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            高性能粘合劑的特殊解決方案
            2022年05月12日    閱讀量:     新聞來源:涂料在線 coatingol.com  |  投稿

            高性能粘合劑的特殊解決方案 涂料在線,coatingol.com

            Nouryon 公司Christian Probst和Carlos Alva介紹了多硫化物聚合物。它們已經用于密封劑,也可以用于粘合劑行業。

            液態多硫化物聚合物是一種獨特的預聚體,在全球被用于建筑和建筑工業的密封膠、中空玻璃窗和航空航天工業涂料在線coatingol.com。品牌名為“Thioplast”的高活性聚合物以硫醇(SH)或環氧作為鏈終止劑,以其優異的耐化學性和耐溶劑性、低溫柔韌性、耐候性和出色的氣體阻隔性能而聞名,因其易加工,深受密封膠生產商的喜歡。然而,在粘合劑生產商中,這種有將近100年歷史的聚合物卻非常罕見,現在讓我們仔細看看這類聚合物的粘結能力。


            Thioplast多硫化物聚合物的特殊物理和化學性質是基于其結構(圖1),在多步驟的水基制造過程中,硫被加入到聚合物的主鏈中,并構成了它的還原硫醇形式的端基。


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            圖1 液態多硫化物聚合物的化學結構


            硫醇基團是非?;顫姾突瘜W用途廣泛的終止基團,可以用來將聚合物整合到一個廣譜的不同體系中(圖2)。與合適的材料固化后,形成的三維網絡由二硫鍵組成,具有在中等溫度下進行交換反應的非凡能力。這使得以多硫化物聚合物為基礎的系統能夠在壓力下釋放應力,并自行修復裂紋或劃痕等物理損傷。


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            圖2  SH鏈終止多硫化物聚合物的化學多功能性


            多硫化物在環氧樹脂系統中


            雖然硫醇可以與異氰酸酯、二烯或氧化劑反應,但在本文中,我們主要關注環氧化物作為反應材料。環氧基材料以其優越的粘合特性和出色的耐化學性而聞名,但這并不意味著這兩個屬性都不能改進。如果粘合劑生產商希望提高柔韌性、低溫抗裂性和抗沖擊性,同時提高耐化學性,Thioplast多硫化物可以作為解決方案。


            為了使環氧樹脂體系具有足夠的柔韌性以形成性能良好的粘合劑,該體系需要在某種程度上進行改變。一種有效的方法是將低分子量的多硫化物與環氧化物混合。如果選擇硫醇作為鏈終止劑(Thioplast G產品系列)),則在共混過程中環氧化物和多硫化物進行共聚合。如用胺固化后,其結果是具有非凡性能的多硫化物增強環氧材料。


            圖3展示了如何將一個SH鏈終止的多硫化物接入到一個環氧體系。在 “彈性體多硫化物對環氧樹脂涂層的改性和增強”論文中,McClanahan博士已經混合了少量的低分子量多硫化物“Thioplast G4”(粘度@ 25°C = 1Pa*s)和標準環氧樹脂,以評估對附著力、防腐性能、吸水、抗沖擊等重要性能參數的影響(McClanahan, 2017)。圖3顯示了單組分的環氧與多硫化物混合,并以胺(“Ancamide 702B75”)作為固化劑的混合物。由于SH基團的高反應活性,“A部分”中的兩個組份發生反應,生成了多硫化物改性環氧樹脂,可以用普通的胺固化。


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            圖3 環氧樹脂中SH鏈終止多硫化物的配方實例


            通過將5-20%的多硫化物混合到環氧樹脂中,環氧樹脂體系的關鍵參數如柔韌性或吸水率得到了改善。對鋁材的附著力也是如此。圖4顯示了環氧體系中多硫化物含量對拉拔粘結強度的影響??吹贸鰜?,隨著多硫化物含量的增加,粘合力逐漸增加。當多硫化物含量為20%時,粘結強度相比純環氧化物提高了40%。這種顯著的增加一方面可以歸因于材料的柔韌性的增加,另一方面極性的改變,使得材料有更好的潤濕性。

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            圖4 粘結強度與多硫化物含量關系


