CN105273361B

CN105273361B - 一种填料反应型环氧复合材料及其制备方法与应用

Info

Publication number: CN105273361B
Application number: CN201510736801.9A
Authority: CN
Inventors: 张广照; 马春风; 张国梁
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2015-10-30
Filing date: 2015-10-30
Publication date: 2017-10-20
Anticipated expiration: 2035-10-30
Also published as: CN105273361A

Abstract

本发明属于堵水材料的技术领域，公开了一种填料反应型环氧复合材料及其制备方法与应用。所述复合材料由甲组分和乙组分组成；所述甲组分由以下按重量份数计的组分组成：环氧树脂10～70，活化型反应性溶剂5～40，增强型反应性溶剂0～30，反应性填料10～65，界面增强剂0～5，界面活化剂0～5；所述乙组分由以下按重量份数计的组分组成：功能固化剂5～85，固化调控剂0～40，双功能固化剂5～85，固化促进剂0～30。所述的复合材料能够实现快速堵水的效果，避免了环氧材料于水中固化慢，难固化的缺点；复合材料力学强度高，耐久性能好以及耐低温；并且固化速度快，力学强度高，工程造价低。

Description

一种填料反应型环氧复合材料及其制备方法与应用

技术领域

本发明属于堵水材料的技术领域，涉及一种环氧复合材料，特别涉及一种填料反应型环氧复合材料及其制备方法与应用。

背景技术

注浆堵水材料品种及性能的好坏，直接关系到堵水工程的质量和造价。无机类注浆堵水材料由于其工程造价较低，而被广泛应用于许多简单的工程之中，然而相比高分子注浆堵水材料，无机注浆堵水材料虽然可以暂时封堵大的涌水施工问题，然而其浆材颗粒大不能注入细小裂缝，与混凝土界面融合性差，不能有效粘结新旧混凝土，存在界面问题，并且无法彻底解决渗漏水的问题。因此无机类注浆堵水材料堵水效果难以跟高分子类注浆堵水材料相比。

在现有的堵水工程实践中，丙凝、聚氨酯、丙烯酸盐作为有机高分子注浆堵水材料具有较明显的优势被广泛应用于堵水防渗工程中。然而总览上述三种高分子注浆堵水材料，它们均各有其优缺点。丙凝虽然具有高渗透性，固结体强度高，封堵效果好等优点，但是其作为一种中等毒性的亲神经毒物已经被欧美等发达国家禁止使用。聚氨酯注浆堵水材料堵水处理初期止漏效果明显，但在潮湿面和有水的条件下对混凝土面的粘结性能差，固结体易收缩，但短时间内容易出现重新渗漏现象，耐久性差。丙烯酸盐类注浆堵水材料具有固化时间可调节，耐久性较好等优点，然而丙烯酸盐材料固砂体力学强度低，难以满足工程需求。

环氧树脂由于具有力学性能优异、粘接力强、固化收缩小、耐腐蚀性能优良等优点而在涂料、胶黏剂、化学灌浆等领域中得到了广泛应用。环氧树脂材料力学性能优异，能够轻易满足许多堵水防渗工程的抗压强度等力学性能要求，另外其固化收缩小，与混凝土粘结强度高，耐腐蚀性能优良，可以充分延长堵水效果的持久性。专利公开号CN1687190A《环氧/聚氨酯互穿聚合物网络水下修补材料及制备方法和应用》中公开了一种环氧/聚氨酯复合堵水材料，它能够克服聚氨酯材料的缺点，充分提高了材料的力学强度及堵水持久性。然而环氧树脂难以在水下固化、浆材造价高等缺点往往阻碍了环氧材料于高分子注浆堵水材料领域的发展。

发明内容

针对现有技术中环氧树脂在水下或潮湿基面难以固化问题，本发明的目的在于提供一种填料反应型环氧复合材料。本发明采用反应性填料与环氧树脂制备出一种高强度、耐久性好的堵水材料。所述复合材料中反应性填料遇水能够快速固化，构建一个无机堵水骨架，实现暂时堵水；环氧树脂能够逐步固化，从而实现高强度、高耐久性的长期堵水效果。本发明不仅解决了防渗、堵漏、补强施工问题，并通过加入工程造价较低的反应性填料，降低了材料的工程造价，从而能够满足更多施工工程的需求。

