低氣味、低腐蝕性厭氧膠的研究

陳炳耀，彭小琴，覃燕龍，關(guān)志濤，劉若泰

（1.廣東三和控股有限公司，廣東 中山 528434；2.廣東三和化工科技有限公司，廣東 中山 528434；3.廣東阜和實業(yè)有限公司，廣東 中山 528434）

厭氧膠具有固化快、強度高、耐高溫、使用方便等特點，起到螺紋鎖固、密封、固持、粘接、堵漏等作用，在航空航天、軍工、汽車、機械、電子、電氣等行業(yè)有著廣泛應用。在厭氧膠的生產(chǎn)過程中，促進劑和引發(fā)劑是必不可少的成分，常用的促進劑有胺類化合物，如三乙胺、三正丁胺、N,N-二甲基對甲苯胺等，常用的引發(fā)劑有異丙苯過氧化氫、叔丁基過氧化氫等[1]，這些材料具有一定的揮發(fā)性和刺激性氣味，部分材料還具有腐蝕性和毒性，同時厭氧膠生產(chǎn)時還需要添加揮發(fā)性單體作為助促進劑，如丙烯酸、甲基丙烯酸等，這些材料不僅給生產(chǎn)投料帶來一定的困難，還影響了厭氧膠的使用，不符合環(huán)保要求。本文取消了揮發(fā)性單體如丙烯酸和甲基丙烯酸的使用，研究了低氣味、低腐蝕性的引發(fā)劑和促進劑對厭氧膠性能的影響，并制備了一種比較符合環(huán)保要求的厭氧膠。

1 實驗部分

1.1 主要材料

環(huán)氧丙烯酸酯，南通莊園化工有限公司；甲基丙烯酸羥丙酯，日本三菱公司；鄰磺酰苯酰亞胺，上海諾泰化工有限公司；N-乙酰苯肼，上海諾泰化工有限公司；對苯二酚，日本三井公司；異丙苯過氧化氫，上海邦成化工有限公司；乙二胺四乙酸二鈉鹽，上海市凱路化工有限公司；氣相二氧化硅，道康寧公司；過氧化二異丙苯，東莞永正化工有限公司；1,4-雙（叔丁基過氧異丙基）苯，東莞永正化工有限公司。

1.2 儀器設(shè)備

行星攪拌機，JB300-D，上海索映儀器設(shè)備有限公司；數(shù)字黏度計，NDJ-8S，上海安德儀器設(shè)備有限公司；扭矩扳手，TLB型，嵊州市帕克工具廠；電熱恒溫水浴鍋，HWS-24型，北京中科博達儀器科技有限公司；電熱鼓風干燥箱，101-1A型，天津市泰斯特儀器有限公司。

1.3 厭氧膠的制備

將環(huán)氧丙烯酸酯、甲基丙烯酸羥丙酯、氣相二氧化硅、穩(wěn)定劑、阻聚劑混合均勻，在45～60 ℃條件下攪拌4 h，停止加熱，繼續(xù)加入促進劑、助促進劑和引發(fā)劑攪拌1.5 h制得厭氧膠成品。厭氧膠的基本配方如表1所示。

1.4 性能測試

（1）固化速度：根據(jù)JB/T7311—2008，將鋼制M10標準螺栓螺母用丙酮清洗并干燥。在螺栓上涂足量的厭氧膠，擰上螺母，上下反復擰幾次，使螺紋間充滿膠液，于25 ℃放置固化，測其手擰不動的時間為初固時間/min。

（2）破壞扭矩、平均拆卸扭矩：準備M10標準螺栓螺母5套，用丙酮清洗并干燥。與（1）同樣的方法粘好螺栓螺母，于25 ℃放置24 h，按航空工業(yè)部標準HB5315—85，用扭矩扳手測定其破壞扭矩和平均拆卸扭矩/（N·m）。

（3）熱貯穩(wěn)定性：稱取20 g厭氧膠液于50 mL的玻璃瓶低密度聚乙烯瓶中，放置在溫度為80 ℃的烘箱，記錄膠液生成凝膠所需要的時間/h。

表1 厭氧膠的基本組成Tab.1 Basic composition of anaerobic thread locking adhesive

2 結(jié)果與討論

2.1 引發(fā)劑和促進劑的選擇

引發(fā)劑和促進劑的種類和用量對厭氧膠的固化速度、穩(wěn)定性和粘接強度有很大影響，引發(fā)劑一般為過氧化物，促進劑一般為胺類化合物和肼類化合物[2]。當前代表性的厭氧膠用引發(fā)體系有由過氧化物-有機取代肼-糖精以及由過氧化物-叔胺-糖精2大類引發(fā)體系所組成[3]，由于常用的過氧化物具有濃重的刺激性氣味和腐蝕性，胺類化合物具有強烈的胺臭味和毒性，影響了厭氧膠的生產(chǎn)和使用。本文對比了幾種不同的引發(fā)劑和促進劑，并選擇相對低氣味、低腐蝕性的材料作為本實驗的研究對象，具體情況如表2所示。

