絡(luò)合劑和阻聚劑對雙組分丙烯酸酯膠性能影響的研究

蒙嘉華,陳炳耀,彭小琴,姚榮茂,全文高

（廣東三和控股有限公司，廣東 中山528429）

前言

雙組分丙烯酸酯膠因其具有固化快、生產(chǎn)效率高、粘結(jié)強(qiáng)度高以及對各種材料都有很好的粘接性能等優(yōu)點而被廣泛應(yīng)用于交通行業(yè)、機(jī)電行業(yè)、電聲行業(yè)以及建筑行業(yè)，但其放熱反應(yīng)劇烈、耐熱和耐候性還不是那么理想，因此對其性能的研究也一直在進(jìn)行[1]。對于丙烯酸酯膠粘劑，含有有機(jī)過氧化物的組分，是貯存穩(wěn)定性比較突出的一個組分。在使用金屬化合物的情況下，常存在貯存穩(wěn)定性的問題[2]，因此解決雙組分丙烯酸酯膠的貯存穩(wěn)定性是一個值得研究的問題。

試驗采用EDTA作為絡(luò)合劑，EDTA-乙二胺四乙酸因其具有兩個氨基和四個羧基，具有廣泛的配位能力，作為重要的絡(luò)合劑能夠與許多種類的金屬離子形成穩(wěn)定的絡(luò)合物，其被廣泛用于彩色感光材料沖洗加工的漂白定影液、染色助劑、纖維處理劑、化妝品添加劑、血液抗凝劑以及合成橡膠聚合引發(fā)劑。因其是具有超強(qiáng)穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的金屬螯合物[3]，金屬離子的存在可以促進(jìn)雙組分丙烯酸酯膠的固化，將乙二胺四乙酸應(yīng)用在丙烯酸酯膠中主要是除去過渡的金屬離子，消除能夠促進(jìn)過氧化物分解的影響，進(jìn)而提高丙烯酸酯膠的穩(wěn)定性[4]。

雙組分丙烯酸酯膠粘劑中的A組分因含有氧化劑容易產(chǎn)生不穩(wěn)定的現(xiàn)象，這是由于氧化劑在常溫狀態(tài)下進(jìn)行緩慢分解放出自由基，引發(fā)阻聚劑的消耗，阻止過氧化物引發(fā)單體聚合是保證體系貯存穩(wěn)定性的關(guān)鍵[5]。采用氫醌單甲醚（MEHQ）作為阻聚劑，只要少量就可以使單體保持穩(wěn)定，在聚合前無需除去，可以直接進(jìn)行聚合反應(yīng)，且對聚合產(chǎn)物的顏色沒有影響，但是在高溫時氫醌單甲醚會發(fā)生分解而失去阻聚作用。阻聚劑的作用主要是防止單體在貯存和運(yùn)輸過程中發(fā)生聚合，提高丙烯酸酯膠的貯存時長。

1 實驗部分

1.1 實驗試劑

甲基丙烯酸甲酯，工業(yè)級，日本三菱公司；甲基丙烯酸，工業(yè)級，廣州和氏璧化工材料有限公司；ABS樹脂，工業(yè)級，陽東新科塑料有限公司；三乙胺，上海寶曼生物科技有限公司；糖精；丁腈橡膠，淄博玖億密封材料有限公司；氣相二氧化硅，美國卡博特公司；絡(luò)合劑-EDTA，工業(yè)級，成都格西亞化學(xué)技術(shù)有限公司；阻聚劑-氫醌單甲醚，工業(yè)級，武漢華翔科潔生物技術(shù)有限公司；異丙苯過氧化氫，工業(yè)級，阿克蘇諾貝爾公司；N,N-二乙基對苯胺，工業(yè)級，上海寶曼生物科技有限公司。

