專利名稱：：一種高強(qiáng)度聚氨酯改性環(huán)氧建筑結(jié)構(gòu)膠及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種建筑行業(yè)使用的膠粘劑，尤其涉及一種高強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)加固用膠粘劑。
背景技術(shù)：
：1979年我國(guó)開(kāi)始使用和研究建筑結(jié)構(gòu)膠，至今經(jīng)歷了30個(gè)年頭。因適逢我國(guó)改革開(kāi)放的大好時(shí)機(jī)，建筑行業(yè)的科技進(jìn)步和市場(chǎng)需求，都得到了飛速的發(fā)展。到目前為止，國(guó)內(nèi)建筑結(jié)構(gòu)膠生產(chǎn)與研發(fā)單位接近300家，各種建筑結(jié)構(gòu)膠基本上都能生產(chǎn)。進(jìn)入21世紀(jì)，國(guó)內(nèi)碳纖維材料制造技術(shù)曰趨成熟，大量碳纖維材料制品如碳纖維布、碳纖維板開(kāi)始應(yīng)用于建筑加固施工中。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《混凝土加固設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50367—2006)中對(duì)碳纖維加固用膠(底涂樹(shù)脂、修補(bǔ)膠、浸漬樹(shù)脂)尤其是浸漬樹(shù)脂做了嚴(yán)格的規(guī)范要求。但是現(xiàn)有市場(chǎng)上的碳纖維浸漬樹(shù)脂質(zhì)量良莠不齊，主要存在不均勻扯離強(qiáng)度達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求的20KN/m;產(chǎn)品固化后膠體不是偏軟就是偏脆等問(wèn)題，這必然影響復(fù)合材料整體性能的發(fā)揮，從而導(dǎo)致復(fù)合材料整體破壞或纖維布補(bǔ)強(qiáng)后仍達(dá)不到構(gòu)件設(shè)計(jì)承載要求，給工程埋下隱患。環(huán)氧樹(shù)脂膠粘劑是一種反應(yīng)型膠粘劑，固化時(shí)形成三維化學(xué)交聯(lián)結(jié)構(gòu)，粘結(jié)強(qiáng)度高，耐熱性、耐介質(zhì)性和耐老化性能優(yōu)良。但單獨(dú)的環(huán)氧樹(shù)脂固化后脆性大、延伸率低、易開(kāi)裂，通常需要對(duì)其進(jìn)行改性處理。常用的改性方法有采用液體聚硫橡膠改性和液體丁腈橡膠改性等。采用液體聚硫橡膠改性環(huán)氧樹(shù)脂存在氣味臭的缺點(diǎn)，采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(diǎn)，改性效果并不理想。
發(fā)明內(nèi)容針對(duì)碳纖維布加固用膠粘劑的使用特點(diǎn)和質(zhì)量要求，本發(fā)明提供了一種改性環(huán)氧膠粘劑。這種膠粘劑使用聚氨酯預(yù)聚體來(lái)改進(jìn)環(huán)氧樹(shù)脂膠粘劑的應(yīng)力應(yīng)變特性，使其韌性提高，延伸率增大，當(dāng)碳纖維復(fù)合材料受力時(shí)，不至于因受力而導(dǎo)致膠層開(kāi)裂，保證碳纖維復(fù)合材料的整體性能。同時(shí)還使用改性胺固化劑，這種固化劑經(jīng)脂環(huán)族環(huán)氧化合物來(lái)改性脂肪胺和脂環(huán)胺，再與芳香族胺混合而成，使固化后的膠體在擁有高模量的同時(shí)伸長(zhǎng)率有顯著的提高，同時(shí)還具有優(yōu)良的耐溫性、耐介質(zhì)性和耐老化性能。本發(fā)明具體的技術(shù)方案如下-1、聚氨酯預(yù)聚體的制備選擇聚醚多元醇3010、3050和TDI為原材料制備聚氨酯預(yù)聚體，具體方法如下在裝有攪拌器、滴液漏斗、回流冷凝器、抽真空管、水浴加熱裝置的反應(yīng)器中，加入平均分子量為3000的聚醚多元醇100份，開(kāi)攪拌，升溫到90°C，啟動(dòng)真空泵對(duì)反應(yīng)器抽真空脫水，真空度為0.0920.095MPa，抽真空2小時(shí)，除去聚醚多元醇中的水分。然后降溫至60。C，消除真空，經(jīng)滴液漏斗加入TDI520份，在6(TC條件下反應(yīng)1小時(shí)，升溫到7(TC反應(yīng)l小時(shí)，再升溫到85"C反應(yīng)13小時(shí)，取樣測(cè)試游離異氰酸酯基，游離異氰酸酯基含量為預(yù)聚體質(zhì)量的35%為合格。