功能性膠黏劑1

第五章功能性膠黏劑5.1概述功能性膠黏劑系指具有特殊功能的膠黏劑。主體材料具有功能性或者添加具有功能性的填料以達(dá)到目的。按用途分：導(dǎo)熱、導(dǎo)電、導(dǎo)磁，密封、點(diǎn)焊膠粘劑。按工藝分：熱熔、壓敏、厭氧、光敏、微膠囊膠粘劑。

5.2壓敏膠黏劑及膠黏帶壓敏膠黏劑(PSA)：施于被黏物，略加壓力即產(chǎn)生一層持久性黏膜的膠黏劑，簡(jiǎn)稱(chēng)壓敏膠。常將膠黏劑涂于基材上加工成帶狀并制成卷盤(pán)使用。壓敏膠可以長(zhǎng)期不固化而保持其永黏性。壓敏膠的特點(diǎn)（1）輕輕指壓就能實(shí)現(xiàn)可靠的膠接；（2）幾乎對(duì)所有的材料都有一定的膠接力；（3）能夠重復(fù)使用；（4）不污染環(huán)境，不傷害人體，使用安全；（5）使用非常方便。缺點(diǎn)：（1）膠接強(qiáng)度不高；不能用于結(jié)構(gòu)性膠接；（2）耐熱性、耐久性、耐溶劑性較差。壓敏膠一般有橡膠型和合成樹(shù)脂型兩類(lèi)，丙烯酸酯壓敏膠屬于合成樹(shù)脂型。壓敏膠制品90%以上由丙烯酸酯乳液制成，它是丙烯酸酯單體和其它乙烯類(lèi)單體的共聚物。5.2.1

壓敏膠的組成5.2.2

壓敏膠黏帶的構(gòu)成5.2.2.1壓敏膠黏劑

橡膠或其他彈性體（樹(shù)脂類(lèi)）、增黏樹(shù)脂、增塑劑、防老劑、填料等組成5.2.2.2基材

要求有較好的機(jī)械強(qiáng)度，厚薄均勻，不易變形，與壓敏膠浸潤(rùn)較好，常用棉布、玻璃布、合成纖維布等織物，聚乙烯、聚丙烯、聚酯、軟質(zhì)或半軟質(zhì)聚氯乙烯等塑料薄膜以及牛皮紙等。厚度以0.1-0.5mm為宜5.2.2.3底層處理劑

也稱(chēng)底涂劑、底膠。涂布于膠黏劑與基材之間，防止脫膠?；旌闲偷啄z是將對(duì)基材有親和力的樹(shù)脂與對(duì)壓敏膠有親和力的樹(shù)脂混合后形成的混合物；接枝共聚型底膠是將對(duì)壓敏膠有親和性的聚合物為主鏈，用對(duì)基材有親和力的化合物進(jìn)行接枝共聚而成。

5.2.2.4背面處理劑

常用的背面處理劑由聚丙烯酸酯、聚氯乙烯、纖維素衍生物或有機(jī)硅化合物等配制而成，不僅起隔離作用，還能提高基材物理機(jī)械作用。5.2.2.5隔離紙對(duì)于雙面膠黏帶、標(biāo)簽、粘貼膠紙、膠黏片等用的壓敏膠表面應(yīng)覆蓋一層隔離紙，常用的有：半硬性聚氯乙烯薄膜、聚丙烯薄膜、涂有背面處理劑的牛皮紙。5.2.3壓敏膠黏劑的黏附特性快粘力（A）：膠黏帶與被粘物之間以最小的壓力，最快的速度接觸后立即分離時(shí)所表現(xiàn)出來(lái)的一種界面剝離力，可以理解為初粘性，表面黏性及壓敏膠對(duì)被粘物的浸潤(rùn)能力等，一般可以手指接觸膠粘帶時(shí)的手感粘力來(lái)衡量。粘接力（B）：進(jìn)行適當(dāng)粘貼后膠黏帶與被粘物表面之間所體現(xiàn)出的剝離力，其大小決定著膠黏帶的黏附性能。內(nèi)聚力（C）：壓敏膠內(nèi)部凝集力為內(nèi)聚力，即粘貼后膠層的內(nèi)聚強(qiáng)度，與分子間力、分子間鍵、分子大小及分子間排布方式有關(guān)黏基力（D）：膠黏劑與基材之間的黏附力或膠黏劑與底膠及底膠與基材間的黏附力B>A否則沒(méi)有壓敏性C>B否則揭膠黏帶時(shí)，膠層會(huì)破壞D>C否則膠層與基材間易脫開(kāi)總之A<B<C<D5.2.4分子量及其分布對(duì)壓敏膠粘接性能的影響分子量的影響：分子量↓

