包裝材料學(xué)第5章黏合劑

1、第五章 粘合劑（以自學(xué)為主）黏合劑的組成與分類黏結(jié)機(jī)理天然黏合劑及無機(jī)黏合劑(自學(xué)為主)合成樹脂黏合劑橡膠黏合劑(自學(xué)為主)第一節(jié) 黏合劑的組成與分類粘合劑是一種最重要的包裝輔助材料，它在包裝工業(yè)中占有非常重要的地位。各種紙容器的封口，復(fù)合薄膜的制造，瓦楞紙板的制造，瓦楞紙箱和紙盒的制造、封口，各種包裝容器的標(biāo)簽的粘貼，各種膠帶的制造均離不開粘合劑。一、黏合劑的組成黏合劑是以具有黏性或彈性體的天然產(chǎn)物和合成高分子化合物（無機(jī)黏合劑除外）為基料，并加入固化劑，填料，增韌劑，稀釋劑，防老劑等添加劑組成的一種混合物。1、基料 主要而且必須的成分，是黏合劑的骨架。它賦予黏合劑的黏附性。 通常由一種或幾

2、種高分子化合物混合而成。第一節(jié) 黏合劑的組成與分類2、固化劑又稱硬化劑或者熟化劑。它能使線型分子形成網(wǎng)型或者體型結(jié)構(gòu)，從而使黏合劑固化。3、填料增加黏合劑的彈性模量，降低線膨脹系數(shù)，減少固化劑收縮率，增加黏度、抗沖擊韌性，提高使用溫度、耐磨性能、膠接強(qiáng)度。改善黏合劑耐水、耐介質(zhì)性能和耐熱老化性能等。缺點(diǎn)：增加了黏合劑的重量，增加了年度而不利于涂布，喪失了透明性等。第一節(jié) 黏合劑的組成與分類4、增韌劑 改善粘合劑的性能，增加韌性，降低脆性，提高黏結(jié)層的抗剝離、抗沖擊性，而且可以改善黏合劑的流動(dòng)性、耐旱性、耐震性等。5、稀釋劑 降低黏度，便于涂布。6、促進(jìn)劑與著色劑 促進(jìn)劑：加速固化反應(yīng)或降低固化

3、反應(yīng)的物質(zhì)。 著色劑：著色。第二節(jié) 黏結(jié)機(jī)理 一、黏結(jié)的產(chǎn)生黏合力粘附力：粘結(jié)劑和被粘物之間的力內(nèi)聚力：粘結(jié)劑層（膠層）內(nèi)部的力黏合力示意圖第二節(jié) 黏結(jié)機(jī)理 膠層破壞有如下幾種情況： 注意：粘合力由粘附力和內(nèi)聚力中最小的一個(gè)決定。內(nèi)聚力又由粘合劑本身來決定，如粘結(jié)劑的性質(zhì)組成配比和固化工藝等。一般黏附力比內(nèi)聚力大得多。 一般來講：在滿足粘合條件的情況下，涂層越薄越好。因?yàn)橥繉釉胶?，缺陷越多。涂層薄，缺陷少，利于粘結(jié)劑分子的定向作用，也能充分發(fā)揮粘附力的作用，節(jié)約用膠量。內(nèi)聚破壞黏附破壞混合破壞膠層破壞形式第二節(jié) 黏結(jié)機(jī)理 二、黏結(jié)機(jī)理1. 吸附理論 目前最普遍的一種理論。（次價(jià)力引起） 任何物

4、質(zhì)分子相互接近到距離小于0.5nm時(shí)，就產(chǎn)生分子間的相互作用力（次價(jià)力），這種力盡管小，但是分子數(shù)目很多時(shí)，其所產(chǎn)生的吸附力是相當(dāng)大的。一般認(rèn)為，吸附作用是產(chǎn)生黏附力的主要因素。 黏合劑與被黏物緊密地黏附在一起而具有足夠的強(qiáng)度，所以提出黏結(jié)界面黏附的物理化學(xué)條件，即表面潤濕現(xiàn)象。（1）表面潤濕現(xiàn)象： 粘合劑與被粘物體表面之間有最大的接觸。 在接觸面上，粘合劑對(duì)被粘物體表面有良好的親和性。 在液體和固體相接觸的地方，液面發(fā)生彎曲，液面的切線與固體表面形成夾角接觸角討論：若=0（接觸面積最大），即液體完全附著在固體表面（液體全 面展開），表示完全潤濕； 若90，表示不易潤濕，且越大，潤濕性越差；

