涂料技术
研究紫外光固化胶粘剂的粘接强度
UV(紫外光)固化胶具有固化速率快、可大面积施工和生产效率高等优点,已在电子电器、医疗器械等领域中得到广泛应用。UV固化胶的粘接强度主要与配方、被粘接材料及其表面处理技术等有关,并且UV固化胶中低聚物的选择及配方设计极其重要[1-3]。
本研究以二官能团PUA(聚氨酯丙烯酸酯)为基体树脂、四氢呋喃丙烯酸酯为稀释单体,并辅以偶联剂、填料和光引发剂等制备UV固化胶;然后以PC(聚碳酸酯)塑料为被粘接材料,着重探讨了UV固化胶中各组分变化对PC塑料粘接强度的影响,从中优选出制备UV固化胶的较佳配方。
1试验部分
1.1试验原料
聚己内酯二醇(PCL),工业级,德国BASF公司;异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI),工业级,德国BAYER公司;丙烯酸羟乙酯(HEA),工业级,日本触媒公司;四氢呋喃丙烯酸酯、丙烯酸异冰片酯、甲基丙烯酸羟乙酯、己二醇二丙烯酸酯、二缩三丙二醇二丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA),工业级,Sartomer公司;γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH-550)、γ-缩水甘油醚基丙基三甲氧基硅烷(KH-560)、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH-570)、乙烯基三乙氧基硅烷(A151)、乙烯基三甲氧基硅烷(A171)、N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷(KH-792),工业级,佛山文泰化工有限公司;nano-SiO2(纳米二氧化硅),工业级,Degussa公司;nano-CaCO3(纳米碳酸钙)、硅灰粉、金红石型TiO2(钛白粉),工业级,广州瑞格化工有限公司;HCPK(1-羟基环己基苯基甲酮),工业级,常州华钛化学有限公司。
0.175mm厚PC(聚碳酸酯)塑料片材,美国GE公司。
1.2试验仪器
SafQ-H10K型台式万能材料试验机,德国SafQ公司;Intelli-Ray400型全功能UV固化机(光源为400W金属卤素灯),美国Uvitron公司;Sirion200型扫描电镜,荷兰FEI公司。
1.3试验制备
1.3.1二官能团PUA的制备
在装有温度计、搅拌器和抽真空装置的四口烧瓶中,加入计量的PCL,升温至110℃,真空脱水2h;降温至80~85℃,加入IPDI,搅拌反应若干时间;待-NCO含量达到设计值时,升温至90℃,加入计量的HEA,继续反应2~3h。
1.3.2UV固化胶及测试用样品的制备
(1)UV固化胶的配制:用稀释单体溶解HCPK,然后加入其他组分,搅拌均匀即可。
(2)PC胶接件的制备:将两块相同尺寸的PC片材(300mm×25mm)胶接在一起(胶接面积为180mm×25mm,胶层厚度为0.02~0.03mm);然后在UV辐照下固化完全(UV辐射源的主波长为365nm,入射光强为60mW/cm2,光照时间为20s)。
1.4测试与表征
(1)T型剥离强度:按照GB/T2791—1995标准,采用万能材料试验机进行测定(测试温度为21~25℃,相对湿度为45%~55%)。
(2)体积收缩率[4]:先测定固化前后试样的密度,然后根据密度计算体积收缩率(水为参比物,测试温度为25℃,UV固化)。
(3)微观形貌:采用扫描电镜(SEM)进行观测(喷金处理剥离后的PC板材,放大倍数为180倍)。
2结果与讨论
2.1稀释单体种类对胶粘剂粘接强度的影响
在其他条件保持不变的前提下[如w(二官能团PUA)=64%、w(稀释单体)=30%、w(KH-560)=1.00%、w(HCPK)=3.0%和w(nano-SiO2)=2.0%,上述原料的质量分数均相对于总物料而言],通过改变稀释单体种类来考察胶粘剂粘接强度和体积收缩率的变化情况,结果如表1所示。

