CN108084680B - 一种地下管道点修复用树脂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种地下管道点修复用树脂及其制备方法，该树脂主要由以下质量份的原料制成：不饱和聚酯树脂，环氧树脂，二氨基二苯甲烷，苯乙烯，风干剂，偶联剂，消泡剂，填料，常温固化剂，引发剂和促进剂。制备方法包括将环氧树脂和二氨基二苯甲烷反应，升温反应并冷却后，用苯乙烯稀释，加入不饱和聚酯树脂中，然后加入风干剂、偶联剂、消泡剂和填料搅拌，再加入常温固化剂、引发剂和促进剂搅拌即得。本发明的树脂具有适宜的可操作时间和反应温度，固化效果好，粘结力强，机械强度高，使用寿命长，可广泛应用于地下管道非开挖修复领域。
Description
技术领域
本发明属于地下管道非开挖修复材料技术领域，涉及一种地下管道修复用树脂及其制备方法，尤其涉及一种地下管道点修复用树脂及其制备方法。
背景技术
地下管道因结构损坏、年久老化等因素，需要对其进行修复或更换，以满足居民生活和经济发展的需求。非开挖修复技术以其无需开挖地表、环保、工期短等特点，在地下管道修复中占有越来越重要的地位，成为管道修复技术的发展趋势。非开挖修复包括整体修复和局部修复。局部修复是当管道结构完好，仅有局部缺陷时，为增强管道的结构性能，消除管道缺陷和降低管道渗漏量而采用的修复方式。因只对破损点进行修复，因此也称为点修复。
目前点修复使用的树脂类型主要有硅酸盐树脂类和环氧树脂类，前者多依靠进口，性能优良，但价格昂贵；后者国内生产较多，采用常温固化剂固化环氧树脂，但此类树脂往往存在固化剂过量、初始反应速度过快而最终固化程度不高、固化后孔隙较多、粘结力差、强度不足等缺陷，导致修复后产生渗漏、旧管道与修复层间分离、容易再次破损的现象。不饱和聚酯树脂由于其粘结性不如环氧树脂，而且在潮湿环境下难以完全固化，不适合单独用做点修复树脂。因此，寻求新的地下管道修复材料成为当务之急。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种具有适宜的可操作时间和反应温度、固化效果好、粘结力强、机械强度高和使用寿命长的地下管道点修复用树脂及其制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种地下管道点修复用树脂，所述树脂主要由以下质量份的原料制备而成：不饱和聚酯树脂10份～100份，环氧树脂100份，二氨基二苯甲烷1份～30份，苯乙烯1份～40份，风干剂1份～10份，偶联剂0.3份～3份，消泡剂0.3份～3份，填料20份～200份，常温固化剂1份～20份，引发剂0.2份～2份和促进剂0.1份～5份。
上述的地下管道点修复用树脂中，优选的，所述不饱和聚酯树脂为间苯型不饱和聚酯树脂，所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂和/或酚醛环氧树脂，所述二氨基二苯甲烷为固态4, 4-二氨基二苯甲烷或者液态4, 4-二氨基二苯甲烷，所述常温固化剂为低分子聚酰胺、改性芳香胺、间苯二胺、双苄胺基醚和改性聚醚中的一种或几种。
上述的地下管道点修复用树脂中，优选的，所述双酚A型环氧树脂为双酚A型环氧树脂E-44和/或双酚A型环氧树脂E-51，所述酚醛环氧树脂为酚醛环氧树脂F-44和/或酚醛环氧树脂F-48；所述低分子聚酰胺为低分子聚酰胺650和/或低分子聚酰胺651，所述改性芳香胺为改性芳香胺590、改性芳香胺T-31和改性芳香胺810中的一种或几种，所述改性聚醚为改性聚醚D-230。
