第七章粘合劑

第七章粘合劑第七章粘合劑第一節(jié)粘合劑的組成和分類粘合劑：將兩種同類或不同類的固體物質(zhì)連接在一起的物質(zhì)，又稱粘接劑、膠粘劑或直接稱為膠。 1.粘合劑的組成： ①基料（粘合物質(zhì)）基料是粘結(jié)劑的主要而必須的成分。它又稱為基體，也稱粘結(jié)劑的骨架。它又稱為基體，也稱粘結(jié)劑的骨架。 ②固化劑又稱硬化劑或熟化劑。它能使線型分子形成網(wǎng)型或體型結(jié)構(gòu)，從而使粘結(jié)劑固化。 ③填料。填料的加入可以增加粘結(jié)劑的彈性模量，降低線膨脹系數(shù)，減少固化收縮率，增加粘度、抗沖擊韌性，提高使用溫度、耐磨性能、膠接強度。 ④增韌劑（增塑劑）。增韌劑能改善粘結(jié)劑的性能，增加韌性、降低脆性，提高粘結(jié)層的抗剝離、抗沖擊能力，而且可以改善粘結(jié)劑的流動性、耐寒性與耐震性等。1.粘合劑的組成：⑤稀釋劑。釋釋劑的主要作用是降低粘度，以便于涂布施工。稀釋劑分為兩大類：一類為非活性稀釋劑又稱為溶劑，例丙酮、甲乙酮、乙酸乙酯、苯、甲苯等。它不參與例丙酮、甲乙酮、乙酸乙酯、苯、甲苯等。它不參與粘結(jié)劑的固化反應(yīng)。另一類是活性稀釋劑，它既可以降低粘結(jié)劑的粘度，又參與粘結(jié)劑的固化反應(yīng)，例：環(huán)氧丙烷丙基醚、甘油環(huán)氧樹脂等。交聯(lián)劑，是指能通過與大分子主鏈或支鏈上的基團反應(yīng)，在大分子之間形成化學(xué)橋鍵．而成為不溶不熔的網(wǎng)狀或體型結(jié)構(gòu)的不飽和或多官能團的物質(zhì)，這種物質(zhì)可以提高粘結(jié)強度。1.粘合劑的組成：促進劑及著色劑。在熱固性粘結(jié)劑中，凡能加速固化反應(yīng)或降低固化反應(yīng)溫度一類的物質(zhì)叫固化促進劑，如環(huán)氧樹脂粘結(jié)劑中常用的叔胺、酚類、硫脲等。胺、酚類、硫脲等。消泡劑。消泡劑用來防止在制備粘合劑時產(chǎn)生氣泡，或者防止粘合劑在使用時產(chǎn)生氣泡。其它。2.粘合劑的分類3.粘結(jié)機理一粘結(jié)的產(chǎn)生粘合力粘附力：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)部的力注意：粘合力由粘附力和內(nèi)聚力中最小的一個決定。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。在滿足粘合條件的情況下，涂層越薄越好。因為涂層越厚，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。3.粘結(jié)機理（1）吸附原理（表面潤濕）①粘合劑與被粘物體表面之間有最大的接觸。②在接觸面上，粘合劑對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ef接觸角切線與固體表面形成夾角ef接觸角討論:a）若B=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；B） 若e&it；90。，表示可以潤濕，且e越小，潤濕性越好；濕性越好；C） 若e>；90°，表示不易潤濕，且e越大，潤濕性越差；D）若e=180°,表示完全不潤濕。粘附結(jié)合力： （微觀上）化學(xué)鍵力或極性鍵力（2）擴散理論。粘結(jié)劑滲透f（被粘咼聚物）溶脹（甚至溶解）f粘結(jié)界面消失擴散理論的解釋范圍，主要用在高聚物之間，特別是熱塑性咼聚物之間的粘結(jié)現(xiàn)象。（3）靜電理論。靜電理論認為：粘合力是由（3）靜電理論。靜電理論認為：粘合力是由于界面上雙電層之間靜電引力的作用。（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)f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。