第二代环氧建筑结构胶配方设计原理及分析
为什么第二代环氧建筑结构胶具有如此优异的性能呢？我们的配方设计依据和原理是以什么理论为基础呢？首先我们来看一看以上述粘钢胶的配方为例来分析一下。粗一看来，此配方和其它环氧建筑结构胶配方大同小异，都是以双 A酚环氧树脂为主料，同样也加了偶联剂、固化剂、增韧剂等一些原料。确实第二代环氧建筑结构胶的配方体系和第一代及其它环氧建筑结构胶相类似。但是，如果仔细研究一下，就发现有几个重大的区别和差异。其一，本配方是两种不同分子量的低分量环氧树脂组成的。目的是减少收缩、防止结晶、降低粘度。我们知道E-44环氧树脂的粘接强度高于E-51（或CYD-128），但它的粘度大于E-51，尤其在冬天施工不方便。其次两种不同分子量的树脂混在一起，结晶的可能性减少。如果单独用CYD-128则冬季非常容易结晶。混合树脂既有合适的粘度，也减少了收缩，提高了强度，防止了结晶。所以效果非常理想。其二是增韧剂没有采用第一代或其它类型的环氧建筑结构胶中通常配方采用的聚硫橡胶或丁腈橡胶作增韧剂。而是采用清华大学奇士公司根据海岛结构原理为理论基础0新生产出的奇士增韧剂。根据一般增韧理论，橡胶加入环氧固化体系时会产生弹力以吸收固化时的收缩应力，从而达到提高粘接强度的作用，但是橡胶（尤其是聚硫或丁腈橡胶）在环氧树脂固化体系中存在着相容性差，粘度大，分散困难的毛病。制备这些建筑结构胶对设备要求高，且分散均匀困难。尤其是在施工过程中由于橡胶的粘滞性，胶层厚薄不均，施工吃力，耗胶量大，粘接强度一致性差。奇士增韧剂是一类由不同柔性链段嵌段而成的带有活性基团的液体聚合物，该增韧剂是低粘度液体与环氧树脂及固化剂相容性好，且没有聚硫橡胶或丁腈橡胶的粘滞性，故施工顺畅、胶层薄而均匀，用胶量也比一般橡胶型增韧剂的建筑结构胶少用近四分之一，既节约了成本，又提高了性能。奇士增韧剂的增韧原理就是在未固化前，它与环氧树脂及固化剂是均相存在于体系中，而一旦固化开始此增韧剂便开始分相均匀分布在固化体系中形成海岛结构状。更明显的表现现象是如果不加填料，在开始固化前，此环氧固化体系为均匀透明液状物，而固化过程开始混浊0后成乳白色或棕黄色不透明固体状。那么海岛结构的胶粘剂为什么能提高强度呢？根据粘接理论，胶粘剂在固化过程中会产生大量反应热以便开环过程连续不断进行下去，在产生粘接力的同时，也会在体系中产生大量收缩应力，如果粘接力大于收缩应力，则会产生粘接强度，相反，收缩应力大于粘接力，则固化体系的粘接强度几乎为零，或是产生开裂现象。因为奇士增韧剂在固化完成后形成小的海岛结构，均匀的分布在体系中，它可以大量吸收固化时产生的收缩应力，使收缩应力降到0低限度。根据粘接强度=粘接力+收缩应力（负值）公式可以看出，收缩应力越大，粘接强度越小，反之，收缩应力越小，粘接强度就越大。同时，在测试粘接强度时，由于海岛结构的存在，它抵御外力的作用也非常强大，具有坚而韧的特性。在这双重性质的作用下，用具有海岛结构的奇士增韧剂大幅度提高粘接强度也就不足为奇了，这是第二代环氧建筑结构胶的核心技术。其三，在第二代环氧建筑结构胶中的固化体系也是非常重要的核心技术，此固化体系与众不同的是采用了聚酰胺（或改性聚酰胺）与脂环族固化剂复合的固化体系。我们知道，聚酰胺作环氧固化剂具有很多优点，如大配比量、低放热峰、配方范围广、刚性好、强度韧度高等，但是它也有一些致命的缺点：如粘度大，低于15℃就不易固化，速度太慢，室温固化度低（不大于60%），耐温性差（高于60℃强度急剧下降）。尤其是在冬天，单用聚酰胺几乎和环氧树脂不反应，这样就极大地阻碍了建筑结构胶的使用范围。目前市面上流行用593改性脂肪胺与聚酰胺配套使用。593固化剂具有粘度低，放热峰高，固化速度快，稍低的气温也能固化的优点，不过由于这类固化剂价格昂贵且固化物脆性大，增加了成本，强度也不甚理想。笔者经过多年的研究发现脂环族固化剂和聚酰胺配合后，性能提高很多且价格低廉，其综合性能均优于593固化剂与聚酰胺的组合。此类脂环族固化剂就是由河南省郑州天泽公司生产饲料添加剂的副产品改性而成。这类名叫TAC的固化剂据分析是甲基环戊二胺和环己二胺为主体组成的脂环族多胺。由于TAC中还含有其它未知成份。直接用它作固化剂效果非常差，缺点多多，如配比严格，易变色，脆性大，强度低。有鉴于此，笔者对TAC进行了改性，保留其粘度低，活性强，发热平稳持久的优点，降低了胺值，增加了韧性。这种名为FZ-201、202的固化剂就是经过改性的TAC制备而成。它和聚酰胺可以取长补短，既降低了体系的粘度，又保持其持久的发热量促进聚酰胺固化，又能多添加填料，降低成本而性能不下降，提高了耐热性，还可以在0℃以上环境中应用，大大扩展了建筑结构胶的应用范围。这种固化剂除颜色较593深一些外，其它性能均超过593固化剂且价格是其三分之二，这对建筑结构胶厂无疑是降低成本的好产品。
