單體純度對α-氰基丙烯酸酯膠性能的影響

劉 潔

（北京天山新材料技術有限公司，北京 100041）

單體純度對α-氰基丙烯酸酯膠性能的影響

劉 潔

（北京天山新材料技術有限公司，北京 100041）

選用單體α-氰基丙烯酸乙酯、增韌劑、穩定劑及其他助劑制備了2種α-膠樣，其中樣1的單體純度較高，樣2的單體純度較低，其余組分相同。通過對比2種膠樣的性能發現，單體純度較高的樣1在固化時間、耐熱性、耐濕熱方面都明顯高于單體純度較低的樣2，單體純度對熱老化性能的影響不大。

氰基丙烯酸乙酯；純度；性能

α-氰基丙烯酸酯膠粘劑（以下簡稱α-膠）因具有單組分、無溶劑、固化較快、粘接材質廣泛以及強度較高等特點，已在醫療、軍事和民用等領域得以廣泛應用。近年來大家對其生產、配方等方面的研究很多，如從助劑選擇方面研究了如何提高耐熱性、耐濕性和固化速率等性能[1～3]。

本研究通過試驗室自制的2種不同純度的α-氰基丙烯酸乙酯單體配置成膠液，比較2者在固化速率、耐熱性和耐濕熱等性能方面的差異，并考查了α-氰基丙烯酸乙酯單體純度對α-膠性能的影響。

1 實驗部分

1.1 實驗材料及儀器設備

2種不同純度的α-氰基丙烯酸乙酯單體（以下分別簡稱高純度單體、低純度單體），試驗室自制；增稠劑聚甲基丙烯酸甲酯，市售；增韌劑丁腈橡膠，蘭州石化公司合成橡膠廠；穩定劑對苯二酚、對甲苯磺酸，市售。

3369 型電子拉力機，美國Instron公司；C4- 1000型高低溫濕熱試驗箱，德國VOTSCH公司；CS101- 2EB型電熱鼓風干燥箱，重慶四大試驗設備有限公司。

1.2 膠粘劑的制備

將一定比例的α-氰基丙烯酸乙酯、增韌劑、穩定劑和增稠劑等助劑混合均勻，加熱攪拌若干時間，待助劑完全溶解即得α-膠。由高純度的α-氰基丙烯酸乙酯配成的膠液簡稱樣1，由低純度的α-氰基丙烯酸乙酯配成的膠液簡稱樣2。

1.3 性能測試

（1）固化時間

在溫度為（23±2）℃，相對濕度（50±5）%的環境下，將膠粘劑滴1滴至測試材質上，立即用另一試片粘合上，粘接面積為12. 5 mm×25 mm，并施加相同壓力壓合一定時間后，下掛3 kg重物測試。測試粘接件倒掛重物后粘接部位未被破壞的最短時間，此時間記錄為固化時間（見圖1）。

圖1 固化時間測試Fig.1 test of curing time

（2）剪切強度

按照GB/ T 7124—2008《膠粘劑拉伸剪切強度的測定（剛性材料對剛性材料）》標準，采用電子拉力機進行測定（拉伸速率為5 mm/ min，測試溫度為室溫）。

（3）熱強度

按照GB/ T 7124—2008《膠粘劑拉伸剪切強度的測定（剛性材料對剛性材料）》標準，采用電子拉力機進行測定（在高溫烘箱中的指定溫度下加熱若干時間，并以此溫度作為測試溫度，拉伸速率為5 mm/ min）。

（4）耐濕熱老化性能

將完全固化后的膠接件置于不同溫濕度條件的高低溫濕熱試驗箱中，120 h后取出，冷卻至室溫后測定剪切強度。

（5）耐120 ℃熱老化性能

將完全固化后的膠接件置于120 ℃的烘箱中，分別取出放置100、500、1 000 h，冷卻至室溫后測定剪切強度。

2.1 單體純度對α-膠固化時間的影響

選取幾種α-膠較易粘接的材質，如碳鋼板、鋁片和丁腈橡膠等，通過測試不同材質的固化時間得到不同單體純度對α-膠固化時間的影響規律，結果如表1所示。

2 結果與討論

表1 單體純度對膠粘劑固化時間的影響Tab.1 Effect of monomer purity on curing time of adhesive

由表1可知：單體純度對固化時間的影響程度和粘接材質有關，在塑料和橡膠上相比金屬要快很多。因此在考查范圍內，樣1和樣2在塑料、橡膠材質上固化時間的最大差異也僅有3 s左右。為了將差異性放大，對碳鋼和鋁材質僅做除油等簡單表面處理，從表1可明顯看到，樣1的固化時間比樣2要快30～50 s。進一步驗證了樣1即單體純度高的膠液固化時間較快。由于樣2中低純度的單體含有雜質較多，為了能夠穩定存在，相應其酸性阻聚劑含量也會添加較多，從而會消耗掉更多材質表面的水分等引發劑，最終導致固化時間的延長。