，本體黏度↓，有利于流動(dòng)和潤(rùn)濕，從而提高界面粘接力；但分子量低時(shí)，內(nèi)聚強(qiáng)度差，剝離時(shí)易發(fā)生內(nèi)聚破壞。分子量↑，材料的內(nèi)聚力↑，粘接強(qiáng)度↑，但分子量過(guò)大會(huì)阻滯潤(rùn)濕和分散。分子量分布的影響：研究不多，一般講，理想的壓敏膠應(yīng)該具有較寬的分子量分布。壓敏膠粘帶的制造工藝：將壓敏膠粘劑、底層處理劑和背面處理劑分別配制好后，采用一定的方式將它們涂布于基材上，經(jīng)干燥除溶劑后，制成卷盤(pán)（若為雙面膠粘帶，則卷盤(pán)時(shí)將隔離紙與合膠基材同步卷盤(pán)），然后按尺寸要求切斷，即得膠粘帶。膠粘帶上壓敏膠的用量以膠層厚度為0.02~0.03mm為宜。5.2.5水乳型壓敏膠的分子設(shè)計(jì)根據(jù)壓敏膠黏附特性來(lái)設(shè)計(jì)：首先考慮的是粘基力要大，必須根據(jù)基材的性能、分子結(jié)構(gòu)特性決定壓敏膠分子使用的合成單體。紙（基材）----選用極性大的單體，如乙酸乙烯酯、丙烯酰胺等。滌綸（基材）----選用極性小的單體，如C4-C8高級(jí)丙烯酸酯。根據(jù)壓敏性進(jìn)行分子設(shè)計(jì)：

為使壓敏膠具有壓敏性，還必須考慮聚合物的玻璃化溫度。因?yàn)橹挥挟?dāng)膠層處于高彈態(tài)并接近粘流態(tài)時(shí)才會(huì)有壓敏性。因此壓敏膠的玻璃化溫度應(yīng)該比較低。一般壓敏膠聚合物的玻璃化溫度應(yīng)在-45℃左右。

