低氣味、低腐蝕性厭氧膠的研究

陳炳耀，彭小琴，覃燕龍，關志濤，劉若泰

（1.廣東三和控股有限公司，廣東 中山 528434；2.廣東三和化工科技有限公司，廣東 中山 528434；3.廣東阜和實業有限公司，廣東 中山 528434）

厭氧膠具有固化快、強度高、耐高溫、使用方便等特點，起到螺紋鎖固、密封、固持、粘接、堵漏等作用，在航空航天、軍工、汽車、機械、電子、電氣等行業有著廣泛應用。在厭氧膠的生產過程中，促進劑和引發劑是必不可少的成分，常用的促進劑有胺類化合物，如三乙胺、三正丁胺、N,N-二甲基對甲苯胺等，常用的引發劑有異丙苯過氧化氫、叔丁基過氧化氫等[1]，這些材料具有一定的揮發性和刺激性氣味，部分材料還具有腐蝕性和毒性，同時厭氧膠生產時還需要添加揮發性單體作為助促進劑，如丙烯酸、甲基丙烯酸等，這些材料不僅給生產投料帶來一定的困難，還影響了厭氧膠的使用，不符合環保要求。本文取消了揮發性單體如丙烯酸和甲基丙烯酸的使用，研究了低氣味、低腐蝕性的引發劑和促進劑對厭氧膠性能的影響，并制備了一種比較符合環保要求的厭氧膠。

1 實驗部分

1.1 主要材料

環氧丙烯酸酯，南通莊園化工有限公司；甲基丙烯酸羥丙酯，日本三菱公司；鄰磺酰苯酰亞胺，上海諾泰化工有限公司；N-乙酰苯肼，上海諾泰化工有限公司；對苯二酚，日本三井公司；異丙苯過氧化氫，上海邦成化工有限公司；乙二胺四乙酸二鈉鹽，上海市凱路化工有限公司；氣相二氧化硅，道康寧公司；過氧化二異丙苯，東莞永正化工有限公司；1,4-雙（叔丁基過氧異丙基）苯，東莞永正化工有限公司。

1.2 儀器設備

行星攪拌機，JB300-D，上海索映儀器設備有限公司；數字黏度計，NDJ-8S，上海安德儀器設備有限公司；扭矩扳手，TLB型，嵊州市帕克工具廠；電熱恒溫水浴鍋，HWS-24型，北京中科博達儀器科技有限公司；電熱鼓風干燥箱，101-1A型，天津市泰斯特儀器有限公司。

1.3 厭氧膠的制備

將環氧丙烯酸酯、甲基丙烯酸羥丙酯、氣相二氧化硅、穩定劑、阻聚劑混合均勻，在45～60 ℃條件下攪拌4 h，停止加熱，繼續加入促進劑、助促進劑和引發劑攪拌1.5 h制得厭氧膠成品。厭氧膠的基本配方如表1所示。

1.4 性能測試

（1）固化速度：根據JB/T7311—2008，將鋼制M10標準螺栓螺母用丙酮清洗并干燥。在螺栓上涂足量的厭氧膠，擰上螺母，上下反復擰幾次，使螺紋間充滿膠液，于25 ℃放置固化，測其手擰不動的時間為初固時間/min。

（2）破壞扭矩、平均拆卸扭矩：準備M10標準螺栓螺母5套，用丙酮清洗并干燥。與（1）同樣的方法粘好螺栓螺母，于25 ℃放置24 h，按航空工業部標準HB5315—85，用扭矩扳手測定其破壞扭矩和平均拆卸扭矩/（N·m）。

（3）熱貯穩定性：稱取20 g厭氧膠液于50 mL的玻璃瓶低密度聚乙烯瓶中，放置在溫度為80 ℃的烘箱，記錄膠液生成凝膠所需要的時間/h。

表1 厭氧膠的基本組成Tab.1 Basic composition of anaerobic thread locking adhesive

2 結果與討論

2.1 引發劑和促進劑的選擇

引發劑和促進劑的種類和用量對厭氧膠的固化速度、穩定性和粘接強度有很大影響，引發劑一般為過氧化物，促進劑一般為胺類化合物和肼類化合物[2]。當前代表性的厭氧膠用引發體系有由過氧化物-有機取代肼-糖精以及由過氧化物-叔胺-糖精2大類引發體系所組成[3]，由于常用的過氧化物具有濃重的刺激性氣味和腐蝕性，胺類化合物具有強烈的胺臭味和毒性，影響了厭氧膠的生產和使用。本文對比了幾種不同的引發劑和促進劑，并選擇相對低氣味、低腐蝕性的材料作為本實驗的研究對象，具體情況如表2所示。