1.2 實驗儀器

強(qiáng)力分散機(jī)QF-5，佛山市金銀河機(jī)械有限公司；10-1A型電熱鼓風(fēng)干燥箱，天津泰斯特有限公司；HH-2型數(shù)顯恒溫水浴鍋，江蘇省金壇市環(huán)宇科學(xué)儀器廠；M-504型秒表，上海星鉆秒表有限公司；UT2080型電腦控制拉力機(jī)，天惠試驗機(jī)械有限公司；沖擊試驗機(jī)GD7036，東莞市高連儀器有限公司。

1.2 膠粘劑的制備

表1 A組分膠的基本組成Table 1 The basic composition of component A adhesive

根據(jù)以下配方向裝有溫度計、攪拌器和冷凝管的三口燒瓶中加入甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸、ABS樹脂以及其他助劑在一定溫度下攪拌3～4h制成A組分膠；將甲基丙烯酸甲酯、ABS樹脂和絡(luò)合劑以及其他助劑在一定溫度下攪拌3～4h制成B組分膠[6]。將制備好的膠粘劑AB組分按照一定的比例混合均勻，即可得到雙組分丙烯酸酯膠粘劑。其基本組成如表1所示。

表2 B組分膠的基本組成Table 2 The basic composition of component B adhesive

1.3 性能測試

1.3.1 固化時間的測定[7]

在不粘的紙張上分別稱取等量的AB組分混合均勻，從混合時開始計時，觀察混合后膠液放出熱量至其失去黏性所需的時間即為固化時間。

1.3.2 貯存時間的測定

按照GB/T 7193.5-1987測試，即不飽和聚酯樹脂80℃熱穩(wěn)定性測定方法。將包裝好的兩組AB組分式樣放入恒溫80±2℃的鼓風(fēng)干燥箱中，開始試驗并記錄時間。每隔2h檢查式樣是否出現(xiàn)黏稠結(jié)塊現(xiàn)象，若發(fā)現(xiàn)有凝膠結(jié)塊現(xiàn)象，記下出現(xiàn)凝膠的時間。

1.3.3 剪切強(qiáng)度的測定[8]

按照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 7124-2008制備鋼-鋼試件，采用拉力機(jī)進(jìn)行測試。

1.3.4 沖擊強(qiáng)度的測定

按照GB/T 6328-1999進(jìn)行沖擊強(qiáng)度測定。

2 結(jié)果與討論

2.1 絡(luò)合劑對雙組分丙烯酸酯膠性能影響

2.1.1 絡(luò)合劑對固化時間的影響

將制備好的A膠與B膠按照1∶1的比例進(jìn)行均勻混合，混合均勻開始計時，測定固化時間，測試結(jié)果如表3及圖1所示。

表3 絡(luò)合劑對固化時間的影響Table 3 The effect of complexing agent on the curing time

圖1 絡(luò)合劑對固化時間的影響Fig.1 The effect of complexing agent on the curing time

由表3和圖1可以看出，絡(luò)合劑對雙組分丙烯酸酯膠粘劑的固化時間有一定的影響，絡(luò)合劑添加量在0.01%～0.04%時，固化時間基本不變，當(dāng)添加量大于0.4%時，固化時間開始變長,絡(luò)合劑的量逐漸增大時，固化時間的變化速率也逐漸增大。由此得出，添加一定量的絡(luò)合劑會延長膠的固化時間，考慮到固化速度，絡(luò)合劑的添加量應(yīng)在0.01%～0.04%之間。

2.1.2 絡(luò)合劑對貯存時間的影響

將制備好的膠粘劑B膠分別放入80℃烘箱內(nèi)進(jìn)行貯存時間的測試；測試結(jié)果如表4及圖2所示。

表4 絡(luò)合劑對貯存時間的影響Table 4 The effect of complexing agent on the storage time

圖2 絡(luò)合劑對貯存時間的影響Fig.2 The effect of complexing agent on the storage time

根據(jù)表4及圖2的檢測結(jié)果可知絡(luò)合劑的量越大，B膠的貯存穩(wěn)定性也越高，其保質(zhì)期也越長；當(dāng)絡(luò)合劑的添加量在0.01%～0.04%時，其貯存時間的增長率基本不變，當(dāng)添加量大于0.04%時，貯存時間的增長率逐漸降低。由對貯存時間的影響可得出絡(luò)合劑的添加量應(yīng)該在0.02%以上。

