粘合剂与复合包装材料

1、第四章 粘合剂与复合包装材料,概 述 第一节 粘合剂的组成及分类 第二节 粘结机理 第三节 天然粘合剂及无机粘合剂 第四节 合成树脂粘合剂 第五节 橡胶粘合剂 第六节 包装复合材料,概 述,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， 粘合剂是一种生产生活中不可缺少的材料粘合剂自从人类开始生活就应用到人们的生活中。例：粘土，动物的血液用来盖房子等目前粘合剂已应用到各个领域中。例：交通工具，航空航天工业，建筑，家具，医疗器械等都有广泛的应用。在包装业和印刷业中也更是如此，例如在制作纸盒，纸箱，纸袋，复合塑料袋等包装容器中是绝对离不开的一种材料。,第一节 粘

2、合剂的组成及分类,1. 粘合剂的组成 基料（连接料）+其他助剂（增塑剂 填料 固化剂等） 2. 粘结剂的分类 1）按基料类型来分：有机粘合剂 无机粘合剂 （淀粉白乳胶等）（水玻璃等） 2）按粘合剂固化方式来分：溶剂挥发型 热熔型 反应固化型 3）按粘合剂状态来分： 固体 乳液 溶液状 （松香等） （白乳胶等）,第二节 粘结机理,一、 粘结的产生 粘合力,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

3、约用胶量。,二、 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接触角。,讨论： 1）若=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； 2）若90,表示不易润湿，且越大，润湿性越差； 4）若=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（被粘高聚物）溶胀（甚至溶解）粘结界面消失 扩散理论的解释范围，主要用在高聚物之间，特别是热塑性高聚物之间的粘结现象。 3

4、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。,第三节 天然粘结剂和无机粘结剂,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：,具体包括：淀粉糊精阿拉伯胶及海藻酸钠等。,（一）淀粉 纯白色颗粒状，不同类型的植物中淀粉结构有直链，支链之分，只

5、是量多少不同。 1 性质：不溶于水，在水中随温度的上升而膨胀，随后破裂而糊化。 2 淀粉粘合剂：除淀粉外，还有其他添加剂 1）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0.10.5% 2）稀释剂：主要是尿素，双氧水，次氯酸钠等（使大分子链断裂，小分子稀且易糊化） 加入量：尿素 510% 双氧水 0.10.5%,3）表面活性剂：主要提高粘结剂对被粘物表面的亲和性和 防止老化。主要为脂肪酸钠，加入量1% 4）增塑剂：提高韧性，如甘油，乙二醇或氯化钙等。 5）消泡剂：主要有醇类或磷酸三丁酯等。 6）防腐剂：福尔马林，甲醛等 瓦楞纸板粘合剂配方： 玉米淀粉：12.82kg

6、, 30%双氧水：0.128kg, 30%NaOH水溶液：2.8835kg， 10%硼砂：0.2083kg, 水：83.96kg,（二）糊精 将淀粉加热（如180时）使其分子分解而得到糊精。分子式 。黄色（200）或白色（180190）固体颗粒；除糊精外，还需其他助剂。 其他助剂：12%的甘油，提高胶膜的弹性； 0.651%的硼砂，提高糊精的粘结牢度 瓦楞纸板糊精粘合剂配方： 糊精 100kg； 硼砂 2.5kg； 轻质碳酸钙 1.5kg；NaOH溶液（27） 20kg； 硼砂液（3kg硼砂+30kg水）33kg； 水 45kg,（三）阿拉伯胶（桃胶） 呈白色至深红色硬脆固体，相对密度在1.3

7、1.4之间，溶解于甘油和水，不溶于有机溶剂。它是阿拉伯胶素酸（分子式为 ）的钾、钙、镁盐等转变成半乳糖和葡萄糖醛酸而形成的长链状聚合物，其分子结构式为：,（四）海藻酸钠 海藻酸钠系-无水右旋甘露密醛酸钠的聚合物，具有下列结构：,海藻酸钠为白色至暗棕色固体，溶于水，不溶于有机溶剂，有亲水悬浮胶体的性质。 这种海藻酸盐系由昆布属海藻，如黑海带、裙带菜等用碱萃取的水溶液中，添加乙醇所得的糊状沉淀物。亦可由海藻制碘过程的副产品中所得。,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：,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。

