络合剂和阻聚剂对双组分丙烯酸酯胶性能影响的研究

蒙嘉华,陈炳耀,彭小琴,姚荣茂,全文高

（广东三和控股有限公司，广东 中山528429）

前言

双组分丙烯酸酯胶因其具有固化快、生产效率高、粘结强度高以及对各种材料都有很好的粘接性能等优点而被广泛应用于交通行业、机电行业、电声行业以及建筑行业，但其放热反应剧烈、耐热和耐候性还不是那么理想，因此对其性能的研究也一直在进行[1]。对于丙烯酸酯胶粘剂，含有有机过氧化物的组分，是贮存稳定性比较突出的一个组分。在使用金属化合物的情况下，常存在贮存稳定性的问题[2]，因此解决双组分丙烯酸酯胶的贮存稳定性是一个值得研究的问题。

试验采用EDTA作为络合剂，EDTA-乙二胺四乙酸因其具有两个氨基和四个羧基，具有广泛的配位能力，作为重要的络合剂能够与许多种类的金属离子形成稳定的络合物，其被广泛用于彩色感光材料冲洗加工的漂白定影液、染色助剂、纤维处理剂、化妆品添加剂、血液抗凝剂以及合成橡胶聚合引发剂。因其是具有超强稳定结构的金属螯合物[3]，金属离子的存在可以促进双组分丙烯酸酯胶的固化，将乙二胺四乙酸应用在丙烯酸酯胶中主要是除去过渡的金属离子，消除能够促进过氧化物分解的影响，进而提高丙烯酸酯胶的稳定性[4]。

双组分丙烯酸酯胶粘剂中的A组分因含有氧化剂容易产生不稳定的现象，这是由于氧化剂在常温状态下进行缓慢分解放出自由基，引发阻聚剂的消耗，阻止过氧化物引发单体聚合是保证体系贮存稳定性的关键[5]。采用氢醌单甲醚（MEHQ）作为阻聚剂，只要少量就可以使单体保持稳定，在聚合前无需除去，可以直接进行聚合反应，且对聚合产物的颜色没有影响，但是在高温时氢醌单甲醚会发生分解而失去阻聚作用。阻聚剂的作用主要是防止单体在贮存和运输过程中发生聚合，提高丙烯酸酯胶的贮存时长。

1 实验部分

1.1 实验试剂

甲基丙烯酸甲酯，工业级，日本三菱公司；甲基丙烯酸，工业级，广州和氏璧化工材料有限公司；ABS树脂，工业级，阳东新科塑料有限公司；三乙胺，上海宝曼生物科技有限公司；糖精；丁腈橡胶，淄博玖亿密封材料有限公司；气相二氧化硅，美国卡博特公司；络合剂-EDTA，工业级，成都格西亚化学技术有限公司；阻聚剂-氢醌单甲醚，工业级，武汉华翔科洁生物技术有限公司；异丙苯过氧化氢，工业级，阿克苏诺贝尔公司；N,N-二乙基对苯胺，工业级，上海宝曼生物科技有限公司。

1.2 实验仪器

强力分散机QF-5，佛山市金银河机械有限公司；10-1A型电热鼓风干燥箱，天津泰斯特有限公司；HH-2型数显恒温水浴锅，江苏省金坛市环宇科学仪器厂；M-504型秒表，上海星钻秒表有限公司；UT2080型电脑控制拉力机，天惠试验机械有限公司；冲击试验机GD7036，东莞市高连仪器有限公司。

1.2 胶粘剂的制备

表1 A组分胶的基本组成Table 1 The basic composition of component A adhesive

根据以下配方向装有温度计、搅拌器和冷凝管的三口烧瓶中加入甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸、ABS树脂以及其他助剂在一定温度下搅拌3～4h制成A组分胶；将甲基丙烯酸甲酯、ABS树脂和络合剂以及其他助剂在一定温度下搅拌3～4h制成B组分胶[6]。将制备好的胶粘剂AB组分按照一定的比例混合均匀，即可得到双组分丙烯酸酯胶粘剂。其基本组成如表1所示。

表2 B组分胶的基本组成Table 2 The basic composition of component B adhesive

1.3 性能测试

1.3.1 固化时间的测定[7]

在不粘的纸张上分别称取等量的AB组分混合均匀，从混合时开始计时，观察混合后胶液放出热量至其失去黏性所需的时间即为固化时间。

1.3.2 贮存时间的测定

按照GB/T 7193.5-1987测试，即不饱和聚酯树脂80℃热稳定性测定方法。将包装好的两组AB组分式样放入恒温80±2℃的鼓风干燥箱中，开始试验并记录时间。每隔2h检查式样是否出现黏稠结块现象，若发现有凝胶结块现象，记下出现凝胶的时间。

1.3.3 剪切强度的测定[8]