2.1.3 絡(luò)合劑對剪切強(qiáng)度及沖擊強(qiáng)度的影響

表5 絡(luò)合劑對剪切強(qiáng)度及沖擊強(qiáng)度的影響Table 5 The effect of complexing agent on the shear strength and impact strength

圖3 絡(luò)合劑對剪切強(qiáng)度及沖擊強(qiáng)度的影響Fig.3 The effect of complexing agent on the shear strength and impact strength

根據(jù)表5及圖3的檢測結(jié)果可知隨著絡(luò)合劑的添加量的增大，對雙組分丙烯酸酯膠粘劑的剪切強(qiáng)度及沖擊強(qiáng)度影響不大，剪切強(qiáng)度均在22.0MPa左右波動，沖擊強(qiáng)度則在5.0kJ/m2左右波動，且波動范圍不大，在測定范圍內(nèi)。

2.2 阻聚劑對雙組分丙烯酸酯膠性能影響

2.2.1 阻聚劑對固化時間的影響

表6 阻聚劑對固化時間的影響Table 6 The effect of polymerization inhibitor on the curing time

圖4 阻聚劑對固化時間的影響Fig.4 The effect of polymerization inhibitor on the curing time

由表6及圖4可看出，固化時間隨著阻聚劑的增大而增大，在0.015%～0.025%的添加量中有顯著的影響，但在0.03%以后阻聚劑的影響速率有所降低?？紤]到雙組分丙烯酸酯膠的固化速度，由表可知，應(yīng)控制阻聚劑的量在0.01%～0.2%之間。

2.2.2 阻聚劑對A膠貯存時間的影響

根據(jù)表7和圖5可看出阻聚劑的量在0.005%～0.02%時，A膠的貯存時間基本穩(wěn)定地呈線性上升，當(dāng)繼續(xù)添加時，線性程度減小，這有可能是阻聚劑在0.015%～0.03%有效地發(fā)揮了阻聚劑防止聚合的作用，但是隨著增加量的增大，消耗阻聚劑的量逐漸減小，其防止聚合的作用就沒那么顯著。根據(jù)貯存情況來看，應(yīng)控制阻聚劑的量在0.015%以上才能更好地提高貯存時長。

表7 阻聚劑對A膠貯存時間的影響Table 7 The effect of polymerization inhibitor on the storage time of adhesive A

圖5 阻聚劑對A膠貯存時間的影響Fig.5 The effect of polymerization inhibitor on the storage time of adhesive A

2.2.3 阻聚劑對剪切強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度的影響

表8 阻聚劑對剪切強(qiáng)度及沖擊強(qiáng)度的影響Table 8 The effect of polymerization inhibitor on the shear strength and impact strength

圖6 阻聚劑對剪切強(qiáng)度及沖擊強(qiáng)度的影響Fig.6 The effect of polymerization inhibitor on the shear strength and impact strength

根據(jù)表8及圖6的檢測結(jié)果可知隨著阻聚劑的添加量的增大，對雙組分丙烯酸酯膠粘劑的剪切強(qiáng)度及沖擊強(qiáng)度影響不大，剪切強(qiáng)度均在22.7MPa左右波動，而沖擊強(qiáng)度在4.2kJ/m2左右波動，且波動范圍不大，在測定范圍內(nèi)。

3 結(jié)論

綜上所述，絡(luò)合劑及阻聚劑的量不僅影響雙組分丙烯酸酯膠的固化時間，也影響雙組分的貯存時間，但絡(luò)合劑和阻聚劑的量對剪切強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度均無明顯影響；考慮到制膠的成本以及要求快速固化的情況和貯存時間，作為絡(luò)合劑的EDTA的添加量應(yīng)在0.02%～0.04%；A組分阻聚劑氫醌單甲醚的添加量應(yīng)在0.015%～0.02%，才能最好地發(fā)揮絡(luò)合劑和阻聚劑的作用。