8、,（一）植物蛋白 一般情况下将大豆蛋白与水一起配制成一定浓度的溶液即可应用。但为了调解粘度或延长胶液的使用时间，还可加入适量的盐类如氯化钠、氯化铜、藻酸钠和果胶等，或者加入一定量的碱类等。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：木材金属木材木材等的粘结。,（三）骨胶或明胶 骨胶是骨胶朊衍生的蛋白质的总称，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。,干燥的骨胶平均含水11%

9、18%，相对密度约1.27。颜色、外形和性能随原料和制造方法的不同而略有不同。明胶是透明的浅黄色小颗粒，无臭无味，在冷水中吸水膨胀，溶于热水，冷却后，凝胶。溶于甘油和醋酸，不溶于乙醇和乙醚。,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） 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=1：2.93.5 不同用途的硅酸钠粘合剂的特性参见表4-1和表4-2 。,第四节 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

10、剂。,一、热塑性粘合剂 （一） 乳液型粘合剂 一般以水为分散介质，成本较低、无毒、色浅，有良好的稳定性和作业适应性。而且聚合物乳液的树脂相对分子量可以很高，因此粘合剂膜的强度较好。乳液粘合剂不用加热或加固化剂就能较快地固化。 乳液粘合剂的最大缺点是耐水性不佳、蠕变性较大，当然这两个缺点可通过提高树脂的相对分子量得到一定的改善。乳液型粘合剂最具代表性的是聚醋酸乙烯及其共聚物。,1. 聚醋酸乙烯酯 其结构为：,性质：醋酸乙烯为无色液体，有醋酸气味，不溶于水，能溶于醇、酯、酮及甲苯。在常温下能缓慢聚合，在光、热或过氧化物的作用下，聚合急剧加速。醋酸乙烯有挥发性和可燃性，他的蒸汽有微毒，使用和保存时要

11、注意安全。,2. 乙烯醋酸乙烯共聚物 VAE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。 3. 丙烯酸酯及其衍生物,（二）溶剂型粘合剂 1. 聚乙烯醇 （PVA） 溶剂：水，主要用来粘结纸-纸，纸和铝箔等。 2. 聚醋酸乙烯（PVCA） 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

12、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 (表4-3),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

13、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（+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AB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）,（NCO）基团不仅与（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，用于塑料塑料塑料铝箔等的干法复合(表4-4和表4-5)。,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

14、需要具有综合性能的粘结剂复合型树脂粘结剂。复合型树脂粘合剂品种很多。在包装工业中使用最多的是乙烯醋酸乙烯共聚物，丁腈酚醛树脂。 丁腈橡胶因含有腈基，而对金属有很好的粘合强度。如果再加上羟基，则是金属的粘合性有进一步的提高。用这样的活性剂化合物与酚醛树脂复合，在加热时一方面酚醛和丁腈橡胶中的双键结合而固化，另一方面丁腈橡胶中的腈基和酚醛树脂的羟甲基反应，具有和硫化同样的交联作用。,第五节 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：,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

15、料、合成橡胶、木材、织物等多种材料的粘合(表4-6)。,二、丁苯橡胶粘合剂 丁苯橡胶由丁二烯与苯乙烯在2550以上（高温丁苯橡胶）或在10以下（低温丁苯橡胶）乳液聚合制得的无规共聚物，其结构为：,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。,第六节 复合包装材料,一、纸材的粘结 1.纸的特点及粘合剂的选择 1）纸的特点： 以纤维素为主要成分，具有多孔性；品种多 2）粘合剂的选择标准： 同种易吸水的纸：不考虑耐水性时选淀粉粘合剂；考虑耐水性时选择乳液型粘合剂，例VAE；

