一種筆記本計算機用丙烯酸酯膠的研制

劉蘇宇，張銀華，張浩軍

（廣州市回天精細化工有限公司，廣東 廣州 510800）

一種筆記本計算機用丙烯酸酯膠的研制

劉蘇宇，張銀華，張浩軍

（廣州市回天精細化工有限公司，廣東 廣州 510800）

制備了一種筆記本行業(yè)用丙烯酸酯膠，以拉撥力為考核參數(shù)，得到其最優(yōu)配方為：四氫呋喃酯6%，SBS 12.6%，促進劑1 1.45%。

筆記本；丙烯酸酯膠；拉拔力；擠出率；操作時間

由于丙烯酸酯膠粘劑優(yōu)異的粘接性能，其在很多新的領(lǐng)域得到了應用。在筆記本和平板電腦行業(yè)中，要求膠水具有固化迅速、緊固時間短、有超強的耐沖擊和抗疲勞性能，而這些對丙烯酸酯膠提出了新的要求，即要求其具有操作時間長，定位時間短，能夠進行熱壓固化［1］。本文通過對不同種類丙烯酸酯單體、彈性體和促進劑的選擇，制備了一種綜合性能優(yōu)異的丙烯酸酯結(jié)構(gòu)膠。

1 實驗部分

1.1 主要原料

甲基丙烯酸甲酯（MMA）、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物（SBS）、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物（MBS）、丁腈橡膠（NBR）、環(huán)氧樹脂、甲基丙烯酸羥乙酯（HEMA）、甲基丙烯酸（MAA）、四氫呋喃酯、環(huán)己酯、異冰片酯、三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯（EM331）、引發(fā)劑、促進劑、阻聚劑，均為市售工業(yè)品。

1.2 制備方法

1）甲組分的制備

將MMA、彈性體、HEMA、阻聚劑按配比投入反應釜，通冷卻水，攪拌至彈性體完全溶解。再加入促進劑、MAA，攪拌均勻。

2）乙組分的制備

將MMA、環(huán)氧樹脂、彈性體、阻聚劑按配比投入反應釜，通冷卻水攪拌至彈性體完全溶解。再加入引發(fā)劑攪拌均勻。

1.3 性能測試

1）試件制備

使用自動點膠機在筆記本樣件上進行點膠，然后使用熱壓機進行熱壓，固化24 h后進行拉拔力試塊的粘接。

2）拉拔力強度

在萬能電子拉力機上分別對常溫、恒溫恒濕老化后、冷熱沖擊老化后的試樣進行拉撥力強度測試。測試儀器：萬能電子拉力機。

測試條件：室溫固化24 h；室溫固化24 h后，50℃/95%RH老化336 h；室溫固化24 h后，-40～80℃冷熱沖擊15個循環(huán)（每循環(huán)2 h）。

3）擠出率

灌裝一組50 mL膠，放入專用夾具中，氣壓0.4 MPa，使用50 mL專用靜態(tài)混合管，用自制注射泵擠出，測試1 min內(nèi)擠出膠液的量。

4）操作時間

稱取A組份9 g、B組份1 g，從開始混合時計時，混合均勻后將膠涂于2 mm厚的模具中，記錄膠開始增稠不能再粘接使用的時間，即為操作時間。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同種類單體的選擇

在甲組分中分別加入不同種類第3單體，在相同的反應條件下進行反應。圖1給出了不同種類第3單體用量與拉拔力的關(guān)系曲線。從圖1可以看出，隨著第3單體用量的增加，拉拔力呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢。當用量為6%時，拉拔力達到最大值。其中EM331＞四氫呋喃酯＞環(huán)己酯＞異冰片酯。

圖1 不同種類單體的用量與拉拔力的關(guān)系Fig.1 Effect of contents of different monomers on drawing force

分析圖1結(jié)果可能有如下2種原因：

1）上述4種單體中都含有高反應性的乙烯基官能團，隨著交聯(lián)反應的進行，聚合物體系的交聯(lián)密度逐漸增大，結(jié)構(gòu)緊密，從而使拉拔力逐漸增加。當用量大于6%時，聚合物交聯(lián)度達到飽和，產(chǎn)生包裹效應，使自由基無法和單體接觸，導致過量的單體不再參與接枝聚合反應，成為外增塑劑游離于體系中，溶脹大分子鏈，降低分子間作用力，從而使拉拔力下降。

