TWI548684B - 固化劑及其製備方法、應用該固化劑的結構膠 - Google Patents

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Description

固化劑及其製備方法、應用該固化劑的結構膠
本發明涉及一種固化劑及其製備方法，應用該固化劑的結構膠。
結構膠因其強度較高、可承受較大荷載、耐老化、耐腐蝕的特性而被廣泛的應用於產品的製造中。結構膠被用來取代螺釘將產品零元件黏結在一起，以保證產品的輕質及美觀。然而，結構膠固化後結構強度較高，不易甚至無法重工。習知之結構膠的重工方式主要為利用外加熱源加熱而使得結構膠具有流動性，再施以外力強制將結構膠剝離；或是施以溶劑強制刮除。然而，此類重工方式會造成零元件損傷甚至報廢。尤其當零元件為關鍵部件，價格高昂時，出現損傷或報廢會導致較大的損失，增加生產成本。
有鑑於此，有必要提供一種固化劑。
另，還有必要提供一種上述固化劑的製備方法。
另，還有必要提供一種應用上述固化劑的較易重工的結構膠。
一種固化劑，其包括由磁性納米粒子形成的、且在高頻變化的磁場作用下可瓦解破裂球形的殼層及鍵合於該殼層表面的固化物。
一種上述固化劑的製備方法，其包括如下步驟：提供磁性納米顆粒，該磁性納米顆粒包括由磁性納米粒子形成且能夠在高頻變化的磁場作用下瓦解破裂的殼層，所述殼層表面結合有第一官能基；提供固化物，該固化物具有第二官能基，其可與磁性納米顆粒殼層表面的第一官能基反應；以及將上述納米磁性粒子與固化物混合攪拌，使該固化物上的第二官能基與磁性納米顆粒上的第一官能基發生鍵合反應，使固化物結合於磁性納米顆粒的殼層上。
一種應用所述固化劑的結構膠，該結構膠還包括母膠，該母膠的單體為線型高分子結構，該母膠的單體藉由所述固化劑相互交鏈在一起形成交鏈網狀結構。
本發明的固化劑藉由將固化物結合在磁性納米顆粒的殼層上，從而使該固化劑具有磁性。在高頻變化的磁場的作用下，磁性納米顆粒的殼層瓦解破裂。將上述固化劑和母膠混合製備得到結構膠，該結構膠在高頻變化的磁場的作用下，固化劑的殼層瓦解破裂，從而使固化劑與母膠形成的交鏈網狀結構被破壞，相互分離的母膠恢復線型高分子的結構，從而使該結構膠能夠輕易地從產品的表面去除。
圖1為本發明較佳實施方式的固化劑中的固化物結合於磁性納米顆粒的表面的示意圖。
圖2為本發明較佳實施方式的結構膠中的固化劑與母膠結合、及在高頻變化的磁場作用下交鏈網狀結構被破壞的示意圖。
圖1示意出本發明較佳實施例的固化劑100，該固化劑100由含有第一官能基22的磁性納米顆粒20和含有第二官能基11的固化物10藉由所述第一官能基22與第二官能基11鍵合而成。其中，磁性納米顆粒20的質量百分比為0.5%~4.8%，所述固化物10的質量百分比為95.2%~99.5%。
該固化劑100包括由若干磁性納米粒子(圖未示)形成的球形的殼層21及鍵合於殼層21表面的固化物10。
所述磁性納米顆粒20由若干磁性納米粒子(圖未示)組合而成。該磁性納米顆粒20為球形殼體，其包括所述殼層21及結合於殼層21的外表面的所述第一官能基22，該第一官能基22可以是、但不限於羥基（-OH）。在頻率為50~300kHz的高頻變化的磁場的作用下，該磁性納米顆粒20的殼層21可瓦解破裂。該磁性納米顆粒20可以是、但不限於Fe 3O 4磁性納米顆粒、Fe 2O磁性納米顆粒、MnFe 2O 4磁性納米顆粒、CoFe 2O 4磁性納米顆粒、及NiFe 2O 4磁性納米顆粒中的一種或幾種。
所述固化物10的第二官能基11，其與磁性納米顆粒20殼層21表面的第一官能基22鍵合反應，使固化物10結合於殼層21表面從而製得所述固化劑100。該固化物10的第二官能基11可以是、但不限於羥基（-OH）、氨基（-NH2）、羧基（-COOH）、及異氰酸基（-NCO）中的一種或幾種。當所述固化物10的第二官能基11為-OH、-NH 2或-COOH時，磁性納米顆粒20的-OH與固化物10的-OH、-NH 2或-COOH發生脫水反應而鍵合在一起。當所述固化物10上的第二官能基11為-NCO時，磁性納米顆粒20的-OH與固化物10的-NCO反應生成-NHCOO而鍵合在一起。
