SP-7810聚脲触变剂在环氧树脂建筑结构胶中的应用研究

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                                                        SP-7810聚脲触变剂在环氧树脂建筑结构胶中的应用研究
聚脲SP-7810是一种新型流变助剂，可为体系提供很强的触变性。此测试报告主要介绍了一种合成改性聚脲触变剂SP-7810，并在环氧树脂建筑结构胶配方中考察了合成产品的流变性能、配方稳定性等，也与环氧树脂传统的触变剂气相白炭黑和有机膨润土进行了比较。传统的环氧树脂粘合剂的流变剂主要有气相白炭黑和有机膨润土，但存在添加量较大、需要高剪切分散和操作麻烦等缺陷。
大家都知道环氧结构胶因具有力学性能好、施工简便、加固周期短等优点，近年来已广泛应用于混凝土结构加固、维修及改造工程领域。品质优良的环氧树脂建筑结构胶应当具备良好的触变性，施工时在外力的剪切作用下胶体粘度低,可对基材表面有较好的浸润和分布，而在施工完成外力撤去后,胶体迅速恢复到较高粘度，可使胶体不易流淌而获得良好的接合状态。如果环氧树脂建筑结构胶的触变性不良，在立面和仰面作业时，胶液易发生流淌，导致胶体与基材接触不良，从而造成粘结缺陷。但目前市售的环氧树脂建筑结构胶的力学性能等指标比较被关注，而对流变性能等工艺性能指标并未得到足够的重视，这直接关系到粘合质量,给结构加固工程留下了安全隐患。为此国家标准GB50550-2010《建筑结构加固工程施工质量验收规范》进一步对环氧树脂建筑结构胶粘剂工艺性能指标作出了规定。
根据我们的实践，环氧树脂建筑结构胶体系中，A组分（环氧树脂)占比例较大，其流变性能对整个体系的影响最大，因此我们选择环氧树脂建筑结构胶中用量最大的粘钢胶（涂刷型）的A 组份进行研究。     
一、触变剂的加入
气相白炭黑和膨润土：在高速分散机2000rpm 转速下分散20min 后，再经三辊机研磨。聚脲流变控制剂：采用后添加方式，配方中其他组份搅拌分散均匀后，在500rpm 转速下加入聚脲，保持该转速10min 即可。
二、测试方法
      （1） 粘度的测定。使用NXS-11 旋转粘度计，在5.6r/min，23℃条件下进行。
      （2）触变指数的测定。按照GB50550-2010《建筑结构加固工程施工质量验收规范》附录L 的要求，使用NXS-11 旋转粘度计，在5.6r/min 和65r/min 的条件下，测出胶粘剂的粘度η5.6 和η65， 触变指数TI=η5.6/η65。
     （3）其他性能的测定。参照GB50367-2006《混凝土结构加固设计规范》的要求进行。
为了考察自制聚脲触变剂SP-7810的性能，按照配方配制通用型环氧树脂建筑结构胶中粘钢胶的A 组份，选择市售的某跨国公司的气相白炭黑和国产有机膨润土产品作为对照。配方的目标粘度为20000mPa•s，并考察各种触变剂添加量对胶液粘度的影响。
试验结果可以看出，我公司生产的聚脲SP-7810 的增稠效率最高，在将配方的粘度调整到20000mPa•s 时，需要的聚脲流变控制剂SP-7810 为1.5 份，而有机膨润土的增稠效率最低，加入量达到7 份，亲水型气相白炭黑和疏水型气相白炭黑分别也需要3.5份和5份。可见聚脲触变剂较市售的传统产品具有更高的增稠效率。
与气相白炭黑表面含有多种-OH 的集合体在液体体系中形成均匀的三维网状结构(氢键)以及有机膨润土附聚的薄层堆的解附形成网状立体结构的增稠触变机理不同，聚脲与环氧树脂体系有选择地不相容，产生细小、针状结晶，通过结晶间的键合力，形成三维网状结构。当施工时给体系一定的剪切力，该网状结构被破坏，粘度迅速下降；当剪切力消失后，这种网状结构在几秒内便可重新建立，从而为体系提供了较强的触变性。触变性用触变指数TI 表征，触变指数法可以简单、直观地判定胶粘剂的触变性。触变指数的意义为在两种不同转速条件下,低转速的表观粘度与高转速表观粘度的比值,反映出流体在剪切力作用下结构被破坏后恢复原有结构能力的好坏。触变指数是在5.6r/min 和65r/min 的转速条件下测得的粘度之比。TI 值越高触变性越好，工作性能越理想，在GB50550-2010《建筑结构加固工程施工质量验收规范》中，对各系列的环氧树脂建筑结构胶的触变指数进行了规定，粘钢胶（涂刷型）TI要求不低于4.0。从表中的结果可以看出，与其他品种相比，添加了SP-7810 的胶体的触变剂指数最高，达到4.81，相比有机膨润土 的3.22 高出了49.3%，具有理想的工作性能。