上述的地下管道点修复用树脂中，优选的，所述风干剂为甘油、液体石蜡和烯丙基甘油醚中的一种或几种；所述偶联剂为硅烷型偶联剂KH550、硅烷型偶联剂KH560、钛酸酯型偶联剂和螯合型偶联剂中的一种或几种；所述消泡剂为有机硅类消泡剂，所述有机硅类消泡剂为BYK141消泡剂、102F消泡剂、DC7消泡剂和DB310消泡剂中的一种或几种；所述填料为氧化镁、氧化铝、氢氧化铝、硅微粉、氧化钙和轻质碳酸钙中的一种或几种，所述填料的粒径为800目～2000目。
上述的地下管道点修复用树脂中，优选的，所述引发剂为过氧化苯甲酸叔丁酯、过氧化甲乙酮、过氧化-2-乙基己酸叔丁酯、过氧化二苯甲酰、过氧化二碳酸二环己酯和双(叔丁基过氧化异丙基)苯中的一种或几种；所述促进剂为三-(二甲氨基甲基)苯酚、N, N-二甲基苄胺、苄胺、咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑和丁基-2-甲基咪唑中的一种或几种。
作为一个总的发明构思，本发明还提供一种上述的地下管道点修复用树脂的制备方法，包括以下步骤：
（1）将环氧树脂和二氨基二苯甲烷混合，升温至40℃～70℃，搅拌反应0.5h～2h，冷却后，加入苯乙烯搅拌均匀，得到环氧预聚物；
（2）在不饱和聚酯树脂中加入步骤（1）所得的环氧预聚物、风干剂、偶联剂、消泡剂和填料，搅拌均匀后，得到第一混合物；
（3）将常温固化剂、引发剂和促进剂混合并搅拌均匀，得到第二混合物；
（4）将第一混合物和第二混合物混合并搅拌均匀，得到地下管道点修复用树脂。
上述的地下管道点修复用树脂的制备方法中，优选的，所述步骤（3）中，所述搅拌的时间为3min～10min，搅拌过程控制温度不超过30℃。
上述的地下管道点修复用树脂的制备方法中，优选的，所述步骤（4）中，所述搅拌的时间为3min～5min，搅拌过程控制温度不超过25℃。
本发明所涉及的点修复，主要采用玻璃纤维作为增强材料，涂以可固化的树脂，缠绕在修复气囊上，形成管状，在CCTV检测车的指引下，将气囊运输至指定位置，充气膨胀，使修复材料固定在破损管道内壁上，待树脂固化后与原有管道紧密结合，达到支撑和止漏效果。
本发明的主要创新点在于：
首先，经过发明人的长期研究，发现了本领域存在背景技术中所阐述的弊端及探究了其深层原因。然后，本发明专门设计了一种地下管道点修复用树脂及其制备方法，利用多种固化剂搭配在不同温度区间固化环氧树脂，减少初始反应放热，让反应平稳分步进行，减少固化后的孔隙，加入一定量的不饱和聚酯树脂，并利用助剂及金属氧化物等，消除潮湿环境对不饱和聚酯树脂固化程度的影响，提高固化物的强度，避免出现渗漏、旧管道与修复层分离等现象，提高管道的机械强度，延长管道使用寿命。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明制备的点修复树脂中，二氨基二苯甲烷与常温固化剂搭配，使环氧树脂可以在常温下平稳反应至一定程度，不饱和聚酯树脂也同时反应，随着反应进行，温度升高，二氨基二苯甲烷可以充分发挥耐热固化剂的优势，继续提高环氧固化程度，直至完全固化，不饱和聚酯树脂分子链与环氧链缠绕交联，提高固化物强度。树脂常温适用期受环氧及其固化剂影响较大，可通过二氨基二苯甲烷与常温固化剂的比例调节；树脂粘度可利用苯乙烯调节，各项性能均可满足点修复用树脂的要求。与普通环氧型点修复树脂相比，本发明的树脂粘结能力明显提高，管道与修复层间粘结紧密，避免出现渗漏现象，还可以提高管道的机械强度，延长管道使用寿命，可广泛应用于地下管道非开挖修复领域。
具体实施方式
以下结合具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
