室温固化无溶剂岩芯胶粘剂及其制备方法与流程

本发明涉及岩芯胶粘领域。更具体地说，本发明涉及一种室温固化无溶剂岩芯胶粘剂及其制备方法。
背景技术：
：岩芯是在矿产勘探和开发过程中利用取心工具钻取出的岩石样品，是研究和了解地下地质和矿产情况最直观、最实际的重要实物地质资料。但在实际工作过程中由于环境和人为等因素，往往会对这些岩芯造成不同程度的损坏或碎裂。为了尽可能的恢复岩芯地层地质面貌，最大程度地减小岩芯可能发生的错位、破碎、丢失，便于开展后续的岩芯切割、浇注、观察、高分辨率照相、实验测试等研究工作，对已经发生断裂的岩芯，需要进行岩芯归位粘接。目前，国内针对岩芯样品专门开发的胶粘剂极少，基本都是用普通的市售石材胶对断裂的岩芯进行粘接。如国土资源实物地质资料中心崔立伟等的《松科2井岩芯保护技术方法与效应分析》直接在云石胶中加入一定比例的固化剂，搅匀后涂在岩芯的圆周内侧，依次粘接各块岩芯，形成完整圆柱体。该方法短期内虽能起到对断裂岩芯的粘接修复，但由于云石胶耐久性、耐老化、耐温性较差，易风化，在潮湿环境中主体树脂会逐步水解；且韧性差，固化后易开裂，从而导致粘接强度急剧下降甚至完全丧失。另外，云石胶还有一个缺点，即未经过脱油处理，容易将油渗透进岩芯，造成岩芯污染，对岩芯后续研究工作的开展十分不利。因此，利用普通石材胶粘剂对岩芯这类有待后续科学研究的重要实物地质资料进行粘接并不合适，急需开发出一种粘接性能优良，耐久性好，且不会对岩芯造成污染的岩芯用胶粘剂。2018年周万富等在“一种人工岩心胶粘剂”(申请号/专利号：2018100539138)中公开了一种用于粘接人工岩芯的胶粘剂，也是目前国内唯一公开的针对岩芯开发的胶粘剂。该胶粘剂由双酚a型环氧树脂、海藻酸钠、鞣酸、乙醇、乙酸乙酯、2-乙基-4-甲基咪唑、乙二醇二缩水甘油醚、邻甲苯基缩水甘油醚、苯基缩水甘油醚、硬脂酸钙、三乙醇胺、过硫酸铵、氧化锌组成。相比于其他可粘接岩芯样品的普通胶粘剂，周万富等发明的人工岩芯胶粘剂固化后耐酸碱性、耐溶剂性、耐温性要更好，固化后不会污染岩芯，不影响岩芯实验。但该胶粘剂的组成及制备工艺流程复杂，采用了多种活性稀释剂，溶解稀释环氧树脂耗时较长，不利于施工，且配方中的苯基缩水甘油醚毒性较大，属于2b类致癌物，对人体和环境有害，从而限制了其在实际岩芯粘接工作中的应用。技术实现要素：本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。本发明还有一个目的是提供一种室温固化无溶剂岩芯胶粘剂，具有制备组分毒性低的有益效果，还提供一种室温固化无溶剂岩芯胶粘剂的制备方法，具有制备工艺简单的有益效果。为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种室温固化无溶剂岩芯胶粘剂，包括以下重量份的组分制备而成：35～45份双酚a型环氧树脂、40～50份酚醛改性胺固化剂、5～10份邻苯二甲酸二辛酯、1～2份偶联剂、1～5份碳酸钙、1～5份硅微粉。优选的是，所述双酚a型环氧树脂包括25～30份双酚a型环氧树脂e-44、10～15份双酚a型环氧树脂e-51。优选的是，所述偶联剂为硅烷偶联剂kh550、硅烷偶联剂kh560中的一种或两种。优选的是，包括以下重量份的组分制备而成：40份双酚a型环氧树脂、45份酚醛改性胺固化剂、8份邻苯二甲酸二辛酯、1份硅烷偶联剂kh550、5份碳酸钙、3份硅微粉。还提供一种室温固化无溶剂岩芯胶粘剂的制备方法，包括以下步骤：步骤1、将碳酸钙、硅微粉、偶联剂混合，搅拌，得a混合物；步骤2、将双酚a型环氧树脂、邻苯二甲酸二辛酯混合，搅拌，得b混合物；步骤3、将a混合物加入b混合物中，搅拌，得c混合物；步骤4、将酚醛改性胺固化剂加入c混合物中，搅拌均匀，即得室温固化无溶剂岩芯胶粘剂。