膠黏劑的作用機理

1、膠黏劑的作用機理、種類、應(yīng)用及發(fā)展前景浦輕化1103 P 佴仁剛通過界面的黏附和內(nèi)聚等作用，能使兩種或兩種以上的制件或材料連接在一起的天然的或合成的、有機的或無機的一類物質(zhì)，統(tǒng)稱為膠黏劑（adhesive），又叫黏合劑，習(xí)慣上簡稱為膠。簡而言之，膠黏劑就是通過黏合作用，能使被黏物結(jié)合在一起的物質(zhì)。“膠黏劑”是通用的標準術(shù)語，亦包括其他一些膠水、膠泥、膠漿、膠膏等。 1、膠黏劑的組成及作用1(1) 基料：基料是膠黏劑的主體材料，是起粘接作用的主要成分。主體材料一般是高分子材料，是決定膠黏劑性能的主要物質(zhì),膠黏劑一般由13種主體材料組成。(2)固化劑與促進劑：固化劑在粘接過程中視其所起的作用又是膠

2、黏劑中的主要成分之一。(3)稀釋劑：稀釋劑也稱溶劑,是用來降低膠黏劑黏度的液體物質(zhì)。稀釋劑分為活性和非活性兩種，活性稀釋劑含有活性基團，能參與最后的固化反應(yīng);而非活性稀釋劑沒有活性基團,不參與反應(yīng)，僅起到降低黏度的作用。另外稀釋劑還有潤濕填料的作用。(4)偶聯(lián)劑：偶聯(lián)劑是用于提高被粘物與膠黏劑膠接能力的類物質(zhì)。其分子結(jié)構(gòu)上帶有不同性質(zhì)的活性基團，一部分能與被物反應(yīng),另一部分能與膠黏劑反應(yīng)，從而使兩種不同的材料“聯(lián)”起來。(5)其他助劑：除以上幾種主要成分外,膠黏劑中還含有穩(wěn)劑、增稠劑、增韌劑、分散劑、防老劑、阻燃劑、乳化劑、增塑等,其目的都是為了改善或提高膠黏劑的總體性能。(6)填料：為改善膠

3、黏劑性能或降低成本而加入的一種非黏固體物質(zhì)。填料在膠黏劑組分中不與主體材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。2、粘接原理與工藝2、1 粘接基本原理(1)機械理論。這種理論認為,任何材料的表面實際上都不是很光滑的,由于膠黏劑滲人被粘接物體的表面或填滿其凹凸不平的表面，經(jīng)過固化，產(chǎn)生楔合、鉤合、錨合現(xiàn)象,從而把被粘接的材料連接起來。該理論對多孔性材料的粘接現(xiàn)象做出了很好的解釋,但對解釋其他粘接現(xiàn)象還有一定的局限性。(2)吸附理論。當(dāng)膠黏劑分子充分潤濕被粘接物體的表面，并且與之良好接觸,膠黏劑分子與被粘物表面之間的距離接近分子間力的作用半徑(0. 5 nm)時，兩種分子之間就要發(fā)生相互吸引作用,最終趨于平衡。其界面間的

4、相互作用力主要為范德華力、氫鍵,即分子間作用力。這種由于吸附力而產(chǎn)生的膠接既有物理吸附也有化學(xué)吸附。(3)擴散理論。該理論認為粘接力是由于擴散作用而產(chǎn)生的，即高聚物分子本身或鏈段相互擴散穿過最初接觸面，從而導(dǎo)致界面的消失和過渡區(qū)的產(chǎn)生。這樣,膠黏劑與被粘物兩者的溶解度參數(shù)越接近，粘接溫度越高，時間越長，其擴散作用也越強,粘接力也就越高。該理論可以圓滿地解釋聚合物之間的膠接。(4)靜電理論。靜電理論認為膠黏劑與被粘接材料接觸時，在界面兩側(cè)會形成雙電層,如同電容器的兩個極,從而產(chǎn)生了靜電吸引力。該理論可以很好地解釋聚合物膜與金屬的膠接。對膠黏劑的粘接原理還有一些其他的解釋理論，如化學(xué)鍵理論,非界面

