环氧/多巯基型无色透明胶粘剂的研制
作者:admin   日期:2014-3-17
 

环氧/多巯基型无色透明胶粘剂的研制

虞鑫海1,王珂1,陈吉伟2,刘万章2

1.东华大学应用化学系,上海 2016202.浙江金鹏化工股份有限公司,浙江 台州 318050

摘要:采用自制多巯基固化剂与E-51环氧树脂制备了一种环氧/多巯基型无色透明胶粘剂,对其拉伸剪切强度、黏度、紫外-可见光透过率等性能进行了研究,并在相同条件下与使用进口固化剂的胶粘剂性能进行了对比。结果表明,随着固化温度升高,2种胶粘剂拉伸剪切强度均不断提高,在固化温度达到110 ℃时拉伸剪切强度均达到最大,随后开始下降。随温度升高,2种胶粘剂黏度均不断下降。紫外-可见光透过率的测试表明,固化温度对进口胶粘剂的透明度影响很大,80 ℃透过率就明显下降。固化温度在80 ℃内,自制胶粘剂的紫外-可见光透过率变化不大。在此环氧体系中,使用自制固化剂的胶粘剂在耐温性方面具有一定优势。

关键词:多巯基环氧胶粘剂;拉伸剪切强度;紫外-可见光透过率

1  前言

环氧树脂具有良好的力学性能、电气性能和耐热性能,作为胶粘剂使用时,固化剂对其性能影响显著。针对光学仪器用或者其他要求光学透明的领域而开发的高透明环氧树脂胶粘剂的研究成为21世纪以来一大科研热点[1~5]

硫醇是环氧固化剂的重要品种,配合环氧树脂使用可制得无色透明快速固化环氧胶粘剂 [6]。但是由于硫醇固化剂的生产工艺要求较高,目前该类固化剂主要依赖进口[7~12]。本文以E-51环氧树脂为A组分树脂粘料,以实验室自制的多巯基化合物为固化剂,制得了一种环氧/多巯基型无色透明胶粘剂。在力学性能、黏度、光学性能等方面进行了研究,并在相同体系中与进口环氧/多巯基型胶粘剂进行了性能对比研究。

2  实验部分

2.1  原料及仪器

季戊四醇、β-巯基丙酸,百灵威科技;多巯基固化剂,实验室自制;E-51环氧树脂,南亚化工股份有限公司进口固化剂,聚硫醇与2,4,6-三(二甲氨基甲基)苯酚的混合物。

XWW-20KN电子万能试验机,承德大华试验机械有限公司;CAP2000+锥板黏度计,美国BROOKFIELD公司;WFZ UV-4802H型紫外可见分光光度计,尤尼柯(上海)仪器有限公司。

2.2  固化剂的合成

    首先利用季戊四醇与β-巯基丙酸在一定温度下加入催化剂、溶剂合成四巯基丙酸季戊四醇酯。然后利用E-51环氧树脂对此多巯基化合物进行扩链,达到调整固化剂黏度,增强其与环氧树脂相容性的目的。

2.3  胶粘剂的配制

T-61胶粘剂:E-51环氧树脂与适量自制固化剂在烧杯内搅拌混合均匀。

J-13胶粘剂:E-51环氧树脂与适量进口固化剂在烧杯内搅拌混合均匀。

2.5  性能测试

T-61J-13胶粘剂进行以下性能测试:

1)拉伸剪切强度:根据国标GB/T 71241986拉伸剪切强度试样采用10.0 cm×2.4 cm×0.2 cm钢片,单面搭接,搭接面长约12.50 mm。将试片经过表面处理后把胶粘剂均匀涂在试片上,然后将2试片叠合,根据固化工艺进行固化,之后把试片装在拉力测试仪上以5 mm/min的恒定拉伸速度施加负荷,直到试片胶层破坏为止,根据式(1)计算剪切强度Rm

Rm =P/S=P/(a×b)           (1)

式中  P是破坏负荷;S是搭接面积,cm2ab分别是搭接面长和宽。搭接面积应根据每对试片破坏后,实际测量的数值进行计算,精确到0.1 cm2

2)黏度:采用锥板黏度计测试不同温度下固化剂的黏度变化(锥板黏度计换用转子前在60 ℃下由相应硅油标定)。转速:56 r/min;转子型号:3号;温度范围:50~100 ℃;升温速率:5 ℃/30 s

3)紫外-可见光透过率:采用紫外可见分光光度计测试。

3  结果与讨论

3.1  力学性能研究

分别用2组环氧胶粘剂以上文介绍的方法粘贴成钢试片,放在一定温度的烘箱中固化30 min,之后取出室温静置4.5 h,利用电子万能试验机分别测试T-61J-13胶粘剂的拉伸剪切强度,结果如1所示。