2、改性環(huán)氧建筑結(jié)構(gòu)膠粘劑A組份的制備A組分所用的原材料環(huán)氧樹(shù)脂包括雙酚A環(huán)氧樹(shù)脂E—44、E—51、E—56,雙酚F環(huán)氧樹(shù)脂D.E.R-354或它們的的混合物，占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，占A組分重量的515%。聚氨酯預(yù)聚體自制，占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，占A組份重量的25%。有機(jī)硅烷偶聯(lián)劑包括KH—550、KH—560、KH—570或他們的混合物，占A組份重量的13呢。上述各組份的重量分?jǐn)?shù)之和為100%。A組份的制備方法(1)在高速分散機(jī)中加入活性稀釋劑，開(kāi)動(dòng)攪拌，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速為100200轉(zhuǎn)/分，慢慢加入納米粉體材料，再調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速至30005000轉(zhuǎn)/分，連續(xù)攪拌3060分鐘，取出納米粉體材料分散液備用。(2)在反應(yīng)容器中加入環(huán)氧樹(shù)脂，開(kāi)動(dòng)攪拌，加入自制的聚氨酯預(yù)聚體，向反應(yīng)器夾套中通蒸汽升溫，當(dāng)溫度升至60。C時(shí)，保溫反應(yīng)l小時(shí)，再升溫到85。C，保溫反應(yīng)13小時(shí)，停送蒸汽，繼續(xù)攪拌自然冷卻緩慢降溫，當(dāng)溫度降至6(TC時(shí)，加入納米粉體材料分散液，繼續(xù)攪拌12小時(shí)，然后加入有機(jī)硅烷偶聯(lián)劑，再攪拌1小時(shí)，然后用200目濾網(wǎng)過(guò)濾出料。3、改性環(huán)氧建筑結(jié)構(gòu)膠粘劑B組份的制備B組份由改性胺固化劑，芳香胺固化劑、促進(jìn)劑和有機(jī)硅烷偶聯(lián)劑組成。(l)改性胺固化劑的制備在反應(yīng)容器中加入脂肪胺2mo1、脂環(huán)胺lmol，啟動(dòng)攪拌，慢慢開(kāi)始滴加2.5mol環(huán)氧當(dāng)量為8486，分子中含有兩個(gè)環(huán)氧基團(tuán)的脂環(huán)族環(huán)氧樹(shù)脂，加料時(shí)間為2小時(shí)，加料過(guò)程中物料溫度自然上升到405(TC。在4050。C溫度范圍內(nèi)保溫反應(yīng)12小時(shí)，然后升溫到7080。C保溫反應(yīng)23小時(shí)，降溫到3(TC得到改性胺固化劑。(2)制備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(huán)胺為異佛爾酮二胺、環(huán)己二胺或它們的混合物；脂環(huán)族環(huán)氧樹(shù)脂為YJ—118環(huán)氧樹(shù)脂。改性胺固化劑占B組份的重量份數(shù)為2078%。B組份中芳香胺固化劑為701芳香胺固化劑，重量份數(shù)為2078%。B組份所用促進(jìn)劑是2，4，6—(甲氨基甲基)苯酚，商品名稱是DMP一30，重量份數(shù)為15%。B組份中有機(jī)硅偶聯(lián)劑，包括KH—550、KH—560、KH—570或他們的混合物，重量份數(shù)為13%。B組份中各組成成分的重量分?jǐn)?shù)之和為100%。(3)B組份的制備分別將改性胺固化劑、701芳香胺固化劑加入反應(yīng)器中，開(kāi)動(dòng)攪拌，加入DMP—30促進(jìn)劑和有機(jī)硅烷偶聯(lián)劑，升溫到405(TC，攪拌3060分鐘，然后用200目濾網(wǎng)過(guò)濾出料，得到B組份。具體實(shí)施例方式實(shí)施例l(l)聚氨酯預(yù)聚體的制備聚氨酯預(yù)聚體制備時(shí)投料量和游離異氰酸基含量見(jiàn)表1。表1聚氨酯預(yù)聚體的制備8<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>制各方法-在裝有攪拌器、滴液漏斗、回流冷凝器、抽真空管、水浴加熱裝置的反應(yīng)器中，加入100g聚醚多元醇，開(kāi)攪拌，升溫到9(TC，抽真空2小時(shí)，真空度為0.0920.095MPa。然后降溫至6(TC，消除真空，經(jīng)滴液漏斗加入TDI,加量如表1。在60。C條件下反應(yīng)1小時(shí)，升溫到7(TC反應(yīng)1小時(shí),再升溫到85t:反應(yīng)l小時(shí)，降至常溫，取樣測(cè)試游離異氰酸酯基。