水性环氧树脂改性的建筑结构密封胶缓凝性能研究

陈跃余 潘婷

doi：10.3969/j.issn.1001-5922.2024.02.006

摘 要：为研究水性环氧树脂建筑结构密封胶缓凝性能，选用水性环氧树脂、水性环氧树脂固化剂、MS聚合物、硅烷偶联剂、纳米碳酸钙以及不同填料等试剂，以MS聚合物质量为标准设定试剂比例，分别制备A组分与B组分，将2组分依照1∶1质量比混合配比，由此获取不同配比条件下的改性密封胶样本。结果显示，在偶联剂用量达到2%以上时，密封胶样本的适用期符合建筑结构密封胶应用的适用期标准；水性环氧树脂用量为25%，密封胶样本硬度最优；当密封胶样本内不同填料质量比达到3.4∶20∶66∶16时，密封胶样本不会发生流淌现象；不同MS聚合物具有不同特征。

关键词：水性环氧树脂；密封胶；缓凝性能；MS聚合物；流淌性

中图分类号：TQ437⁺.1        文献标志码：A       文章编号：1001-5922（2024）02-0020-04

Study on the retarding performance of water-based epoxy resin modified sealant for building structure

CHEN Yueyu1，PAN Ting2

（1.Neijiang Vocational ＆ Technical College，Neijiang 641100，Sichuan China;

2.Neijiang Normal University，Neijiang 641100， Sichuan China）

Abstract：In order to study the retarding performance of waterborne epoxy resin building structure sealant，waterborne epoxy resin，waterborne epoxy resin curing agent，MS polymer，silane coupling agent，nano calcium carbonate，and different fillers and other reagents were selected.The reagent ratio was set based on the quality of MS polymer，and the component A and component B were prepared respectively，the two components were mixed according to the mass ratio of 1∶1，so as to obtain the modified sealant samples under different proportions.The results showed that when the coupling agent dosage reached more than 2%，the application life of the sealant sample met the application period standard of building structural sealant applications.When the amount of waterborne epoxy resin dosage was 25%，the hardness of the sealant sample was the best.When the mass ratio of different fillers in the sealant sample reached 3.4∶20∶66∶16，the sealant sample did not show flowability.Different MS polymers had different characteristics.

Key words：waterborne epoxy resin;sealant;retarding performance;MS polymer;flowability

建筑結构密封胶是建筑工程中必不可少的材料之一^[1]，其能够实现建筑结构的修补、加固等功能。当前普遍使用的建筑结构密封胶以环氧树脂密封胶居多^[2]，其主要特征为具有较强的力学性能、耐腐蚀性能与粘接强度^[3-4]。如以水性环氧树脂为基础，利用新型石墨烯材料对其实施优化处理，提升胶体的力学性能^[5]。以水性环氧树脂为基础，并在其中添加了碳纳米管，增强树脂分子链间运动的摩擦力，提升密封胶的黏度^[6]。通过研究不同试剂的配比，提升密封胶的剪切强度与耐水性。建筑结构密封胶在实际工程应用中会出现粘性下降等问题^[7]，产生流敞等现象^[8]。

因此研究水性环氧树脂建筑结构密封胶缓凝性能，能够提升其在实际工程应用中的应用性能。

1 实验材料与方法

1.1 密封胶制备材料与仪器

水性环氧树脂建筑结构密封胶制备过程中所需的材料与仪器。

密封胶制备所需主要材料：水性环氧树脂、水性环氧树脂固化剂（工业级），南通星辰合成材料有限公司;MS聚合物（S327、S888E、SAX300、SAX760、HMS-1303）（工业级），苏州权魅塑胶原料有限公司;硅烷偶联剂（工业级），河南千特路化工产品有限公司;纳米碳酸钙（K200A、K200C）（工业级），灵寿县旭诚矿产品加工厂实力供应;中空玻璃微珠（GS-20、GS-25）（工业级），灵寿县纬轩矿产品加工厂;气相二氧化硅（PM-20L）（工业级），上海运河材料科技实力供应商;增塑剂E90（工业级），佛山市星之宝新材料有限公司;螯合锡催化剂（工业级），河南千特路化工产品有限公司;石棉纤维（蛇纹石石棉1.4-5/mm），廊坊圣湖新型建材有限公司。

