環(huán)氧/多巰基型無色透明膠粘劑的研制

虞鑫海 王珂 陳吉偉 劉萬章

摘要：采用自制多巰基固化劑與E-51環(huán)氧樹脂制備了一種環(huán)氧/多巰基型無色透明膠粘劑，對(duì)其拉伸剪切強(qiáng)度、黏度、紫外-可見光透過率等性能進(jìn)行了研究，并在相同條件下與使用進(jìn)口固化劑的膠粘劑性能進(jìn)行了對(duì)比。結(jié)果表明，隨著固化溫度升高，2種膠粘劑拉伸剪切強(qiáng)度均不斷提高，在固化溫度達(dá)到110 ℃時(shí)拉伸剪切強(qiáng)度均達(dá)到最大，隨后開始下降。隨溫度升高，2種膠粘劑黏度均不斷下降。紫外-可見光透過率的測(cè)試表明，固化溫度對(duì)進(jìn)口膠粘劑的透明度影響很大，80 ℃透過率就明顯下降。固化溫度在80 ℃內(nèi)，自制膠粘劑的紫外-可見光透過率變化不大。在此環(huán)氧體系中，使用自制固化劑的膠粘劑在耐溫性方面具有一定優(yōu)勢(shì)。

關(guān)鍵詞：多巰基環(huán)氧膠粘劑；拉伸剪切強(qiáng)度；紫外-可見光透過率

中圖分類號(hào)：TQ433.4+37 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1001-5922（2014）01-0036-04

1 前言

環(huán)氧樹脂具有良好的力學(xué)性能、電氣性能和耐熱性能，作為膠粘劑使用時(shí)，固化劑對(duì)其性能影響顯著。針對(duì)光學(xué)儀器用或者其他要求光學(xué)透明的領(lǐng)域而開發(fā)的高透明環(huán)氧樹脂膠粘劑的研究成為21世紀(jì)以來一大科研熱點(diǎn)[1～5]。

硫醇是環(huán)氧固化劑的重要品種，配合環(huán)氧樹脂使用可制得無色透明快速固化環(huán)氧膠粘劑[6]。但是由于硫醇固化劑的生產(chǎn)工藝要求較高，目前該類固化劑主要依賴進(jìn)口[7～12]。本文以E-51環(huán)氧樹脂為A組分樹脂粘料，以實(shí)驗(yàn)室自制的多巰基化合物為固化劑，制得了一種環(huán)氧/多巰基型無色透明膠粘劑。在力學(xué)性能、黏度、光學(xué)性能等方面進(jìn)行了研究，并在相同體系中與進(jìn)口環(huán)氧/多巰基型膠粘劑進(jìn)行了性能對(duì)比研究。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 原料及儀器

季戊四醇、β-巰基丙酸，百靈威科技；多巰基固化劑，實(shí)驗(yàn)室自制；E-51環(huán)氧樹脂，南亞化工股份有限公司；進(jìn)口固化劑，聚硫醇與2，4，6-三（二甲氨基甲基）苯酚的混合物。

XWW-20KN電子萬能試驗(yàn)機(jī)，承德大華試驗(yàn)機(jī)械有限公司；CAP2000+錐板黏度計(jì)，美國(guó)BROOKFIELD公司；WFZ UV-4802H型紫外可見分光光度計(jì)，尤尼柯（上海）儀器有限公司。

2.2 固化劑的合成

首先利用季戊四醇與β-巰基丙酸在一定溫度下加入催化劑、溶劑合成四巰基丙酸季戊四醇酯。然后利用E-51環(huán)氧樹脂對(duì)此多巰基化合物進(jìn)行擴(kuò)鏈，達(dá)到調(diào)整固化劑黏度，增強(qiáng)其與環(huán)氧樹脂相容性的目的。

2.3 膠粘劑的配制

T-61膠粘劑：E-51環(huán)氧樹脂與適量自制固化劑在燒杯內(nèi)攪拌混合均勻。

J-13膠粘劑：E-51環(huán)氧樹脂與適量進(jìn)口固化劑在燒杯內(nèi)攪拌混合均勻。

2.5 性能測(cè)試

對(duì)T-61與J-13膠粘劑進(jìn)行以下性能測(cè)試：

（1）拉伸剪切強(qiáng)度：根據(jù)國(guó)標(biāo)GB/T 7124—1986，拉伸剪切強(qiáng)度試樣采用10.0 cm×2.4 cm×0.2 cm鋼片，單面搭接，搭接面長(zhǎng)約12.50 mm。將試片經(jīng)過表面處理后把膠粘劑均勻涂在試片上，然后將2試片疊合，根據(jù)固化工藝進(jìn)行固化，之后把試片裝在拉力測(cè)試儀上以5 mm/min的恒定拉伸速度施加負(fù)荷，直到試片膠層破壞為止，根據(jù)式（1）計(jì)算剪切強(qiáng)度Rm。

