一種低成本室溫固化雙組分環氧密封膠的研制

李吉明 薛紀東 鐘漢榮

摘要：采用低分子質量雙酚A型環氧樹脂及改性胺類固化劑研制了一種低成本室溫固化雙組分環氧膠粘劑。探討了其固化機理，考查了溫度、配比對適用期的影響，以及硅微粉、鄰苯二甲酸二辛酯的用量對膠接強度的影響。結果表明，溫度變化對該產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，膠的濕潤性變差，固化后的膠層缺陷增多，拉伸剪切強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密度，使環氧膠的膠接強度下降。

關鍵詞：環氧膠；固化；配比；適用期；拉伸剪切強度

中圖分類號：TQ433.4+37 文獻標識碼：A 文章編號：1001-5922（2013）10-0055-04

2013年國內膠粘劑領域對環氧膠的需求量約為15萬噸，環氧膠粘劑廣泛應用于交通運輸、電子工業、機械工業等行業 [1]。室溫固化的環氧膠不但節能，而且可以簡化加工過程，一直是主要研究方向之一。

本文采用低分子質量雙酚A型液體環氧樹脂及改性胺類固化劑研制了一種低成本室溫固化雙組分環氧膠粘劑，主要應用于石材拋光設備金屬板材間的填縫密封。研制的環氧密封膠，工藝操作性、適用期、膠接強度、固化后硬度均能滿足鋼板填縫密封的工程技術要求，已批量生產，客戶用其取代Araldite產品，節約了成本，經濟效益顯著。

1 實驗部分

1.1 主要原材料

雙酚A型液體環氧樹脂，YN 1828，江蘇揚農化工集團有限公司；810固化劑，胺值約400 mg KOH/g，長沙市化工研究所；硅微粉，HD 3000，信陽核工業恒達實業公司；鄰苯二甲酸二辛酯（DOP），工業級，廣州雨廷化工科技有限公司；γ-氨丙基三乙氧基硅烷（KH-550），工業級，佛山文泰化工有限公司。

1.2 制備工藝

A組分：環氧樹脂、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混行星機中，混合為色澤均一、膠料細膩的黏稠液態膠狀物，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，采用高速分散機混合為均一黏稠液態物，之后分裝。

1.3 分析與測試

適用期：按GB/T 7123.1—2002測定。

拉伸剪切強度：按GB/T 7124—2008測定。

2 結果與討論

2.1 固化機理

解決室溫快速固化的關鍵，在于使膠液獲得足夠的反應活性，固化劑的結構對環氧樹脂的固化反應起到決定性作用。810環氧固化劑是一類含芳香基的改性脂肪胺，化學分子結構式為C6H4（OH）CH2NHCH2C6H4CH2NH2，含一級胺基（氮與2個氫相連）及二級胺基（氮只與1個氫相聯接），二級胺基與1個環氧基反應，一級胺基與2個環氧基反應，使環氧基開環生成羥基[2]。從理論上來說，開環反應中產生的羥基可與其他環氧基反應，形成醚鍵，最后生成網狀或體型聚合物。

上述固化機理目前還不完善，L.Xu等[3]認為芳胺與環氧樹脂的固化機理包括3個步驟：環氧基和胺基之間氫鍵的形成；包含環氧基、氨基及羥基3分子中間產物的形成；通過環氧開環而分解3分子中間產物。

2.2 溫度和配比對適用期的影響

雙組分環氧膠的適用期主要受溫度和固化劑配比的影響，本文對研制的環氧密封膠在不同溫度及配比下的適用期進行了實驗研究。

甲乙組分質量比為5∶1時，溫度與適用期關系如圖1所示。

由圖1可見，隨著溫度的升高，環氧膠適用期變短。我國各地氣溫變化很大，僅南方地區，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，則固化較慢，影響下一道工序。根據客戶的使用工藝需求，30～80 min適用期較為適宜。

將mA∶mB設定為10∶1、8∶1、5∶1、3∶1，測試其30 ℃時的適用期。

從表1可見，固化劑用量增大，適用期縮短。所以，在實際應用中，可以參考環境溫度來調節配比使環氧膠有一個恰當的適用期。如氣溫30 ℃時，mA∶mB=5∶1適用期約45 min就比較適宜。

2.3 膠接強度

2.3.1 硅微粉用量對粘接強度的影響

采用常溫拉伸剪切強度考查了硅微粉用量對環氧膠粘接強度的影響，結果見圖2。mA∶mB=5∶1，A組分組成：環氧樹脂，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質量份時，剪切強度為8.0 MPa左右；添加30～75份時，拉伸剪切強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無定形的二氧化硅，以它為填料，可提高膠的耐溫和化學穩定性，還可降低成本，但加入量過大則會影響粘接強度。由于本產品僅用于填縫密封，產品的拉伸剪切強度在5 Mpa以上已能滿足產品設計要求，所以硅微粉加入75份時，仍能滿足強度要求。

2.3.2 鄰苯二甲酸二辛酯用量對粘接強度的影響

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

3）該膠可滿足石材拋光設備鋼板密封要求，而成本較低，經濟效益良好。

參考文獻

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

[2]北京粘接協會.膠粘劑技術與應用手冊[M].北京：宇航出版社，1991.356-358.

[3]Xu L，Fu 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.