微觀機械連接對于多孔性材料的粘結(jié)強度有顯著的貢獻，但對于非孔性的表面，這種作用就不大6）極性理論（6）極性理論極性理論認為粘合作用與膠粘劑和被粘物材料的極性有關(guān)，極性材料要用極性膠粘劑粘合,非極性材料則要用非極性膠粘劑粘合。1天然粘結(jié)劑及無機粘結(jié)劑天然粘結(jié)劑是人類應(yīng)用最早的粘結(jié)劑，按來源可分為動物膠、植物膠和礦物膠等，來源可分為動物膠、植物膠和礦物膠等，而按化學(xué)結(jié)構(gòu)則可分為葡萄糖衍生物、氨基酸衍生物及其它天然樹脂等。無機粘結(jié)劑也稱為無機膠，例水泥、石膏、水玻璃及其它無機粘結(jié)劑都有非常廣泛的應(yīng)用范圍。第二節(jié)包裝常用粘結(jié)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：CH2OHOOHHHHOOHHH6106(CHO)n具體包括：淀粉、糊精、阿拉伯膠及海藻酸鈉等。而在包裝中應(yīng)用最多的是淀粉粘合劑。淀粉粘結(jié)劑廣泛用于包裝工業(yè)中，特別是紙制品加工。例紙袋、紙盒、瓦楞紙板箱的粘結(jié)等。(一)淀粉粘合劑原料和制備①淀粉。純白色顆粒狀，是主要粘合物質(zhì)，其分子式為(C6H10O5)n,淀粉不溶于水，但在水中隨溫度升高而膨脹，然后即破裂而糊化。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。交聯(lián)劑(固化劑)(可以防潮)：硼砂，提高粘結(jié)劑的耐水性，加入量為淀粉量的0.1?0.5%堿(NaOH)與淀粉中的羥基結(jié)合，破壞部分氫鍵，使大分子間的作用力減弱，因而降低了糊化溫度。氫氧化鈉還能起到被粘紙材表面處理的作用。經(jīng)驗證明，堿性淀粉粘合劑對粘合某些紙材是有利的。但用量不能過大，否則會使粘合劑pH值上升，影響瓦楞紙板的質(zhì)量。 2．淀粉粘合劑制備方法 目前，耗用量最大、最重要的是制造瓦楞紙板用的淀粉粘合劑，其制造方法有種，即斯坦霍爾(Stein—Hall)法和氧化法。(1)斯坦霍爾法。現(xiàn)代化大型瓦楞紙箱生 (1)斯坦霍爾法?，F(xiàn)代化大型瓦楞紙箱生產(chǎn)廠用淀粉粘合劑都在本廠自制。這種粘合劑保存時間不長。制備方法分一步法和二步法。目前國內(nèi)外普遍采用二步法。圖8—2為二步法制備淀粉粘合劑的生產(chǎn)工藝流程圖。2．淀粉粘合劑制備方法（1）斯坦霍爾法。第一步是制備載體淀粉（熟化淀粉）。首先向載體罐中加入588L水，然后加入91kg淀粉，攪拌3min后，邊攪拌邊緩慢加人氫氧化鈉溶液（15.4kg的NaOH溶于38L的H20中），注意加堿（15.4kg的NaOH溶于38L的H20中），注意加堿要慢，加完后攪拌15-30min，使淀粉熟化成透明的載體。第二步是制備主體淀粉（生淀粉），向主體罐中加入1516L的水，再加入14.5kg的Na2B4O7-10H2O或11.4kg的Na2B4O7?5H2O,攪拌直至全溶，然后加入454kg淀粉，攪拌混合。直到完全分散均勻，將第一步制得的載體淀粉在攪拌下慢慢加入第二步制得的主體淀粉中，充分混合攪拌20?30min，主體淀粉中，充分混合攪拌20?30min,炎熱的天氣還要加入少量防腐劑，如甲醛（1L）或五氯酚鈉（0.9kg）。這樣制得的成品用泵輸送到粘合劑貯槽備用（2）氧化法對淀粉進行氧化處理是對淀粉進行改性，淀粉氧化的目的，是使淀粉分子鏈的糖甙鍵裂解斷鏈（即有一定的大分子鏈的斷裂），通過氧化劑的作用將淀粉分子中的羥基氧化，改變淀粉的的作用將淀粉分子中的羥基氧化，改變淀粉的分子結(jié)構(gòu)，生成新的官能團，如一CHO醛基）、=C0羰基）、有的可進一步氧化成一COOH羧基）。這些官能團可阻止淀粉分子間的締合，從而改善淀粉粘合劑的穩(wěn)定性，提高了粘合能力和對紙板的親和性及對紙板纖維的滲透性并且使粘合劑具有較好的防潮性和防腐性。②用高錳酸鉀作氧化劑制淀粉粘合劑：氧化法所用的氧化劑有過氧化物、次氯酸鈉、高錳酸鉀等。