聚氨酯改性环氧树脂光学结构胶的研制

1、,200578聚氨酯改性环氧树脂光学结构胶的研制孙明明1,张斌1,2,张绪刚1,张密林2,李坚辉1,李奇力1,关常参1(11黑龙江省石油化学研究院,黑龙江哈尔滨150040;21哈尔滨工程大学化学化工学院,黑龙江哈尔滨150001)摘要:采用自制的端异氰酸基聚醚型聚氨酯预聚体对环氧树脂进行改性,对其添加量对改性树脂的性能的影响进行了考察,并与A-12胶黏剂的性能做了综合对比。结果表明环氧树脂增韧改性后对多种材料都具有良好的粘接性能,其中冲击强度由未改性时的1211kJ/m2提高到2414kJ/m2,剥离强度由114kN/m提高到314kN/m,断裂伸长率由512%提高到1418%;其耐高低温交

2、变性能好,-60100循环5次玻璃未炸裂,并具有优异的耐介质性能。关键词:环氧树脂;光学部件;改性;黏接性能中图分类号:TQ43612文献标识码:A文章编号: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前言光学结构胶是指黏接光学部件和其基座的胶黏剂。与一般的光学胶不同,它没有透光率的要求,但要求胶黏剂不单对光学材料(主要是玻璃)有较高的粘接强度,还要对各种材质的基座都有较高的粘接强度。国外同类产品都是选用环氧树脂胶黏剂,此类胶黏剂粘接强度高,耐介质性能好,美国阿姆斯壮公司的A-12胶综合性能非常好,应用比较普遍。目前国内产

4、品主要选用市售的普通环氧树脂胶黏剂1-4,性能并不理想,主要缺点是对玻璃的粘接强度差,或者是虽然对玻璃粘接强度较高,但耐高低温冲击性能差,低温时玻璃容易炸裂或脱黏,与国外产品的差距比较明显。对此我们也进行了多年的研究,分析其关键在于环氧树脂的韧性还不够,试件在高低温变化时产生的应力无法有效消除。对于同种材料来说,例如玻璃,在高低温变化时产生一定的形变,但只要胶黏剂粘接玻璃的强度足够高就不会脱黏,具有一定的韧性玻璃就不会炸裂。对于两种不同材料的粘接,尤其是玻璃和金属这样性质差别较大的材料,其膨胀系数差别非常大,玻璃在高低温交变时承受较大的应力会导致炸裂。如果胶黏剂能够在高低温交变时在一定程度上跟

5、上被黏材料的体积变化,便可有效降低被黏材料所受的应力。因此,光学结构胶韧性要好并有较高的伸长率,这样必须对环氧树脂选择合适的增韧剂及适当的增韧工艺。聚氨酯增韧环氧树脂效果好5-8,同时聚氨酯材料具有其它材料无法比拟的耐低温性能,为此我们以端异氰酸基聚醚型聚氨酯预聚体对环氧树脂进行改性,考察其综合性能并与A-12胶黏剂性能做了对比。1实验部分111原材料及规格端异氰酸基聚醚型聚氨酯预聚体,自制;环氧树脂E-51,工业品,无锡树脂厂;300#聚酰胺,工业品,常州树脂厂。112实验方法将端异氰酸基聚氨酯预聚体按一定比例加入到环氧树脂E-51中,搅拌混合均匀,升温至100后收稿日期:2004-04-2

6、2作者简介:孙明明(1974-),男,黑龙江人,硕士学位,助理研究员,现从事高分子材料及胶黏剂研究。© 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.化学与黏合2005年第27卷第2期CHEMISTRYANDADHESION79保温1h,加入1%二丁基二月桂酸锡,保温1h后趁热出料,自然冷却备用。加入固化剂混合均匀后,即可粘接试片,将黏接好的试片升温至70后保温1h,自然冷却至室温,陈化24h后测试。113测试方法剪切、拉伸试片(胶黏剂):化学氧化处理剥离试片(胶黏剂):磷酸阳极化处理拉伸