密封胶制备所需主要仪器：WDW20200814电子万能试验机，济南中创工业测试系统有限公司;LX-A邵氏A型硬度计，扬州中科计量仪器有限公司;SGO-2004透射电镜，深圳市方特科技有限公司。

1.2 水性环氧树脂建筑结构密封胶制备

1.2.1 A组分制备

在制备水性环氧树脂建筑结构密封胶的A组分过程中，将水性环氧树脂（20%±10%）、水性环氧树脂固化剂（6%±2%）、纳米碳酸钙（30%±10%）、增塑剂E90（25%±15%）%、螯合锡催化剂（2.5%±1.5%）、中空玻璃微珠（7.5%±2.5%）以及其他助剂等均匀混合在一起并进行分装^[9]，获取A组分。

上述试剂比例均以MS聚合物质量为标准^[10]。

1.2.2 B组分制备

在制备水性环氧树脂建筑结构密封胶的B组分过程中，在真空环境下将MS聚合物（100%）、水性环氧树脂（10%）、硅烷偶联剂（2%±1%）、气相二氧化硅（6.5%±2.5%）、纳米碳酸钙（30%±10%）、中空玻璃微珠（5%±3%）等其他填料均匀混合在一起并进行分装，获取B组分。

1.2.3 密封胶制备

将所制备的A组分与B组分按照1∶1质量比混合配比^[11]，由此获取不同配比条件下的水性环氧树脂建筑结构密封胶样本。

1.3 缓凝性能测试指标选取

建筑结构密封胶的缓凝性能可通过适用期、流淌性^[12]、和力学性能等表征。

1.3.1 适用期测试

适用期所描述的是胶体指干时间^[13]。依照国家相关标准，将双组分分别置于（24±1）℃恒温箱中保存24 h，取出后，将双组分混合4 min并放进挤胶筒中，同时将尾塞密封好，混合25 min后，通过挤压空气的方式从聚乙烯挤胶筒中将混合密封胶挤出至水中，对一次性挤出所有样品的时间进行测量，作为所制备密封胶样本的适用期。

1.3.2 流淌性测试

取一大小合适的玻璃板，对其表层进行清洁，确保其表层的光滑性。将所制备的水性环氧树脂建筑结构密封胶滴在玻璃板表层，令胶体尺寸与厚度分别为80 mm×80 mm和（3.7±0.5） mm。将滴加胶体的玻璃板垂直放置，设定时间为0.5 h。待胶体不变后测量胶体的垂直流挂距离，并将测量结果作为所制备密封胶样本的流淌性测试结果。

1.3.3 硬度測试

依照国家相关标准，利用邵氏A型硬度计测定所制备密封胶样本的硬度^[14]。将压头按在试样上，施加一定的载荷，然后测量压头在试样表面留下的痕迹的直径或深度，从而计算出试样的硬度值。

1.3.4 力学性能测试

密封胶样本的力学性能可通过拉伸强度、断裂伸长率等描述^[15]。

拉伸强度：利用试验机测试所制备密封胶样本的拉伸强度和断裂伸长率^[16-17]。

断裂伸长率测试：利用电子万能试验机测试所制备密封胶样本的断裂伸长率。

2 实验结果与分析

2.1 适用期测试结果

2.1.1 偶联剂用量对性能的影响分析

建筑结构密封胶应用的适用期标准不小于1 h，所制备的密封胶样本内，偶联剂的用量设定为MS聚合物的（2±1）%。图1所示为偶联剂用量对所制备样本适用期的影响。

由图1可知，所制备的密封胶样本内，随着偶联剂用量由1%提升至3%时，密封胶样本的适用期也呈逐渐提升趋势，由此说明在所制备的密封胶样本内，偶联剂能够发挥缓凝功能，可有效提升密封胶样本的缓凝性能。同时在偶联剂用量相同的条件下，温度的提升将导致密封胶样本的适用期逐渐下降。在密封胶样本内偶联剂用量达到2%以上时，在28 ℃以上的温度环境下，密封胶样本的适用期符合建筑结构密封胶应用的适用期标准。

2.1.2 催化剂用量对性能的影响分析

在制备的密封胶样本内，催化剂的用量设定为MS聚合物的（2.5±1.5）%。图2所示为催化剂用量对所制备密封胶样本适用期的影响。

由图2可知，在密封胶样本内催化剂用量逐渐提升的条件下，密封胶样本的适用期表现出逐渐下降的趋势。由此说明在所制备的密封胶样本内，催化剂不具备缓凝功能，同时对于密封胶样本的缓凝性能产生消极影响。

