胶黏剂的作用机理.doc

胶黏剂的作用机理、种类、应用及发展前景
浦轻化1103 P2004110310 佴仁刚
通过界面的黏附和内聚等作用，能使两种或两种以上的制件或材料连接在一起的天然的或合成的、有机的或无机的一类物质，统称为胶黏剂（adhesive），又叫黏合剂，习惯上简称为胶。简而言之，胶黏剂就是通过黏合作用，能使被黏物结合在一起的物质。“胶黏剂”是通用的标准术语，亦包括其他一些胶水、胶泥、胶浆、胶膏等。
1、胶黏剂的组成及作用[1]
(1) 基料：基料是胶黏剂的主体材料，是起粘接作用的主要成分。主体材料一般是高分子材料，是决定胶黏剂性能的主要物质,胶黏剂一般由1~3种主体材料组成。
2)固化剂与促进剂：固化剂在粘接过程中视其所起的作用又是胶黏剂中的主要成分之一。
(3)稀释剂：稀释剂也称溶剂,是用来降低胶黏剂黏度的液体物质。稀释剂分为活性和非活性两种，活性稀释剂含有活性基团，能参与最后的固化反应;而非活性稀释剂没有活性基团,不参与反应，仅起到降低黏度的作用。另外稀释剂还有润湿填料的作用。
(4)偶联剂：偶联剂是用于提高被粘物与胶黏剂胶接能力的类物质。其分子结构上带有不同性质的活性基团，一部分能与被物反应,另一部分能与胶黏剂反应，从而使两种不同的材料“联”起来。
(5)其他助剂：除以上几种主要成分外,胶黏剂中还含有稳剂、增稠剂、增韧剂、分散剂、防老剂、阻燃剂、乳化剂增塑等,其目的都是为了改善或提高胶黏剂的总体性能。
(6)填料：为改善胶黏剂性能或降低成本而加入的一种非黏固体物质。填料在胶黏剂组分中不与主体材料发生化学反应。
2、粘接原理与工艺
2、1 粘接基本原理
(1)机械理论。这种理论认为,任何材料的表面实际上都不是很光滑的,由于胶黏剂渗人被粘接物体的表面或填满其凹凸不平的表面，经过固化，产生楔合、钩合、锚合现象,从而把被粘接的材料连接起来。该理论对多孔性材料的粘接现象做出了很好的解释,但对解释其他粘接现象还有一定的局限性。
(2)吸附理论。当胶黏剂分子充分润湿被粘接物体的表面，并且与之良好接触,胶黏剂分子与被粘物表面之间的距离接近分子间力的作用半径(0. 5 nm)时，两种分子之间就要发生相互吸引作用,最终趋于平衡。其界面间的相互作用力主要为范德华力、氢键,即分子间作用力。这种由于吸附力而产生的胶接既有物理吸附也有化学吸附。
(3)扩散理论。该理论认为粘接力是由于扩散作用而产生的，即高聚物分子本身或链段相互扩散穿过最初接触面，从而导致界面的消失和过渡区的产生。这样,胶黏剂与被粘物两者的溶解度参数越接近，粘接温度越高，时间越长，其扩散作用也越强,粘接力也就越高。该理论可以圆满地解释聚合物之间的胶接。
(4)静电理论。静电理论认为胶黏剂与被粘接材料接触时，在界面两侧会形成双电层,如同电容器的两个极,从而产生了静电吸引力。该理论可以很好地解释聚合物膜与金属的胶接。
对胶黏剂的粘接原理还有一些其他的解释理论，如化学键理论,非界面层理论等。总之每种理论都能解释某些现象，同时也存在着不同的缺陷，只有将这些理论进一步发展和完善综合，才能对粘接现象作出更好地解释，并能更好地指导实践工作。
2、2 粘接基本工艺
(1)胶黏剂的选择原则。正确选择胶黏剂是保证良好粘接的重要因素之一，在选择胶黏剂时应考虑以下几个方面。1、被粘接材料的性质；2、被粘接材料的应用场合及受力情况；3、粘接过程有关的特殊要求；4、粘接效率及胶黏剂的成本。不同胶黏剂的应用可参考有关专业书籍。
(2)胶接接头设计。材料间能良好的胶接,除选择合适的胶黏剂外，还需进行正确的接头设计，一般接头设计遵循以下基本原则：1、避免应力集中，受力方向最好在胶接强度最大的方向上；2、合理地增加胶接面积；3、接头设计应尽量保证胶层厚度一致；4、要防止层压制品的层间剥离。
(3)表面处理。在粘接时一般要对粘接面进行表面处理，常用的方法有物理方法：如打磨、喷砂、机械加工等；化学方法：如溶剂清洗；酸、碱或无机盐溶液处理；阳极化处理等。表面处理后可涂覆偶联剂或进行胶黏剂底涂以保护表面,利于进一步的粘接。
