改性环氧树脂的研究与应用
    　                           唐志兴　黄永成
                                第五工程有限公司
    【摘要】针对混凝土构造物易出现裂纹等缺陷,修补时需要一种粘接性强、凝固快、强度高的浆液。为此,我们采用一种改性环氧树脂,对其固化剂、稀释剂、配比进行了研究,发现了它较一般环氧树脂浆液具有更强的可操作性、良好的稳定性及优良的强度性能。
    【关键词】改性环氧树脂　研究　应用
    1　前言
    环氧树脂胶粘剂具有价格低廉、工艺稳定,与微波吸收剂的相容性好且填充量高,能常温固化、附着力强、耐腐蚀等优点,使它成为微波吸收涂层用的首选胶粘剂材料。本文采用了糠醛-丙酮为稀释剂,酚醛胺、低分子聚酰胺和改性双氰胺为固化剂,对环氧树脂的固化原理进行了分析,并试验证实了此环氧树脂浆液具有良好的可操作性、稳定性和强度。
    2　实验
    2·1　原材料
    固化剂:环氧树脂的固化剂很多,如胺类固化剂、酸酐类固化剂。过去大多采用乙二胺,多乙烯乙二胺、半酮亚胺等。它们的主要缺点是刺激性气味太浓,不利于人体健康,且在有水条件下固化反应难以进行,为此,我们根据环氧树脂固化原理和环氧树脂固化物脆性的特点以及固化剂能在室温、潮湿、有水情况下能固化等实际要求,通过大量试验确定用酚醛胺、低分子聚酰胺和改性的双氰胺固化环氧树脂完全能满足要求。
    稀释剂:糠醛-丙酮(自配)
    建筑原材:砂、水泥、石2·2　原材配比的确定本文所研究的配比是以砂∶水泥∶环氧树脂=1·5∶1∶1(传统配比)为基准,确定固化剂、稀释剂的掺量,找出其最佳配比。
    2·2·1　固化剂配方及配比的确定
    以基准配比为基础,当改性的双氰胺掺量、稀释剂一定时,改变酚醛胺、低分子聚酰胺的比例,确定出二者的掺比。
    按砂∶水泥∶环氧树脂=1·5∶1∶1的比例备料,每次加定量的改性的双氰胺,稀释剂。不同比例的酚醛胺、低分子聚酰胺加入上述所配浆液中,其强度及凝固时间情况如图1所示。
                   
    由图可知改性双氰胺、稀释剂一定时,当酚醛胺∶低分子聚酰胺=2∶1时,固化时间、强度综合达到最佳,这是由于该混合液中含有酚羟基及胺活性氢,大大加强了反应活性,提高了胺基环氧基团对环氧树脂的固化反应速度,同时固化剂带有酚醛骨架结构,能进一步提高热变形温度,改善固化体系耐热性和耐腐蚀性。
    2·2·2　改性双氰胺掺量的确定
    每次取定量的环氧树脂,稀释剂。酚醛胺和低分子聚酰胺以2∶1的掺量加入,改变改性双氰胺的掺量,室温下测得各配比的固化时间及抗压强度(见图2)。
                     
    由图2可知,当酚醛胺∶低分子聚酰胺∶改性双氰胺=2∶1∶3时,固化时间达到最佳效果,粘度效果基本达最佳效果。
    改性双氰胺是一种潜伏性固化剂,随着反应的进行,它在环氧树脂中的溶解度增大,参与反应的双氰胺增多,改性产物破坏了双氰胺的结晶性,在环氧树脂中的溶解度增大,参与反应的固化剂增多,提高体系的固化速度,减少了浆液的固化时间。
    2·2·3　稀释剂用量的确定
    由于环氧树脂本身粘度很大,直接用于浇粘可操作性不好,因此需要加稀释剂降低环氧树脂本身粘度。目前,使用的稀释剂主要有三类,第一类为非活性稀释剂,如苯、甲苯、丙酮等。它们在固化过程中会挥发,引起较大的体积收缩,且其本身不参加环氧树脂的反应,使用量受到限制,因而粘度降低受到一定的限制。第二类为有一个及一个以上的环氧基团的低分子化合物。它们能参与固化反应,但其本身粘度太大,可稀释性较差,使浆液的可操作性降低。第三类为糠醛-丙酮稀释剂,糠醛和丙酮都是粘度很低的有机溶剂,在反应前可以作为环氧树脂的有效稀释剂,同时也能相互反应生成呋喃树脂,且可以和环氧树脂一起生成互穿网状结构,它的主要作用有:①降低其粘度,提高浆液可操作性。②增加固化物的韧性。
    综合各种因素,我们使用糠醛-丙酮为稀释剂。
    稀释剂用量对环氧树脂的粘度、固化时间有很大影响。具体请况见图3。

