷偶聯(lián)劑充分混合均勻并加熱到40～50℃時(shí)加入的膨脹單體預(yù)聚物，在此溫度范圍內(nèi)，膨脹單體反應(yīng)最為充分，速度最快。制得微膨脹改性環(huán)氧樹脂灌漿材料a組分，a組分為穩(wěn)定的液態(tài)。

步驟s2包括以下步驟：s2.1、將重量份數(shù)為15～20份低粘度的改性固化劑聚醚胺加熱到50℃，得到熱改性固化劑聚醚胺；s2.2、在熱改性固化劑聚醚胺中加入重量份數(shù)為3份的異佛爾酮二胺，在溫度為50℃攪拌2h，攪拌2h后，待溫度降至室溫，制得混合溶劑；s2.3、在混合溶劑中加入重量份數(shù)為1-3份的促進(jìn)劑，制得微膨脹改性環(huán)氧樹脂灌漿材料b組分，同樣，b組分也為穩(wěn)定的液態(tài)混合物，等待最終的混合反應(yīng)。

本發(fā)明做了如下實(shí)施例1至實(shí)施例24的實(shí)驗(yàn)，每個(gè)實(shí)施例中微膨脹改性環(huán)氧樹脂灌漿材料各個(gè)具體組分以及各個(gè)組分的含量如下表所示。每個(gè)實(shí)施例均按照下述步驟實(shí)施：首先，每個(gè)實(shí)施例按照上述工藝(當(dāng)然各個(gè)物質(zhì)組分具體按照每個(gè)微膨脹改性環(huán)氧樹脂灌漿材料進(jìn)行)步驟進(jìn)行操作，以制得固化前微膨脹改性環(huán)氧樹脂灌漿材料；然后，采用國際標(biāo)準(zhǔn)iso3521有關(guān)的計(jì)算方法，計(jì)算出固化前微膨脹改性環(huán)氧樹脂灌漿材料的體積；計(jì)算出微膨脹改性環(huán)氧樹脂灌漿材料固化后的體積，最后，根據(jù)計(jì)算公式得到膨脹率。

下表1根據(jù)本發(fā)明提供的配方，詳細(xì)記載了組分種類、重量份數(shù)及攪拌溫度的關(guān)系：

表1

由上表可知：

實(shí)施例1-3中，其他參數(shù)不變的情況下，變量為步驟1.2中的攪拌溫度，可以看出雖然膨脹率受溫度的影響不是很大，但是還是會(huì)隨著溫度升高而微微增大。

對比實(shí)施例1、4、5、14，其他參數(shù)不變的情況下，可以看出隨著螺環(huán)原碳酸酯預(yù)聚物增加，膨脹率也變大了，這是由于加入的螺環(huán)原碳酸酯預(yù)聚物量增加，膨脹單體在環(huán)氧樹脂灌漿材料體系中的比例增大，膨脹單體體積膨脹，進(jìn)而環(huán)氧樹脂灌漿材料的體積膨脹，膨脹率也就進(jìn)一步變大。

對比實(shí)施例1、6-8，其他參數(shù)的不變情況下，根據(jù)縮酮內(nèi)酯類變化的量，固化后的環(huán)氧樹脂灌漿材料膨脹率為負(fù)，說明縮酮內(nèi)酯類膨脹效果不如螺環(huán)原碳酸酯預(yù)聚物。

對比實(shí)施例1、9-11，其他參數(shù)的不變情況下，根據(jù)雙環(huán)原酸酯類變化的量，固化后的環(huán)氧樹脂灌漿材料膨脹率為負(fù)，同樣說明雙環(huán)原酸酯類膨脹效果不如螺環(huán)原碳酸酯預(yù)聚物。

對比實(shí)施例5、12、13，可知在螺環(huán)原碳酸酯預(yù)聚物為20份的情況下，步驟1.2中的攪拌溫度越高，膨脹率越大。

對比實(shí)施例13、15、16，在其他參數(shù)的不變情況下，可知隨著環(huán)氧樹脂含量的增加，膨脹率逐漸減小，這是因?yàn)榄h(huán)氧樹脂本身固化收縮的特性，環(huán)氧樹脂含量越多進(jìn)而收縮率越大。

對比實(shí)施例17、18、19，其他參數(shù)的不變情況下，可知活性稀釋劑的種類對于膨脹率不造成影響，但是選擇1,2-環(huán)己二醇二縮水甘油醚作為活性稀釋劑可以降低毒性，滿足環(huán)氧樹脂灌漿材料原料無毒的條件。

對比實(shí)施例20、21、22，其他參數(shù)的不變情況下，可知硅烷偶聯(lián)劑的種類并不影響環(huán)氧樹脂灌漿材料的膨脹率。

對比實(shí)施例23、24、25，其他參數(shù)的不變情況下，可知環(huán)氧樹脂種類的改變，并不影響環(huán)氧樹脂灌漿材料的膨脹率。

為了進(jìn)一步驗(yàn)證硅烷偶聯(lián)劑和環(huán)氧樹脂類型在環(huán)氧樹脂灌漿材料中對于強(qiáng)度的影響，本申請的發(fā)明人又做了如下的實(shí)驗(yàn)，在其他參數(shù)不變的情況下如表2，在實(shí)驗(yàn)室中測得在硅烷偶聯(lián)劑的含量不同的情況下，不同種類的環(huán)氧樹脂的室溫剪切強(qiáng)度以及室溫剝離強(qiáng)度，見表3。

表2

表3

由表3中的數(shù)據(jù)可以得知，隨著硅烷偶聯(lián)劑的含量的增加，環(huán)氧樹脂灌漿材料的室溫剪切強(qiáng)度以及室溫剝離強(qiáng)度均增加，進(jìn)一步的，可以看出雙酚a型的室溫剪切強(qiáng)度以及室溫剝離強(qiáng)度都是最高的，因此環(huán)氧樹脂選擇雙酚a型是由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出并且無毒強(qiáng)度可靠的。

進(jìn)一步的，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，本申請的發(fā)明人選擇出最優(yōu)的一組配比方式，即表4：

表4

此為綜合考慮固化后環(huán)氧樹脂灌漿材料的膨脹率、室溫剪切強(qiáng)度和室溫剝離強(qiáng)度、固化時(shí)間、有無毒性及成本后，選擇出最優(yōu)的一組配比方式。

最后說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。