在玻璃化溫度不變時(shí)，聚合物的分子量對(duì)聚合物的初粘性及內(nèi)聚力有很大影響。根據(jù)施膠工藝特點(diǎn)進(jìn)行分子設(shè)計(jì)：乳膠經(jīng)過(guò)涂布機(jī)涂布進(jìn)烘箱干燥后復(fù)合，這項(xiàng)工藝可有2兩種方法：直接涂布法和轉(zhuǎn)移涂布法。水乳膠多用轉(zhuǎn)移涂布法，但是防粘紙與膠液浸潤(rùn)性差，需要增加膠液的粘性，多采用添加氨水增粘。所以在乳液聚合是，選擇分子結(jié)構(gòu)中有不飽和酸的單體，如丙烯酸、馬來(lái)酸單烷基酯等，這類(lèi)含羧基的共聚乳液，羧基含量越高，堿性增稠性越大。根據(jù)共聚單體特性進(jìn)行分子設(shè)計(jì)：乙烯基單體均聚物的性能有差異性，可根據(jù)需求選用不同單體。丙烯酸乙酯、乙酸乙烯酯具有成膜性和粘性的單體。丙烯酸丁酯和丙烯酸異辛酯不但具有成膜性和粘性，還可以作為降低聚合物玻璃化溫度的內(nèi)增塑單體。5.2.6乳液型丙烯酸壓敏膠帶生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)展1、乳液型丙烯酸壓敏膠帶生產(chǎn)設(shè)備的改進(jìn)：①涂布機(jī)的寬度從1m提高到3m。②涂布機(jī)中涂布輥已從雙輥增加到三、四輥。③干燥器的裝置形式也在更新。④涂布方式趨向多種形式。⑤涂布機(jī)上有各種多功能檢測(cè)裝置。⑥涂布槽裝有回流裝置，用氣泵供膠，避免氣泡。⑦自動(dòng)控制系統(tǒng)普遍。⑧采用高黏度涂布技術(shù)。⑨涂布機(jī)與印刷機(jī)連在一起。⑩在涂布機(jī)上用輻射法進(jìn)行固化。2、乳液型丙烯酸壓敏膠帶性能的改進(jìn)：①聚合時(shí)采用新的單體共聚。②聚合時(shí)加入交聯(lián)劑。③嵌段法提高乳液的性能。④乳液粒子超微化法。⑤增加若干增黏劑樹(shù)脂共混。⑥改變?nèi)榛瘎┑钠贩N。⑦提高固含量，加速其水分揮發(fā)速度。⑧提高粘接強(qiáng)度。⑨加入改性單體、樹(shù)脂填料、防老劑及交聯(lián)劑。⑩加入交聯(lián)劑后立即用紫外線(xiàn)或電子束輻照。3、乳液型丙烯酸壓敏膠帶使用范疇的拓展：①大量用作表面保護(hù)。②向醫(yī)學(xué)衛(wèi)生部門(mén)發(fā)展。③應(yīng)用于工程管理。④環(huán)保部門(mén)的應(yīng)用。⑤應(yīng)用于農(nóng)業(yè)。⑥雙面膠的應(yīng)用廣闊。⑦文化教育，運(yùn)動(dòng)器材方面的應(yīng)用。⑧特殊產(chǎn)品的發(fā)展。