用次氯酸鈉作氧化劑制淀粉粘合劑的方法因有毒氣體的析出污染環(huán)境和影響工作人員身體健毒氣體的析出污染環(huán)境和影響工作人員身體健康已被淘汰。目前在我國適于小紙箱廠生產(chǎn)瓦楞紙板所用的淀粉粘合劑是采用高錳酸鉀作氧化劑冷制法制備的。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）上述配方可根據(jù)需要按比例放大、縮小。②用高錳酸鉀作氧化劑制淀粉粘合劑制備工藝過程：10kg淀粉放人反應(yīng)釜中，然后加入30LH20，攪拌制成淀粉乳液。將0.12kgKMnO4溶于10kgH2O中，將此溶液加入到反應(yīng)釜中。攪拌15min使之與淀粉乳液混合到反應(yīng)釜中。攪拌15min使之與淀粉乳液混合均勻，然后加入12.5LNaOH溶液，在充分攪拌條件下反應(yīng)20?30min，然后加入硼砂溶液（2%的Na2B4O7溶液），反應(yīng)體系凝凍而無法攪拌時停止攪。拌，靜止2h或更長一點時間凝凍自動解開，侍體系均勻即制成淀粉粘合劑。 3．粘合劑的質(zhì)量控制 ①粘度粘度是粘合劑的重要質(zhì)量指標(biāo)。只有粘度穩(wěn)定，粘合質(zhì)量才能穩(wěn)定，若粘度太高，粘合劑流動性差，不易滲透到芯紙和面紙表面，適當(dāng)減少載體中淀粉含量可以降低粘度。若粘度太低，上膠輥帶不起膠，會使粘以降低粘度。若粘度太低，上膠輥帶不起膠，會使粘合劑過多地滲入芯紙和面紙，適當(dāng)增加載體中淀粉含量可以提高粘度。②膠化溫度淀粉粘合劑開始變稠，即粘合劑原料中生淀粉逐漸熟化而顯示粘合性質(zhì)的溫度為膠化溫度。 3．粘合劑的質(zhì)量控制 ③固體含量粘合劑的固體含量，可用下式來表示： W%=（g1/go）x100%式中；W%為固體含量； 式中;W%為固體含量； g1為干燥后粘合劑重量（g）go為濕粘合劑重量（g）4.糊精粘合劑糊精是將淀粉加熱（例180C）使其分子分解而制得。它的分子也是（C6H10O5）n。，只不過n的數(shù)字比淀粉分子的小。糊精不僅可溶于熱水中，而且還可溶于冷水配成各種濃度的粘結(jié)劑。一般用45~50%濃度的糊精水溶液，作為紙張粘結(jié)劑。糊精粘結(jié)劑干燥后很脆，附著液，作為紙張粘結(jié)劑。糊精粘結(jié)劑干燥后很脆，附著力并不強，如漆布和紙板使用糊精粘結(jié)劑粘結(jié)，則干燥后很容易從糊精膠層揭開。糊精配制時可加入1?2%的甘油，以提高膠膜的彈性，加0.65?1%的硼砂，可提高糊精的粘結(jié)牢度。糊精粘結(jié)劑比淀粉粘結(jié)劑的粘結(jié)力強，適合于自動包裝、瓦楞紙箱、紙盒、紙袋等的粘結(jié)。4.糊精粘合劑瓦楞紙箱糊精粘結(jié)劑的配方舉例如下：糊精100kg硼砂2.5kg輕質(zhì)碳酸鈣1.5kg輕質(zhì)碳酸鈣1.5kg氫氧化鈉溶液（27BC）20kg硼礦液（3kg硼砂+30kg水）33k8水454kg此種粘結(jié)劑具有初粘性好、粘合牢固、不凝膠、不發(fā)霉、含堿量低、防潮性能好等特點。 5.阿拉伯膠（桃膠）呈白色至深紅色硬脆固體，相對密度在1.3?1.4之間，溶解于甘油和水，不溶于有機溶劑。6.海藻酸鈉白色至暗棕色固體，溶于水，不溶于有機溶劑，有親水懸浮膠體的性質(zhì)。親水懸浮膠體的性質(zhì)。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：NH2—CHCO（NHCHCO）nNHCHCOOHRRRRRR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?？梢宰鳛檎辰Y(jié)劑的除植物蛋白外，基本上由動物體制取。（一）植物蛋白例如：大豆蛋白等，粘結(jié)力比葡萄糖衍生物強，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)下具有很強的粘合力。