本发明的另一目的在于提供上述填料反应型环氧复合材料的制备方法。

本发明的再一目的在于上述填料反应型环氧复合材料应用于桥梁、港口、大坝、隧道、基础建筑等基础设施的防水防渗、加固补强工程中。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种填料反应型环氧复合材料，由甲组分和乙组分组成。

所述甲组分由以下按重量份数计的组分组成：

所述乙组分由以下按重量份数计的组分组成：

其中，甲、乙组分的重量比为(100:3)～(100:70)。

所述的环氧树脂为双酚A型环氧树脂或双酚F型环氧树脂。其中，双酚A型环氧树脂为E-51或E-44中一种以上，双酚F型环氧树脂为F-51或F-44中的一种以上。

所述的活化型反应性溶剂为酮类化合物，优选为异佛尔酮、环己酮、甲基异丁基酮、双乙烯酮、丙酮、丁酮、二丙酮醇或对甲基苯乙酮中的一种以上。

所述的增强型反应性溶剂为醛类化合物及缩水甘油醚类化合物中的一种以上。所述醛基化合物为苯甲醛、戊二醛、糠醛、多聚甲醛中的一种以上；所述的缩水甘油醚类化合物为苄基缩水甘油醚、丁基缩水甘油醚、烯丙基缩水甘油醚、12-14烷基缩水甘油醚、新戊二醇二缩水甘油醚、乙二醇二缩水甘油醚或丙三醇三缩水甘油醚中的一种以上。

所述的反应性填料为氧化镁、氧化钙、氧化铝、氢氧化钙、氯化镁、硫酸钙、硫铝酸盐、煅烧高岭土、普通硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、超早强水泥、高铝水泥中的一种以上。

所述的界面增强剂为硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂；所述硅烷偶联剂为KH550、KH560、KH570、KH590或KH602中一种以上，所述钛酸酯偶联剂为CT-56、CT-114、CT-2(生产公司为利进化工)中的一种以上。

所述的界面活化剂为阳离子乳化剂或非离子乳化剂中的一种以上；所述阳离子乳化剂为烷基三甲基季铵溴化物或烷基二甲基苄基季铵溴化物中的一种以上；所述非离子乳化剂为脂肪醇聚氧乙烯醚或烷基酚聚氧乙烯醚中的一种以上。

所述的功能固化剂为乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、N，N-二乙胺基丙胺、3-二丁胺基丙胺中的一种或一种以上的混合物。

所述的固化调控剂为改性胺类固化剂、芳香胺类或低分子聚酰胺类固化剂中的一种以上；所述改性胺类固化剂591^#或593^#中的一种以上；芳香胺类固化剂间苯二胺、间苯二甲胺或二氨基二苯甲烷中的一种以上；低分子聚酰胺类固化剂650^#或651^#中的一种以上。

所述的双功能固化剂为曼尼斯碱类固化剂或多巯基固化剂中的一种以上；所述曼尼斯碱类固化剂为T-31、810^#、910^#；所述多巯基固化剂为Capcure3-800、GPM-800(GabrielPerformance Products(美国))。

所述的固化促进剂为三乙醇胺、二甲基苯胺、2,4,6-三(二甲基氨基甲基)苯酚或甲基四氢苯酐中的一种以上。

所述填料反应型环氧复合材料的制备方法为：

(1)将10～70重量份的环氧树脂，5～40重量份的活化型反应性溶剂，0～30重量份的增强型反应性溶剂，10～65重量份的反应性填料，0～5重量份的界面增强剂，0～5重量份的界面活化剂于常温中高速搅拌混合，得甲组分；所述搅拌转速为500～3000r/min，所述搅拌时间为5～30min；

(2)将5～85重量份功能固化剂，0～40重量份的固化调控剂，5～85份双功能固化剂，0～30份固化促进剂常温搅拌混合得乙组分；所述搅拌的转速250～350rpm，所述搅拌时间为10～15min；

(3)将甲、乙组分按照重量比为(100:3)～(100:70)搅拌混合，得到填料反应型环氧复合材料。搅拌的转速为900～1000rpm，所述搅的时间为8～12min。所述填料反应型环氧复合材料在桥梁、港口、大坝、隧道、基础建筑的基础设施的防水防渗、加固补强工程中的应用。

本发明相对于现有技术具备如下的突出优点和效果：

1)本发明根据反应性填料遇水反应固化的特点，在防渗堵水工程中，反应性填料首先与水反应构建了一个止水堵水的暂时性骨架，有效实现了工程中的快速堵水的效果，避免了环氧材料于水中固化慢，难固化的缺点；