Rm=P/S=P/（a×b） （1）

式中：P是破壞負(fù)荷；S是搭接面積，cm2；a，b分別是搭接面長(zhǎng)和寬。搭接面積應(yīng)根據(jù)每對(duì)試片破壞后，實(shí)際測(cè)量的數(shù)值進(jìn)行計(jì)算，精確到0.1 cm2。

（2）黏度：采用錐板黏度計(jì)測(cè)試不同溫度下固化劑的黏度變化（錐板黏度計(jì)換用轉(zhuǎn)子前在60 ℃下由相應(yīng)硅油標(biāo)定）。轉(zhuǎn)速：56 r/min；轉(zhuǎn)子型號(hào)：3號(hào)；溫度范圍：50～100 ℃；升溫速率：5 ℃/30 s。

（3）紫外-可見光透過率：采用紫外可見分光光度計(jì)測(cè)試。

3 結(jié)果與討論

3.1 力學(xué)性能研究

分別用2組環(huán)氧膠粘劑以上文介紹的方法粘貼成鋼試片，放在一定溫度的烘箱中固化30 min，之后取出室溫靜置4.5 h，利用電子萬能試驗(yàn)機(jī)分別測(cè)試T-61與J-13膠粘劑的拉伸剪切強(qiáng)度，結(jié)果如表1所示。

由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，T-61、J-13膠粘劑均在110 ℃分別達(dá)到24.35 MPa與24.75 MPa的最大拉伸剪切強(qiáng)度，之后下降。在大部分溫度下，T-61膠粘劑拉伸剪切強(qiáng)度高于J-13膠粘劑。實(shí)際使用過程中可以根據(jù)自身情況選擇固化溫度。在一定溫度范圍內(nèi)，隨著固化溫度的升高，膠粘劑的拉伸剪切強(qiáng)度不斷增大，當(dāng)?shù)竭_(dá)一定溫度，繼續(xù)升高溫度拉伸剪切強(qiáng)度反而下降。這是因?yàn)椋涸谝欢囟确秶鷥?nèi)，溫度的升高促進(jìn)巰基與環(huán)氧基團(tuán)的反應(yīng)，使固化程度更加徹底，拉伸剪切強(qiáng)度提高。然而，環(huán)氧樹脂膠粘劑的熱氧化穩(wěn)定性以及固化物的熱變形溫度限制了其固化溫度的最大值。而且高溫固化產(chǎn)物更容易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，影響固化物的力學(xué)性能。因此過高的固化溫度會(huì)導(dǎo)致拉伸剪切強(qiáng)度降低[10～15]。

3.2 黏度研究

由于環(huán)氧/多巰基型膠粘劑在較高溫度下固化時(shí)間極短，難以測(cè)量黏度。所以本文僅測(cè)量了固化劑的黏度。

可以看出隨著溫度的升高，2種固化劑的黏度不斷減小；相同溫度下，自制固化劑黏度大于進(jìn)口固化劑。實(shí)際應(yīng)用時(shí)可根據(jù)不同需要改變自制固化劑配方調(diào)整黏度。

3.3 光學(xué)性能研究

采用紫外可見分光光度計(jì)測(cè)量均勻涂抹膠粘劑的透明載玻片紫外-可見光透過率，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖1、2及表3、4。

由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，在溫度較低下J-13膠粘劑透光率略高于T-61膠粘劑。但是隨著溫度增高，T-61膠粘劑的透光率較高。在80 ℃以內(nèi)，溫度對(duì)J-13膠粘劑影響非常大，而對(duì)T-61膠粘劑影響甚微。原因是：2種膠粘劑采用的胺類促進(jìn)劑在高溫下容易發(fā)黃，同時(shí)降低膠粘劑的透明度。與J-13相比，T-61采用的是復(fù)合促進(jìn)劑，在胺類促進(jìn)劑存在的條件下同時(shí)加入脒類促進(jìn)劑，大大減少了胺類促進(jìn)劑用量，使得T-61膠粘劑即使在溫度較高的條件下仍不發(fā)生黃變，并且保持較高的可見光透過率。

類促進(jìn)劑存在的條件下同時(shí)加入脒類促進(jìn)劑，大大減少了胺類促進(jìn)劑用量，使得T-61膠粘劑即使在溫度較高的條件下仍不發(fā)生黃變，并且保持較高的可見光透過率。

4 結(jié)論

（1）T-61膠粘劑的拉伸剪切強(qiáng)度在110 ℃的固化溫度下達(dá)到最大值24.35 MPa。在大部分溫度下，T-61膠粘劑拉伸剪切強(qiáng)度高于J-13膠粘劑。

（2）隨著溫度上升，2種固化劑的黏度不斷減小，自制固化劑黏度要大于進(jìn)口固化劑。

（3）隨著溫度增高，T-61膠粘劑在透光率方面展現(xiàn)出優(yōu)勢(shì)，溫度對(duì)J-13膠粘劑紫外-可見光透過率的影響明顯，在80 ℃以內(nèi)對(duì)T-61膠粘劑幾乎沒有影響。

（4）T-61膠粘劑的耐溫性比J-13膠粘劑優(yōu)異。

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