厭氧膠專利技術綜述

廖佩姿 吳迪

摘要：厭氧膠具有單組分、室溫下固化快、耐酸堿、使用簡便等優(yōu)點。通過專業(yè)數(shù)據(jù)庫檢索，分析了厭氧膠

領域的專利信息，對厭氧膠的行業(yè)發(fā)展、重點改性方式進行梳理和展望。

關鍵詞：厭氧膠；紫外-厭氧聚氨酯丙烯酸酯；微膠囊；固化速率；耐高溫

中圖分類號：TQ433.437；TB383.1文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2021）35-0146-03

Review on Patent Technology of Anaerobic Adhesive

LIAO PeiziWU Di

（Patent Examination Cooperation Center of the Patent Office， CHIPA， Chengdu Sichuan 610213）

Abstract： Anaerobic adhesive has the advantages of single component， fast curing， resistance of acid and alkali， sim？ ple use and so on. This paper searched and analyzed the patent information in the field of anaerobic adhesive through the professional database， and analyzed the industry development and modification methods of anaerobic adhesive.

Keywords： anaerobic adhesive；polyurethane acrylate；microcapsule；curing rate；high temperature resistance

厭氧性膠黏密封劑簡稱厭氧膠，是一種在氧氣存在時固化反應受到抑制，而在處于隔絕氧氣的黏結面間隙內(nèi)自行固化的膠黏劑，具有單組分、無溶劑、室溫固化快、耐熱、耐酸堿性等特點，被廣泛應用于螺栓緊固防松、密封防漏、裝配固定、浸滲填充及膠接等工藝中[1]。厭氧膠通常由單體[2]、引發(fā)劑[3]、促進劑、助促進劑、穩(wěn)定劑（阻聚劑）、染料和填料等構成。根據(jù)特殊的要求，有些厭氧膠還加入了觸變劑、增稠劑等。

厭氧膠的發(fā)展過程可為四個階段：第一代是以甲基丙烯酸多元醇酯類為單體；第二代是聚氨酯改性的厭氧結構膠；第三代產(chǎn)品是紫外光引發(fā)固化的厭氧膠；第四代是微膠囊化厭氧膠。此外，隨著使用環(huán)境要求的變化，對厭氧膠的實用性能和固化性能也提出了更高的要求，如穩(wěn)定性改善、固化速度提高、耐溫性改善等。

1厭氧膠領域專利分析

選擇CNABS為中文專利數(shù)據(jù)庫，DWPI為外文專利數(shù)據(jù)庫，采用關鍵詞與分類號相結合的方式進行檢索，專利數(shù)據(jù)取自1955—2019年。

1.1全球專利申請量趨勢分析

20世紀50年代初期，美國科研人員發(fā)現(xiàn)了丙烯酸酯在絕氧條件下具備固化聚合的特性，制成了具有實用價值的厭氧膠始創(chuàng)品種。最早的厭氧膠專利申請由美國樂泰公司于1955年提出（US2895950A），于1959年公開，并成為2008年和2011年的研究熱點。中國厭氧膠的專利申請始于1985年，由中國科學院廣州化學研究所提出（CN85104906A、CN85104906B和CN1054391 C），其還研制了GY系列超過20種厭氧膠[4]。1955—2019年全球及國內(nèi)厭氧膠專利申請公布量年度分析如圖1所示。

1.2申請在國內(nèi)外的分布

厭氧膠專利申請在全球的分布見圖2。自1959年以來，在全球范圍中，中國、日本、美國、歐盟、德國是專利申請量最多的地區(qū)。美國作為厭氧膠的起源國，樂泰等公司提出了大量的相關申請。隨著三鍵公司等日本企業(yè)在厭氧膠領域的深入研究，日本也在厭氧膠領域進行了大量的專利布局。中國對厭氧膠的研究起步較晚，但發(fā)展較快，從2000年至今，中國占據(jù)了全球超過一半的厭氧膠專利申請量（見圖2），這與我國知識產(chǎn)權布局意識的不斷提高以及我國機械、電子、航天航空領域的蓬勃發(fā)展息息相關。