2)本发明根据反应性填料遇水反应固化的特点，在防渗堵水工程中，反应性填料与水反应，提高材料体系中的碱性，促进环氧树脂固化，提高材料早期强度，进一步提高材料堵水能力的稳定性；

3)本发明根据环氧材料力学强度高，耐久性能好的特点，为防渗堵水工程提供了一种持久性的高强度防渗堵水材料；同时也为需要加固补强的大型工程提供了一种可一步法防渗堵漏补强的简单施工材料；

4)本发明可于低温甚至严寒条件下固化，满足了部分工程冬天施工的需求；

5)本发明降低了环氧树脂堵水注浆材料工程造价的问题，使环氧材料能够适用于更多的防渗堵漏补强工程；

6)本发明具有固化速度快，力学强度高，工程造价低，施工工艺简单等特点，可用于桥梁、港口、大坝、隧道、基础建筑等基础设施的防水防渗、加固补强工程。

具体实施方式

下面通过具体实施例来详细说明本发明，但本发明并不仅仅局限于以下实施例。

实施例1

将44份环氧树脂E-51，5份活化型反应性溶剂异佛尔酮，10.1份苯甲醛，10份苄基缩水甘油醚，0.45份界面增强剂KH550，0.45份界面活化剂烷基三甲基季铵溴化物，25份反应性填料氧化镁，5份反应性填料氯化镁常温高速搅拌(500r/min)搅拌15min，得到甲组分；将40份功能固化剂N，N-二乙胺基丙胺，13.8份固化调控剂间苯二胺，10份固化调控剂651^#，25.1份双功能固化剂T31^#，11.1份固化促进剂甲基四氢苯酐在300rpm下搅拌混合15min，得乙组分；使用时将甲乙组分按100:56的重量比例混合，在1000rpm下搅拌10min，得到填料反应型环氧复合材料，所述份数为重量份。其性能测试如表1、2、3所示。

实施例2

将15份环氧树脂E-44，12.5份活化型反应性溶剂环己酮，3.5份糠醛，4份丁基缩水甘油醚，5份界面增强剂CT-56、5份界面活化剂十六烷基酚聚氧乙烯醚，40份氧化钙，15份硅酸盐水泥常温高速搅拌(750r/min)搅拌5min，得到甲组分；将85份功能固化剂二乙烯三胺，6.3份固化调控剂二氨基二苯甲烷，5份双功能固化剂810^#，3.7份三乙醇胺在300rpm下搅拌混合15min，得乙组分；使用时将甲乙组分按100:31的重量比例混合，在1000rpm下搅拌10min，得到填料可反应的环氧复合材料，所述份数为重量份。其性能测试如表1、2、3所示。

实施例3

将25份环氧树脂E-44，32份环氧树脂F-51，14份活化型反应性溶剂甲基异丁基酮，2份戊二醛，6份烯丙基缩水甘油醚，0.5份界面增强剂KH570，0.5份界面活化剂脂肪醇聚氧乙烯醚AEO-9，6份反应性填料氧化铝，6份反应性填料氯化镁，8份反应性填料火山灰水泥常温高速搅拌(830r/min)搅拌30min，得到甲组分；将21.5份功能固化剂3-二丁胺基丙胺，22.9份固化调控剂591^#，40份双功能固化剂910^#，15.6份固化促进剂2,4,6-三(二甲基氨基甲基)苯酚在300rpm下搅拌混合15min，得乙组分；使用时将甲乙组分按100:10的重量比例混合，在1000rpm下搅拌10min，得到填料反应型的环氧复合材料，所述份数为重量份。其性能测试如表1、2、3所示。

实施例4

将70份环氧树脂F-44，4份活化型反应性溶剂双乙烯酮，3.8份活化型反应性溶剂丙酮，8份糠醛，3份12-14烷基缩水甘油醚，0.7份界面增强剂KH602，0.5份界面活化剂烷基二甲基苄基季铵溴化物(十八烷基二甲基苄基氯铵)，8份反应性填料氢氧化钙，2份反应性填料硫酸钙常温高速搅拌(650r/min)搅拌10min，得到甲组分；将5份功能固化剂乙二胺，6份固化调控剂593^#，50份双功能固化剂T-31，35份双功能固化剂Capcure3-800，4份固化促进剂三苯基膦在300rpm下搅拌混合15min，得乙组分；使用时将甲乙组分按100:7的重量比例混合，在1000rpm下搅拌10min，得到填料反应型的环氧复合材料，所述份数为重量份。其性能测试如表1、2、3所示。

