封闭剂对丙烯酸酯胶性能影响的研究

刘苏宇，韩胜利，张浩军

（湖北回天新材料股份有限公司，湖北 襄阳 441057）

丙烯酸酯胶是工程胶粘剂中重要的种类分支，为满足工程粘接不断衍生的新需求，各种具有特殊性能的丙烯酸酯胶不断出现。在游艇制造，风机叶片制造等行业，长操作时间的丙烯酸酯胶得到广泛的应用。因操作时间普遍在30 min以上，胶体中甲基丙烯酸酯等有效成分会挥发，导致粘接失效。封闭剂的加入解决了上述问题。本文将以操作时间为32 min的产品为基准，探讨了封闭剂对产品性能的影响[1，2]。

1 实验部分

1.1 主要原料

甲基丙烯酸甲酯（MMA)，美国路彩特公司；丁腈橡胶（NBR），日本瑞翁株式会社；氯磺化聚乙烯（CSM），美国陶氏公司；甲基丙烯酸羟乙酯（HEMA）、甲基丙烯酸（MAA），日本三菱化学株式会社；邻苯二甲酸二丁酯，美国陶氏公司；过氧类引发剂、胺类促进剂、阻聚剂（醌类物质）、增韧助剂（三元共聚物）及封闭剂（高级烷烃混合物），工业级，市售。

1.2 仪器与设备

炼胶机，XSK-450，无锡明达橡塑机械有限公司；行星真空混合机，PXFZH-YLJO2L，柳州市豪杰特化工机械有限责任公司；高速分散机，EDS1000，上海市普申化工机械有限公司；万能电子拉力机，AG-IC日本岛津公司。

1.3 制备方法

1.3.1 甲组分的制备

先将NBR在炼胶机上塑炼，薄通10次后出片。将MMA、NBR、HEMA、增韧助剂及封闭剂按配比投入到反应釜中，搅拌至完全溶解。然后加入胺类促进剂搅拌均匀待用。

1.3.2 乙组分的制备

将MMA、CSM、HEMA、阻聚剂及封闭剂等按配比投入到反应釜中，搅拌至完全溶解。加入MAA、引发剂搅拌均匀。

1.3.3 试片的制备

将25 mm×80 mm×2 mm的镀锌钢板用有机溶剂清洗表面并晾干。将甲、乙组分按体积比为1∶1混合均匀，刮涂在镀锌钢板表面，搭接并用模具固定，室温固化24 h。

1.4 性能测试

（1）拉伸剪切强度：按照GB/T 7124—1986《胶粘剂拉伸剪切强度测定方法（金属对金属）》标准，采用万能电子拉力机进行测试。

（2）剥离强度：按照GB/T 2792—2014《胶粘带剥离强度的试验方法》，采用万能电子拉力机进行测试。

2 结果与讨论

2.1 不同用量封闭剂对丙烯酸酯胶质量保持率的影响

不同用量封闭剂对丙烯酸酯胶质量保持率的影响如图1所示。

图1是相同质量胶体在室温23 ℃条件下敞开放置2 h，不同用量的封闭剂对胶体质量保持率的影响曲线。从图1可以看出，不加入封闭剂时质量保持率仅为89%，随着封闭剂用量的增加，质量保持率逐渐升高，这说明封闭剂对胶体的质量保持率有显著的促进作用。甲基丙烯酸甲酯是丙烯酸酯胶中主要的功能性单体，但常温条件下易挥发，是造成胶体失重的主要原因，由图1可知，在限定时间内，封闭剂有效阻断了甲基丙烯酸甲酯的挥发。

图1 不同用量封闭剂对丙烯酸酯胶质量保持率的影响Fig.1 Effect of sealing agent amount on retention of acrylic adhesive weight

2.2 不同用量封闭剂对丙烯酸酯胶操作时间的影响

不同用量封闭剂对丙烯酸酯胶操作时间的影响如图2所示。

图2 不同用量封闭剂对丙烯酸酯胶操作时间的影响Fig.2 Effect of sealing agent amount on operating time of acrylic adhesive

由图2可知，1）当胶体在23 ℃条件下暴露在空气中放置2 h，随着封闭剂用量的增加，操作时间逐渐加快，由最长42 min向正常的操作时间逐步靠近。因为当胶体中没有封闭剂时，随着在空气中暴露时间的延长，越来越多的甲基丙烯酸甲酯挥发，功能单体的缺失导致在后续的固化过程中，没有足够的功能单体参与聚合反应，从而使操作时间被动延长。当封闭剂的用量逐渐增多，有效地阻止了功能单体的挥发，使参与聚合的功能单体含量增多，从而逐渐加快了操作时间。2）当胶体在包装罐中放置2 h，随着封闭剂用量的增多，操作时间出现轻微延长。原因是过量的封闭剂分布在胶体内，一定程度上阻碍了功能单体和活性自由基的接触。封闭剂最佳用量为1.4%，操作时间为32.8 min。

2.3 不同用量封闭剂对丙烯酸酯胶剪切强度的影响

不同用量封闭剂对丙烯酸酯胶剪切强度的影响如图3所示。

图3 不同用量封闭剂对丙烯酸酯胶剪切强度的影响Fig.3 Effect of sealing agent amount on shear strength of acrylic adhesive

由图3可知，1）当胶体在23 ℃条件下暴露在空气中放置2 h，随着封闭剂用量的增加，剪切强度逐渐增大。当胶体中没有封闭剂时，随着在空气中暴露时间的延长，越来越多的甲基丙烯酸甲酯挥发，导致胶体中的功能单体含量大幅下降，从而在后续的固化过程中出现交联密度降低，剪切强度低的现象。随着封闭剂用量的增加，在限定时间内，有效降低甲基丙烯酸甲酯的挥发，使其在后续的固化过程中能够参与聚合反应，具有较高的交联密度，从而剪切强度逐渐增大。2）当胶体在包装罐中放置2 h，随着封闭剂用量的增多，剪切强度逐渐下降。可以发现，当胶体中不含封闭剂时，剪切强度最大，达20.5 MPa。原因是封闭剂在胶体中不参与任何聚合反应，具有一定增塑作用；在其作用下，当封闭剂用量逐渐增多，导致体系的内增塑作用增强，交联密度降低，导致剪切强度逐渐下降。封闭剂最佳用量为1.4%，剪切强度达17.9 MPa[3，4]。

3 结论

封闭剂能够有效阻止功能单体的挥发，使胶体中功能单体充分参与聚合反应，从而具有足够的粘接强度。当胶体中不加入封闭剂或封闭剂用量不足时，因功能单体的挥发，产品的粘接性能会出现大幅下降。通过研究发现，在操作时间为32 min的产品中加入1.4%的封闭剂具有最佳的使用效果，剪切强度可达到17.9 MPa。