2）EM331具有3個高反應性官能團，因此在反應初期就能夠快速地提升交聯(lián)密度，同時多點反應使其聚合物的互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更加致密，因此具有最大的拉拔力。四氫呋喃酯、異冰片酯、環(huán)己酯3者都具有環(huán)狀結(jié)構(gòu)，而環(huán)狀結(jié)構(gòu)供電子能力的強弱決定了3者拉拔力的高低，即供電能力越弱，拉拔力越高。3者中，四氫呋喃酯具有含氧五元環(huán)，具有較強吸電子能力即供電能力低，因此四氫呋喃酯中乙烯基上的C+離子具有較強的正電荷，從而更易發(fā)生聚合反應，具有較高的強度。環(huán)己酯與異冰片酯都是含碳六元環(huán)，但異冰片酯的六元環(huán)上具有一個叔丁基，使其供電能力大于環(huán)己酯，因此環(huán)己酯的拉拔力大于異冰片酯［2］。

以下述條件對粘接好的常溫固化樣件進行老化實驗：

（1）50℃/95%RH老化336 h；

（2）-40～80℃冷熱沖擊15個循環(huán)（每循環(huán)2 h）。

不同第3單體體系老化后的拉撥力測試結(jié)果見圖2。

圖2 老化后不同種類單體的用量與拉拔力的關(guān)系Fig.2 Effect of contents of different monomers on drawing force after ageing

從圖2可以看出，經(jīng)過老化，拉拔力都出現(xiàn)了衰減。各體系在第3單體加入6%時對應拉拔力測試結(jié)果列于表1。

表1 老化后不同種類單體體系對應的拉拔力Tab.1 Effect of different monomers on drawing force after ageing

從表1可以看出，拉拔力衰減率規(guī)律是：四氫呋喃酯＞EM331＞環(huán)己酯＞異冰片酯。

分析原因是：

1）上述4種單體中異冰片酯、四氫呋喃酯、環(huán)己酯都含有環(huán)狀結(jié)構(gòu)即空間結(jié)構(gòu)為穩(wěn)定的類椅型結(jié)構(gòu)，提高了聚合物體系的熱穩(wěn)定性。而電負性方面，四氫呋喃酯＞環(huán)己酯＞異冰片酯，因此經(jīng)過濕熱老化，拉拔力保留率規(guī)律為：四氫呋喃酯＞環(huán)己酯＞異冰片酯＞EM331。

2）玻璃化溫度決定著產(chǎn)品在冷熱沖擊過程中聚合物回彈能力的大小，即玻璃化溫度越大，回彈能力越差則強度衰減越多［3］。因此由表1玻璃化溫度數(shù)據(jù)可知，經(jīng)過冷熱沖擊拉拔力順序為：四氫呋喃酯＞EM331＞環(huán)己酯＞異冰片酯。

綜上，經(jīng)過老化后拉拔力均出現(xiàn)衰減，但四氫呋喃酯為最低，因此選擇四氫呋喃酯為主功能單體。

2.2 不同種類彈性體的選擇

分別在甲組分中加入不同種類彈性體，在相同的反應條件下進行反應。圖3給出了不同種類彈性體用量與擠出率的關(guān)系曲線。從圖3可以看出，隨著彈性體用量的增加，擠出率呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢。

圖3 不同種類彈性體的用量與擠出率的關(guān)系Fig.3 Relationship of contents of different elastomers and press ratio

由于筆記本點膠機具有點膠針速快，針頭距離點膠作業(yè)面低的特點，所以要求膠粘劑在點膠壓力下具有較好的擠出率，出膠順暢，不斷膠，不拉絲，停線后針頭不溢膠。因此彈性體的選擇至關(guān)重要。以擠出率2.0 g/min為標準進行選擇，彈性體NBR在有限的用量范圍內(nèi)無法達到要求，CSM和SBS可以滿足。