实施例5

将25.2份环氧树脂E-51,20份活化型反应性溶剂丁酮，20.2份苯甲醛、9.8份新戊二醇二缩水甘油醚，1.8份界面增强剂CT-2(利进化工)，2份界面活化剂脂肪醇聚氧乙烯醚AEO-7，10份反应性填料硫铝酸盐、10份反应性填料煅烧高岭土常温高速搅拌(3000r/min)30min，得到甲组分；将45份功能固化剂四乙烯五胺，8份固化调控剂650^#，8份双功能固化剂810^#，9份双功能固化剂Capcure3-800，30份固化促进剂三乙醇胺在300rpm下搅拌混合15min，得乙组分；使用时将甲乙组分按重量比100:3的比例混合，在1000rpm下搅拌10min，得到填料反应型的环氧复合材料，所述份数为重量份。其性能测试如表1、2、3所示。

实施例6

将15份环氧树脂E-44，40份活化型反应性溶剂对甲基苯乙酮，15份多聚甲醛，5份丁基缩水甘油醚，1份界面增强剂CT-114，2份界面活化剂脂肪醇聚氧乙烯醚AEO-3，12份火山灰质硅酸盐水泥，10份超早强水泥常温高速搅拌(1500r/min)搅拌20min，得到甲组分；将15.3份功能固化剂三乙烯四胺，40份固化调控剂间苯二胺，11份双功能固化剂T-31，28.7份双功能固化剂GPM-800，5份固化促进剂二甲基苯胺在300rpm下搅拌混合15min，得乙组分；使用时将甲乙组分按重量比100:70的比例混合，在1000rpm下搅拌10min，得到填料反应型的环氧复合材料，所述份数为重量份。其性能测试如表1、2、3所示。

实施例7

将31份环氧树脂E-51，25.8份活化型反应性溶剂二丙酮醇，1份戊二醛，1份丙三醇三缩水甘油醚，0.6份界面增强剂KH590，0.6份界面活化剂(十八烷基二甲基苄基氯铵)，25份反应性填料高铝水泥，15份反应性填料硅酸盐水泥常温高速搅拌(2200r/min)搅拌10min，得到甲组分；将5份功能固化剂二乙烯三胺，25份固化调控剂间苯二甲胺，36.5份双功能固化剂910^#，21份双功能固化剂Capcure3-800，12.5份固化促进剂三乙醇胺在300rpm下搅拌混合15min，得乙组分；使用时将甲乙组分按重量比100:29的比例混合，在1000rpm下搅拌10min，得到填料反应型的环氧复合材料，所述份数为重量份。其性能测试如表1、2、3所示。

实施例8

将10份环氧树脂E-44，19.7份活化型反应性溶剂二丙酮醇，2.5份糠醛，1份乙二醇二缩水甘油醚，1.5份界面增强剂KH560，0.3份界面活化剂十六烷基三甲基溴化铵，30份反应性填料氧化钙，35份反应性填料超细水泥常温高速搅拌(2500r/min)搅拌5min，得到甲组分；将10份功能固化剂乙二胺，40份固化调控剂593^#，44份双功能固化剂910^#，1份固化促进剂甲基四氢苯酐在300rpm下搅拌混合15min，得乙组分；使用时将甲乙组分按100:30的重量比例混合，在1000rpm下搅拌10min，得到填料反应型的环氧复合材料，所述份数为重量份。其性能测试如表1、2、3所示。

表1各实例在干燥环境中的力学性能参数

表2各实例在潮湿环境中的力学性能参数

表3各实例在低温(5℃)潮湿环境中的力学性能参数

上述实例的力学性能测试方法均参用行标JC/T 1041-2007《混凝土裂缝用环氧树脂灌浆材料》规定进行。

通过这些实例结果的分析可知：

1)本发明提供了一种填料可反应的环氧复合材料，该材料遇水能够迅速固化，实现工程的防渗堵水。

2)本发明所提供的环氧复合材料力学强度高，是一种能够一步法实现防渗堵漏补强的环氧复合材料。

3)本发明降低了环氧树脂堵水注浆材料工程造价的问题，使环氧复合材料能够适用于更多的防渗堵漏补强工程。

上述实施例是本发明提供的填料可反应的环氧复合材料及其制备方法与其在环氧树脂注浆材料中应用的较优实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例限制，各原料的上下限取值以及区间值均能够实现本发明，均包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种填料反应型环氧复合材料，其特征在于：由甲组分和乙组分组成；所述甲组分由以下按重量份数计的组分组成：

