一種低成本室溫固化雙組分環(huán)氧密封膠的研制

李吉明 薛紀(jì)東 鐘漢榮

摘要：采用低分子質(zhì)量雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂及改性胺類(lèi)固化劑研制了一種低成本室溫固化雙組分環(huán)氧膠粘劑。探討了其固化機(jī)理，考查了溫度、配比對(duì)適用期的影響，以及硅微粉、鄰苯二甲酸二辛酯的用量對(duì)膠接強(qiáng)度的影響。結(jié)果表明，溫度變化對(duì)該產(chǎn)品的適用期影響較大。溫度升高，適用期變短。硅微粉加入量在30～75份時(shí)，膠的濕潤(rùn)性變差，固化后的膠層缺陷增多，拉伸剪切強(qiáng)度隨硅微粉用量的增大而下降。鄰苯二甲酸二辛酯的加入降低固化后的交聯(lián)密度，使環(huán)氧膠的膠接強(qiáng)度下降。

關(guān)鍵詞：環(huán)氧膠；固化；配比；適用期；拉伸剪切強(qiáng)度

中圖分類(lèi)號(hào)：TQ433.4+37 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1001-5922（2013）10-0055-04

2013年國(guó)內(nèi)膠粘劑領(lǐng)域?qū)Νh(huán)氧膠的需求量約為15萬(wàn)噸，環(huán)氧膠粘劑廣泛應(yīng)用于交通運(yùn)輸、電子工業(yè)、機(jī)械工業(yè)等行業(yè) [1]。室溫固化的環(huán)氧膠不但節(jié)能，而且可以簡(jiǎn)化加工過(guò)程，一直是主要研究方向之一。

本文采用低分子質(zhì)量雙酚A型液體環(huán)氧樹(shù)脂及改性胺類(lèi)固化劑研制了一種低成本室溫固化雙組分環(huán)氧膠粘劑，主要應(yīng)用于石材拋光設(shè)備金屬板材間的填縫密封。研制的環(huán)氧密封膠，工藝操作性、適用期、膠接強(qiáng)度、固化后硬度均能滿(mǎn)足鋼板填縫密封的工程技術(shù)要求，已批量生產(chǎn)，客戶(hù)用其取代Araldite產(chǎn)品，節(jié)約了成本，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要原材料

雙酚A型液體環(huán)氧樹(shù)脂，YN 1828，江蘇揚(yáng)農(nóng)化工集團(tuán)有限公司；810固化劑，胺值約400 mg KOH/g，長(zhǎng)沙市化工研究所；硅微粉，HD 3000，信陽(yáng)核工業(yè)恒達(dá)實(shí)業(yè)公司；鄰苯二甲酸二辛酯（DOP），工業(yè)級(jí)，廣州雨廷化工科技有限公司；γ-氨丙基三乙氧基硅烷（KH-550），工業(yè)級(jí)，佛山文泰化工有限公司。

1.2 制備工藝

A組分：環(huán)氧樹(shù)脂、鄰苯二甲酸二辛酯、硅微粉、著色劑等原材料按配比加入至動(dòng)混行星機(jī)中，混合為色澤均一、膠料細(xì)膩的黏稠液態(tài)膠狀物，在抽真空條件下低速攪拌，盡量除去膠料中的氣泡，之后壓膠分裝。

B組分：將810固化劑、KH-550、其他助劑按配比加入容器，采用高速分散機(jī)混合為均一黏稠液態(tài)物，之后分裝。

1.3 分析與測(cè)試

適用期：按GB/T 7123.1—2002測(cè)定。

拉伸剪切強(qiáng)度：按GB/T 7124—2008測(cè)定。

2 結(jié)果與討論

2.1 固化機(jī)理

解決室溫快速固化的關(guān)鍵，在于使膠液獲得足夠的反應(yīng)活性，固化劑的結(jié)構(gòu)對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂的固化反應(yīng)起到?jīng)Q定性作用。810環(huán)氧固化劑是一類(lèi)含芳香基的改性脂肪胺，化學(xué)分子結(jié)構(gòu)式為C6H4（OH）CH2NHCH2C6H4CH2NH2，含一級(jí)胺基（氮與2個(gè)氫相連）及二級(jí)胺基（氮只與1個(gè)氫相聯(lián)接），二級(jí)胺基與1個(gè)環(huán)氧基反應(yīng)，一級(jí)胺基與2個(gè)環(huán)氧基反應(yīng)，使環(huán)氧基開(kāi)環(huán)生成羥基[2]。從理論上來(lái)說(shuō)，開(kāi)環(huán)反應(yīng)中產(chǎn)生的羥基可與其他環(huán)氧基反應(yīng)，形成醚鍵，最后生成網(wǎng)狀或體型聚合物。

上述固化機(jī)理目前還不完善，L.Xu等[3]認(rèn)為芳胺與環(huán)氧樹(shù)脂的固化機(jī)理包括3個(gè)步驟：環(huán)氧基和胺基之間氫鍵的形成；包含環(huán)氧基、氨基及羥基3分子中間產(chǎn)物的形成；通過(guò)環(huán)氧開(kāi)環(huán)而分解3分子中間產(chǎn)物。

