聚氨酯改性環(huán)氧樹(shù)脂光學(xué)結(jié)構(gòu)膠的研制

1、,200578聚氨酯改性環(huán)氧樹(shù)脂光學(xué)結(jié)構(gòu)膠的研制孫明明1,張斌1,2,張緒剛1,張密林2,李堅(jiān)輝1,李奇力1,關(guān)常參1(11黑龍江省石油化學(xué)研究院,黑龍江哈爾濱150040;21哈爾濱工程大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院,黑龍江哈爾濱150001)摘要:采用自制的端異氰酸基聚醚型聚氨酯預(yù)聚體對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂進(jìn)行改性,對(duì)其添加量對(duì)改性樹(shù)脂的性能的影響進(jìn)行了考察,并與A-12膠黏劑的性能做了綜合對(duì)比。結(jié)果表明環(huán)氧樹(shù)脂增韌改性后對(duì)多種材料都具有良好的粘接性能,其中沖擊強(qiáng)度由未改性時(shí)的1211kJ/m2提高到2414kJ/m2,剝離強(qiáng)度由114kN/m提高到314kN/m,斷裂伸長(zhǎng)率由512%提高到1418%;其耐高低溫交

2、變性能好,-60100循環(huán)5次玻璃未炸裂,并具有優(yōu)異的耐介質(zhì)性能。關(guān)鍵詞:環(huán)氧樹(shù)脂;光學(xué)部件;改性;黏接性能中圖分類號(hào):TQ43612文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1001-0017(2005)02-0078-03StudyonPUPrepolymerModifiedEpoxyResinAdhesivesforOpticalInstrumentSUNMing-ming1,ZHANGBin1,2,ZHANGXu-gang1ZHANGMi-lin2,LiJian-hui1,LiQi-li1andGuanChang-shen1(1.HeilongjiangInstituteofPetrochemistry

3、,Harbin,150040,China;2.HarbinEngineeringUniversity,Harbin,150001,China)Keywords:Epoxyresins;Modified;Adhesionproperties;Opticalinstrument前言光學(xué)結(jié)構(gòu)膠是指黏接光學(xué)部件和其基座的膠黏劑。與一般的光學(xué)膠不同,它沒(méi)有透光率的要求,但要求膠黏劑不單對(duì)光學(xué)材料(主要是玻璃)有較高的粘接強(qiáng)度,還要對(duì)各種材質(zhì)的基座都有較高的粘接強(qiáng)度。國(guó)外同類產(chǎn)品都是選用環(huán)氧樹(shù)脂膠黏劑,此類膠黏劑粘接強(qiáng)度高,耐介質(zhì)性能好,美國(guó)阿姆斯壯公司的A-12膠綜合性能非常好,應(yīng)用比較普遍。目前國(guó)內(nèi)產(chǎn)

4、品主要選用市售的普通環(huán)氧樹(shù)脂膠黏劑1-4,性能并不理想,主要缺點(diǎn)是對(duì)玻璃的粘接強(qiáng)度差,或者是雖然對(duì)玻璃粘接強(qiáng)度較高,但耐高低溫沖擊性能差,低溫時(shí)玻璃容易炸裂或脫黏,與國(guó)外產(chǎn)品的差距比較明顯。對(duì)此我們也進(jìn)行了多年的研究,分析其關(guān)鍵在于環(huán)氧樹(shù)脂的韌性還不夠,試件在高低溫變化時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力無(wú)法有效消除。對(duì)于同種材料來(lái)說(shuō),例如玻璃,在高低溫變化時(shí)產(chǎn)生一定的形變,但只要膠黏劑粘接玻璃的強(qiáng)度足夠高就不會(huì)脫黏,具有一定的韌性玻璃就不會(huì)炸裂。對(duì)于兩種不同材料的粘接,尤其是玻璃和金屬這樣性質(zhì)差別較大的材料,其膨脹系數(shù)差別非常大,玻璃在高低溫交變時(shí)承受較大的應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致炸裂。如果膠黏劑能夠在高低溫交變時(shí)在一定程度上跟

