單體純度對(duì)α-氰基丙烯酸酯膠性能的影響

劉 潔

（北京天山新材料技術(shù)有限公司，北京 100041）

單體純度對(duì)α-氰基丙烯酸酯膠性能的影響

劉 潔

（北京天山新材料技術(shù)有限公司，北京 100041）

選用單體α-氰基丙烯酸乙酯、增韌劑、穩(wěn)定劑及其他助劑制備了2種α-膠樣，其中樣1的單體純度較高，樣2的單體純度較低，其余組分相同。通過對(duì)比2種膠樣的性能發(fā)現(xiàn)，單體純度較高的樣1在固化時(shí)間、耐熱性、耐濕熱方面都明顯高于單體純度較低的樣2，單體純度對(duì)熱老化性能的影響不大。

氰基丙烯酸乙酯；純度；性能

α-氰基丙烯酸酯膠粘劑（以下簡(jiǎn)稱α-膠）因具有單組分、無溶劑、固化較快、粘接材質(zhì)廣泛以及強(qiáng)度較高等特點(diǎn)，已在醫(yī)療、軍事和民用等領(lǐng)域得以廣泛應(yīng)用。近年來大家對(duì)其生產(chǎn)、配方等方面的研究很多，如從助劑選擇方面研究了如何提高耐熱性、耐濕性和固化速率等性能[1～3]。

本研究通過試驗(yàn)室自制的2種不同純度的α-氰基丙烯酸乙酯單體配置成膠液，比較2者在固化速率、耐熱性和耐濕熱等性能方面的差異，并考查了α-氰基丙烯酸乙酯單體純度對(duì)α-膠性能的影響。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料及儀器設(shè)備

2種不同純度的α-氰基丙烯酸乙酯單體（以下分別簡(jiǎn)稱高純度單體、低純度單體），試驗(yàn)室自制；增稠劑聚甲基丙烯酸甲酯，市售；增韌劑丁腈橡膠，蘭州石化公司合成橡膠廠；穩(wěn)定劑對(duì)苯二酚、對(duì)甲苯磺酸，市售。

3369 型電子拉力機(jī)，美國(guó)Instron公司；C4- 1000型高低溫濕熱試驗(yàn)箱，德國(guó)VOTSCH公司；CS101- 2EB型電熱鼓風(fēng)干燥箱，重慶四大試驗(yàn)設(shè)備有限公司。

1.2 膠粘劑的制備

將一定比例的α-氰基丙烯酸乙酯、增韌劑、穩(wěn)定劑和增稠劑等助劑混合均勻，加熱攪拌若干時(shí)間，待助劑完全溶解即得α-膠。由高純度的α-氰基丙烯酸乙酯配成的膠液簡(jiǎn)稱樣1，由低純度的α-氰基丙烯酸乙酯配成的膠液簡(jiǎn)稱樣2。

1.3 性能測(cè)試

（1）固化時(shí)間

在溫度為（23±2）℃，相對(duì)濕度（50±5）%的環(huán)境下，將膠粘劑滴1滴至測(cè)試材質(zhì)上，立即用另一試片粘合上，粘接面積為12. 5 mm×25 mm，并施加相同壓力壓合一定時(shí)間后，下掛3 kg重物測(cè)試。測(cè)試粘接件倒掛重物后粘接部位未被破壞的最短時(shí)間，此時(shí)間記錄為固化時(shí)間（見圖1）。

圖1 固化時(shí)間測(cè)試Fig.1 test of curing time

（2）剪切強(qiáng)度

按照GB/ T 7124—2008《膠粘劑拉伸剪切強(qiáng)度的測(cè)定（剛性材料對(duì)剛性材料）》標(biāo)準(zhǔn)，采用電子拉力機(jī)進(jìn)行測(cè)定（拉伸速率為5 mm/ min，測(cè)試溫度為室溫）。

（3）熱強(qiáng)度

按照GB/ T 7124—2008《膠粘劑拉伸剪切強(qiáng)度的測(cè)定（剛性材料對(duì)剛性材料）》標(biāo)準(zhǔn)，采用電子拉力機(jī)進(jìn)行測(cè)定（在高溫烘箱中的指定溫度下加熱若干時(shí)間，并以此溫度作為測(cè)試溫度，拉伸速率為5 mm/ min）。

（4）耐濕熱老化性能

將完全固化后的膠接件置于不同溫濕度條件的高低溫濕熱試驗(yàn)箱中，120 h后取出，冷卻至室溫后測(cè)定剪切強(qiáng)度。

（5）耐120 ℃熱老化性能

將完全固化后的膠接件置于120 ℃的烘箱中，分別取出放置100、500、1 000 h，冷卻至室溫后測(cè)定剪切強(qiáng)度。

2.1 單體純度對(duì)α-膠固化時(shí)間的影響

選取幾種α-膠較易粘接的材質(zhì)，如碳鋼板、鋁片和丁腈橡膠等，通過測(cè)試不同材質(zhì)的固化時(shí)間得到不同單體純度對(duì)α-膠固化時(shí)間的影響規(guī)律，結(jié)果如表1所示。

2 結(jié)果與討論

表1 單體純度對(duì)膠粘劑固化時(shí)間的影響Tab.1 Effect of monomer purity on curing time of adhesive