2.2 單體純度對α-膠熱強度的影響

由圖2可知：隨著溫度的升高，高純度單體的膠樣1熱強度逐漸顯現出其優勢，尤其在120℃時，其熱強度保持率能夠達到43%，相比樣2高出了13%，這主要是由于樣1中的單體純度較高，雜質含量較少，單體有更多的機會互相接觸參與反應，使其最終可以得到分子鏈較長的聚合物，在這種情況下，Tg（玻璃化轉變溫度）相應也會升高，因此樣1的熱強度相比樣2也就會更好。

圖2 單體純度對膠耐熱性的影響Fig.2 Effect of monomer purity on hot strength of adhesive

2.3 單體純度對α-膠耐濕熱性能的影響

選擇3種濕熱條件，分別是50 ℃/95% RH、63 ℃/90% RH和80 ℃/85% RH，對膠粘劑的耐濕熱性進行考查，結果如表2所示。

表2 單體純度對膠耐濕熱性剪切強度的影響Tab.2 Effect of monomer purity on wet heat resistance

由表2可知：在3種不同溫濕度條件下，α-膠樣1均保持了較高的剪切強度、比α-膠樣2在同樣條件下的強度均高出約2 MPa。即使在條件最苛刻的80 ℃/85% RH放置120 h后，樣1的強度保持率仍高達79%。

2.4 單體純度對α-膠熱老化性能的影響

由圖3可知：2種膠樣在120 ℃老化不同時間后，剪切強度相差不大。分析原因可能是試驗選擇的120 ℃已經超過了α-氰基丙烯酸乙酯聚合物本身的耐溫性。無論單體純度高低、聚合物分子鏈的長短，在120 ℃放置一段時間后，均會發生高溫分子鏈斷裂或分解。具體機理還有待考查。

3 結論

本研究考查了用高純度單體和低純度單體制備的2款α-膠的固化速率、熱強度、耐濕熱性以及120 ℃老化性能等，從中發現，單體純度對α-膠的固化速率、熱強度、耐濕熱性能有較大影響，且高純度單體相比低純度單體能達到更快的固化速率和保持更高的強度。但單體純度對120 ℃老化性能影響不大，具體機理還有待考查。

圖3 單體純度對α-膠熱老化強度變化率的影響Fig.3 Effect of monomer purity on strength change rate during 120℃ heat aging

[1]劉賀年,盛明爽,劉海峰,等.α-氰基丙烯酸酯膠粘劑改性后的水下粘接性能[J].材料保護,2009, 42(11): 52- 54.

[2]王勃,邸明偉,郭金彥,等.α-氰基丙烯酸酯膠接性能的改進[J].粘接,2000, 21(2):17- 19.

[3] DRAIN K F, GUTHRIE J, LEUNG C L, et al. The effect of moisture on the strength of steel- steel cyanoacrylate adhesivebonds[J].Journal of Adhesion, 1984, 17(1):71- 81.

Effect of monomer purity on performance of α-cyanoacrylate adhesive

LIU Jie
(Beijing Tonson Adhesive Co., Ltd., Beijing 100041, China)

In this work, we prepared two α-cyanoacrylate adhesive samples (1 and 2), which mainly comprise the ethyl α-cyanoacrylate monomer, toughening agent, stabilizer and other additives. Sample 1 and 2 used the high purity monomer and the low purity monomer, respectively, and other components were same. The results indicated that sample 1 showed improved cure speed, hot strength and wet heat resistance, compared to sample 2, and the effect of monomer purity on the heat ageing property was not obvious.

ethyl α-cyanoacrylate; purity; performance

TQ433.4+3

A

1001-5922（2017）05-0045-03

2016- 11- 17

劉潔（1979-），女，碩士，主要從事α-氰基丙烯酸酯膠粘劑等方面的研究。E- mail：jie. liu@ hbfuller. com。