本研究以二官能团PUA(聚氨酯丙烯酸酯)为基体树脂、四氢呋喃丙烯酸酯为稀释单体,并辅以偶联剂、填料和光引发剂等制备UV固化胶;然后以PC(聚碳酸酯)塑料为被粘接材料,着重探讨了UV固化胶中各组分变化对PC塑料粘接强度的影响,从中优选出制备UV固化胶的较佳配方。
1试验部分
1.1试验原料
聚己内酯二醇(PCL),工业级,德国BASF公司;异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI),工业级,德国BAYER公司;丙烯酸羟乙酯(HEA),工业级,日本触媒公司;四氢呋喃丙烯酸酯、丙烯酸异冰片酯、甲基丙烯酸羟乙酯、己二醇二丙烯酸酯、二缩三丙二醇二丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA),工业级,Sartomer公司;γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH-550)、γ-缩水甘油醚基丙基三甲氧基硅烷(KH-560)、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH-570)、乙烯基三乙氧基硅烷(A151)、乙烯基三甲氧基硅烷(A171)、N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷(KH-792),工业级,佛山文泰化工有限公司;nano-SiO2(纳米二氧化硅),工业级,Degussa公司;nano-CaCO3(纳米碳酸钙)、硅灰粉、金红石型TiO2(钛白粉),工业级,广州瑞格化工有限公司;HCPK(1-羟基环己基苯基甲酮),工业级,常州华钛化学有限公司。
0.175mm厚PC(聚碳酸酯)塑料片材,美国GE公司。
1.2试验仪器
SafQ-H10K型台式万能材料试验机,德国SafQ公司;Intelli-Ray400型全功能UV固化机(光源为400W金属卤素灯),美国Uvitron公司;Sirion200型扫描电镜,荷兰FEI公司。
1.3试验制备
1.3.1二官能团PUA的制备
在装有温度计、搅拌器和抽真空装置的四口烧瓶中,加入计量的PCL,升温至110℃,真空脱水2h;降温至80~85℃,加入IPDI,搅拌反应若干时间;待-NCO含量达到设计值时,升温至90℃,加入计量的HEA,继续反应2~3h。
1.3.2UV固化胶及测试用样品的制备
(1)UV固化胶的配制:用稀释单体溶解HCPK,然后加入其他组分,搅拌均匀即可。
(2)PC胶接件的制备:将两块相同尺寸的PC片材(300mm×25mm)胶接在一起(胶接面积为180mm×25mm,胶层厚度为0.02~0.03mm);然后在UV辐照下固化完全(UV辐射源的主波长为365nm,入射光强为60mW/cm2,光照时间为20s)。
1.4测试与表征
(1)T型剥离强度:按照GB/T2791—1995标准,采用万能材料试验机进行测定(测试温度为21~25℃,相对湿度为45%~55%)。
(2)体积收缩率[4]:先测定固化前后试样的密度,然后根据密度计算体积收缩率(水为参比物,测试温度为25℃,UV固化)。
(3)微观形貌:采用扫描电镜(SEM)进行观测(喷金处理剥离后的PC板材,放大倍数为180倍)。
2结果与讨论
2.1稀释单体种类对胶粘剂粘接强度的影响
在其他条件保持不变的前提下[如w(二官能团PUA)=64%、w(稀释单体)=30%、w(KH-560)=1.00%、w(HCPK)=3.0%和w(nano-SiO2)=2.0%,上述原料的质量分数均相对于总物料而言],通过改变稀释单体种类来考察胶粘剂粘接强度和体积收缩率的变化情况,结果如表1所示。

由表1可知:当稀释单体为四氢呋喃丙烯酸酯和丙烯酸异冰片酯时,相应胶粘剂的粘接强度相对较高,体积收缩率相对较低。这是由于这两种稀释单体均属于单官能团单体,并且两者侧基体积均较大,故相应胶粘剂的体积收缩率均相对较低;另外,四氢呋喃丙烯酸酯对大多数塑料(包括PC)的溶胀能力均较强,从而有利于改善相应胶粘剂与塑料间的粘接强度。综合考虑,本研究选择四氢呋喃丙烯酸酯作为UV固化胶的稀释单体。
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