5、層理論等?？傊糠N理論都能解釋某些現(xiàn)象，同時也存在著不同的缺陷，只有將這些理論進一步發(fā)展和完善綜合，才能對粘接現(xiàn)象作出更好地解釋，并能更好地指導(dǎo)實踐工作。2、2 粘接基本工藝(1)膠黏劑的選擇原則。正確選擇膠黏劑是保證良好粘接的重要因素之一，在選擇膠黏劑時應(yīng)考慮以下幾個方面。1、被粘接材料的性質(zhì)；2、被粘接材料的應(yīng)用場合及受力情況；3、粘接過程有關(guān)的特殊要求；4、粘接效率及膠黏劑的成本。不同膠黏劑的應(yīng)用可參考有關(guān)專業(yè)書籍。(2)膠接接頭設(shè)計。材料間能良好的膠接,除選擇合適的膠黏劑外，還需進行正確的接頭設(shè)計，一般接頭設(shè)計遵循以下基本原則：1、避免應(yīng)力集中，受力方向最好在膠接強度最大的方向上；2、

6、合理地增加膠接面積；3、接頭設(shè)計應(yīng)盡量保證膠層厚度一致；4、要防止層壓制品的層間剝離。(3)表面處理。在粘接時一般要對粘接面進行表面處理，常用的方法有物理方法：如打磨、噴砂、機械加工等；化學(xué)方法：如溶劑清洗；酸、堿或無機鹽溶液處理；陽極化處理等。表面處理后可涂覆偶聯(lián)劑或進行膠黏劑底涂以保護表面,利于進一步的粘接。以上3個方面是主要因素，除此之外，還有調(diào)膠、施膠、固化成型、修整加工等步驟構(gòu)成膠接的全過程。具體操作中如何正確施工，應(yīng)根據(jù)特定品種的使用說明來定。3、粘膠劑的分類膠黏劑的種類繁多，按不同的標準對膠黏劑進行簡單的分類如下。(1)根據(jù)膠黏劑黏料的化學(xué)性質(zhì)，可以分為無機膠黏劑和有機膠黏劑，例

7、如水玻璃、水泥、石膏等均可以作為無機膠黏劑使用，而以高分子材料為黏料的膠黏劑均屬于有機膠黏劑。(2)按照膠黏劑的物理狀態(tài)，可以分為液態(tài)、固態(tài)和糊狀膠黏劑，其中固態(tài)膠黏劑又有粉末狀和薄膜狀的，而液態(tài)膠黏劑則可以分為水溶液型、有機溶液型、水乳液型和非水介質(zhì)分散型等。(3)按照膠黏劑的來源可以分為天然橡膠和合成橡膠，例如天然橡膠、瀝青、松香、明膠、纖維素、淀粉膠等都屬于天然膠黏劑，而采用聚合方法人工合成的各種膠黏劑均屬于合成膠黏劑的范疇。(4)對于常見的有機膠黏劑，按照分子結(jié)構(gòu)可以分為熱塑性樹脂、熱固型樹脂、橡膠膠黏劑等幾種。(5)從膠黏劑的應(yīng)用方式可以將其分為壓敏膠、再濕膠黏劑、瞬干膠粘劑，延遲膠

8、黏劑等。(6)從膠黏劑的使用溫度范圍，可以將其分為耐高溫、耐低溫和常溫使用的膠黏劑；而根據(jù)其固化溫度則可以分為常溫固化型、中溫固化型和高溫固化型膠黏劑。(7)從膠黏劑的應(yīng)用領(lǐng)域來分，則膠黏劑主要分為土木建筑、紙張與植物、汽車、飛機和船舶、電子和電氣以及醫(yī)療衛(wèi)生用膠黏劑等種類。(8)從膠黏劑的化學(xué)成分可以分為各種具體的膠黏劑種類，如環(huán)氧樹脂膠黏劑、聚氨酯膠黏劑、聚醋酸乙烯膠黏劑等。(9)硬化膠、聚氨酯膠、環(huán)氧膠、密封膠、熱熔膠、灌封膠、有機硅膠、導(dǎo)電膠、壓敏膠、白乳膠、萬能膠、厭氧膠、聚酰胺膠、復(fù)膜膠、滲透膠、防水膠、防火膠、揚聲器專用膠、汽車專用膠、電子電器專用膠、光敏膠、建筑專用膠、太陽能專