16、 同种难吸水的纸：一般采用乳液型粘合剂；,一边易吸水，一边不吸水的纸：一般采用乳液型粘合剂； 同种不吸水的纸：一般采用热熔胶。 2. 一般纸用粘合剂的应用与分类 粘结纸材料时，不需要前处理，可以直接粘结。因为纸材为纤维结构，有利于水分的渗透，所以纸材的粘结常采用水分散型的粘合剂。粘结纸基标签常采用压敏型粘合剂。粘结涂层纸材可用压敏胶或热熔型粘合剂等(表4-7)。,二、主要包装用复合薄膜的粘结 （一）复合薄膜的组成 1）玻璃纸作为外层：易印刷，光泽度好，美观，但不宜热封 例：玻璃纸/聚乙烯或聚丙烯 玻璃纸/铝箔/聚乙烯 玻璃纸/聚乙烯/纸/聚乙烯 2）铝箔作为外层：光泽好，美观，有档次 例： 铝

17、箔/聚乙烯 铝箔/纸/聚乙烯 3）纸张作为外层： 例：纸/聚乙烯 纸/铝箔/聚乙烯 4）塑料（以拉伸薄膜为主）作为外层： 例：聚酯/聚乙烯 聚丙烯/聚乙烯 聚酯/铝箔/聚乙烯或聚丙烯(表4-8),（二）食品包装复合薄膜粘合剂的条件 完全无臭、无味。 在食品卫生方面没有有害的萃取物。 耐温性能好（层压时能耐100，热封时能耐 200， 保存时能耐0一下温度）。 受日光照射，不会发黄、发生分解。 有良好的柔软性，层压品的剖面不会发生泄漏。 耐油、耐碱和耐化学药品性好。 适宜于凹版印刷，干燥快，易于取下。 表面对油墨的粘合性好，不会引起油墨的发黄、变质。,（三）复合薄膜的层压（复合）方法 1）湿法层

18、压 将水基粘合剂涂敷在第一种材料需要粘合的表面上，当表面被浸润后将另一一种材料面对合上，通过压紧滚筒压紧，再经过加热干燥而成。 湿法层压用粘合剂主要有淀粉、酪朊、聚乙烯醇、硅酸钠等水分散液或水溶液，以及聚醋酸乙烯、乙烯醋酸乙烯共聚物、聚丙烯酸酯、天然橡胶、丁基橡胶、聚异丁烯等橡胶乳液。 湿法层压由于粘合剂都是含水的，粘合膜要经过干燥，因此被粘物至少要有一层是象纸张、织物或玻璃纸等透水的物质，例如用于纸/玻璃纸、纸/铝箔,纸/塑料、布/铝箔等复合膜的制造.,湿式复合法（纸张塑料、铝箔）,2,1（纸张）,1（塑料）,4,3,湿式复合机原理,1-给料 2-粘合剂（树脂乳胶） 3-复卷 4-干燥装置,

19、2）干法层合 干法层压是纸张、铝箔、塑料薄膜等组合层压的重要方法，尤其适用于同种或异种塑料薄膜的层压，如聚酯/聚乙烯、尼龙/聚乙烯、聚丙烯/聚乙烯、聚酯/铝箔/聚乙烯、玻璃纸/铝箔/聚乙烯的复合薄膜等。 干法层压的方法是：先在第一种薄膜表面上涂上粘合剂溶液，通过烘道敞开干燥，再合上第二种薄膜，在加热下加压制得成品。,干式复合法（薄膜类）,干法复合机原理,1给料 2粘合剂 （溶剂型） 3复卷 4干燥装置,3）热熔层压 这一方法是随着热熔粘合剂的出现而发展起来的，主要适用于纸板/纸板、铝箔/纸、玻璃纸/玻璃纸、铝箔/玻璃纸的层压。 最早，而且至今仍在应用的热熔粘合剂是蜡，此外象乙烯醋酸乙烯共聚物、乙烯丙烯酸酯共聚物、聚异丁烯、聚丁二烯、石油树酯等改性