在表2可以看出，相同擠出率下，CSM具有更高拉拔力。這是由于CSM（氯磺化聚乙烯）本身帶有強吸電子基團磺酸基和強吸電子元素氯，使其聚合物的骨架結(jié)構(gòu)具有很強的電負性，能夠增強聚合物分子鏈間的分子間作用力和靜電作用，同時能夠更好地與被粘材料表面濕潤，從而具有更高的拉拔力［4］。但筆記本用丙烯酸酯膠作為一款為電子產(chǎn)品配套的膠粘劑，需要進行ROHS認證，在產(chǎn)品體系中不能含有鹵素。而CSM含有氯，因此選擇SBS作為主彈性體，用量12.6%。

表2 不同彈性體在擠出率為2.0 g/min時與拉撥力的對應關(guān)系Tab.2 Relationship of drawing force and elastomer type for press ratio of 2.0 g/min

2.3 不同種類促進劑的選擇

分別在甲組分中加入不同種類促進劑，在相同的反應條件下進行反應。圖4給出了不同種類促進劑用量與操作時間的關(guān)系曲線。從圖4可見，隨著促進劑用量的增加，操作時間逐漸縮短。

筆記本外殼在點膠機器人點膠后，會放在傳輸帶上傳至下一熱壓工序。由于各個工廠傳輸帶的長短不一，在傳輸帶上傳輸?shù)臅r間也不相同。這就要求膠水在混合點出后，不能立刻發(fā)生交聯(lián)反應，而要具有一定的操作時間。在操作時間內(nèi)，交聯(lián)反應的轉(zhuǎn)化率很低，之后轉(zhuǎn)化率迅速升高，膠水快速反應固化，產(chǎn)生大量熱量至7 min時完成固化。反應歷程如圖5所示。

圖4 不同種類促進劑的用量與操作時間的關(guān)系Fig.4 Relationship of operation time and contents of different accelerants

圖5 操作時間與轉(zhuǎn)化率的關(guān)系Fig.5 Relationship of percent conversion and operation time

從圖5可以看出，促進劑用量增加就能縮短操作時間，還會使產(chǎn)品的穩(wěn)定性下降。以操作時間4 min為標準進行選擇，促進劑1用量最小，以1.45%為最佳。

3 結(jié)論

通過系列實驗，對各種影響因素進行了深入分析，優(yōu)化確定了其最佳用量，制得了一種筆記本行業(yè)用丙烯酸酯膠。實驗結(jié)果顯示，當體系中四氫呋喃酯的用量為6%，SBS用量為12.6%，促進劑1用量為1.45%時其綜合性能最佳。

［1］何瑞紅，胡孝勇.第二代丙烯酸酯膠粘劑的研究進展［J］.中國膠粘劑，2012（11）.

［2］劉蘇宇，高保嬌.Ce（Ⅳ）鹽引發(fā)丙烯腈在交聯(lián)聚乙烯醇微球表面的接枝聚合［J］.化學世界，2010（04）.

［3］劉蘇宇，韓勝利.不同單體對SGA耐冷熱沖擊性能的影響［J］.粘接，2013（04）.

［4］夏浩，林中祥.聚氨酯對第二代丙烯酸酯膠粘劑的增韌改性研究［J］.中國膠粘劑，2013（12）.

［5］黃岐善，翁志學，黃志明，等.引發(fā)劑"籠蔽效應"的微觀動力學解釋［J］.高等學校化學學報，1999（05）.

［6］劉潔，聶聰，黃海江，等.促進劑對α-氰基丙烯酸酯膠固化反應動力學的影響［J］.粘接，2014（01）.

Developing of acrylate adhesive for notebook computer

LIU Su-yu，ZHANG Hao-jun，Zhang Yin-hua
（Guangzhou Huitian Fine Chemical Co.，Ltd.，Guangzhou，Guangdong 510800，China）

The effect of different factors on properties of the acrylate adhesive for notebook computer were investigated by using drawing force as the evaluation parameter. In the prepared optimal acrylat adhesive formulation， the contents of tetrahydrofuran polymer， SBS and accelerant were 6%， 12.6% and 1.45% by weight of acrylat adhesive，respectively.

acrylate adhesive； notebook computer；drawing force；press ratio；operation time

TQ433.4+3

A

1001-5922（2015）07-0053-04

2014-06-24

劉蘇宇（1986-），男，碩士，研究方向：膠粘劑研發(fā)。E-mail：Liusuyu1986@126.com。