第七章粘合剂

第七章粘合剂第七章粘合剂第一节粘合剂的组成和分类粘合剂：将两种同类或不同类的固体物质连接在一起的物质，又称粘接剂、胶粘剂或直接称为胶。 1.粘合剂的组成： ①基料（粘合物质）基料是粘结剂的主要而必须的成分。它又称为基体，也称粘结剂的骨架。它又称为基体，也称粘结剂的骨架。 ②固化剂又称硬化剂或熟化剂。它能使线型分子形成网型或体型结构，从而使粘结剂固化。 ③填料。填料的加入可以增加粘结剂的弹性模量，降低线膨胀系数，减少固化收缩率，增加粘度、抗冲击韧性，提高使用温度、耐磨性能、胶接强度。 ④增韧剂（增塑剂）。增韧剂能改善粘结剂的性能，增加韧性、降低脆性，提高粘结层的抗剥离、抗冲击能力，而且可以改善粘结剂的流动性、耐寒性与耐震性等。1.粘合剂的组成：⑤稀释剂。释释剂的主要作用是降低粘度，以便于涂布施工。稀释剂分为两大类：一类为非活性稀释剂又称为溶剂，例丙酮、甲乙酮、乙酸乙酯、苯、甲苯等。它不参与例丙酮、甲乙酮、乙酸乙酯、苯、甲苯等。它不参与粘结剂的固化反应。另一类是活性稀释剂，它既可以降低粘结剂的粘度，又参与粘结剂的固化反应，例：环氧丙烷丙基醚、甘油环氧树脂等。交联剂，是指能通过与大分子主链或支链上的基团反应，在大分子之间形成化学桥键．而成为不溶不熔的网状或体型结构的不饱和或多官能团的物质，这种物质可以提高粘结强度。1.粘合剂的组成：促进剂及着色剂。在热固性粘结剂中，凡能加速固化反应或降低固化反应温度一类的物质叫固化促进剂，如环氧树脂粘结剂中常用的叔胺、酚类、硫脲等。胺、酚类、硫脲等。消泡剂。消泡剂用来防止在制备粘合剂时产生气泡，或者防止粘合剂在使用时产生气泡。其它。2.粘合剂的分类3.粘结机理一粘结的产生粘合力粘附力：粘结剂和被粘物之间的力内聚力：粘结剂层（胶层）内部的力注意：粘合力由粘附力和内聚力中最小的一个决定。内聚力又由粘合剂本身来决定，如粘结剂的性质、组成、配比和固化工艺等。在满足粘合条件的情况下，涂层越薄越好。因为涂层越厚，缺陷越多。涂层薄，缺陷少，利于粘结剂分子的定向作用，也能充分发挥粘附力的作用，节约用胶量。3.粘结机理（1）吸附原理（表面润湿）①粘合剂与被粘物体表面之间有最大的接触。②在接触面上，粘合剂对被粘物体表面有良好的亲和性。在液体和固体相接触的地方，液面发生弯曲，液面的切线与固体表面形成夹角ef接触角切线与固体表面形成夹角ef接触角讨论:a）若B=0（接触面积最大），即液体完全附着在固体表面（液体全面展开），表示完全润湿；B） 若e&it；90。，表示可以润湿，且e越小，润湿性越好；湿性越好；C） 若e>；90°，表示不易润湿，且e越大，润湿性越差；D）若e=180°,表示完全不润湿。粘附结合力： （微观上）化学键力或极性键力（2）扩散理论。粘结剂渗透f（被粘咼聚物）溶胀（甚至溶解）f粘结界面消失扩散理论的解释范围，主要用在高聚物之间，特别是热塑性咼聚物之间的粘结现象。（3）静电理论。静电理论认为：粘合力是由（3）静电理论。静电理论认为：粘合力是由于界面上双电层之间静电引力的作用。（4）化学键理论。粘合剂与被粘物体表面发生化学反应f形成化学键结合，但只限于反应性的特定的粘结剂品种。（5）机械结合理论粘合剂与被粘物体表面粗糙，粘结剂渗透到这些凸凹或孔隙中，固化后粘合剂与被粘物体粘结在一起。微观机械连接对于多孔性材料的粘结强度有显著的贡献，但对于非孔性的表面，这种作用就不大6）极性理论（6）极性理论极性理论认为粘合作用与胶粘剂和被粘物材料的极性有关，极性材料要用极性胶粘剂粘合,非极性材料则要用非极性胶粘剂粘合。