“502多久可以粘住？”——濕固化膠粘劑的熱分析解決方案

引言

大家應該對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，不到一分鐘就會牢牢地跟人體皮膚形成一層膠層，十分難以清理，因為此時已經發生了交聯固化，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是怎么發生交聯的呢？其實它主要組分為α-氰基丙烯酸乙酯，化學結構式如圖2所示，它會與空氣中的水發生反應，迅速由單體形成鏈式的體型結構以達到固化交聯和粘接的作用，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理

測試方案

我們在使用各種膠水時，最常問的一句話就是：我按多久可以粘住啊？，這個其實本質上就是膠粘劑在某個溫度下的凝膠時間測定過程。凝膠時間(或貯存期)是指樹脂中分子形成凝膠所需的時間。凝膠之后， 樹脂就不再適合作其他用途。是可以通過TMA/SDTA2+進行測試的，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試方案。

圖3：梅特勒托利多TMA—Sorption設備

該樣品為某聚氨酯濕固化膠粘劑，因此在測試時就需要將樣品放置在設定的相對濕度(RH)下，然后 使用DLTMA技術測量樣品，DLTMA技術是TMA/SDTA2+所標配的調制技術，可以實現負力向上抬樣品探頭以測試凝膠時間（參考GB 12007.7-89），施力過程如圖4所示。再通過濕度發生器設置相應的濕度程序以進行膠粘劑的濕固化凝膠時間測試。

圖4：調制力施加控制過程

在一定的溫度下，空氣中水蒸氣的含量是有限的，就像某一物質溶解在水中時，一定溫度的水中能溶解多少這種物質一樣。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。

測試方法及制樣

探針：3毫米球點探針。

力值：DLTMA測量期間的作用力在–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%相對濕 度下執行DLTMA測量的結果， DLTMA曲線可以在最大值和最小值之間以正弦方式變化，此時探頭壓入樣品或抬離樣品。在液態下，測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定水平下；測量探針不再能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。此粘膜在樣品內部和實驗氣氛之間形成了一個“擴散屏障"，因此進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，它逐漸變為零，材料變成粘性凝膠，探頭無法再上下運動。因此對于前文提到的502類膠水，不慎粘在手上，在“粘膜"形成的時間前我們一定要迅速清洗掉！

如圖6上曲線所示，開始時間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液滴開始固化，之后在最終時間T3幾乎wan全固化。因此T3與樣品的凝膠時間相對應。

圖5.樣品在設定溫/濕度下的固化曲線

此外，在30℃條件下也進行了 70%和80%的RH對樣品固化過程影響的測試。圖6顯示了特征時間T1、T2和T3與相對濕度的關系。隨著相對濕度的增加，反應速度也加快。樣品表面粘膜的形成時間 (T1)和“內部濕化"的開始時間 (T2)對于相對濕度的依賴性比凝膠時間T3要小很多。

圖6. T1、T2、T3與相對濕度的關系

結論

熱固性樹脂的濕固化可以通過進行DLTMA技術與濕度發生器聯用的方式進行測量。可以通過調整相對濕度和溫度來研究膠粘劑的凝膠時間影響因素。