7、、冲击试片(树脂浇铸体):按GB2567-81自制剪切强度(胶黏剂):GB7124-86拉伸强度(胶黏剂):GB6329-86剥离强度(胶黏剂):GB7122-86拉伸强度、杨氏模量、断裂伸长率(树脂浇铸体):GB2568-81冲击强度(树脂浇铸体):GB2571-81高低温循环:温度区间为-60100,具体方法为1)室温(20min)2)160(20min)3)室温(20min)4)-60酒精-干冰浴(20min)1),共5个循环。和1916MPa;添加量为10份时125剪切强度最高,为312MPa。图2不同添加量对拉伸强度和剥离强度的影响Fig.2EffectofPUprepolymerc

8、ontentontensilestrengthandpeelstrengthofthemodifiedepoxy图2为改性体系黏接铝的拉伸强度和剥离强度。可以看出,与纯环氧树脂相比改性体系的抗拉强度和剥离强度明显提高。随添加量的增加抗拉强度出现峰值,呈先增加、再下降的规律,在添加量为40份时最高,达到5219MPa;剥离强度随着添加量的增加一直增大,但后期变化很小,最高可达316kN/m。2结果与讨论211端异氰酸基聚氨酯预聚体添加量对性能的影响增韧剂在体系中含量不同对改性体系性能的影响很大,下面以环氧树脂(100质量份)为基础,加入不同量的端异氰酸基聚氨酯预聚体,测试改性体系固化后的性能。首

9、先对改性体系黏接铝的剪切强度进行考察,结果如图1所示:图3不同添加量对拉伸强度和弹性模量的影响Fig.3EffectofPUprepolymercontentontensilestrengthandYoungsmodulusofthemodifiedepoxy图3为改性体系树脂浇铸体的拉伸强度和弹性模量。可以看出,随添加量的增加拉伸强度和弹性模量出现峰值,呈先增加、再下降的规律,在添加量为10份时最高,分别达到6217MPa和88112MPa。在加入量较大时,拉伸强度和弹性模量下降较大,但此时改性树脂固化物室温下仍是坚硬的固体。图4为改性体系树脂浇铸体的冲击强度和断裂伸长率。可以看出,随添加量

10、的增加冲击强度出现峰值,呈先增加、再下降的规律,在添加量为30份时最高,达到2414kJ/m2。而断裂伸长率随添加量的增加一直提高,最高可达1611%。图1不同添加量对剪切强度的影响Fig.1EffectofPUprepolymercontentonshearstrengthofthemodifiedepoxy由图1可以看出,与纯环氧树脂相比改性体系的剪切强度有了明显的改善。随添加量的增加剪切强度出现峰值,呈先增加、再下降的规律,这正是橡胶弹性体增韧环氧树脂的一般规律。添加量为20份时室温和80剪切强度最高,分别达到3118MPa© 1995-2005 Tsinghua Tongfa

11、ng Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.,200580表2胶黏剂对不同材质的剪切强度/MPaTable2Shearstrengthtodifferentmaterialsofadhesives被黏接材料铝合金铝合金40#钢不锈钢紫铜表面处理方法化学氧化砂纸打磨吹砂吹砂化学氧化改性胶由表2可以看出,改性后的胶黏剂对多种材料都有很好的粘接性能,同时可以看出其黏接金属强图4不同添加量对断裂伸长率和冲击强度的影响Fig.4EffectofPUprepolymercontentonelongationatbreakandimpactstrengthof

12、themodifiedepoxy度比A-12胶黏剂高。表3胶黏剂的耐介质性能(剪切强度)/MPaTable3chemicalresistanceofadhesives介质空白自来水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/玻璃从上面的结果可知,聚氨酯预聚体添加量不同对各性能的影响是不相同的,由于我们想要固化产物具有突出的韧性,这样就需要较高的冲击强度、剥离强度和断裂伸长率,综合考虑添加量30份时比较合适,此时冲击强度最高,剥离强度和断裂伸长率也处于较高的水平。212改性前后性能的对比对改性前后胶黏剂的性能进行