9、用膠、汽車配維修專用膠、不干膠、雙面膠、硅酮膠等等熱塑型纖維素酯、烯類聚合物（聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醇、過氯乙烯、聚異丁烯等）、聚酯、聚醚、聚酰胺、聚丙烯酸酯、a-氰基丙烯酸酯、聚乙烯醇縮醛、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物等類熱固型環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、脲醛樹脂、三聚氰-甲醛樹脂、有機硅樹脂、呋喃樹脂、不飽和聚酯、丙烯酸樹脂、聚酰亞胺、聚苯并咪唑、酚醛-聚乙烯醇縮醛、酚醛-聚酰胺、酚醛-環(huán)氧樹脂、環(huán)氧-聚酰胺等類合成橡膠型氯丁橡膠、丁苯橡膠、丁基橡膠、丁鈉橡膠、異戊橡膠、聚硫橡膠、聚氨酯橡膠、氯磺化聚乙烯彈性體、硅橡膠等類橡膠樹脂劑酚醛-丁腈膠、酚醛-氯丁膠、酚醛-聚氨酯膠、環(huán)氧-丁腈膠、環(huán)氧-聚硫膠等類

10、4、 膠黏劑的應(yīng)用 膠粘劑的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，除了日常生活中常見的膠水外，在建筑、工業(yè)等多個領(lǐng)域都有應(yīng)用，舉幾個工業(yè)中常見的領(lǐng)域： 汽車：每臺車會用到許多膠水，比如發(fā)動機、變速器、車橋平面密封用厭氧膠或硅膠，螺栓鎖固用的厭氧螺紋膠、底盤剎車管路用的管螺紋密封劑，車體焊接時用的折邊膠，擋風(fēng)玻璃粘接密封用的聚氨酯膠，汽車內(nèi)飾粘接用的膠帶、快干膠等。 工程機械：平面密封用的硅膠、螺紋鎖固膠、駕駛室玻璃粘接用的聚氨酯、焊縫填縫密封用的改性硅烷等 光伏：太陽能電池邊框粘接密封膠、接線盒粘接密封及灌封 家電：用于烤箱、微波爐等的耐高溫密封膠、管路密封膠、電路板的防水密封膠、覆膜膠等 冶金：橡膠輸送帶的粘接

11、、修補、溜槽、管道的修補及耐磨涂層 煤炭 航空航天 機床 本文重點介紹膠黏劑在紡織品中的應(yīng)用 4.1、 膠黏劑在紡織品后整理中的應(yīng)用4.1.1、 膠黏劑在紡織品硬挺整理中的應(yīng)用 織物的手感是由織物的某些機械物理性能通過人手的感觸所引起的一種綜合反應(yīng)?？椢锸指性诓煌潭壬戏从沉丝椢锏耐庥^與舒適感，人們對織物手感的要求隨著織物用途的不同而不同。用于墊襯的織物要求硬挺，所以這類織物要進行硬挺整理。在我們?nèi)粘］^常見的服裝種類中，常需要采用硬挺整理有正裝西服，各種晚會用的禮服，以及冬天穿著的較為厚重的呢子大衣等。所謂硬挺整理就是利用一種能成膜的高分子物質(zhì)制成整理漿液浸軋在織物上，使之附著于織物表面。這類