5、若=180，表示完全不潤濕。第二節(jié) 黏結(jié)機(jī)理 液體與平的固體表面的接觸角第二節(jié) 黏結(jié)機(jī)理 （2）黏附的結(jié)合力 黏合劑對(duì)被黏物體的潤濕能力是衡量黏附性的先決條件，潤濕只是一個(gè)宏觀現(xiàn)象，其實(shí)質(zhì)是由于界面發(fā)生了黏附的結(jié)合力即黏附力。 這種黏附結(jié)合力多數(shù)情況下是極性鍵力在起作用。吸附理論能夠解釋某些黏結(jié)現(xiàn)象，但對(duì)于高聚物自黏或者互黏等現(xiàn)象不能很好的解釋；另外剝離黏合劑薄膜所做的功要超過分子間作用力好幾十倍以及黏附力與剝離時(shí)的速度有關(guān)等現(xiàn)象不能好好的解釋。2 擴(kuò)散理論 粘結(jié)劑滲透（被粘高聚物）溶脹（甚至溶解）粘結(jié)界面消失 擴(kuò)散理論的解釋范圍，主要用在高聚物之間，特別是熱塑性高聚物之間 的粘結(jié)現(xiàn)象。3 靜

6、電理論 靜電理論認(rèn)為：粘合力是由于界面上雙電層之間靜電引力的作用。第二節(jié) 黏結(jié)機(jī)理 膠膜自固體表面玻璃時(shí)產(chǎn)生的雙電層示意圖4 化學(xué)鍵理論 粘合劑與被粘物體表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成化學(xué)鍵結(jié)合，但只限于反應(yīng)性的特定的粘結(jié)劑品種。5 機(jī)械結(jié)合理論 粘合劑與被粘物體表面粗糙，粘結(jié)劑滲透到這些凸凹或孔隙中，固化后粘合劑與被粘物體粘結(jié)在一起。微觀機(jī)械連接對(duì)于多孔性材料的粘結(jié)強(qiáng)度有顯著的貢獻(xiàn)，但對(duì)于非孔性的表面，這種作用就不大。第二節(jié) 黏結(jié)機(jī)理 以上各種理論對(duì)闡述黏結(jié)機(jī)理，都有其正確的一面，但都解釋得不十分完善，尤其是實(shí)際使用的黏合劑，其組成都比較復(fù)雜，更難以用某一理論進(jìn)行圓滿的解釋。因此第三節(jié) 天然粘合劑及無

7、機(jī)黏合劑 天然粘合劑其它天然樹脂氨基酸衍生物葡萄糖衍生物無機(jī)粘合劑水玻璃石膏水泥其它無機(jī)黏合劑對(duì)環(huán)境無大影響第三節(jié) 天然粘合劑及無機(jī)黏合劑 一 葡萄糖衍生物粘結(jié)劑從植物中提取的膠質(zhì)多數(shù)是葡萄糖衍生物，其分子式與基本結(jié)構(gòu)如下：OOHHHCH2OHHOOHHnH具體包括：淀粉糊精阿拉伯膠及海藻酸鈉等。（一）淀粉 純白色顆粒狀，不同類型的植物中淀粉結(jié)構(gòu)有直鏈，支鏈之分，只是量多少不同。 第三節(jié) 天然粘合劑及無機(jī)黏合劑 （二）糊精 將淀粉加熱（如180時(shí)）使其分子分解而得到糊精。分子式 。 黃色（200）或白色（180190）固體顆粒；除糊精外，還需其他助劑（三）阿拉伯膠（桃膠） 呈白色至深紅色硬脆固

8、體，溶解于甘油和水，不溶于有機(jī)溶劑。它是阿拉伯膠素酸的鉀、鈣、鎂鹽等轉(zhuǎn)變成半乳糖和葡萄糖醛酸而形成的長鏈狀聚合物，（四）海藻酸鈉海藻酸鈉系-無水右旋甘露密醛酸鈉的聚合物，具有下列結(jié)構(gòu)：海藻酸鈉為白色至暗棕色固體，溶于水，不溶于有機(jī)溶劑，有親水懸浮膠體的性質(zhì)。 這種海藻酸鹽系由昆布屬海藻，如黑海帶、裙帶菜等用堿萃取的水溶液中，添加乙醇所得的糊狀沉淀物。亦可由海藻制碘過程的副產(chǎn)品中所得。第三節(jié) 天然粘合劑及無機(jī)黏合劑 二 氨基酸衍生物粘合劑 蛋白質(zhì)的基本組成單位為氨基酸，其分子式為：NH2CHCO（NHCHCO）nNHCHCOOH R R R由于蛋白質(zhì)是生命的基礎(chǔ)，在一切生物體內(nèi)大量存在?？梢宰鳛?/p>