表2 引發(fā)劑和促進劑的種類Tab.2 Type of initiators and accelerants

由表2以看出，異丙苯過氧化氫和叔丁基過氧化氫具有強烈的刺激性氣味，不適合作為本實驗的引發(fā)劑，本文主要研究引發(fā)劑1,4-雙叔丁基過氧異丙基苯和過氧化二異丙苯對厭氧膠性能的影響。N,N-二甲基苯胺、三乙胺、三正丁胺作為厭氧膠常見的促進劑，都具有易揮發(fā)、有毒、有刺激性氣味的特點，不適合作為本實驗的促進劑，故本文主要研究N-乙酰苯肼作為促進劑時，厭氧膠性能的變化情況。

2.2 引發(fā)劑用量對厭氧膠性能的影響

當用N-乙酰苯肼作為促進劑，且質(zhì)量分數(shù)為w（N-乙酰苯肼）=0.8%時，不同用量的1,4-雙叔丁基過氧異丙基苯和過氧化二異丙苯作為引發(fā)劑對厭氧膠性能的影響如表3和表4所示。

表3 1,4-雙（叔丁基過氧異丙基）苯用量對厭氧膠性能的影響Tab.3 Effect of 1,4-bis（tert-butyldioxyisopropyl）benzene content on properties of anaerobic adhesive

表4 過氧化二異丙苯用量對厭氧膠性能的影響Tab.4 Effect of dicumyl peroxide content on properties of anaerobic adhesive

由表3和表4可以看出，隨著引發(fā)劑用量的增加，厭氧膠的固化速度也明顯加快，但當w（引發(fā)劑）≥2.6%時，厭氧膠的固化速度隨引發(fā)劑用量的增加而無明顯變化，這可能是因為當加入過量的引發(fā)劑時，體系聚合速度增大，厭氧膠高固化后交聯(lián)度過，膠接處易發(fā)生脆性斷裂而導致粘接失效[4]。厭氧膠的破壞扭矩和平均拆卸扭矩都隨引發(fā)劑的用量增大而呈現(xiàn)先增后減的趨勢，這可能是由于引發(fā)劑在聚合過程中產(chǎn)生的自由基數(shù)目增多，聚合物的相對分子質(zhì)量下降，導致體系交聯(lián)密度降低所致[5]。對比表3和表4可發(fā)現(xiàn)，以1,4-雙叔丁基過氧異丙基苯作為引發(fā)劑制得的厭氧膠，其穩(wěn)定性較差，所以選用過氧化二異丙苯作為引發(fā)劑。當w（過氧化二異丙苯）=2.6%時，厭氧膠的綜合性能較佳。

2.3 促進劑用量對厭氧膠性能的影響

當用過氧化二異丙苯作為引發(fā)劑，且w（過氧化二異丙苯）=2.6%時，不同用量的N-乙酰苯肼對厭氧膠性能的影響如表5所示。

表5 N-乙酰苯肼對厭氧膠性能的影響Tab.5 Effect of N-hydracetin content on properties of anaerobic adhesive acetylphenylhydrazine

由表5可以看出，隨著N-乙酰苯肼用量的增加，厭氧膠的固化速度越來越快，穩(wěn)定性越來越差，扭矩強度則隨N-乙酰苯肼用量的增加而逐漸增大后保持穩(wěn)定。綜合考慮，當w（N-乙酰苯肼）=0.8%時，厭氧膠的性能達到最佳平衡。

3 結(jié)論

以低氣味、低腐蝕性的N-乙酰苯肼和過氧化二異丙苯分別作為促進劑和引發(fā)劑，且w（N-乙酰苯肼）=0.8%、w（過氧化二異丙苯）=2.6%，制備出一種性能較好且比較環(huán)保的厭氧膠。

[1]張振英,張玉龍,李長德,等.厭氧膠黏劑[M].北京:化學工業(yè)出版社,2003,5.

[2]楊穎泰,劉偉塘,陳錫來.一種新型的厭氧膠用促進劑[J].化學與黏合,2007,29(3):137-139.

[3]李翔宇,陳樑,丁斌,等.厭氧膠黏劑的構(gòu)成及其發(fā)展應用狀況[J].昆明理工大學學報,2002,27(2):115-118.

[4]傅婧.高彈性環(huán)氧膠黏劑的研制[D].北京:北京化工大學,2009.

[5]李會錄,李曉佳,孫戎,等.影響螺紋鎖固膠性能的因素研究[J].中國膠粘劑,2011,20(4):31-35.