Influence of functional acrylate on shear strength and fixture time in urethane acrylic anaerobic adhesives

국문 초록 (Abstract)

혐기성 접착제란 접착제를 산소가 없는 조건에서 금속기재에 적용했을 때 접착성능을 발휘하는 것이다. 금속 나사를 고정하여 진동에 의한 풀림을 막거나, 금속 파이프의 누수를 막는 역할을 한다. 건축 등 기존의 사용처와 더불어 항공, 자동차 등의 분야에서 경량화 및 기능화를 요구함에 따라 적용 범위가 확대 되고 있다. 따라서 용도에 맞게 점도나 강도의 등급이 세분화 되고 있다.
혐기성 접착제를 평가함에 있어 측정되는 주요 물성은 고정시간, 접착력, 저장안정성이 있다. 고정시간은 볼트와 너트가 체결된 후 움직이지 않는 시간을 의미하며 접착력은 만능재료시험기로 전단력을 측정하여 비교하였다. 저장안정성은 85도에서 점도의 증가의 정도로 측정하였다.
구리기재는 이온화 경향이 낮은 금속의 특성상 수 십분 이상으로 긴 고정시간을 갖고 있다. 본 연구에서는 혐기성 접착제를 제조하고, 이를 구리기재에 적용했을 대 고정시간에 영향을 주는 요인을 찾고 이에 따른 물성을 측정하였다. 접착제의 기본 구성요소로는 이중결합을 갖는 레진과 사카린, 환원제 역할을 하는 가속제, 개시제와 금지제 등이 있다. 구리이온의 산화환원 반응이 빠르게 진행되면 라디칼 형성도 빠르게 진행되어 고정시간이 줄어들게 된다. 이에 영향을 미치는 예상인자로 사카린의 양, 가속제의 종류, 전자 전달 매개체에 대해 살펴보았다. 사카린의 양보다는 가속제의 종류에 따라 고정시간이 줄어드는 영향이 컸고 이는 3D 현미경을 통해 금속기재의 표면적이 늘어남을 살펴볼 수 있었다. 전자 전달 매개체의 역할을 할 것으로 기대되는 기능성 아크릴레이트를 첨가하였다. 이를 비교하기 위해 헥사메톡시메틸 멜라민 , 멜라민 아크릴레이트, 트리스〔2-(아크릴로일옥시)에틸〕이소사이아누레이트, 트리메틸로일프로판 프로폭실레이티드(3) 트리아크릴레이트가 사용되었다. 멜라민 아크릴레이트를 첨가한 접착제는 20분 이하의 고정시간을 갖게 되었다. 이는 트리아진 구조가 구리이온의 산화환원 주기를 빠르게 함으로써 고정시간에 미치는 영향을 전기적인 특성을 통해 살펴보았다. 이중결합이 있지만 첨가된 양이 적어 전단력에는 미치는 영향력은 적었다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Anaerobic adhesives are a type of structural adhesive that hardens on metals under anaerobic conditions. These are useful for fixing bolts and nuts for construction or machine application to prevent them from unwinding. The adhesives comprise monomers, initiators, accelerators, stabilizers, modifiers, and surface activators.
This paper reports on the influence of additional functional acrylates on fixture time and shear strength in anaerobic adhesives. The functional acrylates examined were hexanmethoxymethyl melamine resin, acrylate oligomers, tris[2-(acryloyloxy)ethyl] isocyanurate, trimethylolpropane(PO)3 triacrylate. Fixture time and shear strength were measured to compare with each functional acrylate on polymerization rate and cross linking. Polymerization rate of the adhesive added melamine acrylate was the fastest in those of other functional acrylates. Melamine acrylate has triazine structure which increases the electron transfer rate in the bulk adhesives. However, the shear strengths of each functional acrylate did not have big differences. The cross linking density was not increased dramatically though functional acrylate has double bond. The faster fixture time was the more saccharin was added with saturation time. The effect of the additional functional acrylates on the shear strength was high when the amount of saccharin was little.

목차 (Table of Contents)

• 1. Introduction 1
• 1.1. Acrylic pressure-sensitive adhesives 1
• 1.1.1. Introduction of acrylic pressure-sensitive adhesives 1
• 1.2. Introduction of anaerobic adhesives 3
• 1.2.1. Redox polymerization 3
• 1.2.2. Anaerobic adhesives 4
• 1.3. Objectives 6
• 2. Literature review 7
• 2.1. Acrylate 7
• 2.1.1. Urethane acrylate 7
• 2.1.2. Melamine acrylate 9
• 2.2. Redox polymerization 11
• 2.3. Anaerobic adhesives 13
• 2.4. Triazine 14
• 3. Experimental 16
• 3.1. Synthesis 16
• 3.1.1. Materials 16
• 3.2. Method 18
• 3.2.1. Preparation of anaerobic adhesives 18
• 3.2.2. Measurement 19
• 3.2.2.1. UN-VIS spectrometer 19
• 3.2.2.2. Microscope 19
• 3.2.2.3. Non contact 3D surface profiler 19
• 3.2.2.4. Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR) 20
• 3.2.2.5. Universal Testing Machine (UTM) 20
• 3.2.2.6. Differential Scanning Calorimetry (DSC) 21
• 3.2.2.7. Rigid-body Pendulum type physical properties Testing instrument (RPT) 21
• 3.2.2.8. Viscometer 23
• 3.3.2.9. Potentiostat 23
• 4. Results and Discussion 24
• 4.1. Copper and saccharin complex 24
• 4.2. Surface roughness with different amounts of saccharin and accelerators 28
• 4.3. Effect of functional acrylates on fixture time and shear strength 39
• 4.4. Effect of saccharin and functional acrylates ratio on fixture time and shear strength 55
• 5. Conclusion 61
• 6. References 62