            環氧鏈終止的多硫化物


            任何以前接觸過多硫化物的人都知道它們有典型的硫醇氣味。對于那些想要避免這種氣味的人,諾里昂的解決方案是使用環氧鏈終止的Thioplast EPS產品系列。環氧鏈終止的多硫化物不僅使多硫化物沒有氣味,而且有更簡單的配方路線。當需要快速固化時可以采用活性很高的芳香族的EPS 70。這一等級產品可以在室溫下數小時內固化。如果是戶外應用,配方師往往更喜歡脂肪族的EPS 25。就在最近,諾里昂已經將全新的Thioplast EPS 35商業化。這一等級產品結合了EPS 70的反應性與脂肪族特性和EPS 25的效率。


            為了證明Thioplast EPS 35的效果,一種方法是檢查典型的環氧體系的柔韌性,這取決于多硫化物聚合物的含量(圖5)。用普通的胺固化后,環氧體系像玻璃一樣易碎。典型的斷裂前最大伸長率不超過3%界限。然而,在Thioplast EPS中,這一界限發生了巨大的變化。


            在含有20%的 Thioplast EPS 35的環氧樹脂組份中,最大延伸率從2.5%提高到50%,提升了20倍。同時,肖氏硬度降低,這有利于提高抗沖擊性。這兩種性能結合改善后的潤濕性,使得材料在各種金屬基板上的剪切強度顯著提高(圖6)。

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            圖5 肖氏硬度和最大斷裂伸長率與Thioplast EPS 35含量的關系。樣品在室溫下固化21天

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            圖6 純環氧膜和含Thioplast EPS 35膜的剪切強度?;旌虾蟮沫h氧膜是在不同的金屬基板上澆鑄和固化的


            在上面提及的例子中,24%的 Thioplast EPS 35被摻入到環氧組份中。配方并不是為了最大的粘合力而定制的,仍然可以看到在環氧體系的剪切強度上存在巨大差異。多硫化物不僅在鋁材上,而且在鋼板上都能顯著提高性能。特別是在不利條件下(未經表面處理的鋼),多硫化物使粘合劑配方制作更容易。


            極性、柔韌性,有時還有粘合性也可以通過使用特殊的聚醚基胺固化劑或其他環氧助劑來改善。然而,這些添加劑幾乎總是對環氧樹脂的其他性能產生負面影響,比如耐化學性。使用Thioplast EPS,這種環氧的固有強度也得到改善(圖7)。

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            圖7 純環氧和EPS摻合環氧測試樣品在不同化學物質中浸泡28天的耐化學性測試


            多硫化物的聚合物主鏈是用來承受惡劣條件的。它被認為是世界上對抗燃料和溶劑最穩定的聚合物之一。唯一的限制是強酸,因為整齊的基團——它使聚合物具有高柔韌性——會受到強酸的化學攻擊。其他化學品很容易處理,化學上穩定的環氧體系在化學穩定性方面得到了更好的提升。


            盡管聚合物主鏈中的整齊基團限制了多硫化物聚合物的抗強酸的能力,但它是聚合物在低溫下也能發揮作用的關鍵因素。圖8顯示了用胺固化的純環氧樹脂和環氧-EPS共混物樣品在不同溫度下的沖擊試驗結果。


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            圖8 抗沖擊性能相對于環氧組分中Thioplast EPS 35含量的變化趨勢


            用于抗沖擊測試的環氧樹脂組份是一個典型的Novolac樹脂,在低溫下,它非常硬且脆。肖氏D硬度范圍從84(純環氧)至35(環氧成分中70% EPS 35)。在室溫下,在環氧樹脂組份中加入30%的EPS 35足以使材料具有足夠的柔韌性,使其抗沖擊性能提高一倍。在-10℃時,達到同樣的效果,EPS35添加量約在42%左右。即使在低至-20℃的溫度下,原始環氧體系的抗沖擊性也可以通過這樣的摻合輕易地提高5倍。


            眾多挑戰——一個解決方案


            無論多硫化物聚合物是用SH鏈終止還是用環氧基團鏈終止,這些特殊的化合物都為各種挑戰提供了高性能的解決方案。有了Thioplast多硫化物,Nouryon使粘合劑生產商能夠創造出在最惡劣的環境下也能抵抗化學攻擊、低溫、機械力的優質產品。


            如果您正在為各種挑戰尋求單一的解決方案,您應該考慮Thioplast多硫化物聚合物。

            標簽:原材料,輔料與設備,技術中心,樹脂,涂裝,膠粘劑,涂料助劑
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