12、高分子物質(zhì)經(jīng)干燥后變成薄膜，包覆在織物或纖維表面上，從而賦予織物以平滑、硬挺、厚實、豐滿的手感。硬挺整理通常也叫上漿整理,硬挺整理劑也分為天然漿料和化學(xué)漿料,早期的上漿整理主要使用淀粉和變性填充劑，通過對疏松織物進行填充和封閉來增進織物的硬挺度，但加工后的織物耐水洗型很差，后來為了獲得較好的耐洗效果，隨即研發(fā)合成了多種改性天然漿料，合成漿料以及合成樹脂等硬挺整理劑。其中合成樹脂可以作為織物硬挺整理的耐久性漿料。目前用的比較多的是聚氨酯樹脂和聚丙烯酸酯樹脂，二者多黏附于纖維的表面，經(jīng)熱處理后進一步縮聚成不溶性物質(zhì)，從而使織物具有耐水洗的硬挺效果。 合成單體的不同導(dǎo)致形成聚合物的軟硬度不同，所以人

13、們可以根據(jù)不同的需要將軟硬不同的聚合物制成乳液，用來浸軋織物,經(jīng)熱處理后，高聚物熔融形成連續(xù)性的皮膜,黏附在纖維上，便可以得到不同的硬挺整理效果。4.1.2、膠黏劑在紡織品防縮整理中的應(yīng)用 織物尺寸收縮的主要原因來自纖維內(nèi)應(yīng)力和吸濕溶脹而產(chǎn)生的不可逆收縮。 內(nèi)應(yīng)力和吸濕溶脹兩種因素在纖維、紗線和織物三個不同的層次有各自不同的貢獻2-4。棉及棉織物的收縮往往成為人們討論的熱點問題，而在解決棉織物收縮問題上，我們常用的整理方法是定形法,即通過消除內(nèi)應(yīng)力或者構(gòu)造更大的形變回復(fù)位壘來穩(wěn)定織物的形態(tài),以達到防縮的目的。棉及棉型織物的定形效果可通過“絲光5”和“樹脂整理6”獲得。在樹脂整理中，交聯(lián)劑與纖維

14、反應(yīng)后,在纖維大分子鏈段間建立穩(wěn)定的交聯(lián)，增大鏈段擴散運動位壘，使原來因內(nèi)應(yīng)力造成的縮水得到明顯降低,織物獲得較大的尺寸穩(wěn)定性。4.1.3、膠黏劑在紡織品防皺整理中的應(yīng)用 織物折皺的形成，可以簡單的看作是由于受到外力時纖維發(fā)生彎曲變形，放松后彎曲的纖維未能完全復(fù)原隨造成的。纖維彎曲時，外層受拉伸，內(nèi)層受壓縮，中心區(qū)域則不受影響，纖維內(nèi)各區(qū)域所受應(yīng)力不同，其拉伸和壓縮的形變程度也不同7。20世紀20年代，Chrlotte Foltz Jones， J.K.Marsh,，Uhde就將樹脂引入棉纖維中間來實現(xiàn)防皺的目的，利用酚和甲醛或者脈和甲醛溶液，在含有催化劑條件下施加到織物上，經(jīng)過焙烘后，在纖維

15、的無定形區(qū)使纖維內(nèi)部的小分子縮聚成大分子，在折皺應(yīng)力作用下，纖維素分子被推向另一位置,由于樹脂所形成的交鍵像一個彈簧，一旦應(yīng)力消除，它就能使發(fā)生位移的分子回到原來的位置，使織物具有防皺性能8。目前運用得比較多的是N一羥甲基酰胺類的樹脂整理劑。這一類整理劑可使織物獲得較好的防皺效果，但卻在服裝安全性上帶來很大的問題，特別甲醛的緩慢釋放性問題己得到越來越多人的關(guān)注，雖然目前也在提倡一些低甲醛樹脂和多元羧酸類無甲醛整理劑，但成本也會相應(yīng)增高，因此應(yīng)用范圍受到了一定程度的局限。4.1.4、膠黏劑在織物拒水拒油整理中的應(yīng)用 織物的拒水拒油整理是指采用浸漬、浸軋或者涂覆的方式，在織物上施加一種具有特殊分子