5.2.7熱容壓敏膠（HMPSA）1、熱塑性彈性體系HMPSA主要指以SEBS(苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯）和SIS（苯乙烯-異戊二烯-苯乙烯）為主體的壓敏膠。SIS可看作兩相結(jié)構(gòu)，聚異戊二烯為連續(xù)相屬軟段；PS為分散相屬硬段，Tg1=55℃，Tg2=100℃因此，SIS較適合制作壓敏膠。SEBS、SIS熱熔型壓敏膠主要含有以下成分：（1）主黏料：SEBS、SIS彈性體；（2）增黏樹(shù)脂：松香、萜烯等；（3）軟化劑：機(jī)油、DBP等；（4）交聯(lián)劑：硫磺、過(guò)氧化物等；（5）其他助劑配方示例SEBS（或SIS）：100份增黏樹(shù)脂：75~125份軟化劑：40~60份防老劑：0.5~2份混合溶劑適量固含量20%~40%2、丙烯酸系HMPSADuPont公司開(kāi)發(fā)的ABA嵌段共聚體是100%丙烯酸成分，兩相形態(tài)硬段Tg1=105℃，軟段Tg2=-45℃加增黏劑后軟化溫度87～88℃能粘接不銹鋼、玻璃、聚苯乙烯、丙烯酸酯、聚碳酸酯、尼龍、硬聚丙烯和硬聚乙烯，適于室外用。3、無(wú)定形聚烯烴（APO）APO是飽和聚合物，有良好熱穩(wěn)定性，膠色淺、透明，熔融黏度小。能粘接聚乙烯、聚丙烯等難粘材料，持粘性?xún)?yōu)。無(wú)規(guī)聚丙烯（APP）、丙烯-乙烯（APE）、丙烯-丁烯（APB）、丙稀-己烯（APH）、丙烯-丁烯-乙烯三聚體（APBE）等。4、有機(jī)硅（HMPSA）有機(jī)硅壓敏膠在高、低溫下具有優(yōu)良的使用性能（-73～260℃使用），優(yōu)良的電性能、耐酸堿腐蝕和耐老化的性能。還能與多種難粘材料膠接。廣泛用于汽車(chē)制造、船舶制造、發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)的電氣絕緣、化學(xué)刻蝕加工的掩蔽、氣體屏蔽和化學(xué)屏蔽等方面。5、輻射固化的HMPSA有SIS體系的輻射交聯(lián)的反應(yīng)性HMPSA，丙烯酸系HMPSA，丙烯酸酯-N-叔丁基丙烯酰胺（TBA）系HMPSA。熱容壓敏膠還有離子交聯(lián)共聚體，聚合物分子間形成氫鍵的體系等，物性稍差。5.3耐高溫膠黏劑能在200～500℃溫度下長(zhǎng)期使用的膠黏劑，耐高溫膠黏劑除能滿(mǎn)足溫度要求外，還應(yīng)具有以下綜合性能：有良好的熱物理和熱化學(xué)性能；有良好的加工性；在較高的溫度和使用工作條件下，有較高的粘接強(qiáng)度和物理機(jī)械性能并能在規(guī)定時(shí)間內(nèi)保持這種性能。聚酰亞胺膠黏劑可在370～390℃下長(zhǎng)期工作，短時(shí)間使用溫度可超過(guò)500℃，主要制成膜狀，高溫強(qiáng)度好，電熱性能穩(wěn)定，耐輻射、抗低溫性能優(yōu)良。聚苯并咪唑（PBI）膠黏劑可在250～370℃內(nèi)長(zhǎng)期使用，短時(shí)使用溫度可超過(guò)500℃。粘接強(qiáng)度高，通常配成溶液使用。對(duì)金屬及非金屬有良好的粘接性能。聚苯并噻唑膠黏劑使用溫度可高于500℃，高溫強(qiáng)度好，可作高溫結(jié)構(gòu)膠，具有良好的耐水性和耐堿性。聚苯硫醚膠黏劑在350℃以下可長(zhǎng)期使用，350～400℃內(nèi)使用，具有耐水、耐油，電絕緣性和化學(xué)穩(wěn)定性好。未經(jīng)改性的環(huán)氧樹(shù)脂（EP）固化物較脆，耐高溫性能較差。目前提高環(huán)氧膠黏劑的耐高溫性主要有3條途徑：選擇合適固化劑是采用其他耐高溫樹(shù)脂與環(huán)氧樹(shù)脂物理共混或化學(xué)改性是引入新的基因來(lái)提高環(huán)氧的耐熱性。5.4超低溫膠黏劑在超低溫條件下具有粘接性能，能在液氮（-196℃

）等條件下使用的膠黏劑。主要用于導(dǎo)彈飛行器，使用液氮、液氫的醫(yī)療及實(shí)驗(yàn)設(shè)備上的粘接。通常以聚氨酯或用環(huán)氧樹(shù)脂改性的聚氨酯以及聚氨酯、尼龍改性的環(huán)氧樹(shù)脂等為材料主體配制而成。小結(jié)：聚氨酯膠黏劑的結(jié)構(gòu)對(duì)性能的影響（1）聚酯型PU具有較高的強(qiáng)度、硬度、黏附力、抗熱氧化性；（2）聚醚型PU具有較好的柔順性，優(yōu)越的低溫性能，較好的耐水性；（3）對(duì)稱(chēng)性的二異氰酸酯（MDI）制備的PU具有較高的模量和撕裂強(qiáng)度；（4）芳香族異氰酸酯制備的PU強(qiáng)度較大，抗熱氧化性能好；（5）二元胺擴(kuò)鏈的PU具有較高的機(jī)械強(qiáng)度、模量、黏附性和耐熱性，且較好的低溫性能。5.5液態(tài)密封膠和制動(dòng)膠黏劑

5.5.1按液態(tài)密封膠的化學(xué)組成、涂敷后成膜形狀和應(yīng)用場(chǎng)合等可分成許多類(lèi)型。

按主體材料可分為：環(huán)氧密封膠、尼龍密封膠、聚硫密封膠、氯丁密封膠、丁腈密封膠、聚氨酯密封膠和無(wú)機(jī)密封膠。5.5.2性能與特點(diǎn)：液態(tài)密封膠本身呈液態(tài)，因此流動(dòng)性好，能在金屬的接合面的窄縫中充滿(mǎn)縫隙，形成一種具有粘性、粘彈性或可剝性的均勻的穩(wěn)定的連續(xù)的薄膜，從而使在設(shè)備各部件的接合面之間起密封作用。

