低温固化环氧灌注结构胶的研制

屈雪艳，胡生祥，吴 欢，曹兴园，秦瑞瑞，宫祥怡，赤建玉

（郑州中原应用技术研究开发有限公司，河南 郑州 450000）

低温固化环氧灌注结构胶的研制

屈雪艳，胡生祥，吴 欢，曹兴园，秦瑞瑞，宫祥怡，赤建玉

（郑州中原应用技术研究开发有限公司，河南 郑州 450000）

研制了一种能低温固化的环氧灌注结构胶。研究发现，通过硫醇胺固化剂与自制改性胺固化剂并用，并加入活性稀释剂、填料以及偶联剂等，制得的环氧胶粘剂在低温和常温下的固化速度较为适中，对不锈钢、混凝土等基材的粘接性能较好。

环氧灌注结构胶；硫醇胺固化剂；低温固化

环氧树脂胶粘剂具有粘接范围广、粘接强度高、收缩率低、耐化学介质腐蚀、热稳定性好等优点，在各行各业中得到广泛应用[1]。环氧灌注结构胶粘剂可用于混凝土裂缝、内部缺陷（蜂窝、孔洞）的灌浆修补，砼与石材、钢板与混凝土之间的粘合及其他建筑构件的粘接，可广泛应用于高铁、地铁或大坝港口的混凝土裂缝修补[2]、外包钢粘钢加固等工程。

目前，市场上最常见的灌注型环氧结构胶粘剂均为双组分包装，其固化剂组分大多是由胺类固化剂制得，这类灌注胶在北方冬季施工中，往往1 d甚至更长时间不能固化，影响工期甚至工程质量。针对这些问题，研究发现，加入硫醇胺类物质可以明显加快低温下的固化速度，通过配方调整和优化，最终制得的环氧灌注胶产品，在0 ℃左右的低温下快速固化，对不锈钢、混凝土等基材具有良好的粘接性能，特别适用于北方地区混凝土裂缝在低温下的修补加固作业。

1 实验部分

1.1 原料

环氧树脂E51，工业级，10 000 mPa·s（25 ℃），岳阳巴陵石化；乙二醇二缩水甘油醚（669）、丙三醇三缩水甘油醚（662），工业级，常州优锐化工；滑石粉、硫醇胺，工业级，市售；自制改性胺固化剂，150 mPa·s（25 ℃）；3-氨丙基三乙氧基硅烷（KH-550），工业级，荆州江汉精细化工。

1.2 实验仪器

微机控制电子万能试验机，CMT4304，深圳新三思材料检测有限公司；恒温水浴循环器，HX-1005，郑州长城科工贸有限公司；数字式黏度计，NDJ-5S,上海菁海仪器有限公司。

1.3 试片和模具处理

钢片：用砂纸打磨后用洁净干燥的纱布蘸丙酮将预粘接部位擦拭干净；模具（不锈钢）：框内及表面涂抹凡士林或其他脱模剂；混凝土水泥块：用洁净干燥的纱布将预粘接部位擦拭干净，保证无浮灰、渣滓。

1.4 胶粘剂配方

A组分基础配方：环氧树脂，100质量份；稀释剂，30质量份；填料，3～11质量份；

B组分基础配方（各组分数为相对于环氧树脂100份时的份数）：硫醇胺固化剂，0～40质量份；自制改性胺固化剂，40～80质量份；促进剂，0～2质量份；偶联剂，0.5～2质量份。

1.5 性能测试

将恒温至25 ℃的A、B组分以质量比2：1快速混合搅拌均匀，测其黏度。

分别在常温（25 ℃）和0 ℃，将A、B组分以质量比2：1混合好的胶液倒入模具中或涂于相应试片上，同时分别测定常温（25 ℃）和0 ℃的适用期。试片在这2种温度下固化不同时间后，分别进行拉伸剪切强度、弯曲、压缩强度等性能的测定。

适用期：按GB/T7123.1—2002测试；钢-钢拉伸剪切强度：按GB/T 7124—2008测试；弯曲强度：按GB/T 2570—1995测试；压缩强度：按GB/T 2569—1995测试；与混凝土的正拉粘接强度：按GB 50367—2006中的附录F规定测试。

2 结果与讨论

2.1 不同稀释剂对胶粘剂性能的影响

在混凝土裂缝修补等工程施工中，较低黏度的环氧灌注结构胶，流动性好有利于施工，而环氧树脂一般黏度较大，故需添加稀释剂使其黏度降低，并且不会降低胶粘剂的其他性能[3]。根据基础配方，再分别加入二官能团的669和三官能团的662 2种活性稀释剂，制得的环氧灌注结构胶的黏度及胶粘剂拉剪、弯曲性能的测试结果见表1。