可以理解，在其它實施例中，所述磁性納米顆粒20的殼層21表面的第一官能基22還可以為-NH 2、-COOH、及-NCO中的一種或幾種，此時所述固化物10的第二官能基11可以為-OH。
所述固化物10可以是、但不限於脂肪族胺類固化物、芳族胺類固化物、醯胺基胺類固化物、及潛伏固化胺類固化物中的一種或幾種。所述脂肪族胺類固化物可以是、但不限於氨乙基呱嗪、1,4-二氨基環己烷、1,2-二氨基環己烷、異佛爾酮二胺、亞甲基雙環己烷胺、乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四、四乙烯五胺、多乙烯多胺、二丙烯三胺、二甲胺基丙胺、二乙胺基丙胺、三甲基六亞甲基二胺、二已基三胺、已二胺改性物、已二胺加合物、已二胺、三甲基已二胺、二乙胺、聚醚二胺中的一種或幾種。所述芳族胺類固化物可以是、但不限於間苯二胺、間苯二甲胺、二氨基二苯基甲烷、二氨基二苯基碸、間氨基甲胺、聯苯胺、氯鄰苯二胺、苯二甲胺三聚體、苯二甲胺三聚體衍生物、雙苄胺基醚、間苯二胺與二氨基二苯基甲烷混合物、偏苯二胺、亞甲基雙苯二胺中的一種或幾種。所述潛伏固化胺類固化物可以是、但不限於雙氰胺和酐類中的一種或兩種。
請結合參閱圖1，一種上述固化劑100的製備方法，其包括如下步驟:
提供磁性納米顆粒20，該磁性納米顆粒20為球形殼體，其包括一由若干磁性納米粒子組合而成的殼層21；該磁性納米顆粒20還包括結合於殼層21的外表面的所述第一官能基22。所述磁性納米顆粒20可經過表面化學交換法進行表面修飾得到結合於殼層21外表面的第一官能基22。
提供固化物10，該固化物10具有所述第二官能基11，該第二官能基11可與磁性納米顆粒20的殼層21外表面的第一官能基22反應。
將上述納米磁性粒子20與固化物10混合，再在40~120℃的溫度下攪拌，使該固化物10上的第二官能基11與磁性納米顆粒20上的第一官能基22發生反應，使固化物10結合於磁性納米顆粒20的殼層上，即製得固化劑100。磁性納米顆粒20的質量百分比為0.5%~4.8%，所述固化物10的質量百分比為95.2%~99.5%。其中，固化物10的第二官能基11為-OH、-NH 2或-COOH時，磁性納米顆粒20的-OH與固化物10的-OH、-NH 2或-COOH發生脫水反應而鍵合在一起。當所述固化物10上的第二官能基11為-NCO時，磁性納米顆粒20的-OH與固化物10的-NCO反應生成-NHCOO而鍵合在一起。
可以理解，在其它實施例中，所述磁性納米顆粒20的殼層21表面的第一官能基22還可以為-NH 2、-COOH、及-NCO中的一種或幾種，此時所述固化物10的第二官能基11可以為-OH。
可以理解，還可以藉由加入催化劑等常規的方法以加快固化物10上的官能基30與磁性納米顆粒20上的官能基30反應。
一種應用上述固化劑100的結構膠，其包括母膠及上述固化劑100。該結構膠中，固化劑100的質量百分比為0.5%~20%，母膠的質量百分比為20%~80%。
請結合參閱圖2，所述母膠的單體為線型高分子30，所述母膠的單體藉由所述固化劑100相互交鏈在一起形成交鏈網狀結構200。在高頻變化的磁場的作用下，固化劑100的殼層21會瓦解破裂，使結構膠固化後的所形成的交鏈網狀結構200被破壞。此時，藉由該固化劑100交鏈在一起的母膠單體將會分離，使母膠恢復線型高分子30的結構。由於當母膠為線型高分子30時易於加熱熔融或易於溶於相應的溶劑中，故此時能夠輕易的將該結構膠從產品的表面去除。