(2)改性環(huán)氧建筑結(jié)構(gòu)膠粘劑A組份的制備A組份的配料環(huán)氧樹(shù)脂E—4450.0gE_5150.0g活性稀釋劑50110.0g聚氨酯預(yù)聚體3.0g納米粉體材料Si023.0g有機(jī)硅烷偶聯(lián)劑KH—5601.2gA組份制備方法在高速分散機(jī)中加入活性稀釋劑，開(kāi)動(dòng)攪拌，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速為100200轉(zhuǎn)/分，慢慢加入納米粉體材料，再調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速至30005000轉(zhuǎn)/分，連續(xù)攪拌30分鐘，取出納米粉體材料分散液備用。在帶攪拌、加料漏斗和加熱裝置的反應(yīng)器中加入環(huán)氧樹(shù)脂，開(kāi)動(dòng)攪拌，加入自制的聚氨酯預(yù)聚體，開(kāi)啟加熱裝置，使物料溫度保持6(TC反應(yīng)1小時(shí)，再升溫到85。C，保溫反應(yīng)l小時(shí)，停止加熱，繼續(xù)攪拌自然冷卻緩慢降溫，當(dāng)溫度降至6(TC時(shí)，加入納米粉體材料分散液，繼續(xù)攪拌l小時(shí)，然后加入有機(jī)硅垸偶聯(lián)劑，再攪拌1小時(shí)，然后用200目濾網(wǎng)過(guò)濾出料，得到A組分。(3)改性環(huán)氧建^[結(jié)構(gòu)膠粘劑B組分的制備改性胺固化劑的制備在帶攪拌、加料漏斗和加熱裝置的反應(yīng)器中加入2mo1二乙烯三胺、lmol的異佛爾酮二胺，開(kāi)啟攪拌，經(jīng)滴液漏斗滴加2.5mo1的YJ—118型環(huán)氧樹(shù)脂，加料時(shí)間為2小時(shí)，物料溫度上升至4050。C。在4050。C保溫反應(yīng)2小時(shí)，然后升溫到708(TC保溫反應(yīng)2小時(shí)，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(jìn)劑3.0g有機(jī)硅烷偶聯(lián)劑KH—5502.5gB組份制備方法將改性胺固化劑加入反應(yīng)器中，分別加入701芳香胺固化劑、開(kāi)啟攪拌，加入DMP—30促進(jìn)劑和KH—550有機(jī)硅垸偶聯(lián)劑，升溫到4050°C，攪拌30分鐘，然后用200目濾網(wǎng)過(guò)濾出料得到B組份。(4)聚氨酯改性環(huán)氧建筑結(jié)構(gòu)膠粘劑的配置和測(cè)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(cè)試參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《混凝土加固設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50367_2006)中相關(guān)規(guī)定進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2。實(shí)施例2A組份的配料環(huán)氧樹(shù)脂E—4480.0gD.E.R-35420.0g活性稀釋劑50110.0g6783.0g聚氨酯預(yù)聚體4.0g納米粉體材料Si023.0g有機(jī)硅烷偶聯(lián)劑KH—5601.5g其余同實(shí)施例1制備方法和測(cè)試方法同實(shí)施例1，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2。實(shí)施例3A組份的配料環(huán)氧樹(shù)脂E—5140.0gE—5640.0gD.E.R-35420.0g活性稀釋劑5015.0g6785.0g聚氨酯預(yù)聚體3.0g納米粉體材料Si023.0g有機(jī)硅烷偶聯(lián)劑KH—5601.8g其余同實(shí)施例1制備方法和測(cè)試方法同實(shí)施例1，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2。實(shí)施例4B組份的配料改性胺固化劑75.0g701固化劑25.0gDMP—30促進(jìn)劑3.0g有機(jī)硅烷偶聯(lián)劑KH—5502.Og其余同實(shí)施例1制備方法和測(cè)試方法同實(shí)施例1，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2。