表1 稀释剂对胶粘剂性能的影响Tab.1 Effect of diluent on adhesive properties

从表1可以看出，加入同样量的669和662，2者对体系的稀释效果相当，但加入669的胶粘剂的拉剪、弯曲性能均明显优于加入662的。

2.2 滑石粉加入量对胶粘剂性能的影响

滑石粉具有助流动、润滑性好、吸附力强等优良的物理性能，且能一定程度地降低成本[4]，因此选择滑石粉为填料，并考查了其加入量对胶粘剂黏度、拉伸剪切强度及压缩强度性能的影响，见表2。

表2 滑石粉加入量对胶粘剂性能的影响Tab.2 Effect of talk powder adding amount on adhesive properties

从表2可以看出，随着滑石粉添加量的增大，胶粘剂黏度逐渐增大，拉伸剪切强度变化不大，压缩强度强度呈现先增大后降低的趋势，且在填料量为7质量份时达到最大值，故滑石粉加入量为7质量份时最好。

2.3 偶联剂用量对胶粘剂性能的影响

硅烷偶联剂能大幅度提高胶粘剂的拉伸剪切强度并改善填料在聚合物中的润湿性和分散性，同时也是优异的粘接促进剂[5]。KH-550的不同加入量对胶粘剂拉伸剪切强度、与混凝土的正拉粘接强度影响见表3。

表3 偶联剂的用量对胶粘剂性能的影响Tab.3 Effect of coupling agent amount on adhesive properties

由表3可以看出，随着KH-550加入量的增多，胶粘剂的拉剪强度、与混凝土的正拉粘接强度呈现先增后降的趋势。当KH-550加入量为1质量份时，综合性能最佳。

2.4 硫醇胺的不同加入量对胶粘剂黏度及适用期的影响

硫醇胺固化剂属硫醇类改性胺固化剂，其中的活泼-SH在胺类的存在下，低温也可与环氧树脂中的环氧基发生固化反应[6]。考查硫醇胺及自制改性胺固化剂在不同配比下对胶粘剂黏度及适用期的影响见表4。

由表4可见，随着硫醇胺加入量的增多，胶粘剂黏度逐渐增大，在0 ℃和25 ℃的适用期却越来越短，表明其固化速度越来越快。当硫醇胺与自制改性胺固化剂质量比大于20：60时，胶粘剂25 ℃的适用期只有3 min或更短，不利于常温施工。因此，当2者的质量比为20：60时，胶粘剂适用期较为适中，黏度小，较有利于施工。

表4 硫醇胺用量对胶粘剂黏度及适用期的影响Tab.4 Effects of mercapto amine curing agent amount on viscosity and pot life of adhesive

2.5 胶粘剂在不同温度下的力学性能

胶粘剂在不同温度下的力学性能见表5。其中，Ⅰ为硫醇胺固化剂与自制改性胺固化剂质量比为20：60时的胶粘剂体系，Ⅱ为硫醇胺固化剂与自制改性胺固化剂质量比为0：80时的胶粘剂体系。

表5 胶粘剂在不同温度下的力学性能Tab.5 Mechanical properties of adhesives at different temperatures

从表5可以看出，Ⅰ在0 ℃固化2 h时拉剪强度达到0.7 MPa，与混凝土正拉粘接强度达0.2 MPa，固化48 h后可以达到与25 ℃固化48 h后相当的拉剪强度，与混凝土正拉粘接强度达3.8 MPa。Ⅱ在0 ℃或25 ℃时的拉剪、与混凝土的正拉粘接强度随固化时间增加均上升较慢且与混凝土的正拉粘接强度在0 ℃固化48 h时仅为Ⅰ的一半。添加硫醇胺固化剂的环氧灌注胶表现出优异的低温、常温固化性能。

3 结论

选择加入活性稀释剂669、填料滑石粉加入量为7质量份、偶联剂KH-550加入量为1质量份、硫醇胺与自制改性胺固化剂的质量比为20：60时，制备出的胶粘剂黏度小且适用期适中，随固化时间增加其在0 ℃或25 ℃时的拉伸剪切强度、与混凝土的正拉粘接强度均增长较快且与混凝土的正拉粘接强度在0℃固化48 h时为不加硫醇胺固化剂的2倍。低温、常温综合性能优异。

[1]贺曼罗．环氧树脂胶粘剂[M]．大连:中国石化出版社,2003:2-5．

[2]旷庆华,刘晖,冯李,等．地铁工程用弹性环氧封缝胶的研究与应用[J]．粘接,2014,35(8):74-77．

[3]孙曼灵．环氧树脂应用原理与技术[M]．北京:机械工业出版社,2002:255-261．

[4]殷代武,谭卉文．滑石粉的应用特性及表面改性[J]．广东化工,2013,40(18):75．

[5]郭云亮．偶联剂的种类和特点及应用[J]．橡胶工业,2003,50(11):692-694．

[6]贺曼罗．环氧树脂胶粘剂[M]．大连:中国石化出版社,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

屈雪艳（1982-），女，硕士，工程师，主要从事环氧胶粘剂方面的研究。E-mail：ptz.star@163.com。