例如：木材一金屬、木材一木材等的粘結(jié)。 （三）骨膠或明膠骨膠屬于硬蛋白，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。三其他天然樹脂粘合劑松香（松香酸、天然熱溶膠）、蟲膠瀝青（石油附屬品）、生漆（漆樹）四無機粘合劑（硅酸鈉粘合劑，又稱水玻璃或泡化堿）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=1:2.9?3.5第三節(jié)合成樹脂粘合劑合成樹脂粘結(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。乳液型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溶劑型熱熔型一熱塑性粘合劑（一）乳液型粘合劑典型的為白乳膠。乳液是聚合物的微粒在水中的分散1.聚醋酸乙烯酯其結(jié)構(gòu)為：其結(jié)構(gòu)為：性質(zhì)：微酸，溶于有機溶液，遇濃酸堿會分解，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乳液膠膜能耐寒、耐酸、耐堿、對氧、臭氧和紫外線較穩(wěn)定，與其他樹脂相容性好，無毒、儲存期較長，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)。鋁箔等的粘結(jié)。3.丙烯酸酯及其衍生物——CH2—C————RCOORn（二）溶劑型粘合劑1.聚乙烯酸（PVA）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。3纖維素衍生物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（三）熱熔性粘結(jié)劑熱熔性粘結(jié)劑是一種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：固化速度快、多功能、粘結(jié)范圍廣、無溶劑、不污染環(huán)境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聚氨酯（PU）熱固型粘合劑一般有A、B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）HO—R—OH+OCN-R'—NCOOCN-R'—NHC—R—CONH-R'—NCONCONCONCO（—NCO）基團不僅與（一OH）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，用于塑料一塑料、塑料一鋁箔等的干法復(fù)合。 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,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。第四節(jié)橡膠粘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：[CH2—CH]m[CH2—CH==CH—CH2]nCN根據(jù)m的變化有不同型號，一般丙烯腈含量在30%?40%之間，特點有：粘結(jié)強度大，有良好的耐油，耐熱，耐水性能，適用于金屬、塑料、合成橡膠、木材、織物等多種材料的粘合。二丁苯橡膠粘合劑丁苯橡膠由丁二烯與苯乙烯在 25?50C以上（高溫丁苯橡膠）或在10C以下（低溫丁苯橡膠）乳液聚合制得的無規(guī)共聚物，其結(jié)構(gòu)為：[CH—CH]m[CH2—CH==CH-CH2]n丁苯橡膠的固有粘性較差，所以很少單獨作粘結(jié)劑用，大多采用其他樹脂來改進如粘性、內(nèi)聚強度和耐熱性等這樣一些性質(zhì)。提高丁苯橡膠粘結(jié)劑性能的樹脂有松香、松香酯和一些熱塑性酚醛等。第五節(jié)主要包裝印刷材料的粘結(jié)一紙材的粘結(jié)1.