2.2 流淌性测试结果

在所制备的密封胶样本内，所使用的填料包括气相二氧化硅、纳米碳酸钙、中空玻璃微珠以及石棉纤维。当密封胶样本内其他主要成分比例确定的条件下，分析不同填料质量比下密封胶样本的垂直流挂距离，所得结果如表1所示。

由表1可知：（1）在密封胶样本内填料量逐渐提升的条件下，其垂直流挂距离逐渐下降。由此说明密封胶样本内填料量同其流淌性之间具有反比例相关性;（2）纳米碳酸钙与中空玻璃微珠均具有较为显著的比表面积，这能够提升二者同水性环氧树脂的接触面积，提升密封胶样本的黏度，因此密封胶样本的垂直流挂距离降低;

（3）石棉纤维的应用同样能够提升水性环氧树脂分子链间相对运动的摩擦力，在密封胶样本内发挥加筋抗流淌性能，由此进一步降低密封胶样本的垂直流挂距离;

（4）当密封胶样本内不同填料质量比达到3.4∶20∶66∶16的条件下，垂直流挂距离即可达到0 cm，即不会发生流淌现象，在此条件的应用性能相对最优。

2.3 硬度测试结果

水性环氧树脂在实际应用过程中具有环氧值高、固化后强度高以及黏度低等性能优势。所制备的密封胶样本内，水性环氧树脂的用量设定为MS聚合物的（20±10）%。图3所示为不同水性环氧树脂用量对所制备样本硬度的影响。

由图3可知，在密封胶样本内水性环氧树脂用量仅为10%的条件下，其硬度约为45 HA；随着水性环氧树脂用量的提升，密封胶样本固化后的硬度也逐渐提升；当水性环氧树脂用量达到25%时，密封胶样本固化后的硬度值达到上限，约为85 HA左右；当水性环氧树脂用量继续提升达到30%时，密封胶样本固化后的硬度值出现小幅下降趋势，达到80 HA左右。

因此在密封胶实际应用过程中，设定水性环氧树脂用量为25%，可获取最优硬度。

2.4 力学性能测试结果

MS聚合物是所制备密封胶样本的基础，因此在研究密封胶样本缓凝性能时，需详细分析不同牌号MS聚合物对于密封胶样本力学性能的影响。图4所示为不同牌号MS聚合物对所制备样本的影响。

（1）选用牌号为S327与S888E的MS聚合物时，密封胶样本的拉伸强度与断裂伸长率具有较高一致度，分别为2.2 MPa和410%左右；

（2）选用牌号SAX760与HMS-1303的MS聚合物时，密封胶样本的拉伸强度与断裂伸长率也具有较高一致度，分别为4.2 MPa和780%左右；

（3）选用牌号为SAX300的MS聚合物时，密封胶样本的拉伸强度与断裂伸长率分别为2.9 MPa和330%左右。

产生这种差异的主要原因为不同MS聚合物的黏度等参数均有所差异。在实际工程应用过程中，可根据工程实际情况选取合适的MS聚合物制备密封胶。

3 结语

（1）在密封胶样本内偶联剂用量达到2%以上时，密封胶样本的适用期符合建筑结构密封胶应用的适用期标准，在密封胶样本内催化剂用量逐渐提升的条件下，密封胶样本的适用期表现出逐渐下降的趋势；

（2）当密封胶样本内不同填料质量比达到3.4∶20∶66∶16时，密封胶样本不会发生流淌现象；

（3）水性环氧树脂固化后可转换为有机刚性粒子，其与MS聚合物的有机结合能够提升密封胶样本的硬度，设定水性环氧树脂用量为25%，可获取最优硬度;

（4）不同MS聚合物具有不同特征，选用的MS聚合物中，S327具有低模量特性，S888E具有中模量特性，SAX300具有高模量特性，SAX760具有高粘特性。

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收稿日期：2023-09-08；修回日期：2023-12-08

作者简介：陈跃余（1983-），女，讲师，研究方向：工程造价与管理；E-mail：cyy20081983@163.com。

基金项目：四川省科技厅科技攻关计划项目 （项目编号：202000650001）。

引文格式：陈跃余.水性环氧树脂改性的建筑结构密封胶缓凝性能研究[J].粘接，2024，51（2）：20-23.