由表1可知：?jiǎn)误w純度對(duì)固化時(shí)間的影響程度和粘接材質(zhì)有關(guān)，在塑料和橡膠上相比金屬要快很多。因此在考查范圍內(nèi)，樣1和樣2在塑料、橡膠材質(zhì)上固化時(shí)間的最大差異也僅有3 s左右。為了將差異性放大，對(duì)碳鋼和鋁材質(zhì)僅做除油等簡(jiǎn)單表面處理，從表1可明顯看到，樣1的固化時(shí)間比樣2要快30～50 s。進(jìn)一步驗(yàn)證了樣1即單體純度高的膠液固化時(shí)間較快。由于樣2中低純度的單體含有雜質(zhì)較多，為了能夠穩(wěn)定存在，相應(yīng)其酸性阻聚劑含量也會(huì)添加較多，從而會(huì)消耗掉更多材質(zhì)表面的水分等引發(fā)劑，最終導(dǎo)致固化時(shí)間的延長(zhǎng)。

2.2 單體純度對(duì)α-膠熱強(qiáng)度的影響

由圖2可知：隨著溫度的升高，高純度單體的膠樣1熱強(qiáng)度逐漸顯現(xiàn)出其優(yōu)勢(shì)，尤其在120℃時(shí)，其熱強(qiáng)度保持率能夠達(dá)到43%，相比樣2高出了13%，這主要是由于樣1中的單體純度較高，雜質(zhì)含量較少，單體有更多的機(jī)會(huì)互相接觸參與反應(yīng)，使其最終可以得到分子鏈較長(zhǎng)的聚合物，在這種情況下，Tg（玻璃化轉(zhuǎn)變溫度）相應(yīng)也會(huì)升高，因此樣1的熱強(qiáng)度相比樣2也就會(huì)更好。

圖2 單體純度對(duì)膠耐熱性的影響Fig.2 Effect of monomer purity on hot strength of adhesive

2.3 單體純度對(duì)α-膠耐濕熱性能的影響

選擇3種濕熱條件，分別是50 ℃/95% RH、63 ℃/90% RH和80 ℃/85% RH，對(duì)膠粘劑的耐濕熱性進(jìn)行考查，結(jié)果如表2所示。

表2 單體純度對(duì)膠耐濕熱性剪切強(qiáng)度的影響Tab.2 Effect of monomer purity on wet heat resistance

由表2可知：在3種不同溫濕度條件下，α-膠樣1均保持了較高的剪切強(qiáng)度、比α-膠樣2在同樣條件下的強(qiáng)度均高出約2 MPa。即使在條件最苛刻的80 ℃/85% RH放置120 h后，樣1的強(qiáng)度保持率仍高達(dá)79%。

2.4 單體純度對(duì)α-膠熱老化性能的影響

由圖3可知：2種膠樣在120 ℃老化不同時(shí)間后，剪切強(qiáng)度相差不大。分析原因可能是試驗(yàn)選擇的120 ℃已經(jīng)超過了α-氰基丙烯酸乙酯聚合物本身的耐溫性。無論單體純度高低、聚合物分子鏈的長(zhǎng)短，在120 ℃放置一段時(shí)間后，均會(huì)發(fā)生高溫分子鏈斷裂或分解。具體機(jī)理還有待考查。

3 結(jié)論

本研究考查了用高純度單體和低純度單體制備的2款α-膠的固化速率、熱強(qiáng)度、耐濕熱性以及120 ℃老化性能等，從中發(fā)現(xiàn)，單體純度對(duì)α-膠的固化速率、熱強(qiáng)度、耐濕熱性能有較大影響，且高純度單體相比低純度單體能達(dá)到更快的固化速率和保持更高的強(qiáng)度。但單體純度對(duì)120 ℃老化性能影響不大，具體機(jī)理還有待考查。

圖3 單體純度對(duì)α-膠熱老化強(qiáng)度變化率的影響Fig.3 Effect of monomer purity on strength change rate during 120℃ heat aging

[1]劉賀年,盛明爽,劉海峰,等.α-氰基丙烯酸酯膠粘劑改性后的水下粘接性能[J].材料保護(hù),2009, 42(11): 52- 54.

[2]王勃,邸明偉,郭金彥,等.α-氰基丙烯酸酯膠接性能的改進(jìn)[J].粘接,2000, 21(2):17- 19.

[3] DRAIN K F, GUTHRIE J, LEUNG C L, et al. The effect of moisture on the strength of steel- steel cyanoacrylate adhesivebonds[J].Journal of Adhesion, 1984, 17(1):71- 81.

Effect of monomer purity on performance of α-cyanoacrylate adhesive

LIU Jie
(Beijing Tonson Adhesive Co., Ltd., Beijing 100041, China)

In this work, we prepared two α-cyanoacrylate adhesive samples (1 and 2), which mainly comprise the ethyl α-cyanoacrylate monomer, toughening agent, stabilizer and other additives. Sample 1 and 2 used the high purity monomer and the low purity monomer, respectively, and other components were same. The results indicated that sample 1 showed improved cure speed, hot strength and wet heat resistance, compared to sample 2, and the effect of monomer purity on the heat ageing property was not obvious.

ethyl α-cyanoacrylate; purity; performance

TQ433.4+3

A

1001-5922（2017）05-0045-03

2016- 11- 17

劉潔（1979-），女，碩士，主要從事α-氰基丙烯酸酯膠粘劑等方面的研究。E- mail：jie. liu@ hbfuller. com。