封閉劑對丙烯酸酯膠性能影響的研究

劉蘇宇，韓勝利，張浩軍

（湖北回天新材料股份有限公司，湖北 襄陽 441057）

丙烯酸酯膠是工程膠粘劑中重要的種類分支，為滿足工程粘接不斷衍生的新需求，各種具有特殊性能的丙烯酸酯膠不斷出現(xiàn)。在游艇制造，風(fēng)機(jī)葉片制造等行業(yè)，長操作時間的丙烯酸酯膠得到廣泛的應(yīng)用。因操作時間普遍在30 min以上，膠體中甲基丙烯酸酯等有效成分會揮發(fā)，導(dǎo)致粘接失效。封閉劑的加入解決了上述問題。本文將以操作時間為32 min的產(chǎn)品為基準(zhǔn)，探討了封閉劑對產(chǎn)品性能的影響[1，2]。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要原料

甲基丙烯酸甲酯（MMA)，美國路彩特公司；丁腈橡膠（NBR），日本瑞翁株式會社；氯磺化聚乙烯（CSM），美國陶氏公司；甲基丙烯酸羥乙酯（HEMA）、甲基丙烯酸（MAA），日本三菱化學(xué)株式會社；鄰苯二甲酸二丁酯，美國陶氏公司；過氧類引發(fā)劑、胺類促進(jìn)劑、阻聚劑（醌類物質(zhì)）、增韌助劑（三元共聚物）及封閉劑（高級烷烴混合物），工業(yè)級，市售。

1.2 儀器與設(shè)備

煉膠機(jī)，XSK-450，無錫明達(dá)橡塑機(jī)械有限公司；行星真空混合機(jī)，PXFZH-YLJO2L，柳州市豪杰特化工機(jī)械有限責(zé)任公司；高速分散機(jī)，EDS1000，上海市普申化工機(jī)械有限公司；萬能電子拉力機(jī)，AG-IC日本島津公司。

1.3 制備方法

1.3.1 甲組分的制備

先將NBR在煉膠機(jī)上塑煉，薄通10次后出片。將MMA、NBR、HEMA、增韌助劑及封閉劑按配比投入到反應(yīng)釜中，攪拌至完全溶解。然后加入胺類促進(jìn)劑攪拌均勻待用。

1.3.2 乙組分的制備

將MMA、CSM、HEMA、阻聚劑及封閉劑等按配比投入到反應(yīng)釜中，攪拌至完全溶解。加入MAA、引發(fā)劑攪拌均勻。

1.3.3 試片的制備

將25 mm×80 mm×2 mm的鍍鋅鋼板用有機(jī)溶劑清洗表面并晾干。將甲、乙組分按體積比為1∶1混合均勻，刮涂在鍍鋅鋼板表面，搭接并用模具固定，室溫固化24 h。

1.4 性能測試

（1）拉伸剪切強(qiáng)度：按照GB/T 7124—1986《膠粘劑拉伸剪切強(qiáng)度測定方法（金屬對金屬）》標(biāo)準(zhǔn)，采用萬能電子拉力機(jī)進(jìn)行測試。

（2）剝離強(qiáng)度：按照GB/T 2792—2014《膠粘帶剝離強(qiáng)度的試驗(yàn)方法》，采用萬能電子拉力機(jī)進(jìn)行測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同用量封閉劑對丙烯酸酯膠質(zhì)量保持率的影響

不同用量封閉劑對丙烯酸酯膠質(zhì)量保持率的影響如圖1所示。

圖1是相同質(zhì)量膠體在室溫23 ℃條件下敞開放置2 h，不同用量的封閉劑對膠體質(zhì)量保持率的影響曲線。從圖1可以看出，不加入封閉劑時質(zhì)量保持率僅為89%，隨著封閉劑用量的增加，質(zhì)量保持率逐漸升高，這說明封閉劑對膠體的質(zhì)量保持率有顯著的促進(jìn)作用。甲基丙烯酸甲酯是丙烯酸酯膠中主要的功能性單體，但常溫條件下易揮發(fā)，是造成膠體失重的主要原因，由圖1可知，在限定時間內(nèi)，封閉劑有效阻斷了甲基丙烯酸甲酯的揮發(fā)。