液態(tài)密封膠也稱(chēng)液態(tài)墊圈，能與密封件完全吻合，其密封性和耐壓性較高，使用方便，隨密封面呈自由型，具較好的耐腐蝕、耐水、耐油性能和抗沖擊能力。5.5.3液態(tài)密封膠組成、制備及應(yīng)用主體材料為液態(tài)或半固態(tài)聚合物；配以填料、固化劑、促進(jìn)劑、溶劑，在三輥混煉機(jī)上混煉而成。液態(tài)密封膠廣泛應(yīng)用于各種管線(xiàn)工程機(jī)械工業(yè)及電力工業(yè)中的管道、泵體、閥門(mén)、電機(jī)及變壓器等器件的密封。5.5.4制動(dòng)膠黏劑制動(dòng)膠黏劑：具有較好的彈性和鎖固作用，并能在一定外力作用下發(fā)生變形。主體材料：電性能好的彈性體，乙丙橡膠、丁基橡膠、天然橡膠、硅橡膠。輔助材料：軟化劑（硅油）、觸變劑（白炭黑、高嶺土）、增塑劑（石蠟）。制動(dòng)膠的制備：將橡膠、軟化劑與溶劑（常用120#汽油）混合浸泡攪拌溶解，然后與少量少量汽油和氣相二氧化硅調(diào)成膏狀物混勻。應(yīng)用：主要應(yīng)用在電子工業(yè)中，例如在調(diào)線(xiàn)圈中裝置磁芯就需用制動(dòng)膠。汽車(chē)制造業(yè)中，剎車(chē)片的粘接也需用制動(dòng)膠。5.6導(dǎo)電、導(dǎo)熱、導(dǎo)磁膠黏劑導(dǎo)電膠黏劑：具有導(dǎo)電能力的膠黏劑。由導(dǎo)電填料如銀粉、銅粉、鋁粉、炭黑等與粘合基料如環(huán)氧樹(shù)脂、酚醛樹(shù)脂、丙烯酸樹(shù)脂、醇酸樹(shù)脂、聚酯樹(shù)脂、聚氨酯樹(shù)脂等配制而成。用于需導(dǎo)電而又不能受熱的電子工業(yè)產(chǎn)品中。導(dǎo)磁膠黏劑：由導(dǎo)磁鐵粉及粘合樹(shù)脂配制而成。用于導(dǎo)磁性元器件（變壓器、磁棒）的粘接。導(dǎo)熱膠黏劑：由金屬粉（銀、銅、鋁）或無(wú)機(jī)材料（石墨、炭黑、氧化鈹）與粘合樹(shù)脂制成。根據(jù)傳熱系數(shù)及工作溫度要求，可以選擇導(dǎo)熱材料及用量。導(dǎo)電膠的組成與制備目前使用的導(dǎo)電膠主要是添加型的，有膠黏劑和點(diǎn)點(diǎn)填料組成。膠黏劑：環(huán)氧樹(shù)脂、酚醛樹(shù)脂、丙烯酸樹(shù)脂、聚酯樹(shù)脂、聚氨酯樹(shù)脂等。導(dǎo)電材料：金屬粉、石墨粉、碳粉等，金屬粉應(yīng)用最多。金粉最好，但價(jià)貴；銅粉價(jià)廉，但易氧化；銀粉應(yīng)用最多，但易發(fā)生遷移，導(dǎo)致短路。有時(shí)還可用鋁粉。各種導(dǎo)電膠因主體樹(shù)脂種類(lèi)、導(dǎo)電材料以及固化劑種類(lèi)和固化條件不同而具有不同的性能。用銀粉作導(dǎo)電膠是，銀粉用量一般為樹(shù)脂用量