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[组图]黏合剂和密封胶湿固化机制(上)         
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黏合剂和密封胶湿固化机制(上)
作者:佚名 文章来源:本站原创 点击数: 更新时间:2005-10-24 23:51:21

 

 

 

 

 

 

 

 



                 Moisture Curing Mechanisms for Adhesives and Sealants

 

Edward M. Petrie, Member of SpecialChem Technical Expert Team.


Introduction
General Characteristics
Cyanoacrylates
Silicones
Polyurethanes
Conclusions

引言Introduction

我们处在潮湿环境中,湿气很丰富和无价的。如果湿气被用做固化黏合剂的一个组分那不是很神奇?这些产品不需要混合,溶剂挥发,或有目的加热就能固化不更令人惊奇?的确,在现代商业上有很多这种情况。

湿气固化黏合剂和密封剂同大气中湿气反应形成具有高强性和黏接固化聚合物层。这些实际上是双组分产品,其中一个组分是湿气。湿气是由周围空气提供的(用相对湿度表示),它也可能吸收表面或很多基层材料内部。

常见的湿固化树脂有氰基丙烯酸酯黏合剂,硅酮密封胶和聚氨酯。氰基丙烯酸酯黏合剂作为黏合剂,硅酮密封胶聚氨酯作为密封剂,填缝材料和垫圈,也被用作黏合剂。

一般通性 General Characteristics

 

由于它们节约成本和时间,湿气固化产品正在夺取更大的胶黏剂和密封胶市场。它们的价值包括表面要求低,快速固化,易使用,在恶劣环境下工作。随着湿固化产品应用范围扩大,工程师们已能细致完成湿固化体系,包括预处理方法,黏合剂和密封胶,顶涂,除了使用上有利条件外,湿固化黏合剂物理化学性质被广泛知道,更亲切地比做双组分产品。

氰基丙烯酸酯黏合剂,硅酮密封胶和聚氨酯体系性质概述在表1


Type

General Description

Advantages

Limitations

Service Temp.

Cyanoacrylate

Relatively low viscosity adhesives that cure anionically in response to substrate borne atmospheric moisture.

Excellent adhesion to a wide range of substrates.
Very effective on rubber and on most plastics.
Extremely fast cure at room temperature.

Brittle when cured.
Limited thermal and hydrolytic stability.
Does not cure well in large gaps.

-50 to +80 °C

RTV Silicone

Sealants (mainly) and adhesives that cure on exposure to atmospheric moisture by a condensation mechanism that results in release of by-products.

Excellent thermal, oxidative and hydrolytic stability

Unpleasant side products.
Limited adhesion to certain substrates.

-80 to +200 °C

Polyurethanes

Sealants and adhesives that cure by an isocyanate reaction to atmospheric moisture.

Adhesion to a wide range of substrates.
Excellent strength and elongation.

Slow curing.
Usually low modulus.

-80 to +120 °C

Table 1: Common One Component, Moisture Curing Adhesives and Sealants

对于氰基丙烯酸酯黏合剂聚合反应初始条件基层表面所含湿气,只有湿气量达到固化要求,得到最终性能,因此氰基丙烯酸酯黏合剂胶接在基层面积对黏合剂量很高时是最有效的.而对硅酮密封胶和聚氨酯来说,湿气必须渗透黏合剂和密封胶内部才开始缩聚反应,与氰基丙烯酸酯黏合剂相比要求更多的湿气.湿气必须扩散到坚硬树脂的表面才能容易聚合达到最终性能. 硅酮密封胶和聚氨酯湿固化产品要求胶接宽度和深度不超过1015㎜以便湿气能扩散到胶接中心反应.对于硅酮密封胶和聚氨酯,黏合剂胶接和密封最好工作环境是材料最大限度暴露在空气中,固化速度取决于环境的相对湿度和温度.在低温(低于-10°C)大气中潮湿度是值得关注的, 聚氨酯湿固化速度是非常慢的.对这些黏合剂和密封胶安全使用是十分实际的.

在湿固化硅酮密封胶和聚氨酯产品中,在材料内部发生的化学反应如此迅速超过水的扩散.因此这些物质形成外表暴露到空气中.外表担起了阻碍水渗透到未反应材料中.任何通过阻碍层的水都能快速固化未反应物,阻碍层被增厚.在阻碍层固化深度,z,由下式给出

  z = (2PVpt)1/2

P代表固化原料中水的渗透系数,V代表同1摩尔水反应黏合剂体积,p代表水的蒸气压,t代表反应时间.当一种黏合剂比其他黏合剂快速固化时,主要原因是它的高水渗透性., 硅酮密封胶比聚氨酯固化速度快410. 氰基丙烯酸酯黏合剂固化性非常适合作黏合剂.它们能提供对不同材质有极好黏结,相应的高抗张强度和黏附性. 氰基丙烯酸酯黏合剂固化后很脆,耐热性和耐水性方面受到限制.由于快速速率和接触固化本性,它们只能在很薄的横截面上固化.因此这类树脂不能用做密封或缝隙填充.

硅酮密封胶和聚氨酯在另一方面被用于黏合剂和密封剂配方,它们有高度可塑性、相对较低的抗张强度.单组分配方比双组分配方有较低的内聚强度,因此单组分硅酮密封胶和聚氨酯经常被用于密封。黏合剂配方提供了胶接性能,如热膨胀和收缩性,高冲击强度和撕裂强度.

氰基丙烯酸酯黏合剂 Cyanoacrylates

氰基丙烯酸酯黏合剂已在SpecialChem4Adhesives1上论述 。它们是在弱碱存在下进行阴离子聚合,如水。稳定剂一般使用弱酸性气体如SO2, NO, BF3。使用聚乙烯瓶,防止在容器中聚合。对很多物质,在水吸收层中氢氧根离子催化聚合。当黏合剂同弱碱性表面接触,痕量吸收水或氢氧根离子(OH)中和表面酸性稳定剂,迅速固化如图12所示。


 Figure 1: Chemical reaction of cyanoacrylate adhesives. 2


Figure 2: The curing process in cyanoacrylate adhesives consists of: (1) acidic acid stabilizer prevents the adhesive molecules from reacting, thus keeping the adhesive liquid, (2) surface moisture neutralizes the stabilizer, (3) polymerization begins, and (4) many polymer chains are formed, which are interwoven with each other. [Courtesy Loctite Corporation]


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