廣州市龍凱化工有限公司
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                        硅烷偶聯劑在環氧樹脂制作中合成膠粘劑
                        編輯:龍凱化工  來源:www.ipusc.com  發表時間:2018-9-3

                          環氧樹脂膠粘劑以環氧樹脂為基體,是目前最重要的合成膠粘劑。它具有膠接強度高、耐化學介質性好、電性能優良、膠層收縮率小、易于改性、施工工藝簡便等優點,也存在脆性較大、耐熱性不夠理想的缺點,但可通過采用其他高分子化合物改性的方法加以彌補。作為環氧樹脂膠基體的環氧樹脂,是分子鏈結構中含有兩個或兩個以上環氧基團的高分子化合物的總稱。它以可流動的液體、膏狀物及固體的形狀存在,分類較多,目前用得最多的是雙酚A型環氧樹脂。雙酚A型環氧樹脂膠,它以雙酚A型環氧樹脂為基體,加入固化劑及增韌劑、稀釋劑、偶聯劑、填料等配制而成。

                          環氧膠粘劑是由環氧樹脂、固化劑、促進劑、改性劑、稀釋劑、填料等組成的液態或固態膠粘劑。環氧膠粘劑的膠粘過程是一個復雜的物理和化學過程,包括浸潤、粘附、固化等步驟,最后生成三維交聯結構的固化物,把被粘物結合成一個整體。膠接性能(強度、耐熱性、耐腐蝕性、抗滲性等)不僅取決于膠粘劑的結構和性能以及被粘物表面的結構和膠粘特性,而且和接頭設計、膠粘劑的制備工藝和貯存以及膠接工藝等密切相關,同時還受周圍環境(應力、溫度、濕度、介質等)的制約。因此環氧膠粘劑的應用是一個系統工程。環氧膠粘劑的性能必須與上述影響膠接性能的諸因素相適應,才能獲得最佳結果。用相同配方的環氧膠粘劑膠接不同性質的物體,或采用不同的膠接條件、或在不同的使用環境中,其性能會有極大的差別。

                          環氧樹脂膠粘劑的粘料是環氧樹脂,必要成分是固化劑,此外,還根據實際需要添加促進劑、偶聯劑、增韌劑、稀釋劑及填料等多種成分,以調整膠粘劑的有關性能。

                        (一)促進劑

                          促進劑不僅可以在環氧樹脂膠粘劑的固化中起到縮短固化時間、降低固化溫度的作用,而且可以增加固化產物的交聯度,提高其機械性、耐溫性。環氧樹脂的固化促進劑往往是前述環氧樹脂固化劑中的催化型固化劑,如叔胺、咪唑及三氟化硼配合物。此外,一些含活潑氫的有機物,如羧酸、酚、醇、硫醇及含氮化合物也可作促進劑。

                        (二)偶聯劑

                          硅烷偶聯劑中的烷氧基吸濕后可水解而與金屬或填料的表面形成化學鍵,可提高環氧樹脂膠粘劑對被粘材料的親合性及抗濕熱性,硅烷偶聯劑中的其它活性基團與環氧樹脂或固化劑反應,增加了膠的交聯聚合能力。在使用非硅系列填料,如碳酸鈣、滑石、碳纖維等情況下,使用鈦酸鹽偶聯劑比用硅烷偶聯劑能得到更好的增粘效果。

                        (三)增韌劑

                          環氧樹脂膠粘劑固化后硬而脆,通常要加入增韌劑以降低脆性,提高抗沖擊性。常用的增韌劑是一些高沸點的酯類,或橡膠、聚酰胺、聚乙烯醇縮醛等線性樹脂。

                        (四)烯釋劑

                          環氧樹脂多為高粘稠性物質,制膠時要加入烯釋劑降低粘度并改善施工性能。環氧樹脂膠粘劑常用的非活性烯釋劑有乙酸酯、環己酮、乙二醇醚及二甲苯。環氧樹脂膠粘劑多使用活性烯釋劑,它們多為含有環氧基的低分子化合物。在使用活性烯釋劑時,因單環氧基稀釋劑只參與終止環氧樹脂的交聯或擴鏈的聚合反應,不進入環氧樹脂固化物的交聯結構,所以用量不宜多,否則會降低熱變形溫度和機械強度。

                        (五)填料

                          環氧樹脂膠粘劑中加入適當填料后,其體積收縮率降低、尺寸穩定,機械性能改善,耐介質性好。更主要的,在環氧膠中加入特種填料后,可制成導電、導熱,導磁膠以滿足有關需要。環氧樹脂膠粘劑是當前應用最廣的一類合成樹脂膠粘劑,這是因為它自身有著許多優良的性能。

                        (一)可膠接材質廣泛

                          在環氧樹脂的分子結構中,有著多種活性基團,如環氧基、差勁基、胺基、醚鍵及酯鍵等。這此活性基團對許多種材質表面都有較好的親合力,有的甚在一定條件下可生成化學鍵。此外,還可以加入添加劑、改性劑以調整環氧樹脂膠粘劑的適應性能,使環氧樹脂膠粘劑能滿足于對許多材料的膠接。

