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微量成分对厌氧胶力学性能的影响

1试验部分

1.1试验原料

乙二胺四乙酸四钠(EDTA-4NA),工业级,上海紫铭试剂厂;聚醚多元醇(PPG),工业级(牌号为N-220),宁波市镇海顺祥化工有限公司;甲苯二异氰酸酯(TDI),工业级,潍坊翔丰化工有限公司;甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA),工业级,上海睿腾化工有限公司;邻苯甲酰磺酰亚胺(糖精),工业级,河南建昌精细化工有限公司;对苯二酚(HQ),工业级,湖北众诚实业有限公司;异丙苯过氧化氢(CHPO),工业级,武汉普亿诺化工有限公司;乙酰苯肼(HZ),工业级,上海瀚思化工有限公司;二月桂酸二丁基锡(DBTDL),工业级,常州凯瑞化学科技有限公司。

1.2试验仪器

AKF-1型库仑卡尔费休水分测量仪,上海禾工科学仪器有限公司;NDJ-1型旋转黏度计,上海羽通仪器仪表厂;LY-100型压力表校样仪,徐州市鼎诚标准计量技术开发有限公司。

1.3试验制备

(1)单体制备:在装有电动搅拌器、温度计的250mL三口烧瓶中,加入PPG,100~120℃真空脱水若干时间;脱水完毕后,依次加入TDI、DBTDL(催化剂),80~85℃反应3h;降温至80℃以下,加入过量的HEMA,75~80℃反应1.5h;最后加入阻聚剂(HQ),反应0.5h即可。(2)配胶:在所制备的单体中加入1/5的5%EDTA-4NA盐溶液、HZ和助促进剂(糖精),水浴升温至40~60℃,搅拌8~10min,使物料完全溶解;冷却至室温,加入引发剂(CHPO)、剩余4/5的5%EDTA-4NA盐溶液,混合均匀后,避光保存。

1.4测试或表征

(1)水分含量:按照ASTMD6304—2007标准,采用库仑卡尔费休水分测量仪进行测定。(2)耐压性:按照KJ-JS-1039A0—2013标准,采用压力表校样仪进行测定。(3)初固时间:按照ASTM5363—1997标准进行测定。(4)黏度:按照GB/T2794—2013标准,采用旋转黏度计进行测定(试验温度为23℃)。(5)储存稳定性:将2~3mL胶样置于直径为1cm的高压聚乙烯管中,(80±2)℃静置至规定时间;若胶样无凝胶现象时,则视为其储存稳定性合格。

2结果与讨论

2.1不同因素对单体黏度和厌氧胶耐压性的影响

2.1.1PPG中微量水分的影响

随着PPG真空脱水时间的逐渐延长,PPG中水分含量和单体黏度下降、厌氧胶的耐压性提高。这是由于PPG中水分与TDI中—NCO基团会发生副反应,致使单体黏度增大、厌氧胶的耐压性下降。综合考虑,本研究选择PPG真空脱水时间≥2h时较适宜,此时单体黏度适中、厌氧胶的耐压性满足相关标准要求。

2.1.2HEMA中微量水分的影响

在其他条件不变的前提下,HEMA中微量水分对单体黏度和厌氧胶耐压性的影响如表2所示。由表2可知:HEMA的真空脱水时间及其水分含量对单体的黏度、厌氧胶的耐压性影响不显著。这是由于PPG中的水分与TDI中的—NCO基团发生反应,几乎完全消耗了体系中的游离—NCO基团;此时因HEMA而引入的微量水分较稳定,对单体及厌氧胶的性能基本无影响。因此,在单体制备脱水环节中一定要尽可能除去PPG中所带的水分,但无需对HEMA进行脱水处理(即可直接使用市售的HEMA)。

2.1.3催化剂掺量的影响

单体黏度随催化剂DBTDL掺量增加而在7.5~11.0Pa·s范围内波动,并且在w(DBTDL)=0.15%(相对于单体总质量而言)时相对最低、在w(DBTDL)=0.10%时相对最高[这是因为引发初期催化剂掺量越多,合成单体的Mr(相对分子质量)越大;当w(DBTDL)>0.10%时,合成单体的Mr逐渐降低;而当w(DBTDL)>0.15%时,反应中生成了脲基甲酸酯类聚合物,故单体黏度不降反升];厌氧胶的耐压性随催化剂掺量增加呈先升后降再升再降态势,并且在w(DBTDL)=0.10%时相对最大(耐压性曲线和黏度曲线的变化趋势基本一致,这是由于合成的单体Mr越高,厌氧胶固化后的本体强度也就越大,故其耐压性也相应变大)。综合考虑,本研究选择w(DBTDL)=0.10%时较适宜。

2.1.4EDTA-4NA掺量的影响

金属离子能快速提升厌氧胶体系的固化速率,这也是该类胶粘剂在螺纹、法兰等金属部件的锁固和密封中得到广泛应用的原因之一。然而,厌氧胶中含有的金属离子将严重影响厌氧胶的储存稳定性。为此,需在厌氧胶中添加少量的金属螯合剂,以去除游离态的金属离子、提高厌氧胶的储存稳定性。常用的金属螯合剂为EDTA金属盐。在其他条件保持不变的前提下。随着EDTA-4NA掺量的不断增加,厌氧胶的初固时间逐渐延长,但其耐压性和储存稳定性均变化不大;当w(EDTA-4NA)=0.02%时,厌氧胶的80℃储存稳定期超过8.0h。综上所述,在实际生产和使用过程中,EDTA-4NA掺量的多少应根据厌氧胶初固时间的具体要求而定。

3结语

(1)PPG中的微量水分对单体黏度、厌氧胶耐压性的影响较大,故PPG用前需进行严格的脱水处理;HEMA中的微量水分对单体黏度、厌氧胶耐压性的影响较小,故HEMA用前无需脱水处理。(2)当w(DBTDL)=0.10%时,厌氧胶的耐压性相对最好。(3)EDTA-4NA的引入对厌氧胶的耐压性影响不明显,但可明显提高厌氧胶的高温(80℃)储存稳技术经济期刊定性,并且其初固时间随EDTA-4NA掺量增加而延长。在实际生产和使用过程中,EDTA-4NA的掺量应根据厌氧胶初固时间的具体要求而定。

作者:徐燕 单位:上海康达化工新材料股份有限公司


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