1天然粘结剂及无机粘结剂天然粘结剂是人类应用最早的粘结剂，按来源可分为动物胶、植物胶和矿物胶等，来源可分为动物胶、植物胶和矿物胶等，而按化学结构则可分为葡萄糖衍生物、氨基酸衍生物及其它天然树脂等。无机粘结剂也称为无机胶，例水泥、石膏、水玻璃及其它无机粘结剂都有非常广泛的应用范围。第二节包装常用粘结剂一葡萄糖衍生物粘结剂从植物中提取的胶质多数是葡萄糖衍生物，其分子式与基本结构如下：CH2OHOOHHHHOOHHH6106(CHO)n具体包括：淀粉、糊精、阿拉伯胶及海藻酸钠等。而在包装中应用最多的是淀粉粘合剂。淀粉粘结剂广泛用于包装工业中，特别是纸制品加工。例纸袋、纸盒、瓦楞纸板箱的粘结等。(一)淀粉粘合剂原料和制备①淀粉。纯白色颗粒状，是主要粘合物质，其分子式为(C6H10O5)n,淀粉不溶于水，但在水中随温度升高而膨胀，然后即破裂而糊化。不同类型的植物中淀粉结构有直链，支链之分，只是量多少不同。交联剂(固化剂)(可以防潮)：硼砂，提高粘结剂的耐水性，加入量为淀粉量的0.1〜0.5%碱(NaOH)与淀粉中的羟基结合，破坏部分氢键，使大分子间的作用力减弱，因而降低了糊化温度。氢氧化钠还能起到被粘纸材表面处理的作用。经验证明，碱性淀粉粘合剂对粘合某些纸材是有利的。但用量不能过大，否则会使粘合剂pH值上升，影响瓦楞纸板的质量。 2．淀粉粘合剂制备方法 目前，耗用量最大、最重要的是制造瓦楞纸板用的淀粉粘合剂，其制造方法有种，即斯坦霍尔(Stein—Hall)法和氧化法。(1)斯坦霍尔法。现代化大型瓦楞纸箱生 (1)斯坦霍尔法。现代化大型瓦楞纸箱生产厂用淀粉粘合剂都在本厂自制。这种粘合剂保存时间不长。制备方法分一步法和二步法。目前国内外普遍采用二步法。图8—2为二步法制备淀粉粘合剂的生产工艺流程图。2．淀粉粘合剂制备方法（1）斯坦霍尔法。第一步是制备载体淀粉（熟化淀粉）。首先向载体罐中加入588L水，然后加入91kg淀粉，搅拌3min后，边搅拌边缓慢加人氢氧化钠溶液（15.4kg的NaOH溶于38L的H20中），注意加碱（15.4kg的NaOH溶于38L的H20中），注意加碱要慢，加完后搅拌15-30min，使淀粉熟化成透明的载体。第二步是制备主体淀粉（生淀粉），向主体罐中加入1516L的水，再加入14.5kg的Na2B4O7-10H2O或11.4kg的Na2B4O7•5H2O,搅拌直至全溶，然后加入454kg淀粉，搅拌混合。直到完全分散均匀，将第一步制得的载体淀粉在搅拌下慢慢加入第二步制得的主体淀粉中，充分混合搅拌20〜30min，主体淀粉中，充分混合搅拌20〜30min,炎热的天气还要加入少量防腐剂，如甲醛（1L）或五氯酚钠（0.9kg）。这样制得的成品用泵输送到粘合剂贮槽备用（2）氧化法对淀粉进行氧化处理是对淀粉进行改性，淀粉氧化的目的，是使淀粉分子链的糖甙键裂解断链（即有一定的大分子链的断裂），通过氧化剂的作用将淀粉分子中的羟基氧化，改变淀粉的的作用将淀粉分子中的羟基氧化，改变淀粉的分子结构，生成新的官能团，如一CHO醛基）、=C0羰基）、有的可进一步氧化成一COOH羧基）。这些官能团可阻止淀粉分子间的缔合，从而改善淀粉粘合剂的稳定性，提高了粘合能力和对纸板的亲和性及对纸板纤维的渗透性并且使粘合剂具有较好的防潮性和防腐性。②用高锰酸钾作氧化剂制淀粉粘合剂：氧化法所用的氧化剂有过氧化物、次氯酸钠、高锰酸钾等。用次氯酸钠作氧化剂制淀粉粘合剂的方法因有毒气体的析出污染环境和影响工作人员身体健毒气体的析出污染环境和影响工作人员身体健康已被淘汰。目前在我国适于小纸箱厂生产瓦楞纸板所用的淀粉粘合剂是采用高锰酸钾作氧化剂冷制法制备的。其配方是：玉米淀粉10kg，H2O30kg，KMnO40.12kg（溶于10kgH2O中），NaOH12.5L（10%溶液）,Na2B4O75L（2%溶液）上述配方可根据需要按比例放大、缩小。