以下实施例中所采用的材料和仪器均为市售。
一种本发明的地下管道点修复用树脂，主要由以下质量份的原料制成：不饱和聚酯树脂10份～100份，环氧树脂100份，二氨基二苯甲烷1份～30份，苯乙烯1份～40份，风干剂1份～10份，偶联剂0.3份～3份，消泡剂0.3份～3份，填料20份～200份，常温固化剂1份～20份，引发剂0.2份～2份和促进剂0.1份～5份。
一种本发明的地下管道点修复用树脂的制备方法，包括以下步骤：
（1）将100份环氧树脂、1～30份二氨基二苯甲烷加入反应容器中，升温至40～70℃，开动搅拌，保温反应0.5～2小时后，冷却，加入1～40份苯乙烯，搅拌均匀，得到环氧预聚物；
（2）在10～100份不饱和聚酯树脂中加入步骤（1）所得环氧预聚物，然后加入1～10份风干剂、0.3～3份偶联剂、0.3～3份消泡剂、20～200份填料，搅拌均匀，得第一混合物；
（3）将1～20份常温固化剂、0.2～2份引发剂、0.1～5份促进剂混合并搅拌3～10min，搅拌过程防止温度过高，控制温度不超过30℃，搅拌均匀后，得到第二混合物；
（4）将第一混合物和第二混合物混合并搅拌均匀，搅拌的时间为3min～5min，搅拌过程控制温度不超过25℃，得到地下管道点修复用树脂。
上述地下管道点修复用树脂及制备方法中：
不饱和聚酯树脂为以间苯二甲酸为多元酸的间苯型不饱和聚酯树脂。
环氧树脂为双酚A型环氧树脂E-44、E-51、酚醛环氧树脂F-44和F-48中的一种或几种。
二氨基二苯甲烷为4, 4-二氨基二苯甲烷固体或液体。
常温固化剂为低分子聚酰胺650、651、改性芳香胺590、T-31、810、间苯二胺、双苄胺基醚和改性聚醚D-230中的一种或几种。
风干剂为甘油、液体石蜡和烯丙基甘油醚中的一种或几种。
偶联剂为硅烷型偶联剂KH550、KH560、钛酸酯型偶联剂和螯合型偶联剂中的一种或几种。
消泡剂为有机硅类消泡剂，有机硅类消泡剂为BYK141消泡剂、102F消泡剂、DC7消泡剂和DB310消泡剂中的一种或几种。
填料为氧化镁、氧化铝、氢氧化铝、硅微粉、氧化钙和轻质碳酸钙中一种或几种，粒径为800目-2000目。
引发剂为过氧化苯甲酸叔丁酯、过氧化甲乙酮、过氧化-2-乙基己酸叔丁酯、过氧化二苯甲酰、过氧化二碳酸二环己酯和双(叔丁基过氧化异丙基)苯中的一种或几种。
促进剂为三-(二甲氨基甲基)苯酚、N,N-二甲基苄胺、苄胺、咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑和丁基-2-甲基咪唑中的一种或几种。
以上所述的一种或几种均指一种或一种以上。
实施例1：
一种本发明的地下管道点修复用树脂，该树脂主要由以下质量份的原料制备而成：100份不饱和聚酯树脂，100份E-51双酚A型环氧树脂，20份固态4, 4-二氨基二苯甲烷，40份苯乙烯，3份烯丙基甘油醚，0.3份KH550硅烷型偶联剂，1份BYK141消泡剂，20份硅微粉，10份651低分子聚酰胺树脂，0.2份过氧化二碳酸二环己酯，0.2份苄胺。
一种上述本实施例的地下管道点修复用树脂的制备方法，包括以下步骤：
（1）将100份E-51双酚A型环氧树脂、20份固态4, 4-二氨基二苯甲烷加入反应容器，升温至60℃，开动搅拌，反应2小时后，降温至40℃以下，加入40份苯乙烯搅拌均匀，得到环氧预聚物；
（2）在100份不饱和聚酯树脂中先加入步骤（1）所得的环氧预聚物，然后加入3份烯丙基甘油醚、0.3份KH550硅烷型偶联剂、1份BYK141消泡剂和20份硅微粉搅拌均匀，得到第一混合物。