A胶的触变指数
触变剂        加量        触变指数TI
聚脲SP-7810        1．5        4．81
亲水型气相白炭黑        3．5        4．46
疏水型气相白炭黑        5．0        4．31
有机膨润土        7．0        3．22

      三、应用稳定性
触变剂在粘结剂配方中的应用稳定性是人们普遍关心的问题，对于某些触变剂可能存在颜填料沉降、絮凝以及触变性下降等现象。为了验证SP-7810聚脲触变剂的配方稳定性，将上述配置的A 胶密封保存，定期观察胶体的状态及相应的粘度变化。添加了各种触变剂的A 胶存储50d 后的粘度和触变指数状态中可以看出，亲水型气相白炭黑 的加入，初期可使A 胶具有明显的增稠、触变效果。但由于本试验中采用的配方含有大量的高极性增韧剂和稀释剂，导致掺加了亲水型气相白炭黑的环氧胶体在储存过程中粘度和触变指数明显下降，该体系配方稳定性差。经过表面处理的疏水气相白炭黑同样具有比较明显的增稠、触变效果，且在储存过程中粘度及触变指数基本保持不变。主要原因是经过疏水表面处理后表面硅羟基数量大大减少，因此储存过程中的稳定性大大增加。
有机膨润土的增稠、触变效果低于其他触变剂，但在储存过程中粘度及触变指数同样基本保持不变，稳定性较好。
而掺加SP-7810聚脲触变剂 的A 胶无论是粘度还是触变指数TI，经过存储50d 后变化不大，稳定性优于其他几种触变剂。

四、环氧树脂结构胶的性能
参照GB50367-2006《混凝土结构加固设计规范》的规定，对掺加了几种触变剂的环氧树脂结构胶按照配方制样，并进行了性能测试，结果见表：

项  目        标准
要求        聚脲SP-7810        亲水型
气相白炭黑        疏水型
气相白炭黑        有机膨润土
胶体抗拉MPA        ≧30        46．2        48．7        55．1        38．7
胶体抗弯MPA        ≧45        95．3        89．2        93．8        65．5
胶体抗压MPA        ≧65        88．5        90．4        92．5        76．7
钢-钢拉伸抗剪MPA        ≧15        18．1        16．7        17．9        16．0
钢-钢不均匀扯离KN/M        ≧16        17．8        16．5        16．8        16．6
钢-钢抗拉MPA        ≧33        36．9        36．6        37．3        35．5
与混凝土正拉MPA        ≧2．5        4．2        4．0        4．2        3．1
固含%        ≧99        99．3        99．6        99．6        99．5
湿热老化强度损失%        ﹤10        4．5        5．0        4．0        8．3

从表中的结果可见，使用了SP-7810聚脲触变剂 的结构胶其物理力学性能与使用气相白炭黑等触变剂的结构胶性能相当，完全可以满足GB50367-2006《混凝土结构加固设计规范》的要求。


五、结论
聚脲在环氧树脂体系中，通过结晶间的键合力，形成三维网状结构，从而为体系提供了较强的触变性。在环氧树脂建筑结构胶中使用聚脲触变剂，可以得到优良的流变性能，显著提高环氧树脂建筑结构胶的工作性能，是一种非常有效的触变剂，且具有更优的配方稳定性，增稠效率优异，添加量小，成本低，应用前景良好。

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