1 不同固化温度下2种胶粘剂的拉伸剪切强度

Tab.1 The shear strengths of two adhesives in different curing temperature

 

由实验结果可知,T-61J-13胶粘剂均在110 分别达到24.35 MPa24.75 MPa的最大拉伸剪切强度,之后下降。在大部分温度下,T-61胶粘剂拉伸剪切强度高于J-13胶粘剂。实际使用过程中可以根据自身情况选择固化温度。在一定温度范围内,随着固化温度的升高,胶粘剂的拉伸剪切强度不断增大,当到达一定温度,继续升高温度拉伸剪切强度反而下降。这是因为:在一定温度范围内,温度的升高促进巯基与环氧基团的反应,使固化程度更加彻底,拉伸剪切强度提高。然而,环氧树脂胶粘剂的热氧化稳定性以及固化物的热变形温度限制了其固化温度的最大值。而且高温固化产物更容易产生内应力,影响固化物的力学性能。因此过高的固化温度会导致拉伸剪切强度降低[10~15][1]--1------

3.2  黏度研究

由于环氧/多巯基型胶粘剂在较高温度下固化时间极短,难以测量黏度。所以本文仅测量了固化剂的黏度。

2  不同温度下2种固化剂的黏度变化

Tab.2  The change of viscosity in different temperature

 

可以看出随着温度的升高,2种固化剂的黏度不断减小;相同温度下,自制固化剂黏度大于进口固化剂。实际应用时可根据不同需要改变自制固化剂配方调整黏度。

3.3  光学性能研究

采用紫外可见分光光度计测量均匀涂抹胶粘剂的透明载玻片紫外-可见光透过率,实验结果见图12及表34

1 T-61胶粘剂紫外-可见光透过率曲线

Fig.1 optical transmission of T-61 adhesive

1.空白玻璃片;2.40 ℃固化;3.60 ℃固化;4.80 ℃固化)

3 固化温度对T-61胶粘剂紫外-可见光透过率的影响

Tab.3 The effects of temperature on optical transmission of T-61 adhesive

2 J-13胶粘剂紫外-可见光透过率曲线

Fig.2 Optical transmission of J-13 adhesive
1.空白玻璃片;2.40 ℃固化;3.60 ℃固化;4.80 ℃固化)

4 固化温度对J-13胶粘剂紫外-可见光透过率的影响

Tab.4 The effects of temperature on optical transmission of J-13 adhesive

由实验结果可知,在温度较低下J-13胶粘剂透光率略高于T-61胶粘剂。但是随着温度增高,T-61胶粘剂的透光率较高。在80 ℃以内,温度对J-13胶粘剂影响非常大,而对T-61胶粘剂影响甚微。原因是:2种胶粘剂采用的胺类促进剂在高温下容易发黄,同时降低胶粘剂的透明度。与J-13相比,T-61采用的是复合促进剂,在胺类促进剂存在的条件下同时加入脒类促进剂,大大减少了胺类促进剂用量,使得T-61胶粘剂即使在温度较高的条件下仍不发生黄变,并且保持较高的可见光透过率。

4  结论

1T-61胶粘剂的拉伸剪切强度在110 ℃的固化温度下达到最大值24.35 MPa。在大部分温度下,T-61胶粘剂拉伸剪切强度高于J-13胶粘剂。

2)随着温度上升,2种固化剂的黏度不断减小,自制固化剂黏度要大于进口固化剂。

3)随着温度增高,T-61胶粘剂在透光率方面展现出优势,温度对J-13胶粘剂紫外-可见光透过率的影响明显,在80 ℃以内对T-61胶粘剂几乎没有影响。

4T-61胶粘剂的耐温性比J-13胶粘剂优异。

参考文献

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Preparation of epoxy/polythiol colourless transparent adhesive

YU Xin-hai1,WANG Ke1,CHEN Ji-wei2,LIU Wan-zhang2

(1.Department of Applied Chemistry,Donghua University,Shanghai 201620,China;2.Zhejiang Golden Roc Chemical Co.,Ltd.,Taizhou,Zhejiang318050,China)

AbstractA kind of transparent epoxy adhesive was prepared with multi-thiol curing agent and E-51epoxy resin . The tensile shear strength, viscosity and UV-Vis light Transmission Performance was investigatedcomparing with the imported one. The result shows that both adhesives reach their highest tensile shear strength at110℃, but the imported one’s UV-Vis light Transmission decreased obviously. So the adhesive we prepared has the advantage on the temperature-stable ability.

Key wordspolythiol epoxy adhesive;tensile shear strength;UV-Vis light transmission.