5、上被黏材料的體積變化,便可有效降低被黏材料所受的應(yīng)力。因此,光學(xué)結(jié)構(gòu)膠韌性要好并有較高的伸長(zhǎng)率,這樣必須對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂選擇合適的增韌劑及適當(dāng)?shù)脑鲰g工藝。聚氨酯增韌環(huán)氧樹(shù)脂效果好5-8,同時(shí)聚氨酯材料具有其它材料無(wú)法比擬的耐低溫性能,為此我們以端異氰酸基聚醚型聚氨酯預(yù)聚體對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂進(jìn)行改性,考察其綜合性能并與A-12膠黏劑性能做了對(duì)比。1實(shí)驗(yàn)部分111原材料及規(guī)格端異氰酸基聚醚型聚氨酯預(yù)聚體,自制;環(huán)氧樹(shù)脂E-51,工業(yè)品,無(wú)錫樹(shù)脂廠;300#聚酰胺,工業(yè)品,常州樹(shù)脂廠。112實(shí)驗(yàn)方法將端異氰酸基聚氨酯預(yù)聚體按一定比例加入到環(huán)氧樹(shù)脂E-51中,攪拌混合均勻,升溫至100后收稿日期:2004-04-2

6、2作者簡(jiǎn)介:孫明明(1974-),男,黑龍江人,碩士學(xué)位,助理研究員,現(xiàn)從事高分子材料及膠黏劑研究。© 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.化學(xué)與黏合2005年第27卷第2期CHEMISTRYANDADHESION79保溫1h,加入1%二丁基二月桂酸錫,保溫1h后趁熱出料,自然冷卻備用。加入固化劑混合均勻后,即可粘接試片,將黏接好的試片升溫至70后保溫1h,自然冷卻至室溫,陳化24h后測(cè)試。113測(cè)試方法剪切、拉伸試片(膠黏劑):化學(xué)氧化處理剝離試片(膠黏劑):磷酸陽(yáng)極化處理拉伸

7、、沖擊試片(樹(shù)脂澆鑄體):按GB2567-81自制剪切強(qiáng)度(膠黏劑):GB7124-86拉伸強(qiáng)度(膠黏劑):GB6329-86剝離強(qiáng)度(膠黏劑):GB7122-86拉伸強(qiáng)度、楊氏模量、斷裂伸長(zhǎng)率(樹(shù)脂澆鑄體):GB2568-81沖擊強(qiáng)度(樹(shù)脂澆鑄體):GB2571-81高低溫循環(huán):溫度區(qū)間為-60100,具體方法為1)室溫(20min)2)160(20min)3)室溫(20min)4)-60酒精-干冰浴(20min)1),共5個(gè)循環(huán)。和1916MPa;添加量為10份時(shí)125剪切強(qiáng)度最高,為312MPa。圖2不同添加量對(duì)拉伸強(qiáng)度和剝離強(qiáng)度的影響Fig.2EffectofPUprepolymerc

8、ontentontensilestrengthandpeelstrengthofthemodifiedepoxy圖2為改性體系黏接鋁的拉伸強(qiáng)度和剝離強(qiáng)度?？梢钥闯?與純環(huán)氧樹(shù)脂相比改性體系的抗拉強(qiáng)度和剝離強(qiáng)度明顯提高。隨添加量的增加抗拉強(qiáng)度出現(xiàn)峰值,呈先增加、再下降的規(guī)律,在添加量為40份時(shí)最高,達(dá)到5219MPa;剝離強(qiáng)度隨著添加量的增加一直增大,但后期變化很小,最高可達(dá)316kN/m。2結(jié)果與討論211端異氰酸基聚氨酯預(yù)聚體添加量對(duì)性能的影響增韌劑在體系中含量不同對(duì)改性體系性能的影響很大,下面以環(huán)氧樹(shù)脂(100質(zhì)量份)為基礎(chǔ),加入不同量的端異氰酸基聚氨酯預(yù)聚體,測(cè)試改性體系固化后的性能。首

9、先對(duì)改性體系黏接鋁的剪切強(qiáng)度進(jìn)行考察,結(jié)果如圖1所示:圖3不同添加量對(duì)拉伸強(qiáng)度和彈性模量的影響Fig.3EffectofPUprepolymercontentontensilestrengthandYoungsmodulusofthemodifiedepoxy圖3為改性體系樹(shù)脂澆鑄體的拉伸強(qiáng)度和彈性模量?？梢钥闯?隨添加量的增加拉伸強(qiáng)度和彈性模量出現(xiàn)峰值,呈先增加、再下降的規(guī)律,在添加量為10份時(shí)最高,分別達(dá)到6217MPa和88112MPa。在加入量較大時(shí),拉伸強(qiáng)度和彈性模量下降較大,但此時(shí)改性樹(shù)脂固化物室溫下仍是堅(jiān)硬的固體。圖4為改性體系樹(shù)脂澆鑄體的沖擊強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率?？梢钥闯?隨添加量

