一种单组分结构胶及其制备方法与流程

本发明涉及结构胶，特别涉及一种单组分结构胶及其制备方法。

背景技术：

1、结构胶是一种能承受较大载荷，且耐老化、耐疲劳、耐腐蚀，在预期寿命内性能稳定，适用于承受强力的结构件粘接的胶粘剂。结构胶可部分代替焊接、铆接、螺栓连接等传统连接方式，用于金属、陶瓷、塑料、橡胶、木材等同种材料或者不同种材料之间的粘接，粘接结合面应力分布均匀，且对材料无热影响和变形。现如今随着社会经济的飞速发展，结构胶的应用范围也越来越大，如在建筑工程领域中结构胶可用于构件的加固、锚固、粘接、修补等，如粘钢，粘碳布，粘混凝土，植筋，裂缝补强、密封，孔洞修补、道钉粘贴、表面防护等。

2、结构胶的种类众多，如按照原料种类可分为环氧树脂结构胶、丙烯酸酯结构胶、聚氨酯结构胶等；按使用方式可分为单组分结构胶、双组分结构胶、多组分结构胶等；按固化剂的固化原理又可分为热固型结构胶、光敏型结构胶、湿固型结构胶等。不同种类结构胶的使用途径和性质均存在显著差异，如专利cn116144313a公开了一种单组分聚氨酯低温热固化结构胶，其原料包括端羟基预聚体、封端二异氰酸酯固化剂、无机填料、增塑剂、增粘助剂和热敏催化剂，该固化剂在常温下不具有反应活性，拥有优异的储存稳定性，在80℃左右即可解封，具有固化温度低的优点；专利cn111040644a公开了一种可光催化聚合的丙烯酸酯结构胶，原料中a组分包括丙烯酸酯单体、甲基丙烯酸、增韧橡胶、增韧填料、光潜伏性胺、稳定剂和偶联剂，b组分包括氧化剂、环氧树脂、增塑剂、填料和颜料，该结构胶具有可光催化聚合、韧性好、粘接强度高的特点，可广泛应用的电子组装行业中；专利cn116814212a公开了一种可降解湿气固化聚氨酯结构胶，原料包括生物基聚碳酸酯二醇、生物基聚酯多元醇、生物基增粘树脂、异氰酸酯、粘合促进剂、抗氧化剂和催化剂，该结构胶可利用环境中的水分促进固化，具有优异的粘合性能和机械性能。

3、上述几种结构胶虽然都具有粘合性能好等优点，但均是单一触发机制(光照触发、湿气触发或加热触发)，而建筑工程的施工环境往往比较复杂，单一触发机制的结构胶不能很好地发挥其粘接作用；此外，现有湿触发机制的结构胶在水分含量过低的干燥环境中，无法有效吸收环境中的水分来促进固化；而且现有热触发机制的胶囊型结构胶还存在固化不稳定的问题。

技术实现思路

1、针对以上现有技术的不足，本发明提供了一种单组分结构胶，所述单组分结构胶具有强度高，耐磨性好，固化稳定的优点，在极为干燥的环境下也可以有效触发固化，且受热固化时固化稳定，不会出现不固化或爆聚等问题；所述单组分结构胶采用多种触发机制，可有效保障树脂的稳定固化，能适应复杂的工程施工环境。

2、本发明的上述目的具体是通过以下技术实现：

3、一种单组分结构胶，包括以下重量份的各组分：双酚a环氧树脂80～120份，耐磨材料20～40份，增韧活性材料10～30份，增韧增强材料10～20份，多功能潜伏型固化剂10～20份；

4、所述多功能潜伏型固化剂包括湿固化剂、热控胶囊固化剂和光固化剂；

5、所述湿固化剂由酮亚胺、强吸湿材料和管状储水材料按质量比(96～104):(4～6):(7～9)组成；所述管状储水材料为中空聚丙烯纤维，所述聚丙烯纤维的含水量为28～32％；

6、所述热控胶囊固化剂为复合聚乙二醇包裹陶瓷颗粒和活性炭颗粒的胶囊结构，所述陶瓷颗粒和活性炭颗粒的孔隙中填充有脂环族多胺。

7、本发明的多功能潜伏型固化剂由湿固化剂、热控胶囊固化剂和光固化剂三种类型固化剂构成，使得单组分结构胶兼具湿气、温度和光照三种触发机制，有效保障了树脂的稳定固化，在建筑工程的各种应用环境下均可取得良好的效果。