按照标准GB/T 7124-2008制备钢-钢试件，采用拉力机进行测试。

1.3.4 冲击强度的测定

按照GB/T 6328-1999进行冲击强度测定。

2 结果与讨论

2.1 络合剂对双组分丙烯酸酯胶性能影响

2.1.1 络合剂对固化时间的影响

将制备好的A胶与B胶按照1∶1的比例进行均匀混合，混合均匀开始计时，测定固化时间，测试结果如表3及图1所示。

表3 络合剂对固化时间的影响Table 3 The effect of complexing agent on the curing time

图1 络合剂对固化时间的影响Fig.1 The effect of complexing agent on the curing time

由表3和图1可以看出，络合剂对双组分丙烯酸酯胶粘剂的固化时间有一定的影响，络合剂添加量在0.01%～0.04%时，固化时间基本不变，当添加量大于0.4%时，固化时间开始变长,络合剂的量逐渐增大时，固化时间的变化速率也逐渐增大。由此得出，添加一定量的络合剂会延长胶的固化时间，考虑到固化速度，络合剂的添加量应在0.01%～0.04%之间。

2.1.2 络合剂对贮存时间的影响

将制备好的胶粘剂B胶分别放入80℃烘箱内进行贮存时间的测试；测试结果如表4及图2所示。

表4 络合剂对贮存时间的影响Table 4 The effect of complexing agent on the storage time

图2 络合剂对贮存时间的影响Fig.2 The effect of complexing agent on the storage time

根据表4及图2的检测结果可知络合剂的量越大，B胶的贮存稳定性也越高，其保质期也越长；当络合剂的添加量在0.01%～0.04%时，其贮存时间的增长率基本不变，当添加量大于0.04%时，贮存时间的增长率逐渐降低。由对贮存时间的影响可得出络合剂的添加量应该在0.02%以上。

2.1.3 络合剂对剪切强度及冲击强度的影响

表5 络合剂对剪切强度及冲击强度的影响Table 5 The effect of complexing agent on the shear strength and impact strength

图3 络合剂对剪切强度及冲击强度的影响Fig.3 The effect of complexing agent on the shear strength and impact strength

根据表5及图3的检测结果可知随着络合剂的添加量的增大，对双组分丙烯酸酯胶粘剂的剪切强度及冲击强度影响不大，剪切强度均在22.0MPa左右波动，冲击强度则在5.0kJ/m2左右波动，且波动范围不大，在测定范围内。

2.2 阻聚剂对双组分丙烯酸酯胶性能影响

2.2.1 阻聚剂对固化时间的影响

表6 阻聚剂对固化时间的影响Table 6 The effect of polymerization inhibitor on the curing time

图4 阻聚剂对固化时间的影响Fig.4 The effect of polymerization inhibitor on the curing time

由表6及图4可看出，固化时间随着阻聚剂的增大而增大，在0.015%～0.025%的添加量中有显著的影响，但在0.03%以后阻聚剂的影响速率有所降低。考虑到双组分丙烯酸酯胶的固化速度，由表可知，应控制阻聚剂的量在0.01%～0.2%之间。

2.2.2 阻聚剂对A胶贮存时间的影响

根据表7和图5可看出阻聚剂的量在0.005%～0.02%时，A胶的贮存时间基本稳定地呈线性上升，当继续添加时，线性程度减小，这有可能是阻聚剂在0.015%～0.03%有效地发挥了阻聚剂防止聚合的作用，但是随着增加量的增大，消耗阻聚剂的量逐渐减小，其防止聚合的作用就没那么显著。根据贮存情况来看，应控制阻聚剂的量在0.015%以上才能更好地提高贮存时长。

表7 阻聚剂对A胶贮存时间的影响Table 7 The effect of polymerization inhibitor on the storage time of adhesive A

图5 阻聚剂对A胶贮存时间的影响Fig.5 The effect of polymerization inhibitor on the storage time of adhesive A

2.2.3 阻聚剂对剪切强度和冲击强度的影响

表8 阻聚剂对剪切强度及冲击强度的影响Table 8 The effect of polymerization inhibitor on the shear strength and impact strength

图6 阻聚剂对剪切强度及冲击强度的影响Fig.6 The effect of polymerization inhibitor on the shear strength and impact strength

根据表8及图6的检测结果可知随着阻聚剂的添加量的增大，对双组分丙烯酸酯胶粘剂的剪切强度及冲击强度影响不大，剪切强度均在22.7MPa左右波动，而冲击强度在4.2kJ/m2左右波动，且波动范围不大，在测定范围内。

3 结论

综上所述，络合剂及阻聚剂的量不仅影响双组分丙烯酸酯胶的固化时间，也影响双组分的贮存时间，但络合剂和阻聚剂的量对剪切强度和冲击强度均无明显影响；考虑到制胶的成本以及要求快速固化的情况和贮存时间，作为络合剂的EDTA的添加量应在0.02%～0.04%；A组分阻聚剂氢醌单甲醚的添加量应在0.015%～0.02%，才能最好地发挥络合剂和阻聚剂的作用。