9、粘結(jié)劑的除植物蛋白外，基本上由動(dòng)物體制取。第三節(jié) 天然粘合劑及無機(jī)黏合劑 從動(dòng)物血液的凝結(jié)作用得到啟發(fā)，開始了血液黏合劑的利用。血液黏合劑是由蛋白質(zhì)的黏結(jié)產(chǎn)生的，蛋白質(zhì)的組成單位是氨基酸，所以叫做氨基酸衍生物黏合劑。（一）植物蛋白 一般情況下將大豆蛋白與水一起配制成一定濃度的溶液即可應(yīng)用。但為了調(diào)解粘度或延長膠液的使用時(shí)間，還可加入適量的鹽類如氯化鈉、氯化銅、藻酸鈉和果膠等，或者加入一定量的堿類等。例如：大豆蛋白等，粘結(jié)力比葡萄糖衍生物強(qiáng)，但耐水性差。（二）酪朊 又稱酪素和干酪素，主要成分：含磷蛋白。 性質(zhì)：無色無臭，白色或黃色，溶解于堿液或濃酸，在弱酸中沉淀，不溶于水醇類，有吸濕性，在常態(tài)下

10、具有很強(qiáng)的粘合力。例如：木材金屬木材木材等的粘結(jié)。第三節(jié) 天然粘合劑及無機(jī)黏合劑 （三）骨膠或明膠 骨膠是骨膠朊衍生的蛋白質(zhì)的總稱，骨膠屬于硬蛋白，加水分解便轉(zhuǎn)化為明膠。明膠除純度高品質(zhì)好以外，與骨膠沒有明顯的區(qū)別。 干燥的骨膠平均含水11%18%，相對(duì)密度約1.27。顏色、外形和性能隨原料和制造方法的不同而略有不同。明膠是透明的淺黃色小顆粒，無臭無味，在冷水中吸水膨脹，溶于熱水，冷卻后，凝膠。溶于甘油和醋酸，不溶于乙醇和乙醚。C102H149O38N31C102H151O39N31+ H2O第三節(jié) 天然粘合劑及無機(jī)黏合劑 三 其他天然樹脂粘合劑 松香（松香酸天然熱溶膠） 蟲膠 瀝青（石油附屬

11、品） 生漆（漆樹）四 無機(jī)粘合劑（硅酸鈉粘合劑，又稱水玻璃或泡化堿）由硅石與苛性鈉共混融溶制成的粘稠液體，無色，無臭，呈堿性，以任意比例與水混合。 包裝用：氧化鈉：二氧化硅=1：2.93.5 不同用途的硅酸鈉粘合劑的特性參見表4-2，P262。第三節(jié) 天然粘合劑及無機(jī)黏合劑 合成樹脂粘結(jié)劑是當(dāng)今產(chǎn)量最大品種最多應(yīng)用最廣影響最大的粘結(jié)劑。熱塑性粘合劑熱固性粘合劑復(fù)合型粘合劑合成樹脂粘合劑乳液型溶劑型熱熔型第四節(jié) 合成樹脂黏合劑一、 熱塑性粘合劑（一） 乳液型粘合劑 一般以水為分散介質(zhì)，成本較低、無毒、色淺，有良好的穩(wěn)定性和作業(yè)適應(yīng)性。而且聚合物乳液的樹脂相對(duì)分子量可以很高，因此粘合劑膜的強(qiáng)度較好

12、。乳液粘合劑不用加熱或加固化劑就能較快地固化。 乳液粘合劑的最大缺點(diǎn)是耐水性不佳、蠕變性較大，當(dāng)然這兩個(gè)缺點(diǎn)可通過提高樹脂的相對(duì)分子量得到一定的改善。乳液型粘合劑最具代表性的是聚醋酸乙烯及其共聚物。 第四節(jié) 合成樹脂黏合劑1. 聚醋酸乙烯酯 其結(jié)構(gòu)為：CHCH2COOCH3n 性質(zhì)：醋酸乙烯為無色液體，有醋酸氣味，不溶于水，能溶于醇、酯、酮及甲苯。在常溫下能緩慢聚合，在光、熱或過氧化物的作用下，聚合急劇加速。醋酸乙烯有揮發(fā)性和可燃性，它的蒸汽有微毒，使用和保存時(shí)要注意安全。第四節(jié) 合成樹脂黏合劑穩(wěn)定性好，能和填料、增塑劑等很好的混合，黏度可以自由調(diào)節(jié)，有良好的早期黏結(jié)強(qiáng)度。主要用于木材的黏結(jié)。