實(shí)施例5B組份的配料改性胺固化劑25.Og701固化劑75.OgDMP—30促進(jìn)劑3.Og有機(jī)硅垸偶聯(lián)劑KH—5502.Og其余同實(shí)施例1制備方法和測(cè)試方法同實(shí)施例1，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2。比較例A組份配料為環(huán)氧樹(shù)脂E—4450.OgE—5150.Og活性稀釋劑50110.Og納米粉體材料Si023.0g有機(jī)硅烷偶聯(lián)劑KH—5601.5gA組份制備方法-在帶攪拌、加料漏斗和加熱裝置的反應(yīng)器中加入環(huán)氧樹(shù)脂，開(kāi)動(dòng)攪拌，加入環(huán)氧樹(shù)脂E44和E51，開(kāi)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(shí)。然后加入KH_560有機(jī)硅偶聯(lián)劑，繼續(xù)攪拌1小時(shí)，用200目濾網(wǎng)過(guò)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(jìn)劑3.0g12有機(jī)硅烷偶聯(lián)劑KH—5502.OgB組份制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(yīng)器中，開(kāi)動(dòng)攪拌，加入DMP—30促進(jìn)劑和有機(jī)硅烷偶聯(lián)劑，升溫到405(TC，攪拌3060分鐘，然后用200目濾網(wǎng)過(guò)濾出料，的到B組份。測(cè)試方法同實(shí)施例l，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2。表2碳纖維浸漬樹(shù)脂技術(shù)指標(biāo)<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>權(quán)利要求1、一種高強(qiáng)度聚氨酯改性環(huán)氧建筑結(jié)構(gòu)膠，其特征是由A、B兩組分組成，A組分由重量份數(shù)為80～90％的環(huán)氧樹(shù)脂、重量份數(shù)為5～15％的活性稀釋劑、重量份數(shù)為2～5％的聚氨酯預(yù)聚體、重量份數(shù)為2～5％的納米粉體材料、重量份數(shù)為1～3％的有機(jī)硅烷偶聯(lián)劑組成，各組份的重量百分?jǐn)?shù)之和為100％；B組分由重量份數(shù)為20～78％的改性胺固化劑、重量份數(shù)為20～78％的芳香胺固化劑、重量份數(shù)為1～5％促進(jìn)劑、重量份數(shù)為1～3％的有機(jī)硅烷偶聯(lián)劑組成，各組份的重量百分?jǐn)?shù)之和為100％。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)度聚氨酯改性環(huán)氧建筑結(jié)構(gòu)膠，其特征是A組分與B組分按重量比2.53.5:1混合而成。3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)度聚氨酯改性環(huán)氧建筑結(jié)構(gòu)膠，其特征是聚氨酯預(yù)聚體由聚醚多元醇3010、3050或它們的混合物與TDI反應(yīng)制得，預(yù)聚體的游離異氰酸酯基含量為預(yù)聚體的35%。4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)度聚氨酯改性環(huán)氧建筑結(jié)構(gòu)膠，其特征是A組份中環(huán)氧樹(shù)脂為雙酚A環(huán)氧樹(shù)脂E—44、E—51、E—56，雙酚F環(huán)氧樹(shù)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(jī)硅烷偶聯(lián)劑是KH—550、KH—560、KH—570或它們的混合物。5、根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)度聚氨酯改性環(huán)氧建筑結(jié)構(gòu)膠，其特征是改性胺固化劑由脂肪胺、脂環(huán)胺與脂環(huán)族環(huán)氧樹(shù)脂混合反應(yīng)制得。6、根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)度聚氨酯改性環(huán)氧建筑結(jié)構(gòu)膠，其特征是B組份中芳香胺固化劑為701芳香胺固化劑。