（3）将10份651低分子聚酰胺树脂、0.2份过氧化二碳酸二环己酯和0.2份苄胺混合，搅拌10min，搅拌过程防止温度过高，控制温度不超过30℃，搅拌均匀后，得到第二混合物。
（4）将步骤（2）所得第一混合物和步骤（3）所得第二混合物混合并搅拌均匀，搅拌温度不超过25℃，搅拌时间为3min，即可制得地下管道点修复用树脂。
在10-15min内，将上述本实施例的地下管道点修复用树脂涂在玻纤复合毡上，制成管状，10-35℃下40-120min基本固化，测试固化后性能：抗弯强度≥90MPa，抗拉强度≥78MPa，超出了国家要求的45MPa、62MPa，断裂面层间粘结紧密无明显空洞。
所用玻纤复合毡为：方格布缝编复合毡，总克重：1050g/m2；其中，玻璃纤维方格布克重600g/m2，玻璃纤维短切原丝层克重：450g/m2。
实施例2：
一种本发明的地下管道点修复用树脂，该树脂主要由以下质量份的原料制备而成：20份不饱和聚酯树脂，100份E44双酚A型环氧树脂，10份固态4, 4-二氨基二苯甲烷，20份苯乙烯，3份烯丙基甘油醚，0.3份KH550硅烷型偶联剂，1份BYK141消泡剂，20份氧化铝，20份651低分子聚酰胺树脂，0.2份过氧化二碳酸二环己酯，0.2份苄胺。
一种上述本实施例的地下管道点修复用树脂的制备方法，包括以下步骤：
（1）将100份E44双酚A型环氧树脂、10份固态4, 4-二氨基二苯甲烷加入反应容器，升温至70℃，开动搅拌，反应0.5小时后，降温至40℃以下，加入20份苯乙烯搅拌均匀，得到环氧预聚物；
（2）在20份不饱和聚酯树脂中加入步骤（1）所得环氧预聚物、3份烯丙基甘油醚、0.3份KH550硅烷型偶联剂、1份BYK141消泡剂、20份氧化铝搅拌均匀，得到第一混合物；
（3）将20份651低分子聚酰胺树脂、0.2份过氧化二碳酸二环己酯和0.2份苄胺混合，搅拌10min，搅拌过程防止温度过高，控制温度不超过30℃，均匀后即可出料，得到第二混合物。
（4）将步骤（2）所得第一混合物和步骤（3）所得第二混合物混合均匀，搅拌温度不超过25℃，搅拌时间控制在3min，即可制得地下管道点修复用树脂。
在10-15min内，将上述本实施例的地下管道点修复用树脂涂在玻纤复合毡上，制成管状，10-35℃下40-120min基本固化，测试固化后性能：抗弯强度≥100MPa，抗拉强度≥70MPa，超出了国家要求的45MPa、62MPa，断裂面层间粘结紧密无明显空洞。
所用玻纤复合毡为：方格布缝编复合毡，总克重：1050g/m2；其中，方格布克重600g/m2，短切层克重：450g/m2。
综上，本发明的点修复树脂体系中，二氨基二苯甲烷/常温固化剂搭配使用，使树脂具有适宜的可操作时间和反应温度。在常温阶段，环氧树脂平稳反应至一定程度，待反应放热导致温度升高后，二氨基二苯甲烷作为耐热固化剂，继续与环氧树脂反应，直至环氧完全固化；风干剂及碱土金属氧化物可以吸附环境中的水分子，消除潮湿环境对不饱和聚酯树脂固化反应的不利影响，不饱和聚酯分子链与环氧链缠绕交联，提高固化物强度，树脂粘度用苯乙烯调节。与普通点修树脂相比，该树脂固化后修复层与旧管道间粘结更加紧密，避免出现脱离、渗漏等现象，机械强度高，管道使用寿命长。
在同等条件下，仅使用常温固化剂或者无不饱和聚酯改性的点修树脂，抗弯强度、抗拉强度均明显低于本发明，断裂面树脂多空洞。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神实质和技术方案的情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