优选的是，步骤1中的搅拌时间为5～10min。优选的是，步骤2中的搅拌时间为5～10min。优选的是，步骤3中的搅拌时间为5～10min。本发明的胶粘剂固化机理为：上述胶粘剂组分中的两种双酚a型环氧树脂e-44和e-51结构中均有羟基、醚基和极为活泼的环氧基存在，羟基和醚基有高度的极性，使环氧分子与相邻界面产生了较强的分子间作用力，而环氧基团则与被粘物表面的游离键起反应，形成化学键，从而实现固化。并且双酚a型环氧树脂e-44和e-51在未发生固化反应时均呈热塑性的线型结构，加入酚醛改性胺固化剂jt-3116后，固化剂结构中的活泼氢与双酚a型环氧树脂e-44和e-51的环氧基等反应，使之交联形成体型网状结构的大分子，进而达到胶粘固化的作用。其中，酚醛改性胺固化剂jt-3116分子内的酚醛基强化了固化反应的活性；酚醛骨架结构提高了环氧树脂固化物的热变形温度。本发明至少包括以下有益效果：无溶剂和稀释剂，毒性低；配方简单且原料易得，成本低；胶粘剂体系粘度适中，便于施工；粘接强度较高、耐水性好、热稳定性好、韧性高；固化产物不影响岩芯后续研究。本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。附图说明图1为本发明实施例的室温固化无溶剂岩芯胶粘剂的制备流程图；图2为本发明实施例的耐水性测试效果图；图3为本发明实施例的热重分析曲线图；图4为本发明实施例的胶粘剂在不同倍镜下的断裂面形态的sem图。具体实施方式下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。双酚a型环氧树脂e-44，环氧当量(g/eq)为210～240，岳阳巴陵华兴石化有限公司；双酚a型环氧树脂e-51，环氧当量(g/eq)为184～194，岳阳巴陵华兴石化有限公司；酚醛改性胺固化剂jt-3116，活泼氢当量(ahew)为180，上海经天新材料科技有限公司；邻苯二甲酸二辛酯，分析纯，天津市大茂化学试剂厂；硅烷偶联剂kh550，分析纯，青岛恒达众城科技有限公司；碳酸钙，400目，广东源磊粉体有限公司；硅微粉，600目，广东源磊粉体有限公司。<实施例1>室温固化无溶剂岩芯胶粘剂，包括以下重量份的组分制备而成：25份双酚a型环氧树脂e-44、10份双酚a型环氧树脂e-51、40份酚醛改性胺固化剂、5份邻苯二甲酸二辛酯、1份硅烷偶联剂kh560、1份碳酸钙、1份硅微粉。<实施例2>室温固化无溶剂岩芯胶粘剂，包括以下重量份的组分制备而成：30份双酚a型环氧树脂e-44、15份双酚a型环氧树脂e-51、50份酚醛改性胺固化剂、10份邻苯二甲酸二辛酯、2份硅烷偶联剂kh550、5份碳酸钙、5份硅微粉。<实施例3>室温固化无溶剂岩芯胶粘剂，包括以下重量份的组分制备而成：28份双酚a型环氧树脂e-44、12份双酚a型环氧树脂e-51、45份酚醛改性胺固化剂、8份邻苯二甲酸二辛酯、1份硅烷偶联剂kh560、3份碳酸钙、3份硅微粉。<实施例4>室温固化无溶剂岩芯胶粘剂，包括以下重量份的组分制备而成：25份双酚a型环氧树脂e-44、15份双酚a型环氧树脂e-51、45份酚醛改性胺固化剂、8份邻苯二甲酸二辛酯、1份硅烷偶联剂kh550、5份碳酸钙、3份硅微粉。<实施例5>室温固化无溶剂岩芯胶粘剂，包括以下重量份的组分制备而成：30份双酚a型环氧树脂e-44、10份双酚a型环氧树脂e-51、48份酚醛改性胺固化剂、6份邻苯二甲酸二辛酯、1份硅烷偶联剂kh550、2份碳酸钙、3份硅微粉。