单体纯度对α-氰基丙烯酸酯胶性能的影响

刘 洁

（北京天山新材料技术有限公司，北京 100041）

单体纯度对α-氰基丙烯酸酯胶性能的影响

刘 洁

（北京天山新材料技术有限公司，北京 100041）

选用单体α-氰基丙烯酸乙酯、增韧剂、稳定剂及其他助剂制备了2种α-胶样，其中样1的单体纯度较高，样2的单体纯度较低，其余组分相同。通过对比2种胶样的性能发现，单体纯度较高的样1在固化时间、耐热性、耐湿热方面都明显高于单体纯度较低的样2，单体纯度对热老化性能的影响不大。

氰基丙烯酸乙酯；纯度；性能

α-氰基丙烯酸酯胶粘剂（以下简称α-胶）因具有单组分、无溶剂、固化较快、粘接材质广泛以及强度较高等特点，已在医疗、军事和民用等领域得以广泛应用。近年来大家对其生产、配方等方面的研究很多，如从助剂选择方面研究了如何提高耐热性、耐湿性和固化速率等性能[1～3]。

本研究通过试验室自制的2种不同纯度的α-氰基丙烯酸乙酯单体配置成胶液，比较2者在固化速率、耐热性和耐湿热等性能方面的差异，并考查了α-氰基丙烯酸乙酯单体纯度对α-胶性能的影响。

1 实验部分

1.1 实验材料及仪器设备

2种不同纯度的α-氰基丙烯酸乙酯单体（以下分别简称高纯度单体、低纯度单体），试验室自制；增稠剂聚甲基丙烯酸甲酯，市售；增韧剂丁腈橡胶，兰州石化公司合成橡胶厂；稳定剂对苯二酚、对甲苯磺酸，市售。

3369 型电子拉力机，美国Instron公司；C4- 1000型高低温湿热试验箱，德国VOTSCH公司；CS101- 2EB型电热鼓风干燥箱，重庆四大试验设备有限公司。

1.2 胶粘剂的制备

将一定比例的α-氰基丙烯酸乙酯、增韧剂、稳定剂和增稠剂等助剂混合均匀，加热搅拌若干时间，待助剂完全溶解即得α-胶。由高纯度的α-氰基丙烯酸乙酯配成的胶液简称样1，由低纯度的α-氰基丙烯酸乙酯配成的胶液简称样2。

1.3 性能测试

（1）固化时间

在温度为（23±2）℃，相对湿度（50±5）%的环境下，将胶粘剂滴1滴至测试材质上，立即用另一试片粘合上，粘接面积为12. 5 mm×25 mm，并施加相同压力压合一定时间后，下挂3 kg重物测试。测试粘接件倒挂重物后粘接部位未被破坏的最短时间，此时间记录为固化时间（见图1）。

图1 固化时间测试Fig.1 test of curing time

（2）剪切强度

按照GB/ T 7124—2008《胶粘剂拉伸剪切强度的测定（刚性材料对刚性材料）》标准，采用电子拉力机进行测定（拉伸速率为5 mm/ min，测试温度为室温）。

（3）热强度

按照GB/ T 7124—2008《胶粘剂拉伸剪切强度的测定（刚性材料对刚性材料）》标准，采用电子拉力机进行测定（在高温烘箱中的指定温度下加热若干时间，并以此温度作为测试温度，拉伸速率为5 mm/ min）。

（4）耐湿热老化性能

将完全固化后的胶接件置于不同温湿度条件的高低温湿热试验箱中，120 h后取出，冷却至室温后测定剪切强度。

（5）耐120 ℃热老化性能

将完全固化后的胶接件置于120 ℃的烘箱中，分别取出放置100、500、1 000 h，冷却至室温后测定剪切强度。

2.1 单体纯度对α-胶固化时间的影响

选取几种α-胶较易粘接的材质，如碳钢板、铝片和丁腈橡胶等，通过测试不同材质的固化时间得到不同单体纯度对α-胶固化时间的影响规律，结果如表1所示。

2 结果与讨论

表1 单体纯度对胶粘剂固化时间的影响Tab.1 Effect of monomer purity on curing time of adhesive

由表1可知：单体纯度对固化时间的影响程度和粘接材质有关，在塑料和橡胶上相比金属要快很多。因此在考查范围内，样1和样2在塑料、橡胶材质上固化时间的最大差异也仅有3 s左右。为了将差异性放大，对碳钢和铝材质仅做除油等简单表面处理，从表1可明显看到，样1的固化时间比样2要快30～50 s。进一步验证了样1即单体纯度高的胶液固化时间较快。由于样2中低纯度的单体含有杂质较多，为了能够稳定存在，相应其酸性阻聚剂含量也会添加较多，从而会消耗掉更多材质表面的水分等引发剂，最终导致固化时间的延长。