2.2 溫度和配比對(duì)適用期的影響

雙組分環(huán)氧膠的適用期主要受溫度和固化劑配比的影響，本文對(duì)研制的環(huán)氧密封膠在不同溫度及配比下的適用期進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。

甲乙組分質(zhì)量比為5∶1時(shí)，溫度與適用期關(guān)系如圖1所示。

由圖1可見(jiàn)，隨著溫度的升高，環(huán)氧膠適用期變短。我國(guó)各地氣溫變化很大，僅南方地區(qū)，氣溫也有5～35 ℃的起伏，其適用期由74 min縮短到約30 min。若適用期較短，甲乙組分混合后，黏度很快上升，甚至未使用完就固化了；若適用期較長(zhǎng)，則固化較慢，影響下一道工序。根據(jù)客戶(hù)的使用工藝需求，30～80 min適用期較為適宜。

將mA∶mB設(shè)定為10∶1、8∶1、5∶1、3∶1，測(cè)試其30 ℃時(shí)的適用期。

從表1可見(jiàn)，固化劑用量增大，適用期縮短。所以，在實(shí)際應(yīng)用中，可以參考環(huán)境溫度來(lái)調(diào)節(jié)配比使環(huán)氧膠有一個(gè)恰當(dāng)?shù)倪m用期。如氣溫30 ℃時(shí)，mA∶mB=5∶1適用期約45 min就比較適宜。

2.3 膠接強(qiáng)度

2.3.1 硅微粉用量對(duì)粘接強(qiáng)度的影響

采用常溫拉伸剪切強(qiáng)度考查了硅微粉用量對(duì)環(huán)氧膠粘接強(qiáng)度的影響，結(jié)果見(jiàn)圖2。mA∶mB=5∶1，A組分組成：環(huán)氧樹(shù)脂，100份；鄰苯二甲酸二辛酯，20份；硅微粉，變量。

由圖2可以看出，硅微粉用量在15～30質(zhì)量份時(shí)，剪切強(qiáng)度為8.0 MPa左右；添加30～75份時(shí)，拉伸剪切強(qiáng)度隨著用量增大而遞減，但減小程度不大。

硅微粉主要成分是非晶質(zhì)無(wú)定形的二氧化硅，以它為填料，可提高膠的耐溫和化學(xué)穩(wěn)定性，還可降低成本，但加入量過(guò)大則會(huì)影響粘接強(qiáng)度。由于本產(chǎn)品僅用于填縫密封，產(chǎn)品的拉伸剪切強(qiáng)度在5 Mpa以上已能滿(mǎn)足產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求，所以硅微粉加入75份時(shí)，仍能滿(mǎn)足強(qiáng)度要求。

2.3.2 鄰苯二甲酸二辛酯用量對(duì)粘接強(qiáng)度的影響

采用DOP作為環(huán)氧膠的增塑劑，可降低黏度，增加流動(dòng)性，改善操作性能，允許使用較多填料并降低成本。DOP用量對(duì)環(huán)氧膠粘接強(qiáng)度的影響如圖3所示，mA∶mB=5∶1，A組分組成：環(huán)氧樹(shù)脂，100份；DOP，變量；硅微粉，45份。

3）該膠可滿(mǎn)足石材拋光設(shè)備鋼板密封要求，而成本較低，經(jīng)濟(jì)效益良好。

參考文獻(xiàn)

[1]范福庭，沈曉成.高性能雙組分室溫固化環(huán)氧膠的研制[J].粘接，2012（06）：61-64.

[2]北京粘接協(xié)會(huì).膠粘劑技術(shù)與應(yīng)用手冊(cè)[M].北京：宇航出版社，1991.356-358.

[3]Xu L，F(xiàn)u J H，Schiup J R.In situ near-infrared spectroscopic investigation of epoxy resin-aromatic amine cure mechanisms[J].J.Am.Chem.Soc.，1994（116）：2821-2826.

Preparation of a low-cost room temperature curable two-component epoxy sealant

LI Ji-ming，XUE Ji-dong，ZHONG Han-rong

（Guangzhou Mechanical Engineering Research Institute Co.，Ltd.，Guangzhou，Guangdong 510700，China）

Abstract：A low-cost room temperature curable two-component epoxy sealant was prepared with liquid bisphenol A type epoxy resin and modified amines.Its curing mechanism was discussed in this paper.The effect of temperature and two component weight ratio on the working life and the effect of the amounts of silica powder and dioctyl phthalate on the bonding strength were also studied.The experimental results showed that the change of temperature could affect the working life obviously.The working life of product got shorter while its reaction rate speeded up due to the elevation of temperature.When the silica powder amount was 30～75 phrs，the wettability of sealant got poor，the defects in cured sealant layer increased，amd the tensile shear strength decreased with increasing the silica powder amount.The adding of dioctyl phthalate decreased the cross-linking desity of cured sealant and the bonding strength of modified resin.