1.3重點申請人分析

厭氧膠領域重點申請人分布見圖3。在全球范圍內(nèi)，德國漢高公司和美國樂泰公司是厭氧膠領域專利申請全球排名最高的兩家公司。其中，美國樂泰公司在1955—1997年研發(fā)并申請了四代厭氧膠品種，申請75篇相關專利。隨后，美國樂泰公司在1997年被漢高公司收購，成為漢高旗下子公司（以下統(tǒng)稱漢高樂泰）。在漢高樂泰引領厭氧膠領域發(fā)展的同時，恰逢日本工業(yè)高速發(fā)展，諸多日本企業(yè)在厭氧膠領域進行了大量專利布局。國內(nèi)在厭氧膠領域的研究主要集中在高校、研究所及企業(yè)，電子科技大學、中國科學院廣州研究所、青島天邦線有限公司和湖北回天膠業(yè)股份有限公司在厭氧膠領域進行了一定的專利布局。

1.4專利申請功效類別分析

厭氧膠專利申請重點功效分類見圖4。在厭氧膠專利申請中，其技術功效主要集中在固化速率的提高、復雜性降低、穩(wěn)定性提高、成本降低、強度提高及耐熱性提高等方面。這是因為在厭氧膠固化過程中，氧氣的隔絕程度較低、引發(fā)劑含量低往往導致固化時間長，而增加引發(fā)劑含量和常見的密封儲存條件又導致儲存穩(wěn)定性較差，需要添加各種組分以平衡其固化速率和儲存穩(wěn)定的關系，上述助劑的加入又會導致厭氧膠產(chǎn)品體系復雜和成本增加。此外，厭氧膠在電子、航天航空、極端工業(yè)環(huán)境領域的應用也促使人們進一步探索厭氧膠強度改性和耐熱性改性的方式。

2重要技術分支

2.1四代厭氧膠的發(fā)展歷程

漢高樂泰在1955年提出以四甘醇二丙烯酸酯、二甲基丙烯酸二甘醇酯為單體，配合過氧化氫引發(fā)劑、三乙胺促進劑組成厭氧膠黏劑（US2895950A），并陸續(xù)提出了諸多圍繞甲基丙烯酸多元醇酯類厭氧膠性能和配方改善的專利。此外，還有很多申請人探究了厭氧膠在螺紋密封、鑄造件修補、軸承安裝等領域的應用。

甲基丙烯酸多元醇酯類單體的厭氧膠往往為脆性，推動了聚氨酯厭氧膠成為第二代厭氧膠。漢高樂泰在1965年指出了丙烯酸類單體制備的厭氧膠具備硬脆特性的缺陷，提出了含羥基的丙烯酸酯與端異氰酸酯聚氨酯進行縮合，得到了基于聚氨酯聚丙烯酸酯的、具備優(yōu)異的柔韌性和可膨脹性的厭氧密封劑組合物，同時表現(xiàn)出延長的空氣穩(wěn)定性（US3425988A）。

此后，由于前述厭氧膠對固化條件的要求較高，在寬間隙的黏結處表現(xiàn)出了較差的固化速率及溢膠性缺陷，紫外固化厭氧膠應運而生。紫外固化厭氧膠首先對被粘物四周進行UV預固化，使被粘物固定；其次，膠接面因四周被UV預固定而缺氧，故可進行厭氧固化，滿足了寬間隙黏結的需求。漢高樂泰在1976年提出，丙烯酸酯化合物同時具備厭氧引發(fā)和光引發(fā)的能力，并通過在厭氧組合物中添加光引發(fā)劑制得可以同時進行紫外-厭氧固化的厭氧膠組合物（GB7609981）。

漢高樂泰在1972年提出了一種微膠囊厭氧膠（US3826756A），將丙烯酸酯單體與過氧聚合引發(fā)劑混合形成厭氧組合物，而后通過乳液聚合將厭氧組合物包覆形成微膠囊。由于克服了表干時間過快、加工時間過短、不能滿足自動化工藝的問題，第四代微膠囊型厭氧膠成為預涂型膠黏劑中的重要種類。