13、了比较,同时也和A-12胶黏剂作了对比,结果见表1。表1改性对胶黏剂性能的影响Table1Effectofmodificationonmechanicalpropertiesofadhesives改性前室温剪切强度(Al/Al)/MPa1719>810改性胶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)机油润滑油航空煤油改性后2918>810A-12胶1416>810表3为改性后胶黏剂在不同介质中浸泡240h后的粘接性能。可以看出,改性后的胶黏剂耐介质性能优良。室温剪切强度(Al/玻璃)/MPaAl/玻璃3结论(1)端异氰酸基聚氨酯预聚体改性环氧树脂,大破坏状态剥离强度/kNm-1冲击强度/kJm-2伸长率/%Al/玻璃玻璃碎1141211510玻璃碎31424141418玻璃碎21721171315大提高了体系的韧性,改性后的光学结构胶冲击强度由未改性时的1211kJ/m2提高到2414kJ/m2,剥离强度由114kN/m

15、提高到314kN/m,断裂伸长率由512%提高到1418%。(2)改性后的胶黏剂对多种材料都有较高的粘接强度,具有优异的耐高低温循环性能,-60100循环5次玻璃未炸裂,同时其耐介质性能也很突出。(3)改性后的胶黏剂与国外同类胶黏剂A-12性能相当,但成本较低,有望在民用市场得到应用。参考文献:1程刚.环氧树脂胶在光学部件粘接上的应用J.中国胶粘剂,2004,13(4):14.2欧召阳.弹性体改性环氧树脂的新进展J.化学与粘合,2001,(3):120123.3宣兆龙.环氧树脂的增韧改性研究J.玻璃钢/复合材料,2004,(1):2427.高低温循环第2个循环玻璃炸裂未炸裂未炸裂由表1可以看出

16、,胶黏剂在改性前粘接玻璃强度就很高,但由于韧性差,高低温循环后玻璃炸裂。而改性后由于剥离强度、冲击强度及断裂伸长率大幅度提高,韧性提高,高低温循环后玻璃未炸裂,同时各项指标均达到了A-12胶黏剂的水平。213改性后综合性能的考察对改性后的胶黏剂综合性能进行了考察,并与A-12胶黏剂作了对比,首先考察了对不同材料的粘接性能,结果见表2:© 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.化学与黏合2005年第27卷第2期CHEMISTRYANDADHESION81VAE型水性纸塑复膜胶的应用研

17、究吴仁涛1,张海霞2(11泰山学院化学系,山东泰安271021;21泰山学院图书馆,山东泰安271021)摘要:为了探讨当前纸/塑复合工艺中存在问题的解决办法,指导VAE型水性复膜胶的生产及应用,本文以共混改性方法制备了一种VAE型水性纸塑复膜胶,考察了DBP、增黏树脂等对VAE复合乳液的性能影响。实验发现,增黏树脂的用量为6%9%时,对VAE复合乳液具有较好的增黏效果,1#增黏树脂的用量为715%时,胶液具有较高的剥离强度。现场应用表明:VAE型水性复膜胶具有良好的涂布性能和较强的盖粉能力,覆膜后透明度高,不起泡、不脱层、保护色彩等,适宜于有烘道多用途覆膜机使用。关键词:纸塑复膜胶;VAE;

18、包装;印刷;胶黏剂中图分类号:TQ43712文献标识码:A文章编号: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前言纸/塑复合工艺主要有预涂型干式覆膜和即涂型湿式覆膜两种。预涂胶膜主要使用热熔胶和干式覆膜机组,也可使用油性覆膜机,应用于金卡纸、银卡纸、铝箔纸时效果较好,但成本较高;湿式覆膜用胶黏剂主要有溶剂型和水基型(以水为分散介质的乳液型)两类,使用油性覆膜机、油性/水性多用途覆膜机(有烘道热覆机)、水性专用覆膜机(无烘道冷覆机),主要应用于铜版纸、胶版纸等彩印纸的纸/塑覆膜工艺。当前新购置的覆膜机大多数为水性覆膜机,以即涂型覆膜工艺为主,因此水性复膜胶是国内市场的主流,所使用的胶黏剂主要是VAE型水性复膜胶和丙烯酸型水性复膜胶,还有少量双组分水性聚氨酯类等产品。对于水性纸塑复膜胶的研究,国内已有不少报道1,2,无论是VAE型还是丙烯酸型复膜胶,在实际覆膜过程中各有优缺点,总是存在一些不尽如人意的地方,如:价格高,初黏力低,起泡、脱层、失色、盖粉能力差,胶液稳定性、透明性差,低温黏度大影响涂布性能和