②用高锰酸钾作氧化剂制淀粉粘合剂制备工艺过程：10kg淀粉放人反应釜中，然后加入30LH20，搅拌制成淀粉乳液。将0.12kgKMnO4溶于10kgH2O中，将此溶液加入到反应釜中。搅拌15min使之与淀粉乳液混合到反应釜中。搅拌15min使之与淀粉乳液混合均匀，然后加入12.5LNaOH溶液，在充分搅拌条件下反应20〜30min，然后加入硼砂溶液（2%的Na2B4O7溶液），反应体系凝冻而无法搅拌时停止搅。拌，静止2h或更长一点时间凝冻自动解开，侍体系均匀即制成淀粉粘合剂。 3．粘合剂的质量控制 ①粘度粘度是粘合剂的重要质量指标。只有粘度稳定，粘合质量才能稳定，若粘度太高，粘合剂流动性差，不易渗透到芯纸和面纸表面，适当减少载体中淀粉含量可以降低粘度。若粘度太低，上胶辊带不起胶，会使粘以降低粘度。若粘度太低，上胶辊带不起胶，会使粘合剂过多地渗入芯纸和面纸，适当增加载体中淀粉含量可以提高粘度。②胶化温度淀粉粘合剂开始变稠，即粘合剂原料中生淀粉逐渐熟化而显示粘合性质的温度为胶化温度。 3．粘合剂的质量控制 ③固体含量粘合剂的固体含量，可用下式来表示： W%=（g1/go）x100%式中；W%为固体含量； 式中;W%为固体含量； g1为干燥后粘合剂重量（g）go为湿粘合剂重量（g）4.糊精粘合剂糊精是将淀粉加热（例180C）使其分子分解而制得。它的分子也是（C6H10O5）n。，只不过n的数字比淀粉分子的小。糊精不仅可溶于热水中，而且还可溶于冷水配成各种浓度的粘结剂。一般用45~50%浓度的糊精水溶液，作为纸张粘结剂。糊精粘结剂干燥后很脆，附着液，作为纸张粘结剂。糊精粘结剂干燥后很脆，附着力并不强，如漆布和纸板使用糊精粘结剂粘结，则干燥后很容易从糊精胶层揭开。糊精配制时可加入1〜2%的甘油，以提高胶膜的弹性，加0.65〜1%的硼砂，可提高糊精的粘结牢度。糊精粘结剂比淀粉粘结剂的粘结力强，适合于自动包装、瓦楞纸箱、纸盒、纸袋等的粘结。4.糊精粘合剂瓦楞纸箱糊精粘结剂的配方举例如下：糊精100kg硼砂2.5kg轻质碳酸钙1.5kg轻质碳酸钙1.5kg氢氧化钠溶液（27BC）20kg硼矿液（3kg硼砂+30kg水）33k8水454kg此种粘结剂具有初粘性好、粘合牢固、不凝胶、不发霉、含碱量低、防潮性能好等特点。 5.阿拉伯胶（桃胶）呈白色至深红色硬脆固体，相对密度在1.3〜1.4之间，溶解于甘油和水，不溶于有机溶剂。6.海藻酸钠白色至暗棕色固体，溶于水，不溶于有机溶剂，有亲水悬浮胶体的性质。亲水悬浮胶体的性质。二氨基酸衍生物粘合剂蛋白质的基本组成单位为氨基酸，其分子式为：NH2—CHCO（NHCHCO）nNHCHCOOHRRRRRR由于蛋白质是生命的基础，在一切生物体内大量存在。可以作为粘结剂的除植物蛋白外，基本上由动物体制取。（一）植物蛋白例如：大豆蛋白等，粘结力比葡萄糖衍生物强，但耐水性差。（二）酪朊又称酪素和干酪素，主要成分：含磷蛋白。性质：无色无臭，白色或黄色，溶解于碱液或浓酸，在弱酸中沉淀，不溶于水、醇类，有吸湿性，在常态下具有很强的粘合力。例如：木材一金属、木材一木材等的粘结。 （三）骨胶或明胶骨胶属于硬蛋白，加水分解便转化为明胶。明胶除纯度高、品质好以外，与骨胶没有明显的区别。三其他天然树脂粘合剂松香（松香酸、天然热溶胶）、虫胶沥青（石油附属品）、生漆（漆树）四无机粘合剂（硅酸钠粘合剂，又称水玻璃或泡化碱）璃或泡化碱）由硅石与苛性钠共混、融溶制成的粘稠液体，无色，无臭呈碱性，以任意比例与水混合。