环氧稀释剂种类对环氧灌浆材料力学性能影响的研究1

王政芳，　谢炎坤,3，　罗广建，　谭建权,3，　刘伟区*（1. 中科院广州化学有限公司，广东 广州 510650；2. 中国科学院 纤维素化学重点实验室，广东 广州 510650；3. 中国科学院大学，北京 100049）

环氧稀释剂种类对环氧灌浆材料力学性能影响的研究1

王政芳1,2，谢炎坤1,2,3，罗广建1,2，谭建权1,2,3，刘伟区1,2*
（1. 中科院广州化学有限公司，广东 广州 510650；2. 中国科学院 纤维素化学重点实验室，广东 广州 510650；3. 中国科学院大学，北京 100049）

研究了活性稀释剂乙二醇二缩水甘油醚（669）、聚丙二醇二缩水甘油醚（207）对环氧灌浆材料中加入对环氧灌浆材料的黏度、拉伸性能及抗压性能等力学性能的影响，结果表明，加入乙二醇二缩水甘油醚或者聚丙二醇二缩水甘油醚后，环氧灌浆材料拉伸断裂伸长率先增加后降低，断裂伸长率增加，抗压强度降低。

乙二醇二缩水甘油醚；聚丙二醇二缩水甘油醚；环氧灌浆材料；力学性能

环氧灌浆材料是一种强度高、粘接力强、收缩性小的高分子化学灌浆材料[1-3]。环氧灌浆材料首先要求具有很好的可灌性，这就要求灌浆材料低粘度，一般要求在10～30 MPa·s之间，然而环氧树脂和固化剂混合后粘度太大，必须加入稀释剂来降低环氧树脂灌浆浆液的初始粘度。但是随着稀释剂的加入，浆液固结体力学性能又会下降，影响灌浆效果[4]。

因此，必须选择合适的稀释剂及其适宜的掺量以满足降低环氧灌浆材料粘度，同时保持良好的力学性能。为达到此目的，目前市场上应用比较广泛的活性稀释剂为糠醛和丙酮体系。但是糠醛丙酮体系的稀释剂挥发性大，对人体毒性大，会产生环境问题，因此，研究出既保持原灌浆材料的低粘度和力学性能而又不含糠醛的化学灌浆材料成为目前环氧灌浆材料的热点[5-8]。

本文通过对添加两种不同的活性稀释剂对环氧灌浆材料的力学性能影响的研究，为环氧树脂在绿色环保化学灌浆材料领域的应用提供指导。

1　试验

1.1材料

双酚A型环氧树脂（E51），工业级，环氧值0.51 mol/100 g，固含量99.9%，巴陵石油化工有限责任公司；三乙烯四胺（TETA），工业级，南京化学试剂股份有限公司；2,4,6-三（二甲胺基甲基）苯酚（DMP-30)，化学纯，张家港源邦化工材料有限公司；乙二醇二缩水甘油醚（669）、 聚丙二醇二缩水甘油醚（207），工业级，安徽新远化工有限公司。

1.2性能测试

黏度测试，采用按 GB/T 2794-1995《胶粘剂黏度的测定》进行测试粘度。抗压强度测试，按GB/T2569-1995《树脂浇铸体压缩性能试验方法》测定其抗压强度，试件尺寸采用边长2 cm的立方体。拉伸性能测试，按ASTM D638-08测定，试样为哑铃形，标距8.00 mm，拉伸速率10 mm/min；拉伸强度的结果为五个重复测试的平均值。

1.3环氧灌浆材料的制备

A组分的制备：活性稀释剂，与环氧树脂按照表1所示的比例加入到反应容器中，与室温下搅拌均匀，得到环氧灌浆材料的A组分。

B组分的制备：将催化剂2,4,6-三（二甲胺基甲基）苯酚（DMP-30)，二乙烯三胺，按照表1所示的质量加入到反应容器中，搅拌均匀后，得到环氧灌浆材料的B组分。

1.4环氧灌浆材料的制备

将环氧灌浆材料的A组分和B组分按照1∶1的比例加入到反应容器中，搅拌均匀后，浇铸到抗压强度及拉伸试验测试所需的标准模具中，室温固化10天后，进行测试试样的力学性能。