10、的增加沖擊強(qiáng)度出現(xiàn)峰值,呈先增加、再下降的規(guī)律,在添加量為30份時(shí)最高,達(dá)到2414kJ/m2。而斷裂伸長(zhǎng)率隨添加量的增加一直提高,最高可達(dá)1611%。圖1不同添加量對(duì)剪切強(qiáng)度的影響Fig.1EffectofPUprepolymercontentonshearstrengthofthemodifiedepoxy由圖1可以看出,與純環(huán)氧樹(shù)脂相比改性體系的剪切強(qiáng)度有了明顯的改善。隨添加量的增加剪切強(qiáng)度出現(xiàn)峰值,呈先增加、再下降的規(guī)律,這正是橡膠彈性體增韌環(huán)氧樹(shù)脂的一般規(guī)律。添加量為20份時(shí)室溫和80剪切強(qiáng)度最高,分別達(dá)到3118MPa© 1995-2005 Tsinghua Tongfa

11、ng Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.,200580表2膠黏劑對(duì)不同材質(zhì)的剪切強(qiáng)度/MPaTable2Shearstrengthtodifferentmaterialsofadhesives被黏接材料鋁合金鋁合金40#鋼不銹鋼紫銅表面處理方法化學(xué)氧化砂紙打磨吹砂吹砂化學(xué)氧化改性膠由表2可以看出,改性后的膠黏劑對(duì)多種材料都有很好的粘接性能,同時(shí)可以看出其黏接金屬?gòu)?qiáng)圖4不同添加量對(duì)斷裂伸長(zhǎng)率和沖擊強(qiáng)度的影響Fig.4EffectofPUprepolymercontentonelongationatbreakandimpactstrengthof

12、themodifiedepoxy度比A-12膠黏劑高。表3膠黏劑的耐介質(zhì)性能(剪切強(qiáng)度)/MPaTable3chemicalresistanceofadhesives介質(zhì)空白自來(lái)水120#汽油Al/AlAl/玻璃Al/AlAl/玻璃Al/AlAl/玻璃Al/AlAl/玻璃Al/AlAl/玻璃Al/AlAl/玻璃從上面的結(jié)果可知,聚氨酯預(yù)聚體添加量不同對(duì)各性能的影響是不相同的,由于我們想要固化產(chǎn)物具有突出的韌性,這樣就需要較高的沖擊強(qiáng)度、剝離強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率,綜合考慮添加量30份時(shí)比較合適,此時(shí)沖擊強(qiáng)度最高,剝離強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率也處于較高的水平。212改性前后性能的對(duì)比對(duì)改性前后膠黏劑的性能進(jìn)行

13、了比較,同時(shí)也和A-12膠黏劑作了對(duì)比,結(jié)果見(jiàn)表1。表1改性對(duì)膠黏劑性能的影響Table1Effectofmodificationonmechanicalpropertiesofadhesives改性前室溫剪切強(qiáng)度(Al/Al)/MPa1719>810改性膠2918>810(玻璃碎)2912>810(玻璃碎)2916>810(玻璃碎)2918>810(玻璃碎)2919>810(玻璃碎)2912>810(玻璃碎)A-121416>810(玻璃碎)1412>810(玻璃碎)1413>810(玻璃碎)1411>810(玻璃碎)1317

14、>810(玻璃碎)1412>810(玻璃碎)機(jī)油潤(rùn)滑油航空煤油改性后2918>810A-12膠1416>810表3為改性后膠黏劑在不同介質(zhì)中浸泡240h后的粘接性能。可以看出,改性后的膠黏劑耐介質(zhì)性能優(yōu)良。室溫剪切強(qiáng)度(Al/玻璃)/MPaAl/玻璃3結(jié)論(1)端異氰酸基聚氨酯預(yù)聚體改性環(huán)氧樹(shù)脂,大破壞狀態(tài)剝離強(qiáng)度/kNm-1沖擊強(qiáng)度/kJm-2伸長(zhǎng)率/%Al/玻璃玻璃碎1141211510玻璃碎31424141418玻璃碎21721171315大提高了體系的韌性,改性后的光學(xué)結(jié)構(gòu)膠沖擊強(qiáng)度由未改性時(shí)的1211kJ/m2提高到2414kJ/m2,剝離強(qiáng)度由114kN/m

15、提高到314kN/m,斷裂伸長(zhǎng)率由512%提高到1418%。(2)改性后的膠黏劑對(duì)多種材料都有較高的粘接強(qiáng)度,具有優(yōu)異的耐高低溫循環(huán)性能,-60100循環(huán)5次玻璃未炸裂,同時(shí)其耐介質(zhì)性能也很突出。(3)改性后的膠黏劑與國(guó)外同類膠黏劑A-12性能相當(dāng),但成本較低,有望在民用市場(chǎng)得到應(yīng)用。參考文獻(xiàn):1程剛.環(huán)氧樹(shù)脂膠在光學(xué)部件粘接上的應(yīng)用J.中國(guó)膠粘劑,2004,13(4):14.2歐召陽(yáng).彈性體改性環(huán)氧樹(shù)脂的新進(jìn)展J.化學(xué)與粘合,2001,(3):120123.3宣兆龍.環(huán)氧樹(shù)脂的增韌改性研究J.玻璃鋼/復(fù)合材料,2004,(1):2427.高低溫循環(huán)第2個(gè)循環(huán)玻璃炸裂未炸裂未炸裂由表1可以看出