Claims (8)
1.一种地下管道点修复用树脂，其特征在于，所述树脂主要由以下质量份的原料制备而成：不饱和聚酯树脂10份～100份，环氧树脂100份，二氨基二苯甲烷1份～30份，苯乙烯1份～40份，风干剂1份～10份，偶联剂0.3份～3份，消泡剂0.3份～3份，填料20份～200份，常温固化剂1份～20份，引发剂0.2份～2份和促进剂0.1份～5份。
2.根据权利要求1所述的地下管道点修复用树脂，其特征在于，所述不饱和聚酯树脂为间苯型不饱和聚酯树脂，所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂和/或酚醛环氧树脂，所述二氨基二苯甲烷为固态4, 4’-二氨基二苯甲烷或者液态4, 4’-二氨基二苯甲烷，所述常温固化剂为低分子聚酰胺、改性芳香胺、间苯二胺、双苄胺基醚和改性聚醚D-230中的一种或几种。
3.根据权利要求2所述的地下管道点修复用树脂，其特征在于，所述双酚A型环氧树脂为双酚A型环氧树脂E-44和/或双酚A型环氧树脂E-51，所述酚醛环氧树脂为酚醛环氧树脂F-44和/或酚醛环氧树脂F-48；所述低分子聚酰胺为低分子聚酰胺650和/或低分子聚酰胺651，所述改性芳香胺为改性芳香胺590、改性芳香胺T-31和改性芳香胺810中的一种或几种。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的地下管道点修复用树脂，其特征在于，所述风干剂为甘油、液体石蜡和烯丙基甘油醚中的一种或几种；所述偶联剂为硅烷型偶联剂KH550、硅烷型偶联剂KH560、钛酸酯型偶联剂和螯合型偶联剂中的一种或几种；所述消泡剂为有机硅类消泡剂，所述有机硅类消泡剂为BYK141消泡剂、102F消泡剂、DC7消泡剂和DB310消泡剂中的一种或几种；所述填料为氧化镁、氧化铝、氢氧化铝、硅微粉、氧化钙和轻质碳酸钙中的一种或几种，所述填料的粒径为800目～2000目。
5.根据权利要求1～3中任一项所述的地下管道点修复用树脂，其特征在于，所述引发剂为过氧化苯甲酸叔丁酯、过氧化甲乙酮、过氧化-2-乙基己酸叔丁酯、过氧化二苯甲酰、过氧化二碳酸二环己酯和双(叔丁基过氧化异丙基)苯中的一种或几种；所述促进剂为三-(二甲氨基甲基)苯酚、N, N-二甲基苄胺、苄胺、咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑和丁基-2-甲基咪唑中的一种或几种。
6.一种如权利要求1～5中任一项所述的地下管道点修复用树脂的制备方法，包括以下步骤：
（1）将环氧树脂和二氨基二苯甲烷混合，升温至40℃～70℃，搅拌反应0.5h～2h，冷却后，加入苯乙烯搅拌均匀，得到环氧预聚物；
（2）在不饱和聚酯树脂中加入步骤（1）所得的环氧预聚物、风干剂、偶联剂、消泡剂和填料，搅拌均匀后，得到第一混合物；
（3）将常温固化剂、引发剂和促进剂混合并搅拌均匀，得到第二混合物；
（4）将第一混合物和第二混合物混合并搅拌均匀，得到地下管道点修复用树脂。
7.根据权利要求6所述的地下管道点修复用树脂的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中，所述搅拌的时间为3min～10min，搅拌过程控制温度不超过30℃。
8.根据权利要求6或7所述的地下管道点修复用树脂的制备方法，其特征在于，所述步骤（4）中，所述搅拌的时间为3min～5min，搅拌过程控制温度不超过25℃。
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