表1　环氧灌浆材料制备过程各组分的比例

2　结果与讨论

2.1环氧灌浆材料的粘度

粘度是反应环氧灌浆材料可灌性的重要参数，粘度越低，环氧材料的可灌性越好。但是环氧灌浆材料的粘度过低，将会影响材料在潮湿基面的使用[4,9]，因此，调节适宜的粘度是环氧灌浆材料使用过程中重要的步骤。图1显示了环氧树脂的粘度随着不同类型稀释剂添加量的变化趋势。可以看出，随着稀释剂添加量的增加，环氧树脂的粘度降低，且669较207的稀释效果更为理想。添加25%质量分数的稀释剂基本可以满足灌浆材料的使用要求[8]。

图1　稀释剂添加量对环氧灌浆材料黏度性能的影响

图2　活性稀释剂添加量对环氧树脂抗拉强度的影响

2.2拉伸性能

图2为活性稀释剂添加量对环氧树脂抗拉强度的影响，从图2可以看出，随着乙二醇二缩水甘油醚（669）的加入量增加，环氧树脂固化物的抗拉强度呈现升高后降低的趋势，添加量10%时，环氧灌浆材料的固化物的抗拉强度达到74.5 MPa，这可能是加入的乙二醇二缩水甘油醚（669）的分子量相对较小时，加入后是环氧灌浆材料固化物的交联点更为密集，交联网络更为密集，使得抗拉强度提高；但随着乙二醇二缩水甘油醚（669）添加量的提高，固化物中柔性链段增加，669的加入对环氧树脂主体刚性的破坏作用大于其对交联网络的贡献，所以造成抗拉性能的降低[9-11]。而聚丙二醇二缩水甘油醚（207）的添加量增加至10%，抗拉强度基本不变，之后随着聚丙二醇二缩水甘油醚（207）添加量的增加，抗拉强度降低。

图3为活性稀释剂添加量对环氧树脂灌浆材料拉伸断裂伸长率的影响，可以看出，随着乙二醇二缩水甘油醚（669）或聚丙二醇二缩水甘油醚（207）的添加量增加，环氧树脂固化物的断裂伸长率均呈增加趋势。这可能是由于添加剂中的柔性分子长链存在，环氧灌浆材料拉伸时，柔性的链段得以伸展开来，断裂伸长率得以提高[11-13]。

图3　活性稀释剂添加量对环氧树脂灌浆材料断裂伸长率的影响

图4　稀释剂含量对环氧灌浆材料抗压强度性能的影响

2.3抗压强度

图4是稀释剂含量对环氧灌浆材料抗压强度性能的影响。从图4可以看出，随着活性稀释剂669或者207的添加量增加，环氧灌浆材料的抗压强度降低。在相同稀释剂加入量的情况下，加入活性稀释剂669后，环氧灌浆材料的抗压强度相对较低，可能是由于稀释剂669线型小分子化合物，交联固化反应之后分子中的线型链段使整个交联固化网络的刚性结构减弱，压缩时更容易断裂[13-14]。

3　结论

本文研究活性稀释剂乙二醇二缩水甘油醚（669）、聚丙二醇二缩水甘油醚（207）对环氧灌浆材料中加入对环氧灌浆材料的黏度，拉伸性能及抗压性能等力学性能的影响，结果表明，加入乙二醇二缩水甘油醚（669）或者聚丙二醇二缩水甘油醚（207）后，环氧灌浆材料拉伸断裂伸长率先增加后降低，断裂伸长率增加，抗压强度降低。因此，在环氧灌浆材料的制备过程中，要根据具体的使用场合选择合适的活性稀释剂添加量，添加量过低，达不到稀释效果，添加量过多，将严重影响灌浆材料的力学性能。

[1] Xing Huige, Yang Xingguo, Dang Yuhui, et al. Experimental study of epoxy resin repairing of cracks in fractured rocks[J]. Polymers & Polymer Composites, 2015, 22(5): 459-466.