包装用：氧化钠：二氧化硅=1:2.9〜3.5第三节合成树脂粘合剂合成树脂粘结剂是当今产量最大、品种最多、应用最广、影响最大的粘结剂。乳液型热塑性粘合剂热固性粘合剂复合型粘合剂合成树脂粘合剂溶剂型热熔型一热塑性粘合剂（一）乳液型粘合剂典型的为白乳胶。乳液是聚合物的微粒在水中的分散1.聚醋酸乙烯酯其结构为：其结构为：性质：微酸，溶于有机溶液，遇浓酸碱会分解，溶于稀酸，有一定的防水性。——CH—CH2——C00CH3n2.乙烯一醋酸乙烯共聚物EVA乳液胶膜能耐寒、耐酸、耐碱、对氧、臭氧和紫外线较稳定，与其他树脂相容性好，无毒、储存期较长，低温成膜性较好，可用于粘合纸板盒加工纸、纸箱的封合、缠管、贴标签、贴包装盒开窗薄膜以及塑料薄膜、无纺布、铝箔等的粘结。铝箔等的粘结。3.丙烯酸酯及其衍生物——CH2—C————RCOORn（二）溶剂型粘合剂1.聚乙烯酸（PVA）溶剂：水，主要用来粘结纸-纸，纸和铝箔等。2.聚醋酸乙烯（PVC）溶剂：水。聚醋酸乙烯粘结剂用来粘合玻璃纸、纸、织物及某些塑料，抗水性很好。3纤维素衍生物1）硝酸纤维素溶剂：丙酮、醋酸乙酯等（溶剂挥发干燥）主要粘结：纸、织物、玻璃等2）醋酸纤维素粘合剂溶剂：丙酮、醋酸甲酯等主要粘结：纸材、织物、玻璃等4聚丙烯酸酯及其共聚物溶剂：水、酮类等；主要粘结：纸材、塑料、玻璃等（三）热熔性粘结剂热熔性粘结剂是一种含溶剂或水的热塑性树脂为基体的固体的粘结剂。其受热时熔融，与被粘物粘结，粘结界面在冷却后固化，而具有一定的粘结强度。这类粘结剂又称为热熔胶。组成：以热塑性树脂为粘结料，加入增粘剂和石蜡组成：以热塑性树脂为粘结料，加入增粘剂和石蜡等配制而成。按不同性能要求，可适量加入增塑剂、抗氧剂和填料等。特点：固化速度快、多功能、粘结范围广、无溶剂、不污染环境二热固型合成树脂粘结剂可以是单一组分，但绝大多数为多组分。由含多官能团的线性聚合物或单体，在固化剂或引发剂的作用下，生成不可逆的化学反应，或在加热等其他条件下，转变成不溶不熔物，获得一定的粘结力。热固型主要树脂有：脲醛树脂、酚醛树脂、环氧树脂热固型主要树脂有：脲醛树脂、酚醛树脂、环氧树脂（+固化剂）、三聚氰胺甲醛树脂、聚氨酯树脂这里主要介绍一下聚氨酯树脂聚氨酯（PU）热固型粘合剂一般有A、B两部分组成:A:含有-OH的聚酯或聚醚，作为主剂；B:多异氰酸酯（-NCO），作为固化剂（即交联剂）HO—R—OH+OCN-R'—NCOOCN-R'—NHC—R—CONH-R'—NCONCONCONCO（—NCO）基团不仅与（一OH）产生交联反应，且还能与被粘物表面起化学反应，而牢固地粘结在一起，用于塑料一塑料、塑料一铝箔等的干法复合。 三复合型树脂粘合剂热塑性树脂粘结剂和热固性树脂粘结剂各有其特点,为了在某些特定的场合以及在结构件上应用 ,往往需要具有综合性能的粘结剂—复合型树脂粘结剂。第四节橡胶粘合剂一丁腈橡胶粘合剂丁腈橡胶是丁二烯和丙烯腈乳聚合的共聚物，其结构为：[CH2—CH]m[CH2—CH==CH—CH2]nCN根据m的变化有不同型号，一般丙烯腈含量在30%〜40%之间，特点有：粘结强度大，有良好的耐油，耐热，耐水性能，适用于金属、塑料、合成橡胶、木材、织物等多种材料的粘合。二丁苯橡胶粘合剂丁苯橡胶由丁二烯与苯乙烯在 25〜50C以上（高温丁苯橡胶）或在10C以下（低温丁苯橡胶）乳液聚合制得的无规共聚物，其结构为：[CH—CH]m[CH2—CH==CH-CH2]n丁苯橡胶的固有粘性较差，所以很少单独作粘结剂用，大多采用其他树脂来改进如粘性、内聚强度和耐热性等这样一些性质。提高丁苯橡胶粘结剂性能的树脂有松香、松香酯和一些热塑性酚醛等。第五节主要包装印刷材料的粘结一纸材的粘结1.