所述母膠為常規應用於結構膠的母膠，該母膠可以是、但不限於環氧樹脂、亞克力樹脂、環氧樹脂、酚醛樹脂、脲醛樹脂、三聚氰-甲醛樹脂、有機矽樹脂、呋喃樹脂、不飽和聚酯、丙烯酸樹脂、聚醯亞胺、聚苯並咪唑、酚醛-聚乙烯醇縮醛、酚醛-聚醯胺、酚醛-環氧樹脂、及環氧-聚醯胺中的一種或幾種。
所述結構膠還包括稀釋劑、增塑劑、增韌劑、填料、及改性劑中的一種或幾種。在結構膠中，稀釋劑的質量百分比為0.1%~70%，增塑劑的質量百分比為0.1%~20%，增韌劑的質量百分比為0.1%~20%，填料的質量百分比為0.1%~70%，改性劑的質量百分比為0.1%~5%。
所述稀釋劑為常規應用於結構膠的稀釋劑，所述稀釋劑可以是、但不限於低分子量環氧樹脂、亞克力單體、乙酸乙酯、丙酮、苯、及甲苯中的一種或幾種。
所述增塑劑為常規應用於結構膠的增塑劑，所述增塑劑可以是、但不限於環氧大豆油、及鄰苯二甲酸酯中的一種或兩種。
所述增韌劑為常規應用於結構膠的增韌劑，所述增韌劑可以是、但不限於端羧基丁腈橡膠(carboxyl-terminated butadiene and butadiene-acrylonitrile copolymers, CTBN)、氨基端基丁二烯（amine-terminated butadiene, ATB）、及端胺基丁腈橡膠(butadiene-acrylonitrile copolymers, ATBN)中的一種或幾種。
所述填料為常規應用於結構膠的填料，所述填料可以是、但不限於二氧化矽、滑石粉、碳酸鈣、二氧化鈦、及炭黑中的一種或幾種。
所述改性劑為常規應用於結構膠的改性劑（如流平劑、消泡劑等）。所述改性劑可以是、但不限於聚乙二醇、聚丙二醇、有機矽氧烷、及氟碳改性聚丙烯酸酯中的一種或幾種。
下面藉由具體實施例來對本發明進行具體說明。
實施例1
本實施例中結構膠所使用的固化劑100由表面含有-OH的Fe 3O 4磁性納米顆粒、二氨基環己烷製備而成，其中Fe 3O 4磁性納米顆粒以及二氨基環己烷在該固化劑100中的質量百分比分別為3%、97%。
本實施例的結構膠由環氧樹脂、固化劑100、低分子量環氧樹脂、環氧大豆油及二氧化矽組成，其中，在該結構膠中，環氧樹脂的質量百分比為60%，固化劑100的質量百分比為5%，低分子量環氧樹脂的質量百分比為20%，環氧大豆油的質量百分比為5%，二氧化矽的質量百分比為10%。
實施例2
本實施例中結構膠所使用的固化劑100由表面含有-OH的Fe 3O 4磁性納米顆粒、己二胺製備而成，其中Fe 3O 4磁性納米顆粒以及己二胺在該固化劑100中的質量百分比分別為3%、97%。
本實施例的結構膠由環氧樹脂、固化劑100、低分子量環氧樹脂、 環氧大豆油及二氧化矽組成，其中，在該結構膠中，環氧樹脂的質量百分比為 60%，固化劑100的質量百分比為5%，低分子量環氧樹脂的質量百分比為20%，環氧大豆油的質量百分比為5%，二氧化矽的質量百分比為10%。
實施例3
本實施例中結構膠所使用的固化劑100由表面含有-OH的Fe 3O 4磁性納米顆粒、己二胺製備而成，其中Fe 3O 4磁性納米顆粒以及己二胺在該固化劑100中的質量百分比分別為3%、97%。
本實施例的結構膠由環氧樹脂、固化劑100、低分子量環氧樹脂、端羧基丁腈橡膠及二氧化矽組成，其中，在該結構膠中，環氧樹脂的質量百分比為50%，固化劑100的質量百分比為5%，低分子量環氧樹脂的質量百分比為25%，端羧基丁腈橡膠的質量百分比為10%，二氧化矽的質量百分比為10%。
所述固化劑100藉由將固化物10結合在磁性納米顆粒20的殼層21上，從而使該固化劑100具有磁性。在高頻變化的磁場作用下，磁性納米顆粒20的殼層21將會瓦解破裂。將上述固化劑100和母膠混合製備得到結構膠。所述結構膠在高頻變化的磁場的作用下，磁性納米顆粒20的殼層21瓦解破裂，從而使固化劑100與母膠形成的交鏈網狀結構200被破壞，相互分離的母膠恢復線型高分子30的結構，從而使該結構膠能夠輕易地從產品的表面去除。