[2] Sun Zheng, Hou Xi-xi, He Gui-ping. Research on the Crack Resistance at Low Temperature and the Mechanism of Semi-Flexible Pavement[C]. Proceedings of the international conference on chemical, material and food engineering. Kunming:International Conference on Chemical, Material and Food Engineering (CMFE), 2015, 22: 533-536.

[3] 张斌, 刘伟区. 氨基硅油改性环氧灌浆材料的形态与性能[J]. 高分子材料科学与工程, 2003, 19(3): 148-151.

[4] 王永珍, 张亚峰, 邝健政, 等. 柔性环氧灌浆材料的制备与性能研究[J]. 化工新型材料, 2011, 39(9): 88-91.

[5] 雷翅, 高南, 张亚峰, 等. 环保型改性糠醛及其环氧灌浆材料[J]. 新型建筑材料, 2011, 38(12): 27-31.

[6] 高南, 张亚峰, 邝健政, 等. 环保型改性糠醛环氧灌浆材料的制备和性能研究[J]. 中国塑料, 2010, 24(7): 41-46.

[7] 石红菊, 张亚峰, 葛家良. 新型水溶性环氧灌浆材料的制备[J]. 化学建材, 2004(6): 42-45.

[8] 徐宇亮, 杨元龙, 于方. 一种新型环氧灌浆材料的制备及性能研究[J]. 中国建筑防水, 2014(4): 12-15.

[9] 孙琴. 环氧树脂/稀释剂/SiO2纳米复合材料的制备及其性能研究[D]. 硕士. 武汉理工大学, 2011.

[10] 孙琴, 王钧, 蔡浩鹏. 活性稀释剂种类对环氧树脂体系性能的影响研究[J]. 玻璃钢/复合材料, 2011(6): 6-8.

[11] 崔宏生, 吴有智, 孟军虎. 活性稀释剂对环氧树脂固化物力学性能的影响[J]. 塑料工业, 2015, 43(6): 57-60.

[12] 杨涛, 程珏, 张重锋, 等. 稀释剂对双酚F环氧树脂/酸酐体系流变性及力学性能的影响[J]. 北京化工大学学报（自然科学版）, 2014, 41(3): 76-81.

[13] 蔡佩芝, 张昊, 赵东林, 等. 稀释剂对DDM/E-51环氧树脂体系力学性能的影响[J]. 高分子材料科学与工程, 2010, 26(11): 75-77, 82.

[14] 王伟, 王鹏, 张鹏, 等. 活性稀释剂对环氧树脂涂层的性能影响[J]. 全面腐蚀控制, 2014, 28(12): 61-64.

Study on the Mechanical Properties of Epoxy Grouting Materials with the Reactive Dilute

WANG Zheng-fang1,2,XIE Yan-kun1,2,3,LUO Guang-jian1,2, Tan Jian-quan1,2,3,Liu Wei-qu1,2*
（1. Guangzhou Institute of Chemistry, Chinese Academy of Sciences, Guangzhou 510650, China; 2. Key Laboratory of Cellulose and Lignocellulosics Chemistry, Chinese Academy of Sciences, Guangzhou 510650, China; 3. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China）

The influence was studied of glycol diglycidyl ether and polypropylene glycol diglycidyl ether on the mechanical properties of epoxy grouting materials comprehensively by testing the viscosity, the tensile properties and the compression properties. The results revealed that compared the trend of the compression properties decreased and the elongation at break increased, the break strength increased at first, then decreased, with the increase of glycol diglycidyl ether or polypropylene glycol diglycidyl ether in epoxy grouting materials.

glycol diglycidyl ether, polypropylene glycol diglycidyl ether, epoxy grouting material, mechanical property

TU57.8

A

1009-220X(2016)04-0047-04

10.16560/j.cnki.gzhx.20160418

2016-07-11

2016年广州市珠江科技新星项目（201610010133）；2015年应用型科技研发专项资金项目（2015B090925019）。

王政芳（1983~），女，河南新蔡人，工程师，硕士研究生；主要从事高性能环氧树脂的研究。

刘伟区（1963~），男，研究员；主要从事功能性有机硅氟型聚合物，环氧树脂，水性涂料用树脂等研究。liuwq@gic.ac.cn