“502多久可以粘住？”——濕固化膠粘劑的熱分析解決方案

引言

大家應(yīng)該對(duì)502膠這款生活中常見的膠粘劑并不陌生，如果不小心粘在手上，不到一分鐘就會(huì)牢牢地跟人體皮膚形成一層膠層，十分難以清理，因?yàn)榇藭r(shí)已經(jīng)發(fā)生了交聯(lián)固化，酒精不能溶解，需要加熱到軟化溫度再慢慢清理下來。

圖1：生活中的502膠水

那么502是怎么發(fā)生交聯(lián)的呢？其實(shí)它主要組分為α-氰基丙烯酸乙酯，化學(xué)結(jié)構(gòu)式如圖2所示，它會(huì)與空氣中的水發(fā)生反應(yīng)，迅速由單體形成鏈?zhǔn)降捏w型結(jié)構(gòu)以達(dá)到固化交聯(lián)和粘接的作用，它屬于膠粘劑中的濕固化膠粘劑。

圖2：α-氰基丙烯酸乙酯及其固化機(jī)理

測(cè)試方案

我們?cè)谑褂酶鞣N膠水時(shí)，最常問的一句話就是：我按多久可以粘住??？，這個(gè)其實(shí)本質(zhì)上就是膠粘劑在某個(gè)溫度下的凝膠時(shí)間測(cè)定過程。凝膠時(shí)間(或貯存期)是指樹脂中分子形成凝膠所需的時(shí)間。凝膠之后， 樹脂就不再適合作其他用途。是可以通過TMA/SDTA2+進(jìn)行測(cè)試的，下面展示的案例即是由圖3中的梅特勒托利多TMA—Sorption 完成的濕固化膠粘劑測(cè)試方案。

圖3：梅特勒托利多TMA—Sorption設(shè)備

該樣品為某聚氨酯濕固化膠粘劑，因此在測(cè)試時(shí)就需要將樣品放置在設(shè)定的相對(duì)濕度(RH)下，然后 使用DLTMA技術(shù)測(cè)量樣品，DLTMA技術(shù)是TMA/SDTA2+所標(biāo)配的調(diào)制技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)負(fù)力向上抬樣品探頭以測(cè)試凝膠時(shí)間（參考GB 12007.7-89），施力過程如圖4所示。再通過濕度發(fā)生器設(shè)置相應(yīng)的濕度程序以進(jìn)行膠粘劑的濕固化凝膠時(shí)間測(cè)試。

圖4：調(diào)制力施加控制過程

在一定的溫度下，空氣中水蒸氣的含量是有限的，就像某一物質(zhì)溶解在水中時(shí)，一定溫度的水中能溶解多少這種物質(zhì)一樣。氣溫越高，空氣中能夠容納的水汽越多。氣溫越低，能容納的水汽越少。

測(cè)試方法及制樣

探針：3毫米球點(diǎn)探針。

力值：DLTMA測(cè)量期間的作用力在–0.010和0.010N之 間以正弦方式變化，周期為12 秒。
樣品制備過程：在30?C下將一小滴液體PUR膠粘劑直接滴到TMA的石英玻璃樣品支架上。測(cè)量之后，通O2高溫將固化物燒掉，冷卻后擦去殘留物。圖5顯示了在30?C和90%相對(duì)濕 度下執(zhí)行DLTMA測(cè)量的結(jié)果， DLTMA曲線可以在最大值和最小值之間以正弦方式變化，此時(shí)探頭壓入樣品或抬離樣品。在液態(tài)下，測(cè)量探針在向上過程中wan全抬離樣品。大約20分鐘之后，樣品向上抬離樣品變得困難。在70到100分鐘之間，該位移振幅保持在較為穩(wěn)定水平下；測(cè)量探針不再能wan全抬離。這是液滴表面形成了粘膜或表皮，防止探針抬離樣品。此粘膜在樣品內(nèi)部和實(shí)驗(yàn)氣氛之間形成了一個(gè)“擴(kuò)散屏障”，因此進(jìn)一步固化速度非常慢。從100分鐘開始，該位移幅度明顯變小。大約170分鐘之后，它逐漸變?yōu)榱?，材料變成粘性凝膠，探頭無法再上下運(yùn)動(dòng)。因此對(duì)于前文提到的502類膠水，不慎粘在手上，在“粘膜”形成的時(shí)間前我們一定要迅速清洗掉！

如圖6上曲線所示，開始時(shí)間T1描述了表面粘膜的形成，開始溫度T2的第二步則表示整個(gè)液滴開始固化，之后在最終時(shí)間T3幾乎wan全固化。因此T3與樣品的凝膠時(shí)間相對(duì)應(yīng)。

圖5.樣品在設(shè)定溫/濕度下的固化曲線

此外，在30℃條件下也進(jìn)行了 70%和80%的RH對(duì)樣品固化過程影響的測(cè)試。圖6顯示了特征時(shí)間T1、T2和T3與相對(duì)濕度的關(guān)系。隨著相對(duì)濕度的增加，反應(yīng)速度也加快。樣品表面粘膜的形成時(shí)間 (T1)和“內(nèi)部濕化”的開始時(shí)間 (T2)對(duì)于相對(duì)濕度的依賴性比凝膠時(shí)間T3要小很多。

圖6. T1、T2、T3與相對(duì)濕度的關(guān)系

結(jié)論

熱固性樹脂的濕固化可以通過進(jìn)行DLTMA技術(shù)與濕度發(fā)生器聯(lián)用的方式進(jìn)行測(cè)量?？梢酝ㄟ^調(diào)整相對(duì)濕度和溫度來研究膠粘劑的凝膠時(shí)間影響因素。