8、其中，湿固化剂采用强吸湿材料、管状储水材料和酮亚胺复配，相比传统的湿固化剂具有固化稳定，不爆聚，可靠性高的特点。其中，强吸湿材料具有极强的吸水能力，可保障结构胶即使在极为干燥的环境下(空气湿度小于10％)，也能通过吸收空气中微量的水分，保障酮亚胺的水解，促进树脂的固化。而管状储水材料聚丙烯纤维由于其中空结构，可以有效储存水分，同时又因为毛细管效应，其储存的水不会轻易释放出来，当中空聚丙烯纤维受到外界挤压、温度升高、强吸湿材料等的作用时可将水分释放，促进树脂固化，提高固化的稳定性和可靠性；另外，聚丙烯纤维在单组分结构胶中呈现乱向分布，还可有效降低结构胶内部的应力集中，起到增韧效果，提高结构胶的抗冲击、抗压等性能。

9、热控胶囊固化剂为聚乙二醇包裹陶瓷微粒以及活性炭微粒的胶囊结构，当温度达到触发点后，聚乙二醇胶衣熔化，脂环族多胺从陶瓷微粒和活性炭微粒中释放出来，促进树脂的固化。陶瓷微粒和活性炭微粒的薄壁结构具有一定程度的阻隔作用，可将脂环族多胺均匀的封闭在微孔腔中，保障其均匀缓慢的释放，避免脂环族多胺出现局部不固化或爆聚等固化不稳定的情况。

10、优选的，所述脂环族多胺为二氨甲基环已烷，孟烷二胺，氨乙基呱嗪中的一种或多种。

11、优选的，所述热控胶囊固化剂的制备方法如下：

12、s1、在多孔陶瓷微粒和活性炭微粒中加入脂环族多胺，研磨，使脂环族多胺充分渗入多孔陶瓷微粒和活性炭微粒的孔隙中；

13、s2、按质量比3:2:2称取聚乙二醇1000、聚乙二醇1500和聚乙二醇2000，混合均匀，并加热至80℃以上使其熔化，接着步骤s1得到的多孔陶瓷微粒和活性炭微粒，搅拌均匀，冷却，即得所述热控胶囊固化剂。

14、胶囊结构壁材选用聚乙二醇1000、聚乙二醇1500和聚乙二醇2000三种不同分子量的聚乙二醇复配，利用其熔点不同，可形成温度梯度，使内部芯材逐级缓慢释放，避免了固化剂与树脂大面积接触出现爆聚、起泡等问题。

15、进一步优选的，所述多孔陶瓷微粒和活性炭微粒的质量比为(6～7):(3～4)。

16、优选的，所述酮亚胺为复合改性酮亚胺，所述复合改性酮亚胺的制备方法如下：

17、将脂肪多胺和小分子酮混合均匀，反应1～2h后再加入丁基缩水甘油醚，继续反应1～1.5h得到改性酮亚胺a；

18、将醚胺和小分子酮混合均匀，反应1.5～2.5h后再加入丁基缩水甘油醚，继续反应1～1.5h得到改性酮亚胺b；

19、将改性酮亚胺a和改性酮亚胺b按质量比3:2混合均匀，并在真空条件下脱水1～1.2h即得复合改性酮亚胺。

20、酮亚胺选用两种不同类型的改性酮亚胺复配，相比单一酮亚胺，增加了湿触发的稳定性，降低了湿触发失败的概率，使得单组分结构胶在更低湿度条件下也可触发。

21、进一步优选的，所述脂肪多胺由乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺和己二胺按任意比混合得到；所述醚胺由聚乙二醇胺、聚对苯二酰胺醚胺和聚丙氨酸酯醚胺按任意比混合得到；所述小分子酮为甲乙酮或甲基异丁基酮。

22、脂肪多胺以及醚胺选用多种类型复配，相比单一种类的脂肪多胺以及醚胺活性更高，固化效果更好。

23、进一步优选的，改性酮亚胺a制备方法中所述脂肪多胺、小分子酮和丁基缩水甘油醚的质量比为(96～104):(13～17):(62～68)；改性酮亚胺b制备方法中所述醚胺、小分子酮和丁基缩水甘油醚的质量比为(96～104):(18～22):(52～58)。

