单组分室温固化环氧建筑胶粘剂的研究动向

贺曼罗 刘佳欣 任延煜

摘要：环氧建筑胶粘剂是一类应用非常广泛的建筑结构胶。本文结合应用实际，简述了单组分室温固化环氧建筑胶包括湿气固化型建筑胶粘剂、丙烯酸改性环氧建筑胶粘剂、单组分环氧乳液胶粘剂等的研究进展，并着重介绍了以酮亚胺为固化剂的建筑胶的几个典型研究案例。

关键词：建筑胶粘剂；酮亚胺；单组分；室温固化

中图分类号：TQ437+.1 文献标识码：A 文章编号：1001-5922（2013）10-0037-03

1 前言

环氧建筑胶粘剂由于有诸多的优点得到了广泛的应用[1]。特别是作为结构胶的应用发展十分迅速。以结构胶为例，现年消耗量已达12万吨以上，品牌逾百个。其应用范围已从居家装修、建筑物的修复与加固扩展到了新建筑的施工，并从一般建筑发展到公路、桥梁、高铁、水利、机场等诸多领域。成为一类新型的重要化学建材。

随着应用领域的扩大，对建筑胶粘剂的要求越来越高。除了力学性能、粘接性能等要求之外，为方便施工，用户更欢迎单组分胶粘剂，不需现场称量、配置、混合等工序，可提高工效。

例如，玻璃管装化学栓就是将固化剂装在小管中，将胶液装在大管里，小管放置于大管中。使用时通过钢筋的搅动将化学栓绞碎，胶液与固化剂混合、固化，进而将钢筋锚固牢。又如广泛应用的注射型环氧植筋胶，虽然甲乙组分分别装于2个塑料管中，但通过管头的一个静力混合器，在注射枪的推动下将甲乙组分混匀，注入植筋的基材孔中来锚固钢筋。再如将固化剂微胶囊化后混入环氧树脂中，使用时通过机械搅拌或利用被粘物搓动等手段，将微胶囊外壳破坏固化剂溢出使之固化环氧胶料。一些新的双组分单包装的固化技术也在研发中 。

2 单组分环氧建筑胶粘剂研究动向

1）湿气固化型建筑胶粘剂

现今研究比较多且有一定成果的有2类：聚氨酯改性环氧树脂胶粘剂和有机硅改性环氧树脂胶粘剂。此2类胶粘剂的原理就是将聚氨酯或有机硅通过高分子合成（如互穿网络聚合）对环氧树脂改性，使环氧树脂端基成为异氰酸酯基或有机硅基团。这种方法既改进了环氧树脂的脆性，又使之可以通过湿气固化。聚氨酯改性环氧树脂在日本的研究较多。美国的专利也有报道[2]，例如主链为双酚A环氧树脂在催化剂（2-苯基咪唑或四丁胺溴）的作用下与异氰酸酯（TDI或MDI）在加热的情况下合成含噁唑烷酮结构的改性环氧树脂，以此树脂为主料，可配制成单组分室温固化的胶粘剂。

青岛海誉研发的有机硅改性胶粘剂可应用于建筑、船舶领域，其性能见表1。

此湿气固化类型的胶粘剂国内还有单位在开发研究[3]。

2）丙烯酸改性环氧建筑胶

丙烯酸改性环氧的基本原理，是将丙烯酸和环氧树脂合成为丙烯酸环氧树脂，再与氧化/还原固化体系配制成单组分室温固化胶粘剂。其固化机理是氧化/还原固化体系在某种条件下可反应产生自由基，该自由基引发含有双键的丙烯酸环氧树脂交联固化。

厦门某单位开发了一种单组分室温固化环氧树脂建筑结构胶（植筋胶），该胶的主要性能见表2。

3）单组分环氧乳液胶粘剂[4]