16、結(jié)構(gòu)的整理劑，改變纖維表面層的組成，使織物的臨界表面張力降低至不能被水或者常用的油類潤濕的過程。而這類特殊分子結(jié)構(gòu)的整理劑就是一種膠黏劑，利用膠黏劑的低表面能的性質(zhì)，將其沉積于纖維的表面，一方面使織物不會被水和油類潤濕，另一方面也能保證織物中纖維和紗線間仍有較大孔隙，保持良好的透氣性和透濕性。目前應(yīng)用較多的拒水拒油整理劑主要是氟碳聚合物和三聚氰胺類樹脂。但運用這些整理劑也為服裝帶來了一些弊端，如整理后的織物的撕裂強度和耐磨性降低，染色織物色光改變,而且也存在甲醛釋放問題。4.2、 膠黏劑在織物阻燃整理中的應(yīng)用 紡織品纖維多半由可燃和易燃纖維制成的,對于一些特殊要求的紡織品，如消防員的防護服，室

17、內(nèi)裝飾用紡織品等通常都需要進行阻燃整理，織物阻燃整理是通過化學(xué)鍵合、化學(xué)黏合、吸附沉積及非極性范德華力結(jié)合等作用,是阻燃劑固著在纖維或織物上，從而使織物獲得阻燃性能的加工過程9。在阻燃整理中也存在一系列的問題如阻燃劑的毒性問題，耐久性問題以及甲醛釋放等問題，這些問題也得到人們的日益關(guān)注，如何解決這些問題也成了學(xué)術(shù)界討論的熱點問題。4.3 膠黏劑在涂料印花過程中的應(yīng)用 涂料印花在國外發(fā)展比較早，更新?lián)Q代也十分迅速，目前研究熱點主要為低溫交聯(lián)型粘合劑10，國內(nèi)生產(chǎn)的涂料印花粘合劑分為三種：(1)是以N一經(jīng)甲基丙烯酞胺為交聯(lián)單體的粘合劑，需要在高溫(150一170)焙烘，粘合劑交聯(lián)成膜后其色牢度和水

18、洗牢度才能達到要求。(2)是以丁氧基丙烯酞胺等低溫交聯(lián)單體制成的粘合劑。(3)是以水性丙烯酸酯(PA)和聚氨酯(PU)接枝聚合的粘合劑(PUA)。后兩種涂料印花粘合劑雖可滿足環(huán)保要求，但仍需80一100的焙烘才能使粘合劑交聯(lián)成膜，從而使色牢度和水洗牢度達到相應(yīng)要求。目前,涂料印花中的手感與色牢度的平衡、環(huán)保等問題都未得到圓滿解決，尤其色牢度的問題，因為在涂料印花過程中顏料是通過膠黏劑而固著在纖維的表面，這與染料印花不同，涂料并未深入到纖維內(nèi)部，而解決這些問題的核心是要合成出新環(huán)保型印花粘合劑，它須具備的基本特征包括:結(jié)膜無色透明，一是加熱不泛黃，皮膜堅固且彈性好，粘著力強，耐水洗及干洗，耐日曬及老化；二是柔軟，手感好，并且不發(fā)粘；三是印花織物的各項色牢度不低于染料印花標準。5、膠黏劑工業(yè)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(1)開發(fā)鞋用和復(fù)合薄膜用水性聚氨酯膠黏劑及水性氯丁橡膠型膠黏劑。它們均為環(huán)保型產(chǎn)品，具有良好的粘接性能，廣泛用于制鞋、建筑、家具、汽車、食品包裝等行業(yè)。近年來在國外發(fā)展速度很快，而在我國尚屬空白。(2)以自主開發(fā)技術(shù)為基礎(chǔ)，引進國外關(guān)鍵設(shè)備，建成連續(xù)本體法粘接型熱塑性聚氨酯(TPU)樹脂生產(chǎn)線，同時開發(fā)出性能達國外先進水平的系列品種。(3)繼續(xù)加強以單組分濕固化聚氨酯密封劑(建筑、汽車等用)為重點的聚氨酯密封劑技術(shù)開發(fā)，開發(fā)性能與國外相當(dāng)?shù)漠a(chǎn)