2.2厭氧膠的重點改性方式

2.2.1快速固化。在保證厭氧膠穩(wěn)定性的同時，進一步加快其固化速度的主要方法是調(diào)整促進劑和助促進劑的種類以及添加特殊的添加劑。漢高樂泰在1963年提出了加速固化厭氧組合物的相關專利（US3218305A），并進一步提出選擇堿金屬陽離子配位的分子間聚乙二醇醚低聚物作為添加劑可以改善厭氧螺紋密封膠在非活性表面上快速固化的能力（US20050239952A1）；后來又提出了可以采用二茂鐵活化劑、糖精類助促進劑制得30 min完全固化的快速固化雙組份厭氧膠（WO20100908 26A2）。

日本大倉公司提出可以通過添加鄰苯二甲硫酰亞胺的四氫喹啉鹽作為促進劑制備快速固化的厭氧膠黏合劑。東亞化和公司通過添加金屬取代葉綠素、葉綠素鹽、酞菁配合物來改善厭氧膠的固化效果和耐濕熱性能（DE3844029A1）。廣州市堅紅化工廠采用具有互變異構的化合物為促進劑作為引發(fā)劑組分，能使厭氧膠在應用時僅需數(shù)秒就迅速凝固達到1 MPa（CN101041700A）。

2.2.2耐高溫改性。目前，耐熱厭氧膠的研制一般有如下方法：第一，尋找耐熱性好的厭氧膠單體；第二，在配方中引入耐熱性好的有機樹脂；第三，在配方中引入耐熱性好的無機組分[5]。

1975年，漢高樂泰公司提出，在厭氧膠中添加馬來酰亞胺添加劑可以改善其高溫強度、耐熱降解性（FR2287476A1），后來又陸續(xù)提出可以通過添加潛在的熱抵抗性試劑咪唑（US6342545B1）、選擇不飽和環(huán)狀（甲基）丙烯酸酯為單體（US6150479A）改善厭氧膠的耐熱降解性，添加苯并噁嗪組分改善高溫條件下厭氧膠的抵抗性并加快其固化速度（WO2011047123A2），添加硼或硅作為中心原子組分改善厭氧膠高溫黏結性（US20090022 894A1），添加含二苯胺的雙馬來酰亞胺改善厭氧膠的高溫黏結強度和耐熱降解性（GB1546815A）。

在國內(nèi)，黑龍江省科學院石油化學研究院提出了由包含無機活性雜化材料（由主劑磷酸、固化劑氧化銅和骨架材料碳化硅晶須組成）制成無機/有機雜化耐高溫厭氧型螺紋鎖固密封膠黏劑（CN101497769A）；后來公開了一種硼硅樹脂雜化丙烯酸酯耐高溫厭氧膠黏劑（CN103194 158B）；之后又公開了一種改性丙烯酸酯耐高溫厭氧膠黏劑及其制備方法（CN104152086B）。河北大學則提出將丙烯酸酯化的籠型倍半硅氧烷環(huán)氧樹脂引入?yún)捬跄z，聯(lián)結到聚合物鏈上，可增強厭氧膠的黏結強度、抗剪強度和耐高溫性（CN101186799A）。

3結語

厭氧膠應用范圍極廣，無論在軍工產(chǎn)品還是民用產(chǎn)品中都起到極為重要的作用。在厭氧膠的研究方面，如何協(xié)調(diào)固化速度和儲存穩(wěn)定性，并進一步開發(fā)耐高溫、黏結強度高及使用限制小的厭氧膠仍然是需要不斷探索的重要課題。

參考文獻：

[1]劉軍.一種石英晶片粘接用厭氧膠的制備方法[D].西安：西北大學，2016：1-44.

[2]張露露，楊學林，游敏，等.厭氧膠[J].中國膠粘劑，2002（2）：46-49.

[3]WELLMANN S T，BROCKMANN H. New aspects of the curing mechanism of anaerobic adhesives[J]. International Journal of Adhesion and Adhesives，1994（1）：47-55.

[4]楊穎泰.厭氧膠的技術與發(fā)展概況[J].粘接，1985（2）：5-8.

[5]杜珺，張增陽，李捷，等.厭氧膠粘劑的研究與發(fā)展[J].船電技術，2018（12）：13-15.