24、优选的，所述光固化剂的制备方法如下：所述光固化剂的制备方法如下：将双酚a环氧树脂和丙烯酸混合均匀，加入二苯基硫鎓盐催化剂，反应生成丙烯酸酯改性环氧树脂，接着加入改性双(1-(2,4二氟苯基)-3-吡咯基)二茂钛，搅拌均匀，即得所述光固化剂；

25、所述改性双(1-(2,4二氟苯基)-3-吡咯基)二茂钛由双(1-(2,4二氟苯基)-3-吡咯基)二茂钛经三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦和硫代丙氧基硫杂蒽酮改性而成。

26、双(1-(2,4二氟苯基)-3-吡咯基)二茂钛经过三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦和硫代丙氧基硫杂蒽酮改性后，具有极强的光触发活性，使得光固化剂可在紫外到红外全波段完成光触发，极大增强了环氧树脂的固化触发条件，保障了环氧树脂的稳定触发固化。

27、进一步优选的，所述改性双(1-(2,4二氟苯基)-3-吡咯基)二茂钛的制备方法如下：按质量比(66～74):(8～12):(18～22)分别称取双(1-(2,4二氟苯基)-3-吡咯基)二茂钛、三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦和硫代丙氧基硫杂蒽酮加入到石油树脂中，接着加热至48～55℃，在1800～2200r/min条件下搅拌40～45min后，然后静置20～25h，最后蒸发掉石油树脂，即得改性双(1-(2,4二氟苯基)-3-吡咯基)二茂钛。

28、优选的，所述湿固化剂、热控胶囊固化剂和光固化剂的质量比为(36～44):(23～27):(32～38)。

29、优选的，所述双酚a环氧树脂为e51双酚a环氧树脂和/或e44双酚a环氧树脂。

30、优选的，所述强吸湿材料为无水硫酸镁和无水氯化钙；所述耐磨材料为石榴石粉和棕刚玉粉。

31、石榴石粉和棕刚玉粉具有很高的硬度，两者复配加入到结构胶中，可以显著提高结构胶的耐磨度，延长结构胶的使用寿命。

32、优选的，所述增韧活性材料为聚丙二醇二缩水甘油醚，苄基缩水甘油醚，亚烷基缩水甘油醚中的一种或多种；所述增韧增强材料为碳酸钙晶须和硫酸钙晶须按质量比(28～32):(67～73)组成。

33、增韧活性材料聚丙二醇二缩水甘油醚、苄基缩水甘油醚或亚烷基缩水甘油醚可通过引入柔性分子链对结构胶进行化学增韧。而增韧增强材料碳酸钙晶须和硫酸钙晶须的直径极小，长径比极大，具有极优良的物理化学性质和优异的机械性能，可对结构胶进行物理增韧。本发明采用增韧活性材料和增韧增强材料同时对结构胶进行增韧，显著提高了结构胶的韧性和抵抗冲击载荷的能力。

34、本发明还提供上述任一项所述的单组分结构胶的制备方法，包括以下步骤：按比例称取双酚a环氧树脂、耐磨材料、增韧活性材料、增韧增强材料和多功能潜伏型固化剂，真空脱水，在不透光容器中搅拌均匀，密封，在45℃以下保存，即得所述单组分结构胶。

35、与现有技术相比，本发明的有益之处在于：

36、(1)本发明的单组分结构胶具有强度高，耐磨性好，固化稳定的优点，其中湿固化剂采用强吸湿材料、管状储水材料和酮亚胺复配，使得单组分结构胶在极为干燥的环境下也可有效触发固化，提高了固化的稳定性和可靠性；热控胶囊固化剂利用陶瓷微粒和活性炭微粒的微孔结构吸收脂环族多胺，可保障其均匀缓慢的释放，有效避免脂环族多胺出现不固化或爆聚等固化不稳定的情况。

37、(2)本发明的单组分结构胶兼具湿气、温度和光照三种触发机制，可有效保障树脂的稳定固化，在建筑工程的各种应用环境下均可取得良好的效果。

38、(3)本发明的光固化剂采用三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦和硫代丙氧基硫杂蒽酮改性的双(1-(2,4二氟苯基)-3-吡咯基)二茂钛作为光引发剂，使得光固化剂具有极强的光触发活性，可在紫外到红外全波段完成光触发，极大增强了环氧树脂的固化触发条件，保障了环氧树脂的稳定触发固化。