殷锦捷 周华利 薛晨 陈作君

(辽宁工程技术大学材料科学与工程学院,阜新123000)

摘要：通过单因素实验和正交实验,以胶粘剂对基材(丁苯橡胶-丁苯橡胶)的剪切强度为依据,确定了用氨基硅油和环氧树脂改性聚氨酯胶粘剂时,制备聚氨酯预聚体的单体甲苯二异氰酸酯(TDI)和聚醚二元醇(DL2000)的恰当配比,氨基硅油和环氧树脂的恰当添加量,以及恰当的反应时间和反应温度。通过热分析技术(TG-DSC),对比分析了未改性胶粘剂和二元改性胶粘剂的热性能;最后对比检测了未改性胶粘剂和二元改性胶粘剂对不同基材的剪切强度以及自身的各种性能。实验结果表明:二元改性聚氨酯胶粘剂对各种基材具有较高的粘接强度,其自身具有良好的附着力、较低的吸水率、较好的热稳定性和耐酸碱性能。

关键词：聚氨酯胶粘剂,有机硅,环氧树脂,二元改性

目前,国内外还没有关于聚氨酯胶粘剂二元和多元改性方面的具体研究和报道。聚氨酯胶粘剂是指在分子链中含有氨基甲酸酯基团(-NHCOO-)或异氰酸酯基(-NCO)的胶粘剂[1]。其具有胶膜坚韧,耐冲击,挠曲性好,剥离强度高,有很好的耐超低温性,耐油和耐磨性等特点[2],但聚氨酯耐高温、耐老化性能欠佳[3]。有机硅主链是一条Si-O-Si键交替组成的稳定骨架,具有极好的耐高低温性能,优良的电绝缘性和化学稳定性、憎水防潮性[4],其不足之处是机械强度和附着力较低[5]。环氧树脂分子结构中含有独特的环氧基,以及羟基、醚键等活性基团和极性基团,因而具有优良的物理力学性能、机械性能、电绝缘性能、耐化学药品性能和粘接性能[6-7]。现用有机硅和环氧树脂对聚氨酯胶粘剂进行二元改性,旨在获得粘接强度高、附着力大、吸水率低、热稳定性能好、耐酸碱腐蚀的胶粘剂。

1实验部分

1·1主要原料

甲苯二异氰酸酯(TDI),武汉市北化学试剂厂;聚醚二元醇(DL2000),山东蓝星东大化工有限责任公司;氨基硅油,山东大易化工有限公司;环氧树脂(E-44),沈阳试剂二厂;1,4-丁二醇(BDO),沈阳鑫旺科技有限公司;三羟甲基丙烷,国药集团化学试剂有限公司;二月桂酸二丁基锡,天津市瑞金特化学品有限公司;季戊四醇,沈阳吉万化工贸易有限公司。

1.2主要仪器与设备

数显恒温水浴锅,HH-4型,常州国华电器厂;热重测试仪,STA449C型,德国耐驰公司;剪切拉伸试验机,XLD-1KN型,承德试验机有限责任公司。

1·3胶粘剂的制备

先将一定量的DL2000在高温下脱水,接着放入一定比例的TDI和催化剂,降温搅拌,获得预聚体。按顺序依次加入氨基硅油,环氧树脂,扩链剂1,4-丁二醇,交联剂三羟甲基丙烷和阻燃剂季戊四醇,控制温度,不断搅拌得到胶粘剂。

1.4性能检测

剪切强度,参照GB/T7124-2008《胶粘剂拉伸剪切强度的测定》,选定基材为丁苯橡胶-丁苯橡胶。吸水率,参照GB/T1738-1979《绝缘漆漆膜吸水率测定法》标准进行;附着力,测试方法参照GB/T9286-1998《色漆和清漆漆膜的划格试验》标准;TG-DSC测试,采用德国耐驰公司生产的STA449C热重测试仪进行;贮存稳定性,按照GB/T14074.9-1993《木材胶粘剂及其树脂检验方法-贮存稳定性测定法》进行测定;耐化学性,参照GB/T1763-1979《漆膜耐化学试剂性测定法》进行。



表1 胶粘剂的基础配方

2结果与讨论

2·1n(NCO)/n(OH)比值(物质的量比,下同)对胶粘剂剪切强度的影响

图1为n(NCO)/n(OH)与剪切强度的关系。由图1可知,胶粘剂对橡胶的剪切强度随着n(NCO)/n(OH)比值的增大,呈先上升后下降的趋势。这是由于在n(NCO)/n(OH)<1·5∶1时,随着异氰酸酯基的增加,它的高反应活性可与基材表面接触形成牢固的脲键,反应后生成的氨酯基也渐渐的与基材表面的活性基团形成氢键,促使粘接强度的提升;而在n(NCO)/n(OH)>1.5∶1时,过量的异氰酸酯基会与氨基甲酸酯反应,这样就破坏了胶粘剂与基材之间氢键的形成,致使剪切强度的下降。故n(NCO)/n(OH)=1·5∶1时,胶粘剂与基材的接触作用最好,其剪切强度达到最佳。



图1 n(NCO)/n(OH)与剪切强度的关系