低氣味高強度丙烯酸酯結構膠的研制

歐靜 薛紀東 鐘漢榮

摘要：制備了一種低氣味高強度快速固化丙烯酸酯結構膠。研究了不同單體、增韌劑等對結構膠性能的影響。配方優化后的膠拉伸剪切強度22.8 MPa，初固時間：5～10 min。

關鍵詞：低氣味；高強度；丙烯酸酯結構膠

中圖分類號：TQ433.4+36 文獻標識碼：A 文章編號：1001-5922（2013）10-0075-03

由于人們對環境和身體健康的日益重視， 對環保型膠粘劑的需求量逐漸增加。但是傳統雙組分丙烯酸酯膠粘劑的臭味嚴重影響施工現場的環境，而且對工人的皮膚、眼睛和呼吸道有刺激性。丙烯酸酯膠粘劑用量較大的一些揚聲器制造廠家，已明確要求供應商降低膠粘劑的氣味[1]；筆記本外殼鎂鋁的粘接以及家電行業已大量使用低氣味丙烯酸酯結構膠，但市場幾乎為國外壟斷，因此迫切需要研發環境友好的新型低氣味丙烯酸酯結構膠。本文制備了一種低氣味高強度丙烯酸酯結構膠。研究了不同單體、增韌劑等對膠液性能的影響。配方優化后制備的膠拉伸剪切強度22.8 MPa，初固時間：5～10 min。

1 實驗部分

1.1 主要原材料

甲基丙烯酸-2-苯氧基乙酯、四氫呋喃甲基丙烯酸酯，工業品，沙多瑪化學公司；甲基丙烯酸，上海華誼；N-220S，日本JSR；NIPOL1072，日本瑞翁；N41，蘭州石化；Poly bd R45V，克雷威利；對羥基苯甲醚，阻聚劑，國產試劑；磷酸酯，國產試劑；正丁醇-苯胺縮合物，工業品，進口；異丙苯過氧化氫（CHPO）， 工業品，阿克蘇。

1.2 膠液的制備

（1）將甲基丙烯酸酯類單體、甲基丙烯酸和橡膠，按比例投入雙行星動力混合機中，高速攪拌至橡膠完全溶解；

（2）將上述混合物分成A、B 2份，A組分加入阻聚劑和異丙苯過氧化氫；B組分加入促進劑、染料。

1.3 性能測試

1）初固時間

將A、B組分按質量比1∶1混合均勻，從混合開始時計時，觀察混合膠液放熱至失去粘性，記下所需時間為初固時間。

2）拉伸剪切強度

將試片端部用砂紙打磨，并使鋁片表面平整光亮，在使用前用有機溶劑清洗表面，晾干。將A、B組分以1∶1質量比混合均勻并刮涂在試片表面上，搭接加壓，室溫固化24 h后，拉伸剪切強度測試參照GB/T7124—1986在萬能電子拉力機上進行。

3）貯存穩定

將膠液放入80 ℃烘箱記錄不凝膠的時間。

2 結果和討論

2.1 單體的選擇

傳統雙組分丙烯酸酯膠強烈臭味主要來源于所含的甲基丙烯酸甲酯單體。因其含量高，沸點低，揮發性強，因此氣味大，刺激性大，嚴重影響工作環境和人體健康[2]。選擇揮發性低的單體是降低丙烯酸酯結構膠臭味的主要方法。從單體氣味、對橡膠的溶解性以及固化速度和固化后強度等方面綜合考慮選擇合適的單體。選擇橡膠NIPOL1072為增韌劑，磷酸酯和正丁醇-苯胺縮合物為促進劑，異丙苯過氧化氫為引發劑，并固定其用量，配合丙烯酸酯單體，考查不同單體對膠性能的影響（見表1）。經配方優化，最后選擇甲基丙烯酸、甲基丙烯酸-2-苯氧基乙酯和四氫呋喃甲基丙烯酸酯復配使用，可在低氣味的情況下獲得所需的機械性能。

2.2 橡膠的選擇

在丙烯酸酯膠中加入固體或液體橡膠作為增韌劑，在自由基聚合過程中，可參與反應生成接枝共聚物，形成半互穿網絡結構，從而賦予膠優異的抗沖擊性和韌性[3]。不同型號的橡膠對強度影響很大。由表2可見N-220S作增韌劑時強度最好，但由于NIPOL1072的溶解性優于N-220S，最終選擇NIPOL1072作為增韌劑。

NIPOL1072加入量對拉伸剪切強度的影響見圖1。隨著橡膠含量的增加，拉伸剪切強度先升高后下降。這主要是因為橡膠的加入有利于單體聚合反應的調節，使氧氣在膠液中的擴散受限，減少氧對單體的阻聚作用，保證鏈增長順利進行；而且，橡膠中基團參與反應，產生接枝共聚物，形成半互穿網絡結構，提高膠的拉伸剪切強度。但當橡膠加入量過大時，黏度也不斷增大，鏈增長受阻，濕潤性也差， 粘接強度反而下降。橡膠的加入量在15%時拉伸剪切強度最高。

2.3 促進劑的選擇

促進劑對膠的貯存穩定性、固化速度影響很大。以磷酸酯和胺類為促進劑，可以很好地平衡穩定性和固化速度之間的關系。本體系采用磷酸酯和正丁醇-苯胺縮合物作為促進劑，可在5～10 min內初固，且貯存穩定性好。

2.4 性能指標

低氣味丙烯酸酯結構膠采用甲基丙烯酸、甲基丙烯酸-2-苯氧基乙酯和四氫呋喃甲基丙烯酸酯單體復配使用，加入NIPOL1072橡膠增韌，選擇磷酸酯和正丁醇-苯胺縮合物作為促進劑，最終制備的膠氣味低、強度高、固化快。可用于粘接各類金屬，基本配方見表3。

表4為配方優化后的性能測試結果。

3 結論

本文選用甲基丙烯酸、甲基丙烯酸-2-苯氧基乙酯和四氫呋喃甲基丙烯酸酯作為復配單體，橡膠NIPOL1072為增韌劑，磷酸酯和正丁醇-苯胺縮合物為促進劑，最終制備的丙烯酸酯結構膠氣味低、強度高、固化快，性能優異，可用于各類金屬的粘接。

參考文獻

[1]桂武標.低臭環保丙烯酸酯結構膠的研制[J].粘接，2007，28（2）.

[2]陸企亭.雙組分丙烯酸酯結構膠粘劑的新進展[J].粘接，1999（增刊）：83-97.

[3]嚴粉順.第二代丙烯酯膠的固化機理[J].哈爾濱工業大學學報，1990，10（5）

Preparation of lowly-odor and highly-strength acrylic structural adhesive

OU Jing，XUE Ji-dong，ZHONG Han-rong

（China Auto Adhesive Institute，Guangzhou Mechanical Engineering Research Institute Co.，Ltd.，Guangzhou，Guangdong 510700，China）

Abstract：This article described the preparation of the acrylic structural adhesive with low odor and high strength，and analyzed the influence of monomers and flexibilizers on the performance of structural adhesive.After optimizing the adhesive has the shear tensile strength of 23.47 Mpa and the fixing time of 5-10 minutes.

Key words：low odor；high strength；acrylic structural adhesive