<实施例6>室温固化无溶剂岩芯胶粘剂的制备方法，按实施例1的重量份数取制备组分，如图1所示，包括以下步骤：步骤1、将碳酸钙、硅微粉、硅烷偶联剂kh560混合，搅拌5min，得a混合物；步骤2、将双酚a型环氧树脂e-44、双酚a型环氧树脂e-51、邻苯二甲酸二辛酯混合，搅拌5min，得b混合物；步骤3、将a混合物加入b混合物中，搅拌5min，得c混合物；步骤4、将酚醛改性胺固化剂加入c混合物中，搅拌均匀，即得室温固化无溶剂岩芯胶粘剂。<实施例7>室温固化无溶剂岩芯胶粘剂的制备方法，按实施例2的重量份数取制备组分，包括以下步骤：步骤1、将碳酸钙、硅微粉、硅烷偶联剂kh550混合，搅拌10min，得a混合物；步骤2、将双酚a型环氧树脂e-44、双酚a型环氧树脂e-51、邻苯二甲酸二辛酯混合，搅拌10min，得b混合物；步骤3、将a混合物加入b混合物中，搅拌10min，得c混合物；步骤4、将酚醛改性胺固化剂加入c混合物中，搅拌均匀，即得室温固化无溶剂岩芯胶粘剂。<实施例8>室温固化无溶剂岩芯胶粘剂的制备方法，按实施例3的重量份数取制备组分，包括以下步骤：步骤1、将碳酸钙、硅微粉、硅烷偶联剂kh560混合，搅拌7min，得a混合物；步骤2、将双酚a型环氧树脂e-44、双酚a型环氧树脂e-51、邻苯二甲酸二辛酯混合，搅拌8min，得b混合物；步骤3、将a混合物加入b混合物中，搅拌6min，得c混合物；步骤4、将酚醛改性胺固化剂加入c混合物中，搅拌均匀，即得室温固化无溶剂岩芯胶粘剂。<凝胶时间评价>检测实施例6～8产品的凝胶时间，结果如表1所示；表1凝胶时间实施例6实施例7实施例8凝胶时间/min707570部分环氧树脂胶粘剂在5min内完成凝胶，当所粘接的岩芯较多时，5min的凝胶时间根本无法满足施工时间要求，而本实施例6～8的凝胶时间至少都在60min以上，为岩芯的大批粘接在时间上提供了保障，均可满足施工要求，使施工加工更加方便。<粘接强度测试>采用《国标gbt7124-2008胶粘剂拉伸剪切强度的测定》中的测定方法测试实施例6～8得到的室温固化无溶剂岩芯胶粘剂的剪切强度，结果如表2所示；表2剪切强度剪切力n剪切强度/mpa粘接长度/mm粘接面积/mm2实施例64865.992215.571212.5312.5实施例75280.413716.897312.5312.5实施例84899.453715.678312.5312.5实施例6～8的剪切强度在15.57～16.89mpa之间，大于环氧树脂固化后的剪切强度14.33mpa，表明实施例6～8的胶粘剂胶粘效果得到提高，满足使用要求。<耐水性效果测试>选取实施例7的室温固化无溶剂岩芯胶粘剂进行接触角测试，所得接触角大小为79.4°，如图2所示，与单纯的环氧树脂和固化剂混合的固化体系的接触角(40.9°)相比，其亲水性能得到很大的降低，提高了室温固化无溶剂岩芯胶粘剂的耐水性能。<热稳定性测试>对实施例8取得的室温固化无溶剂岩芯胶粘剂进行热重分析，得tga曲线，如图3所示，通过对tga曲线分析可知，室温固化无溶剂岩芯胶粘剂大约在200℃重量开始出现损失，当温度不断升高时失重增加，在320℃时质量突然下降，之后在500℃失重突然减缓，温度再高时就停留在最低值上，实施例8的胶粘剂开始分解温度约为200℃，表明固化后环氧树脂胶粘剂体系形成高度的联结的网状结构，且环氧树脂有具有苯环的硬段结构，所以固化产物的热稳定性较高。<韧性测试>测试实施例7的室温固化无溶剂岩芯胶粘剂的形貌，如图4所示，图4为室温固化无溶剂岩芯胶粘剂不同倍镜下的断裂面形态，图4(a)可看出它的断裂面多是龟裂状，从图4(b)可看出表面的毛刺较多，说明加入助剂使环氧树脂胶粘剂的断裂方式得到了改变，它从原来的脆性断裂变为了韧性断裂，使整体达到增韧效果。尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的实施例。当前第1页12