                        (二)膠接強度高

                          環氧樹脂膠粘劑的膠接強度(主要指剪切強度)很高,這是由兩個方面的因素決定的。一方面是環氧樹脂膠粘劑與被粘材料間的膠兿力強,另一方面是固化后的膠體自身強度高。固化后的環氧樹脂膠粘劑和被粘材料表面,除有機械的鑲嵌力外,還存在因稀釋劑的溶解或溶脹作用帶來的擴散交織作用力,更主要的是產生由其活性基的強極性或化學反應性導致的分子間的吸附作用力乃至化學鍵力,所以,它與被膠接材料的表面結合得比較牢固。環氧樹脂膠粘劑是一種典型的化學反應固化的膠粘劑,它在固化過程中往往產生高度的交聯聚合,使膠層的自身強度很高,甚至強于被粘材料。因此,膠接接頭破壞時,需要的力大,膠接強度高。

                        (三)體積變化小

                          環氧樹脂膠粘劑在固化過程中不釋放低分子物質、氣體或水分,分子的交聯聚合程度高,因此固化收縮率低,體積變化小,固化產物的線脹系數小,膠接件的尺寸穩定性好。環氧樹脂膠粘劑在固化中的體積收縮率約2~3%,如果加入適當的填料,該收縮率可降至1%,這就能滿足精密機械器件的膠接。

                        (四)耐介質性能好

                          完全固化的歪氧樹脂膠粘劑,由于有高度的交聯聚合,分子中的活性基團已經使用或被封閉入網絡中,分子鏈排列整齊,分子結構中對稱的苯環、丙基等都很穩定,所以,耐介質性優良。環氧樹脂膠粘劑的固化物能耐強堿、水、油和稀酸,也有很好的電絕緣性能。

                        (五)低毒

                          雖然環氧樹脂膠粘劑中的一些稀釋劑、固化劑是有毒的,但它們在固化過程中已完全消耗或轉化,固化產物耐介質性能好,也不易分解釋放毒性物質,所以環氧樹脂膠粘劑固化物是無毒或低毒的。

                        (六)施工性能好

                          環氧樹脂膠粘劑有好的可混合性、涂布性。它的濕潤性和滲透性好而且易于粘附,便于涂膠,混合性好而易于與水泥、砂子拌合使用。另外,它的固化只需接觸壓力,可以有在低溫、常濕或高溫固化以及水中固化的環氧膠,所以,便于在各種條件下施工,使用比較方便。

                        一、環氧樹脂膠粘劑的優點

                          環氧樹脂膠粘劑與其他類型膠粘劑比較,具有以下優點:

                          (1)環氧樹脂含有多種極性基團和活性很大的環氧基,因而與金屬、玻璃、水泥、木材、塑料等多種極性材料,尤其是表面活性高的材料具有很強的粘接力,同時環氧固化物的內聚強度也很大,所以其膠接強度很高。

                          (2)環氧樹脂固化時基本上無低分子揮發物產生。膠層的體積收縮率小,約1%一2%,是熱固性樹脂中固化收縮率最小的品種之一。加入填料后可降到0.2%以下。環氧固化物的線脹系數也很小。因此內應力小,對膠接強度影響小。加之環氧固化物的蠕變小,所以膠層的尺寸穩定性好。

                          (3)環氧樹脂、固化劑及改性劑的品種很多,可通過合理而巧妙的配方設計,使膠粘劑具有所需要的工藝性(如快速固化、室溫固化、低溫固化、水中固化、低粘度、高粘度等),并具有所要求的使用性能(如耐高溫、耐低溫、高強度、高柔性、耐老化、導電、導磁、導熱等)。

                          (4)與多種有機物(單體、樹脂、橡膠)和無機物(如填料等)具有很好的相容性和反應性,易于進行共聚、交聯、共混、填充等改性,以提高膠層的性能。

                          (5)耐腐蝕性及介電性能好。能耐酸、堿、鹽、溶劑等多種介質的腐蝕。體積電阻率1013—1016Ω.cm,介電強度16—35kV/mm。

                          (6)通用型環氧樹脂、固化劑及添加劑的產地多、產量大,配制簡易,可接觸壓成型,能大規模應用。

                        二、環氧樹脂膠粘劑的缺點

                          (1)不增韌時,固化物一般偏脆,抗剝離、抗開裂、抗沖擊性能差。

                          (2)對極性小的材料(如聚乙烯、聚丙烯、氟塑料等)粘接力小。必須先進行表面活化處理。

                          (3)有些原材料如活性稀釋劑、固化劑等有不同程度的毒性和刺激性。設計配方時應盡量避免選用,施工操作時應加強通風和防護。

                        環氧膠粘劑的制備方法大致有下列幾種類型:

                          (1)活性氫化物與環氧氯丙烷反應;

                          (2)以過氧化氫或過酸(例過醋酸)將雙鍵進行液相氧化;

                          (3)雙鍵化合物的空氣氧化;

                          (4)其它。

                        環氧樹脂膠粘劑的應用

                          從應用的角度看,環氧樹脂膠粘劑有通用型膠、結構膠、高溫膠、低溫膠、導電膠、導磁膠、導熱膠、光學膠、密封膠、應變膠、泡沫膠、水下固化膠、軟材料用膠、點焊用膠、抗蠕變膠等,幾乎可滿足于各種膠接的需要。但是,應該注意,脂肪胺固化的環氧膠,不宜用于結構件的膠接;未經改性的環氧膠,不能用于承受強沖擊力和高剝離強度的膠接,它也不具有導電、導熱和導磁性;普通環氧膠只在100℃以下及干燥的環境中使用。所以,環氧樹脂膠粘劑應用的廣泛性是和它的品種的多樣性,以及很多種的專用性有關的,千萬不能濫用、誤用乃至錯用,否則會造成不應有的危害。

                          另外,環氧樹脂膠粘劑雖有很多的商品膠種,但在不少場合下,所用的環氧膠常常需要施膠人員自行根據需要調配,這就要求對環氧樹脂、固化劑及其它添加有較好的了解,以便靈活應用。例如,在常用環氧樹脂中,E-51粘度低、初粘好,E-44價格便宜、強度高,可將兩者適當配合,就能得到好的綜合效果。其它的,如AG-80、R-122、F-44、F-46、F-51、EG-02、TDE―85等型號的環氧樹脂的耐沒溫性好,711或712型環氧樹脂可快速固化,E-50環氧樹脂有好的光學性能。

                          從固化劑看,配制結構型環氧膠,宜采用中溫或高溫固化劑,如間苯二胺、二胺基二苯甲烷、2-乙基4-甲基咪唑及雙氰雙胺。要配制韌性和耐低溫性能好的環氧膠,可使用低分子聚酰胺固化劑200、203、300及650等。苯酚、甲醛與乙二胺的縮合反應物,脂肪伯胺與硫脲的縮合物等可加速環氧樹脂的固化,若在固化劑中添加5~10%的苯酚或間苯二酚也有同樣的效果。

                          在填料的使用上,應注意在膠接柔韌性材料最好不用或少用填料;加金屬粉末、碳酸鹽作填料的環氧膠不能接觸酸性介質;鋅粉及氧化鈣、二氧化鈦等作填料還可以加速環氧膠的固化;鉻酸鋅填料有好的耐濕熱性和耐鹽霧性。

                          總之,環氧樹脂膠粘劑,只要從粘料、添加劑及改性諸方面入手,可制備、派生出品種繁多、性能適應性好的多種一般或專用型膠粘劑,滿足各方面膠接的要求。這正是環氧樹脂膠粘劑已享有很大聲譽、具有強大生命力和正不斷迅速發展的原因。

                        環氧樹脂膠粘劑的改性

                          環氧樹脂膠粘劑之所以應用廣泛,除其具有多種優良性能外,另一重要的原因是可以對它進行改性,以產生更佳的各種性能來滿足不同的膠接要求。膠粘劑的改性,指的是采用物理或化學的方法,加入改性劑以改變膠粘劑的組成、結構,使之具備所要求的性質。將膠粘劑改性的方法可歸納為三類,即物理改生法、化學改性法和網絡互穿法。

                          物理改性法是指加入的改性劑與粘料間只發生物理混合過程的改性方法。該方法主要是利用某些改性劑的溶解度參數(SP)與膠粘劑粘料的SP相近而能互溶的原理,把改性劑與粘料混溶。溶入的改生劑雖不參與膠粘劑的固化反應,但可存在于其固化產物的網絡腔穴中,并能改善膠粘劑固化物的某些性質。

                          化學改性法是加入的改性劑和膠粘劑的粘料之間發生了化學反應,并以共聚、接枝、嵌段或鏈交聯等方式參與了膠粘劑的固化過程,同時成為膠粘劑固化產物網絡結構中的某些鏈節或鏈段,從而改變了膠粘劑的性質。網絡互穿法,是加入的改性劑在膠粘劑固化過程中也會自身聚合交聯成網絡,這種網絡與粘料固化中產生的網絡從分子上講是獨立的,互不成為對方分子中的鏈節或鏈段,但從存在上看,兩種網絡互相穿插交織,彼此纏結共存,從而使膠粘劑的性質改變。在對膠粘劑進行改性中,上述三種方法往往難于截然區分,通常是某種方法為主,其它方法也往往伴隨。

                          環氧樹脂膠粘劑就是按上述三種方法的原理進行各式各樣的改性,從而得到了多種新類型的改性環氧樹脂膠粘劑。

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