单组分环氧乳液使用前加入潜伏性固化剂，通过加热或改变介质的pH值使固化剂活化，从而实现环氧树脂的固化。例如改变介质pH值使之固化的环氧树脂-二胺盐乳液，其中二胺盐为潜伏性固化剂，当把这种乳液同水泥、石灰等碱性物质混合时，二胺释放出来与环氧基团反应使其固化。树脂水泥砂浆一般采用水/灰比为0.35～0.65，乳液固体分与水泥比例为0.035～0.15。同一般水泥砂浆相比，不仅提高了弯曲强度和粘接性能，还具有较高的抗渗水性和耐化学腐蚀性。更适宜用作旧建筑物的修复，制造污水管道，用作地板胶等。

4）潜伏性酮亚胺固化剂建筑胶

陈梦雪等[5]采用酮亚胺为潜伏性固化剂的新型单组分室温固化环氧树脂胶粘剂，可用于建筑行业。日本的横滨橡胶株氏会社推出了一种单组分室温固化环氧建筑胶ァドガ-ドPC-1胶，用于建筑物的密封、修补等。大连理工大学和山西交通科学院合作开发出一种以酮亚胺为固化剂的单组分室温固化环氧结构胶[6]。

固化剂酮亚胺是由脂肪族多胺和酮类进行亲核反应脱水而得，见式（1）。

在无水环境中，此固化剂可以在室温与环氧树脂较长时间稳定贮存。使用时，在水分的激活作用下，酮亚胺可分解为脂肪族多胺和酮，胺可以与环氧树脂发生固化反应，生成交联网状固化物。酮除了少量的挥发外，部分残留在胶粘剂体系中，起到增塑剂的作用。

为了制备出固化活性和贮存稳定性俱佳的室温固化单组分环氧建筑结构胶，通过原料筛选，制备出理想的湿气致活潜伏型固化剂酮亚胺。通过试验优选出酮亚胺的较优合成条件：1，3-BAC与MIBK物质的量比1∶3.0，反应温度为150～170 ℃，反应时间3～5 h。在此条件下基本反应完全，由出水率计算的反应转化率可达97.5%。红外光谱证实了目标产物为酮亚胺结构。

将固化剂与双酚A环氧树脂、无机填料及其他助剂在干燥环境下配制成单组分建筑结构胶，基本性能见表3。该胶可应用于建筑加固与修复。

3 结论

室温固化单组分环氧树脂胶粘剂已取得了一定的进展，但形成规模化的生产并广泛应用于建筑行业还有诸多问题需要解决。比如，胶液的机械强度和粘接强度需进一步的提高，酮亚胺固化单组分胶贮存期与固化速度的平衡，聚氨酯改性环氧树脂合成条件的温和化等。可以预期这些问题在不远的将来都会得到解决。

参考文献

[1]贺曼罗.环氧树脂胶粘剂[M].北京：石化工业出版社，2003.

[2]Masaaki Urakawa.Epoxy resin composition：USP，0032286 AI[P].2009.

[3]中国，101358122[P].

[4]马学明.水基环氧树脂乳液及其胶粘剂[J].粘接，2000，20（6）.

[5]陈梦雪，等.一种新型单组分室温固化环氧胶粘剂的研制[J].菏泽学院学报，2006，28（2）.

Research trend of one-component room temperature curable epoxy building adhesives

HE Man-luo1，LIU Jia-xin2，REN Yan-yu2

（1.Dalian Institute Chemical Physics，Chinese Academy of Sciences，Dalian，Liaoning 116012，China；2.Dalian University of Science and Technology，Dalian，Liaoning 116000，China）

Abstract：Epoxy adhesives are applied in broader areas， which are an important class of building structural adhesive. In this paper， it introduce a single component room temperature curing epoxy construction adhesive， includeing moisture-curable construction adhesives， acrylic modified epoxy construction adhesives， single component epoxy emulsion adhesives， etc.， and outline the construction adhesive using ketimine as curing agent by several typical cases.