紫外光固化胶粘剂主要由光引发剂、光敏树脂和活性稀释剂组成.以正交试验测定不同光引发剂、不同用量稀释剂和光引发剂对固化速率的影响.结果表明:在5种引发剂中651引发剂的固化速度最快,引发剂浓度对固化时间的影响最大,651引发剂有利于树脂的内外层固化.
影响树脂光固化过程的因素主要包括光引发剂的活性与浓度、单体反应性(反应基团结构、官能度、单体结构)、光固化树脂的反应活性以及辐射固化条件(包括紫外光强、光源各主要输出波长的分布强度、抗氧阻聚措施等)[1,2].以上部分因素也对最终聚合转化率产生影响,适当延长辐照时间,可提高转化率.影响固化的各种因素可能相互制约,共同影响固化效果[3,4].本文中,对光引发剂的种类及分量对光固化涂膜的各种性能的影响进行分析,如光固化速率、附着力以及硬度.
1 实验部分
1.1 实验原料
稀释剂(NPGDA)、2-异丙基硫杂蒽酮(ITX)、2-羟基-甲基苯基丙烷-1-酮(1173):化学纯,湖南长沙新宇化工有限公司;安息香双甲醚(651)、1-羟基环己烷苯基酮(184):化学纯,江苏靖江宏泰化工有限公司;阳离子引发剂(432):化学纯,进口.
1.2 紫外光固化胶粘剂的配置[5]
将E-44环氧树脂和聚酯丙烯酸酯按比例1∶1(各2.0
g)放于塑料杯内,再按比例称取活性稀释剂和光引发剂加入杯中,用玻璃棒搅拌均匀.活性稀释剂使用稀释剂(NPGDA),自由基光引发剂使用2-异丙基硫杂蒽酮(ITX)、1-羟基环己烷苯基酮(184)、安息香双甲醚(651)、2-羟基-甲基苯基丙烷-1-酮(1173),阳离子光引发剂使用阳离子引发剂432
1.3 性能测定
1.3.1 固化时间的测定
将配置好的胶粘剂均匀涂于玻璃片上,玻璃片规格为25 mm×76 mm×2 mm,将玻璃片放于1
000 W紫外光灯下照射固化,用秒表测其固化的时间.用手指轻触法判断涂膜是否完全固化.
1.3.2 附着力的测定
采用划格法测固化膜的附着力,划针采用30°角的单刃刀具,在漆膜表面纵横垂直方向每格1
mm各划6条条痕,切穿漆膜整个深度,然后手指轻轻触摸,漆膜应完全不脱落.每100方格保留下来的格数即为所测附着力数值.
用保险刀片在涂膜上切6道平行的切痕(长约10~20 mm,切痕间距3
mm),应切穿膜的整个深度,然后再切同样的切痕6道,与前者垂直.用胶带粘有切痕的涂膜,看膜是否有小方格脱落.
1.3.3 耐酸耐碱性的测定
将样品放在自制的酸、碱溶液中浸泡24
h后,取出测其附着力.采用国家标准(GB/T1763-89)《涂膜耐化学试剂性能测定》.
基体树脂4.0 g(1∶1)
活性稀释剂20%的NPGDA
光引发剂(2%) 1173 ITX 184 651 432
固化时间/s 15 35 13 10 45
2 ·结果与讨论[6~10]
2.1 光引发剂种类对固化速率的影响
在E-44环氧树脂与聚酯丙烯酸酯预聚物中加入相同量的不同光引发剂,其固化速度是不同的.本研究分析了UV1173、UV184、UV651、ITX、阳离子对固化速度的影响.结果如表1所示.
实验结果表明:不同的光引发剂对预聚物的固化时间不一样,432固化时间较长,而1173、184与651的固化时间相差不大,但651的固化时间相对来说最短.不同种类的自由基光引发剂的固化时间按大小来排序为:UV651
2.2 正交法测定固化速率的影响因素
因UV651用时最短,则以651作为光引发剂,测定不同用量的光引发剂和稀释剂对不同比例的E-44环氧树脂/聚酯丙烯酸酯的固化时间的影响.用正交法测定不同光引发剂比例及不同用量的稀释剂和光引发剂对固化速率的影响(见表2).
计算各因素极差,结果如表3所示.
A因素的极差=k2A-k3A=61-45=16,k3A最小;
B因素的极差=k1B-k3B=58-45=12,k3B最小;
C因素的极差=k2C-k1C=67-40=27,k1C最小.
综上所述,这3个因素的主次顺序为:C>A>B.
由此得出,在3种因素中稀释剂浓度对固化时间的影响最小;3种因素的最优配比分别是:E-44环氧树脂与聚酯丙烯酸酯的配比为2∶1,稀释剂浓度40%,引发剂剂的浓度1%.附
2.3 附着力的测定
漆膜与被涂面之间结合的坚牢程度称为附着力.附着力是胶粘剂的重要指标,采用划格试验来判断附着力(见表4),划格试验测定的值与固化度有关.
同理计算得出k2最小,而3个因素的主次顺序为:C>B>A.由此可知,在3种因素中,基体比例对附着力的影响最小;而3种因素的最优配比分别是:E-44环氧树脂与聚酯丙烯酸酯的配比为2∶1,稀释剂浓度20%,引发剂浓度2%.
2.4 耐酸耐碱性的测定
由表5中可看出光敏胶粘剂的脱落都很少,说明其耐酸性较好.
由表6可见,当E-44环氧树脂与聚酯丙烯酸酯比例为1∶1的时候脱落较严重,而其它比例则脱落情况一般.说明在E-44环氧树脂与聚酯丙烯酸酯比例为1∶1的时候耐碱性不强.
3 结 论
(1)对E-44环氧树脂和聚酯丙烯酸酯体系,651光引发剂的固化速率最快.
(2)光引发剂、阳离子引发剂用量不同及E-44环氧树脂和聚酯丙烯酸酯配比不同时,固化时间、附着力不同.
(3)E-44环氧树脂与聚酯丙烯酸酯比例固定时稀释剂浓对固化时间的影响最小.最优配比为:E-44环氧树脂与聚酯丙烯酸酯的比例2∶1,稀释剂浓度40%,引发剂浓度1%.