100‧‧‧固化劑
10‧‧‧固化物
11‧‧‧第二官能基
20‧‧‧磁性納米顆粒
21‧‧‧殼層
22‧‧‧第一官能基
30‧‧‧線型高分子
200‧‧‧交鏈網狀結構
無
100‧‧‧固化劑
10‧‧‧固化物
11‧‧‧第二官能基
20‧‧‧磁性納米顆粒
21‧‧‧殼層
22‧‧‧第一官能基

Claims (13)

  1. 一種固化劑，其改良在於，該固化劑包括由磁性納米粒子形成的、且在高頻變化的磁場作用下可瓦解破裂球形的殼層及鍵合於該殼層表面的固化物。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的固化劑，其中，該固化劑由含有第一官能基的磁性納米顆粒和含有第二官能基的固化物藉由所述第一官能基與第二官能基鍵合而成，每一磁性納米顆粒包括所述殼層及結合於殼層表面的所述第一官能基。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的固化劑，其中，所述磁性納米顆粒的質量百分比為0.5%~4.8%，所述固化物的質量百分比為95.2%~99.5%。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的固化劑，其中，所述磁性納米顆粒為Fe 3O 4磁性納米顆粒、Fe 2O磁性納米顆粒、MnFe 2O 4磁性納米顆粒、CoFe 2O 4磁性納米顆粒、及NiFe 2O 4磁性納米顆粒中的一種或幾種。
  5. 如申請專利範圍第2項所述的固化劑，其中，所述第一官能基為-OH，所述第二官能基包括-OH、-NH 2、-COOH、及-NCO中的一種或幾種。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的固化劑，其中，所述固化物為脂肪族胺類固化物、芳族胺類固化物、醯胺基胺類固化物、潛伏固化胺類固化物中的一種或幾種。
  7. 一種如申請專利範圍第1至6項所述的固化劑的製備方法，其包括如下步驟：
    提供磁性納米顆粒，該磁性納米顆粒包括由磁性納米粒子形成且能夠在高頻變化的磁場作用下瓦解破裂的殼層，所述殼層表面結合有第一官能基；
    提供固化物，該固化物具有第二官能基，其可與磁性納米顆粒殼層表面的第一官能基反應；以及
    將上述納米磁性粒子與固化物混合攪拌，使該固化物上的第二官能基與磁性納米顆粒上的第一官能基發生鍵合反應，使固化物結合於磁性納米顆粒的殼層上。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的固化劑的製備方法，其中，所述混合攪拌的溫度範圍為40~120℃。
  9. 如申請專利範圍第7項所述的固化劑的製備方法，其中，所述磁性納米顆粒的質量百分比為0.5%~4.8%，所述固化物的質量百分比為95.2%~99.5%。
  10. 如申請專利範圍第7項所述的固化劑的製備方法，其中，所述第一官能基為-OH，所述第二官能基包括-OH、-NH 2、-COOH及-NCO中的一種或幾種。
  11. 一種應用申請專利範圍第1至6項所述的固化劑的結構膠，該結構膠還包括母膠，該母膠的單體為線型高分子結構，該母膠的單體藉由所述固化劑相互交鏈在一起形成交鏈網狀結構。
  12. 如申請專利範圍第11項所述的結構膠，其中，所述結構膠中，固化劑的質量百分比為0.5%~20%，母膠的質量百分比為20%~80%。
  13. 如申請專利範圍第11項所述的結構膠，其中，所述母膠包括環氧樹脂、亞克力樹脂、環氧樹脂、酚醛樹脂、脲醛樹脂、三聚氰-甲醛樹脂、有機矽樹脂、呋喃樹脂、不飽和聚酯、丙烯酸樹脂、聚醯亞胺、聚苯並咪唑、酚醛-聚乙烯醇縮醛、酚醛-聚醯胺、酚醛-環氧樹脂、及環氧-聚醯胺中的一種或幾種。
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