7、根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)度聚氨酯改性環(huán)氧建筑結(jié)構(gòu)膠，其特征是B組份中促進(jìn)劑是DMP—30，有機(jī)硅垸偶聯(lián)劑是KH—550、KH—560、KH—570或是它們的混合物。8、根據(jù)權(quán)利要求3所述的高強(qiáng)度聚氨酯改性環(huán)氧建筑結(jié)構(gòu)膠，其特征是聚氨酯預(yù)聚體的合成方法為在裝有攪拌器、滴液漏斗、回流冷凝器、抽真空管、水浴加熱裝置的反應(yīng)器中，加入平均分子量為3000的聚醚多元醇，開(kāi)攪拌，升溫到90。C，啟動(dòng)真空泵對(duì)反應(yīng)器抽真空脫水，真空度為0.0920.095MPa，抽真空2小時(shí)，除去聚醚多元醇中的水分。然后消除真空降溫至6(TC,經(jīng)滴液漏斗加入TDI，在60。C條件下反應(yīng)1小時(shí)，升溫到7(TC反應(yīng)1小時(shí)，再升溫到85°。反應(yīng)13小時(shí)，取樣測(cè)試游離異氰酸酯基，游離異氰酸酯基含量為預(yù)聚體質(zhì)量的35%為合格。9、根據(jù)權(quán)利要求4所述的高強(qiáng)度聚氨酯改性環(huán)氧建筑結(jié)構(gòu)膠，其特征是改性胺固化劑的合成方法是在反應(yīng)容器中加入脂肪胺2mo1、脂環(huán)胺lmol，啟動(dòng)攪拌，慢慢開(kāi)始滴加2.5mol環(huán)氧當(dāng)量為8486、分子中含有兩個(gè)環(huán)氧基團(tuán)的脂環(huán)族環(huán)氧樹(shù)脂，加料時(shí)間為2小時(shí)，加料過(guò)程中物料溫度自然上升到405(TC。在4050。C溫度范圍內(nèi)保溫反應(yīng)12小時(shí)，然后升溫到7080。C保溫反應(yīng)23小時(shí)，降溫到3(TC出料得到改性胺固化劑。10、根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)度聚氨酯改性環(huán)氧建筑結(jié)構(gòu)膠，其特征是制備方法是(l)A組份的制備在反應(yīng)容器中按重量比加入環(huán)氧樹(shù)脂，開(kāi)動(dòng)攪拌，加入自制的聚氨酯預(yù)聚體，向反應(yīng)器夾套中通蒸汽升溫，當(dāng)溫度升至6(TC時(shí)，保溫反應(yīng)l小時(shí)，再升溫到85-C，保溫反應(yīng)13小時(shí)，停送蒸汽，繼續(xù)攪拌自然冷卻緩慢降溫，當(dāng)溫度降至6(TC時(shí)，加入納米粉體材料分散液，繼續(xù)攪拌12小時(shí)，然后加入有機(jī)硅烷偶聯(lián)劑，再攪拌1小時(shí)，然后用200目濾網(wǎng)過(guò)濾出料。(2)B組份的制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(yīng)器中，開(kāi)動(dòng)攪拌，加入DMP—30促進(jìn)劑和有機(jī)硅垸偶聯(lián)劑，升溫到405(TC，攪拌3060分鐘，然后用200目濾網(wǎng)過(guò)濾出料。(3)聚氨酯改性環(huán)氧建筑結(jié)構(gòu)膠粘劑的制備將A組份與B組份按重量比2.53.5:1稱量后充分混合均勻，得到結(jié)構(gòu)膠粘劑，即可直接使用。全文摘要本發(fā)明公開(kāi)了一種高強(qiáng)度聚氨酯改性環(huán)氧建筑結(jié)構(gòu)膠及其制造方法。這種高強(qiáng)度聚氨酯改性環(huán)氧建筑結(jié)構(gòu)膠，由A、B兩組份組成，其中A組份由重量份數(shù)為82～95％聚氨酯改性環(huán)氧樹(shù)脂、重量份數(shù)為5～15％的活性稀釋劑、重量份數(shù)為2～5％的納米粉體材料和重量份數(shù)為1～3％的有機(jī)硅烷偶聯(lián)劑組成；B組份由重量份數(shù)為20～78％的改性胺固化劑、重量份數(shù)為20～78％的芳香胺固化劑、重量份數(shù)為1～5％的促進(jìn)劑和重量份數(shù)為1～3％的有機(jī)硅烷偶聯(lián)劑組成。本發(fā)明的高強(qiáng)度聚氨酯改性環(huán)氧建筑結(jié)構(gòu)膠和普通環(huán)氧樹(shù)脂建筑結(jié)構(gòu)膠相比，具有更高的膠體強(qiáng)度、粘結(jié)強(qiáng)度和膠體伸長(zhǎng)率。文檔編號(hào)C09J163/00GK101475788SQ200910042499公開(kāi)日2009年7月8日申請(qǐng)日期2009年1月15日優(yōu)先權(quán)日2009年1月15日發(fā)明者輝劉,李冬月,王理堯,袁素珍申請(qǐng)人:湖南神力實(shí)業(yè)有限公司