圖1 不同用量封閉劑對丙烯酸酯膠質(zhì)量保持率的影響Fig.1 Effect of sealing agent amount on retention of acrylic adhesive weight

2.2 不同用量封閉劑對丙烯酸酯膠操作時間的影響

不同用量封閉劑對丙烯酸酯膠操作時間的影響如圖2所示。

圖2 不同用量封閉劑對丙烯酸酯膠操作時間的影響Fig.2 Effect of sealing agent amount on operating time of acrylic adhesive

由圖2可知，1）當(dāng)膠體在23 ℃條件下暴露在空氣中放置2 h，隨著封閉劑用量的增加，操作時間逐漸加快，由最長42 min向正常的操作時間逐步靠近。因?yàn)楫?dāng)膠體中沒有封閉劑時，隨著在空氣中暴露時間的延長，越來越多的甲基丙烯酸甲酯揮發(fā)，功能單體的缺失導(dǎo)致在后續(xù)的固化過程中，沒有足夠的功能單體參與聚合反應(yīng)，從而使操作時間被動延長。當(dāng)封閉劑的用量逐漸增多，有效地阻止了功能單體的揮發(fā)，使參與聚合的功能單體含量增多，從而逐漸加快了操作時間。2）當(dāng)膠體在包裝罐中放置2 h，隨著封閉劑用量的增多，操作時間出現(xiàn)輕微延長。原因是過量的封閉劑分布在膠體內(nèi)，一定程度上阻礙了功能單體和活性自由基的接觸。封閉劑最佳用量為1.4%，操作時間為32.8 min。

2.3 不同用量封閉劑對丙烯酸酯膠剪切強(qiáng)度的影響

不同用量封閉劑對丙烯酸酯膠剪切強(qiáng)度的影響如圖3所示。

圖3 不同用量封閉劑對丙烯酸酯膠剪切強(qiáng)度的影響Fig.3 Effect of sealing agent amount on shear strength of acrylic adhesive

由圖3可知，1）當(dāng)膠體在23 ℃條件下暴露在空氣中放置2 h，隨著封閉劑用量的增加，剪切強(qiáng)度逐漸增大。當(dāng)膠體中沒有封閉劑時，隨著在空氣中暴露時間的延長，越來越多的甲基丙烯酸甲酯揮發(fā)，導(dǎo)致膠體中的功能單體含量大幅下降，從而在后續(xù)的固化過程中出現(xiàn)交聯(lián)密度降低，剪切強(qiáng)度低的現(xiàn)象。隨著封閉劑用量的增加，在限定時間內(nèi)，有效降低甲基丙烯酸甲酯的揮發(fā)，使其在后續(xù)的固化過程中能夠參與聚合反應(yīng)，具有較高的交聯(lián)密度，從而剪切強(qiáng)度逐漸增大。2）當(dāng)膠體在包裝罐中放置2 h，隨著封閉劑用量的增多，剪切強(qiáng)度逐漸下降?？梢园l(fā)現(xiàn)，當(dāng)膠體中不含封閉劑時，剪切強(qiáng)度最大，達(dá)20.5 MPa。原因是封閉劑在膠體中不參與任何聚合反應(yīng)，具有一定增塑作用；在其作用下，當(dāng)封閉劑用量逐漸增多，導(dǎo)致體系的內(nèi)增塑作用增強(qiáng)，交聯(lián)密度降低，導(dǎo)致剪切強(qiáng)度逐漸下降。封閉劑最佳用量為1.4%，剪切強(qiáng)度達(dá)17.9 MPa[3，4]。

3 結(jié)論

封閉劑能夠有效阻止功能單體的揮發(fā)，使膠體中功能單體充分參與聚合反應(yīng)，從而具有足夠的粘接強(qiáng)度。當(dāng)膠體中不加入封閉劑或封閉劑用量不足時，因功能單體的揮發(fā)，產(chǎn)品的粘接性能會出現(xiàn)大幅下降。通過研究發(fā)現(xiàn)，在操作時間為32 min的產(chǎn)品中加入1.4%的封閉劑具有最佳的使用效果，剪切強(qiáng)度可達(dá)到17.9 MPa。