單組分環(huán)氧膠粘劑的研究和應(yīng)用
前 言
環(huán)氧樹脂對各種金屬材料、非金屬材料、熱固性高分子材料等具有優(yōu)良的粘接性,適應(yīng)性強(qiáng),不含揮發(fā)性溶劑,不需加壓即可固化,且固化收縮率低,耐環(huán)境性好, 在許多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。通常環(huán)氧樹脂膠粘劑是以主劑(環(huán)氧樹脂組分)和固化劑分開的雙組分包裝形式提供應(yīng)用。在環(huán)氧樹脂中配合固化劑,會立刻開始反應(yīng), 隨時間推移粘度上升,經(jīng)過適用期達(dá)到不能使用為止。但是雙組分混合給使用帶來不方便,有以下缺點(diǎn):
(1)增加了包裝和貯運(yùn)的麻煩;
(2)雙組分膠粘劑使用時,混合比例的準(zhǔn)確性和均一性將影響粘接強(qiáng)度;
(3)在樹脂和固化劑混合后使用時間短。膠粘劑中固化劑種類不同其使用期不同,如脂肪胺類為數(shù)十分鐘,叔胺或芳香胺類為幾小時,酸酐類為一天至數(shù)天,不能長期存放;
(4)配置的膠液若不能及時用完會造成浪費(fèi)。
(5)由于粘度隨時間上升,改變了操作工藝性,不能用于自動粘接。
而單組分膠粘劑避免了上述缺點(diǎn),它可以使膠接工藝簡化,并適于自動化操作。將固化劑和環(huán)氧樹脂混合起來配制單組分膠粘劑,主要是依靠固化劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)或者是采用某種技術(shù)手段把固化劑對環(huán)氧樹脂的開環(huán)活化暫時凍結(jié)起來,然后在熱、光、機(jī)械力或化學(xué)作用(如遇水分解)下使固化劑活性被激發(fā),進(jìn)而使環(huán)氧樹脂迅速固化。目前國內(nèi)外市場出售的單組分環(huán)氧樹脂膠粘劑幾乎都是采用潛伏性固化劑或自固化性環(huán)氧樹脂,產(chǎn)品的形態(tài)有液態(tài)、糊狀、粉末狀和膜狀。
具有實用價值的單組分環(huán)氧膠粘劑主要有以下幾種:
(1)濕氣固化型;
(2)微膠囊包覆型:將固化劑封人微膠囊內(nèi),與環(huán)氧樹脂混合后不會發(fā)生固化反應(yīng)。成膜物質(zhì)有明膠、乙烯基纖維素、聚乙烯醇縮醛等。膠囊靠加熱或加壓而破裂,固化劑和環(huán)氧樹脂便發(fā)生反應(yīng);
(3)潛伏性固化劑型:使用在規(guī)定溫度以上才能被活化發(fā)生反應(yīng)的熱反應(yīng)性固化劑,包括中溫固化型及高溫快固化型;
(4)陽離子光固化型。
1 單組分環(huán)氧膠粘劑的研究進(jìn)展
1 .1 濕氣固化型這是一種室溫固化的單組分環(huán)氧膠粘劑,其技術(shù)關(guān)鍵在于固化劑。至今為止研究的較多的是酮亞胺化合物,它是由脂肪族多胺和酮合成,而且酮亞胺中殘存的多胺必須用單環(huán)氧化合物進(jìn)行封閉。酮亞胺與環(huán)氧樹脂在固化過程中通過吸附空氣或潮濕粘接面的水分而釋放出胺:
含有酮亞胺的樹脂配合物按上式生成多胺,可在常溫下固化,但固化速度不太快,使用期不像其他潛伏性固化劑那樣長,充其量只有8ｈ左右,加入水分或用脂肪族多胺作促進(jìn)劑,則可加快固化速度。其固化物的性質(zhì)與原料多胺化合物的基本相同。因為固化時要吸收水分,所以不適合厚膠層。
最近有日本專利中采用聚醚改性的胺類化合物與甲基異丁基酮縮合制備酮亞胺,作為單組分環(huán)氧膠的固化劑。固化物具有良好的韌性,伸長率達(dá)150%,對灰泥面有良好的粘接力。
單組分室溫固化環(huán)氧膠由于酮亞胺氮原子上的孤對電子會對環(huán)氧基的環(huán)進(jìn)行親核攻擊,造成環(huán)氧聚合,相對分子質(zhì)量增高(增粘、凝膠化),而并無有效辦法加以抑制,造成膠粘劑貯存期下降;另外如果使用由伯胺基的α位上存在甲基等原因而反應(yīng)活性較低的胺類制作的酮亞胺作潛伏固化劑,貯存穩(wěn)定性可以有所改善,但固化速度又太慢。針對此問題,武田敏允等用其近旁(靠酮基的一側(cè))的立體位阻基團(tuán)對用高活性二胺作原料制備的酮亞胺氮原子上的孤對電子進(jìn)行保護(hù)的方法,使孤對電子難以與環(huán)氧基進(jìn)行親核反應(yīng),從而改善了貯存穩(wěn)定性。
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