表2 引發劑和促進劑的種類Tab.2 Type of initiators and accelerants

由表2以看出，異丙苯過氧化氫和叔丁基過氧化氫具有強烈的刺激性氣味，不適合作為本實驗的引發劑，本文主要研究引發劑1,4-雙叔丁基過氧異丙基苯和過氧化二異丙苯對厭氧膠性能的影響。N,N-二甲基苯胺、三乙胺、三正丁胺作為厭氧膠常見的促進劑，都具有易揮發、有毒、有刺激性氣味的特點，不適合作為本實驗的促進劑，故本文主要研究N-乙酰苯肼作為促進劑時，厭氧膠性能的變化情況。

2.2 引發劑用量對厭氧膠性能的影響

當用N-乙酰苯肼作為促進劑，且質量分數為w（N-乙酰苯肼）=0.8%時，不同用量的1,4-雙叔丁基過氧異丙基苯和過氧化二異丙苯作為引發劑對厭氧膠性能的影響如表3和表4所示。

表3 1,4-雙（叔丁基過氧異丙基）苯用量對厭氧膠性能的影響Tab.3 Effect of 1,4-bis（tert-butyldioxyisopropyl）benzene content on properties of anaerobic adhesive

表4 過氧化二異丙苯用量對厭氧膠性能的影響Tab.4 Effect of dicumyl peroxide content on properties of anaerobic adhesive

由表3和表4可以看出，隨著引發劑用量的增加，厭氧膠的固化速度也明顯加快，但當w（引發劑）≥2.6%時，厭氧膠的固化速度隨引發劑用量的增加而無明顯變化，這可能是因為當加入過量的引發劑時，體系聚合速度增大，厭氧膠高固化后交聯度過，膠接處易發生脆性斷裂而導致粘接失效[4]。厭氧膠的破壞扭矩和平均拆卸扭矩都隨引發劑的用量增大而呈現先增后減的趨勢，這可能是由于引發劑在聚合過程中產生的自由基數目增多，聚合物的相對分子質量下降，導致體系交聯密度降低所致[5]。對比表3和表4可發現，以1,4-雙叔丁基過氧異丙基苯作為引發劑制得的厭氧膠，其穩定性較差，所以選用過氧化二異丙苯作為引發劑。當w（過氧化二異丙苯）=2.6%時，厭氧膠的綜合性能較佳。

2.3 促進劑用量對厭氧膠性能的影響

當用過氧化二異丙苯作為引發劑，且w（過氧化二異丙苯）=2.6%時，不同用量的N-乙酰苯肼對厭氧膠性能的影響如表5所示。

表5 N-乙酰苯肼對厭氧膠性能的影響Tab.5 Effect of N-hydracetin content on properties of anaerobic adhesive acetylphenylhydrazine

由表5可以看出，隨著N-乙酰苯肼用量的增加，厭氧膠的固化速度越來越快，穩定性越來越差，扭矩強度則隨N-乙酰苯肼用量的增加而逐漸增大后保持穩定。綜合考慮，當w（N-乙酰苯肼）=0.8%時，厭氧膠的性能達到最佳平衡。

3 結論

以低氣味、低腐蝕性的N-乙酰苯肼和過氧化二異丙苯分別作為促進劑和引發劑，且w（N-乙酰苯肼）=0.8%、w（過氧化二異丙苯）=2.6%，制備出一種性能較好且比較環保的厭氧膠。

[1]張振英,張玉龍,李長德,等.厭氧膠黏劑[M].北京:化學工業出版社,2003,5.

[2]楊穎泰,劉偉塘,陳錫來.一種新型的厭氧膠用促進劑[J].化學與黏合,2007,29(3):137-139.

[3]李翔宇,陳樑,丁斌,等.厭氧膠黏劑的構成及其發展應用狀況[J].昆明理工大學學報,2002,27(2):115-118.

[4]傅婧.高彈性環氧膠黏劑的研制[D].北京:北京化工大學,2009.

[5]李會錄,李曉佳,孫戎,等.影響螺紋鎖固膠性能的因素研究[J].中國膠粘劑,2011,20(4):31-35.