13、還可用于紙張的黏結(jié)。2. 乙烯醋酸乙烯共聚物 EVA乳液膠膜能耐寒、耐酸、耐堿、對(duì)氧、臭氧和紫外線較穩(wěn)定，與其他樹脂相容性好，無毒、儲(chǔ)存期較長，低溫成膜性較好，可用于粘合紙板盒加工紙、紙箱的封合、纏管、貼標(biāo)簽、貼包裝盒開窗薄膜以及塑料薄膜、無紡布、鋁箔等的粘結(jié)。 3. 丙烯酸酯及其衍生物CH2CRCOORn第四節(jié) 合成樹脂黏合劑（二）溶劑型粘合劑-大部分采用有機(jī)溶劑為溶劑，少部分采用水。1. 聚乙烯醇溶劑型黏合劑 溶劑：水，主要用來粘結(jié)紙-紙，紙和鋁箔等。 2. 聚醋酸乙烯（PVC） 溶劑：水。聚醋酸乙烯粘結(jié)劑用來粘合玻璃紙、紙、織物及某些塑料，抗水性很好。 第四節(jié) 合成樹脂黏合劑3 纖維素衍

14、生物1）硝酸纖維素 溶劑：丙酮醋酸乙酯等（溶劑揮發(fā)干燥） 主要粘結(jié)：紙織物玻璃等2）醋酸纖維素粘合劑 溶劑：丙酮醋酸甲酯等 主要粘結(jié)：紙材織物玻璃等4 聚丙烯酸酯及其共聚物 溶劑：水酮類等； 主要粘結(jié)：紙材塑料玻璃等第四節(jié) 合成樹脂黏合劑（三）熱熔性粘結(jié)劑 熱熔性粘結(jié)劑是一種不含溶劑或水的熱塑性樹脂為基體的固體的粘結(jié)劑。其受熱時(shí)熔融，與被粘物粘結(jié)，粘結(jié)界面在冷卻后固化，而具有一定的粘結(jié)強(qiáng)度。這類粘結(jié)劑又稱為熱熔膠。 組成：以熱塑性樹脂為粘結(jié)料，加入增粘劑和石蠟等配制而成。按不同性能要求，可適量加入增塑劑、抗氧劑和填料等。 特點(diǎn)：固化速度快、多功能、粘結(jié)范圍廣、無溶劑、不污染環(huán)境。 第四節(jié) 合成

15、樹脂黏合劑二、熱固型合成樹脂粘結(jié)劑 可以是單一組分，但絕大多數(shù)為多組分。由含多官能團(tuán)的線性聚合物或單體，在固化劑或引發(fā)劑的作用下，生成不可逆的化學(xué)反應(yīng)，或在加熱等其他條件下，轉(zhuǎn)變成不溶不熔物，獲得一定的粘結(jié)力。 熱固型主要樹脂有：脲醛樹脂酚醛樹脂環(huán)氧樹脂（+固化劑） 三聚氰胺甲醛樹脂 聚氨酯樹脂 這里主要介紹一下聚氨酯樹脂 第三節(jié) 合成樹脂黏合劑聚氨酯（PU）熱固型粘合劑：一般有AB兩部分組成： A: 含有-OH的聚酯或聚醚，作為主劑； B：多異氰酸酯（-NCO），作為固化劑（即交聯(lián)劑）OCNRNHORCONH RNCOHOROH + OCNRNCONCONCONCO （NCO）基團(tuán)不僅與（O

16、H）產(chǎn)生交聯(lián)反應(yīng)，且還能與被粘物表面起化學(xué)反應(yīng)，而牢固地粘結(jié)在一起，用于塑料塑料塑料鋁箔等的干法復(fù)合。第四節(jié) 合成樹脂黏合劑三、復(fù)合型樹脂粘合劑 熱塑性樹脂粘結(jié)劑和熱固性樹脂粘結(jié)劑各有其特點(diǎn),為了在某些特定的場合以及在結(jié)構(gòu)件上應(yīng)用,往往需要具有綜合性能的粘結(jié)劑復(fù)合型樹脂粘結(jié)劑。復(fù)合型樹脂粘合劑品種很多。在包裝工業(yè)中使用最多的是乙烯醋酸乙烯共聚物，丁腈酚醛樹脂。 丁腈橡膠因含有腈基，而對(duì)金屬有很好的粘合強(qiáng)度。如果再加上羥基，則使金屬的粘合性有進(jìn)一步的提高。用這樣的活性劑化合物與酚醛樹脂復(fù)合，在加熱時(shí)一方面酚醛和丁腈橡膠中的雙鍵結(jié)合而固化，另一方面丁腈橡膠中的腈基和酚醛樹脂的羥甲基反應(yīng)，具有和硫化同樣的交聯(lián)作用。 第四節(jié) 合成樹脂黏合劑一 丁腈橡膠粘合劑 丁腈橡膠是丁二烯和丙烯腈乳聚合的共聚物，其結(jié)構(gòu)為： CH2CH m CH2CH=CHCH2 n CN 根據(jù)m 的變化有不同型號(hào)，一般丙烯腈含量在30%40%