所述乙组分由以下按重量份数计的组分组成：

其中，甲、乙组分的重量比为(100:3)～(100:70)；

所述的环氧树脂为双酚A型环氧树脂或双酚F型环氧树脂；

所述的活化型反应性溶剂为酮类化合物；

所述的增强型反应性溶剂为醛类化合物或缩水甘油醚类化合物中的一种以上；

所述的反应性填料为氧化镁、氧化钙、氧化铝、氢氧化钙、氯化镁、硫酸钙、硫铝酸盐、煅烧高岭土、普通硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、超早强水泥或高铝水泥中的一种以上；

所述的界面增强剂为硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂；

所述的界面活化剂为阳离子乳化剂或非离子乳化剂中的一种以上；所述阳离子乳化剂为烷基三甲基季铵溴化物或烷基二甲基苄基季铵溴化物中的一种以上；所述非离子乳化剂为脂肪醇聚氧乙烯醚或烷基酚聚氧乙烯醚中的一种以上；

所述的功能固化剂为乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、N，N-二乙胺基丙胺、3-二丁胺基丙胺中的一种以上；

所述的固化调控剂为改性胺类固化剂、芳香胺类或低分子聚酰胺类固化剂中的一种以上；

所述的双功能固化剂为曼尼斯碱类固化剂或多巯基固化剂中的一种以上；

2.根据权利要求1所述填料反应型环氧复合材料，其特征在于：所述的双酚A型环氧树脂为E-51或E-44中一种以上，双酚F型环氧树脂为F-51或F-44中的一种以上；

所述的活化型反应溶剂为异佛尔酮、环己酮、甲基异丁基酮、双乙烯酮、丙酮、丁酮、二丙酮醇或对甲基苯乙酮中的一种以上；

所述醛类化合物为苯甲醛、戊二醛、糠醛、多聚甲醛中的一种以上；所述的缩水甘油醚类化合物为苄基缩水甘油醚、丁基缩水甘油醚、烯丙基缩水甘油醚、12-14烷基缩水甘油醚、新戊二醇二缩水甘油醚、乙二醇二缩水甘油醚或丙三醇三缩水甘油醚中的一种以上；

所述硅烷偶联剂为KH550、KH560、KH570、KH590或KH602中一种以上，所述钛酸酯偶联剂为CT-114、CT-2中的一种以上。

3.根据权利要求1所述填料反应型环氧复合材料，其特征在于：所述改性胺类固化剂591^#或593^#中的一种以上；芳香胺类固化剂为间苯二胺、间苯二甲胺或二氨基二苯甲烷中的一种以上；低分子聚酰胺类固化剂为650^#或651^#中的一种以上；

所述曼尼斯碱类固化剂为T-31、810^#或910^#；所述多巯基固化剂为Capcure3-800或GPM-800。

4.根据权利要求1～3任一项所述填料反应型环氧复合材料的制备方法，其特征在于：具体步骤为：

(1)将10～70重量份的环氧树脂，5～40重量份的活化型反应性溶剂，0～30重量份的增强型反应性溶剂，10～65重量份的反应性填料，0～5重量份的界面增强剂，0～5重量份的界面活化剂于常温中高速搅拌混合，得甲组分；

(2)将5～85重量份功能固化剂，0～40重量份的固化调控剂，5～85份双功能固化剂，0～30份固化促进剂常温搅拌混合得乙组分；

(3)将甲、乙组分按照重量比为(100:3)～(100:70)搅拌混合，得到填料反应型环氧复合材料。

5.根据权利要求4所述填料反应型环氧复合材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述搅拌转速为500～3000rpm，所述搅拌时间为5～30min；步骤(2)中所述搅拌的转速250～350rpm，所述搅拌时间为10～15min；步骤(3)中搅拌的转速为900～1000rpm，所述搅拌的时间为8～12min。

6.一种由权利要求1～3任一项所述填料反应型环氧复合材料在桥梁、港口、大坝、隧道的防水防渗、加固补强工程中的应用。

7.一种由权利要求1～3任一项所述填料反应型环氧复合材料在基础建筑的防水防渗、加固补强工程中的应用。