    由图3可知,随着稀释剂用量的增加,粘度降低,但固化时间显著增加,当糠醛-丙酮稀释剂用量大约为环氧树脂的10%时,对固化时间影响不大,且可以降低浆液粘度。故我们确定糠醛-丙酮稀释剂用量大约为环氧树脂的10%。
    2·2·4　固化剂与环氧树脂比例的确定
    固化剂采用酚醛胺∶低分子聚酰胺∶改性双氰胺=2∶1∶3比例配制,稀释剂采用糠醛-丙酮,且用量大约为环氧树脂的10%。
    改变固化剂与环氧树脂比例,其产品性能如表1,只有当固化剂与环氧树脂的比例合适时,固化时间才适中,产品性能较好。

    由表1可知:当M(环氧树脂)∶m(固化剂)=100∶10时,固化时间最短,且浆液表面性能最好。它将固化剂中的活性氢、胺基作用发挥了最大。当固化剂用量增加时,浆液表面粘度太大,溶剂过剩,当固化剂用量不够时,浆液整体粘度不够,强度不能满足要求。综上所述,环氧树脂浆液的配比为:环氧树脂∶糠醛-丙酮(稀释剂)∶酚醛胺∶低分子聚酰胺∶改性双氰胺(固化剂)=100∶10∶3·3∶1·7∶5。
    3　浆液的各种性能
    3·1　稳定性
    经改性的环氧树脂浆液在温室下可以存放1周以上,流体具有良好的稳定性,提高了现场的可操作性。
    3·2　凝胶特性
    此浆液呈絮凝状态,固化剂和稀释剂能充分进入环氧树脂形成的网状结构。使环氧树脂分子的粘聚性加强,通过固化剂的固化作用,使环氧树脂形成立体网格结构,使之向整个立体空间延伸,增加其抗压、抗拉、抗折强度。糠醛-丙酮分子的存在,又可降低环氧树脂的粘度,它与环氧树脂生成呋喃树脂,对环氧树脂浆液有稀释作用,这样,环氧树脂的固化与稀释形成一动态平衡。
    4　浆液的强度验证
    我们配制环氧树脂混凝土对其强度进行验证,在室温下配制如下二组环氧树脂混凝土对比。配方A:环氧树脂∶糠醛-丙酮(稀释剂)∶酚醛胺∶低分子聚酰胺∶改性双氰胺(固化剂)∶砂∶水泥∶石=100∶10∶3·3∶1·7∶5∶150∶100∶100。
    配方B:环氧树脂∶乙二胺∶丙酮∶砂∶水泥∶石=100∶10∶10∶50∶100∶100。
    二种配方所形成的混凝土的各种力学指标见表2。


    从表2中数据分析有:改性的环氧树脂混凝土各种强度指标均优于传统环氧树脂混凝土,对于普通的C30、C40、C50混凝土的粘补完全能满足强度要求,并且与混凝土表面有很好的粘接性,经实验证明它完全能满足粘补要求。
    5　结论
    环氧树脂混凝土是用于粘补水泥混凝土缺陷的,为了解决传统环氧树脂混凝土遇水不易固化、抗拉强度低、脆性大的缺点,特研制了这种改性环氧树脂浆液,从分子结构改变了环氧树脂的受力分布(传统环氧树脂混凝土受力大部分是平面分布),使其受力成完全的立体分布,减少了单一环氧树脂分子的受力强度。由于采用了糠醛-丙酮作为稀释剂、酚醛胺、分子聚酰胺、改性双氰胺为固化剂,使浆液的固化、稀释形成一动态平衡。室温时,能满足施工要求。另外,改性的环氧树脂增加了其混凝土的抗压、抗拉、抗折强度,克服了传统环氧树脂混凝土强度不高的缺点。
    参　考　文　献
1　王哓红、刘俊能·宇航材料工艺,1997(2)∶12
2　胡以强、潘松良·国内外环氧胶粘剂的发展方向·中国胶粘剂,1996·5(2):6~7
3　吴秉灵·双氰胺衍生物—环氧树脂固化体系的研究·绝缘材料通讯,1990(1):9~12
4　James J·B is 2D icyandiam ide as Curing A gents for Epoxy Resin·1993,Wo 93 10, 168
5　陈平·双氰胺—环氧树脂体系固化反应及固化物结构的研究·化学与粘合,1989(3):148~151,134
6　高家武、周福珍·高分子材料热分析曲线集·北京:科学出版社,1990