2.2 单体纯度对α-胶热强度的影响

由图2可知：随着温度的升高，高纯度单体的胶样1热强度逐渐显现出其优势，尤其在120℃时，其热强度保持率能够达到43%，相比样2高出了13%，这主要是由于样1中的单体纯度较高，杂质含量较少，单体有更多的机会互相接触参与反应，使其最终可以得到分子链较长的聚合物，在这种情况下，Tg（玻璃化转变温度）相应也会升高，因此样1的热强度相比样2也就会更好。

图2 单体纯度对胶耐热性的影响Fig.2 Effect of monomer purity on hot strength of adhesive

2.3 单体纯度对α-胶耐湿热性能的影响

选择3种湿热条件，分别是50 ℃/95% RH、63 ℃/90% RH和80 ℃/85% RH，对胶粘剂的耐湿热性进行考查，结果如表2所示。

表2 单体纯度对胶耐湿热性剪切强度的影响Tab.2 Effect of monomer purity on wet heat resistance

由表2可知：在3种不同温湿度条件下，α-胶样1均保持了较高的剪切强度、比α-胶样2在同样条件下的强度均高出约2 MPa。即使在条件最苛刻的80 ℃/85% RH放置120 h后，样1的强度保持率仍高达79%。

2.4 单体纯度对α-胶热老化性能的影响

由图3可知：2种胶样在120 ℃老化不同时间后，剪切强度相差不大。分析原因可能是试验选择的120 ℃已经超过了α-氰基丙烯酸乙酯聚合物本身的耐温性。无论单体纯度高低、聚合物分子链的长短，在120 ℃放置一段时间后，均会发生高温分子链断裂或分解。具体机理还有待考查。

3 结论

本研究考查了用高纯度单体和低纯度单体制备的2款α-胶的固化速率、热强度、耐湿热性以及120 ℃老化性能等，从中发现，单体纯度对α-胶的固化速率、热强度、耐湿热性能有较大影响，且高纯度单体相比低纯度单体能达到更快的固化速率和保持更高的强度。但单体纯度对120 ℃老化性能影响不大，具体机理还有待考查。

图3 单体纯度对α-胶热老化强度变化率的影响Fig.3 Effect of monomer purity on strength change rate during 120℃ heat aging

[1]刘贺年,盛明爽,刘海峰,等.α-氰基丙烯酸酯胶粘剂改性后的水下粘接性能[J].材料保护,2009, 42(11): 52- 54.

[2]王勃,邸明伟,郭金彦,等.α-氰基丙烯酸酯胶接性能的改进[J].粘接,2000, 21(2):17- 19.

[3] DRAIN K F, GUTHRIE J, LEUNG C L, et al. The effect of moisture on the strength of steel- steel cyanoacrylate adhesivebonds[J].Journal of Adhesion, 1984, 17(1):71- 81.

Effect of monomer purity on performance of α-cyanoacrylate adhesive

LIU Jie
(Beijing Tonson Adhesive Co., Ltd., Beijing 100041, China)

In this work, we prepared two α-cyanoacrylate adhesive samples (1 and 2), which mainly comprise the ethyl α-cyanoacrylate monomer, toughening agent, stabilizer and other additives. Sample 1 and 2 used the high purity monomer and the low purity monomer, respectively, and other components were same. The results indicated that sample 1 showed improved cure speed, hot strength and wet heat resistance, compared to sample 2, and the effect of monomer purity on the heat ageing property was not obvious.

ethyl α-cyanoacrylate; purity; performance

TQ433.4+3

A

1001-5922（2017）05-0045-03

2016- 11- 17

刘洁（1979-），女，硕士，主要从事α-氰基丙烯酸酯胶粘剂等方面的研究。E- mail：jie. liu@ hbfuller. com。