16、,膠黏劑在改性前粘接玻璃強(qiáng)度就很高,但由于韌性差,高低溫循環(huán)后玻璃炸裂。而改性后由于剝離強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度及斷裂伸長(zhǎng)率大幅度提高,韌性提高,高低溫循環(huán)后玻璃未炸裂,同時(shí)各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到了A-12膠黏劑的水平。213改性后綜合性能的考察對(duì)改性后的膠黏劑綜合性能進(jìn)行了考察,并與A-12膠黏劑作了對(duì)比,首先考察了對(duì)不同材料的粘接性能,結(jié)果見(jiàn)表2:© 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.化學(xué)與黏合2005年第27卷第2期CHEMISTRYANDADHESION81VAE型水性紙塑復(fù)膜膠的應(yīng)用研

17、究吳仁濤1,張海霞2(11泰山學(xué)院化學(xué)系,山東泰安271021;21泰山學(xué)院圖書(shū)館,山東泰安271021)摘要:為了探討當(dāng)前紙/塑復(fù)合工藝中存在問(wèn)題的解決辦法,指導(dǎo)VAE型水性復(fù)膜膠的生產(chǎn)及應(yīng)用,本文以共混改性方法制備了一種VAE型水性紙塑復(fù)膜膠,考察了DBP、增黏樹(shù)脂等對(duì)VAE復(fù)合乳液的性能影響。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),增黏樹(shù)脂的用量為6%9%時(shí),對(duì)VAE復(fù)合乳液具有較好的增黏效果,1#增黏樹(shù)脂的用量為715%時(shí),膠液具有較高的剝離強(qiáng)度。現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明:VAE型水性復(fù)膜膠具有良好的涂布性能和較強(qiáng)的蓋粉能力,覆膜后透明度高,不起泡、不脫層、保護(hù)色彩等,適宜于有烘道多用途覆膜機(jī)使用。關(guān)鍵詞:紙塑復(fù)膜膠;VAE;

18、包裝;印刷;膠黏劑中圖分類號(hào):TQ43712文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1001-0017(2005)02-0081-04ApplicationResearchonWater-basedVAEPaper/PlasticLaminatingAdhesiveWURen-tao1andZHANGHai-xia2(1.Departmentofchemistry,TaishanCollege,Taian271021,China;2.LibraryofTaishanCollege,Taian271021,China.)Keywords:paper/plasticlaminatingadhesive;VAE;p

19、acking;printing;adhesive前言紙/塑復(fù)合工藝主要有預(yù)涂型干式覆膜和即涂型濕式覆膜兩種。預(yù)涂膠膜主要使用熱熔膠和干式覆膜機(jī)組,也可使用油性覆膜機(jī),應(yīng)用于金卡紙、銀卡紙、鋁箔紙時(shí)效果較好,但成本較高;濕式覆膜用膠黏劑主要有溶劑型和水基型(以水為分散介質(zhì)的乳液型)兩類,使用油性覆膜機(jī)、油性/水性多用途覆膜機(jī)(有烘道熱覆機(jī))、水性專用覆膜機(jī)(無(wú)烘道冷覆機(jī)),主要應(yīng)用于銅版紙、膠版紙等彩印紙的紙/塑覆膜工藝。當(dāng)前新購(gòu)置的覆膜機(jī)大多數(shù)為水性覆膜機(jī),以即涂型覆膜工藝為主,因此水性復(fù)膜膠是國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的主流,所使用的膠黏劑主要是VAE型水性復(fù)膜膠和丙烯酸型水性復(fù)膜膠,還有少量雙組分水性聚氨酯類等產(chǎn)品。對(duì)于水性紙塑復(fù)膜膠的研究,國(guó)內(nèi)已有不少報(bào)道1,2,無(wú)論是VAE型還是丙烯酸型復(fù)膜膠,在實(shí)際覆膜過(guò)程中各有優(yōu)缺點(diǎn),總是存在一些不盡如人意的地方,如:價(jià)格高,初黏力低,起泡、脫層、失色、蓋粉能力差,膠液穩(wěn)定性、透明性差,低溫黏度大影響涂布性能和