以上3个方面是主要因素，除此之外，还有调胶、施胶、固化成型、修整加工等步骤构成胶接的全过程。具体操作中如何正确施工，应根据特定品种的使用说明来定。
3、粘胶剂的分类
胶黏剂的种类繁多，按不同的标准对胶黏剂进行简单的分类如下。
(1)根据胶黏剂黏料的化学性质，可以分为无机胶黏剂和有机胶黏剂，例如水玻璃、水泥、石膏等均可以作为无机胶黏剂使用，而以高分子材料为黏料的胶黏剂均属于有机胶黏剂。
(2)按照胶黏剂的物理状态，可以分为液态、固态和糊状胶黏剂，其中固态胶黏剂又有粉末状和薄膜状的，而液态胶黏剂则可以分为水溶液型、有机溶液型、水乳液型和非水介质分散型等。
(3)按照胶黏剂的来源可以分为天然橡胶和合成橡胶，例如天然橡胶、沥青、松香、明胶、纤维素、淀粉胶等都属于天然胶黏剂，而采用聚合方法人工合成的各种胶黏剂均属于合成胶黏剂的范畴。
(4)对于常见的有机胶黏剂，按照分子结构可以分为热塑性树脂、热固型树脂、橡胶胶黏剂等几种。
(5)从胶黏剂的应用方式可以将其分为压敏胶、再湿胶黏剂、瞬干胶粘剂，延迟胶黏剂等。
(6)从胶黏剂的使用温度范围，可以将其分为耐高温、耐低温和常温使用的胶黏剂；而根据其固化温度则可以分为常温固化型、中温固化型和高温固化型胶黏剂。
(7)从胶黏剂的应用领域来分，则胶黏剂主要分为土木建筑、纸张与植物、汽车、飞机和船舶、电子和电气以及医疗卫生用胶黏剂等种类。
(8)从胶黏剂的化学成分可以分为各种具体的胶黏剂种类，如环氧树脂胶黏剂、聚氨酯胶黏剂、聚醋酸乙烯胶黏剂等。
(9)硬化胶、聚氨酯胶、环氧胶、密封胶、热熔胶、灌封胶、有机硅胶、导电胶、压敏胶、白乳胶、万能胶、厌氧胶、聚酰胺胶、复膜胶、渗透胶、防水胶、防火胶、扬声器专用胶、汽车专用胶、电子电器专用胶、光敏胶、建筑专用胶、太阳能专用胶、汽车配维修专用胶、不干胶、双面胶、硅酮胶等等
热塑型
纤维素酯、烯类聚合物（聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醇、过氯乙烯、聚异丁烯等）、聚酯、聚醚、聚酰胺、聚丙烯酸酯、a-氰基丙烯酸酯、聚乙烯醇缩醛、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物等类
热固型
环氧树脂、酚醛树脂、脲醛树脂、三聚氰-甲醛树脂、有机硅树脂、呋喃树脂、不饱和聚酯、丙烯酸树脂、聚酰亚胺、聚苯并咪唑、酚醛-聚乙烯醇缩醛、酚醛-聚酰胺、酚醛-环氧树脂、环氧-聚酰胺等类
合成橡胶型
氯丁橡胶、丁苯橡胶、丁基橡胶、丁钠橡胶、异戊橡胶、聚硫橡胶、聚氨酯橡胶、氯磺化聚乙烯弹性体、硅橡胶等类
橡胶树脂剂
酚醛-丁腈胶、酚醛-氯丁胶、酚醛-聚氨酯胶、环氧-丁腈胶、环氧-聚硫胶等类
4、 胶黏剂的应用
胶粘剂的应用领域十分广泛，除了日常生活中常见的胶水外，在建筑、工业等多个领域都有应用，举几个工业中常见的领域：
汽车：每台车会用到许多胶水，比如发动机、变速器、车桥平面密封用厌氧胶或硅胶，螺栓锁固用的厌氧螺纹胶、底盘刹车管路用的管螺纹密封剂，车体焊接时用的折边胶，挡风玻璃粘接密封用的聚氨酯胶，汽车内饰粘接用的胶带、快干胶等。
工程机械：平面密封用的硅胶、螺纹锁固胶、驾驶室玻璃粘接用的聚氨酯、焊缝填缝密封用的改性硅烷等
光伏：太阳能电池边框粘接密封胶、接线盒粘接密封及灌封
家电：用于烤箱、微波炉等的耐高温密封胶、管路密封胶、电路板的防水密封胶、覆膜胶等
冶金：橡胶输送带的粘接、修补、溜槽、管道的修补及耐磨涂层
煤炭
航空航天
机床
本文重点介绍胶黏剂在纺织品中的应用
4.1、 胶黏剂在纺织品后整理中的应用
4.1.1、 胶黏剂在纺织品硬挺整理中的应用
织物的手感是由织物的某些机械物理性能通过人手的感触所引起的一种综合反应。织物手感在不同程度上反映了织物的外观与舒适感，人们对织物手感的要求随着织物用途的不同而不同。用于垫衬的织物要求硬挺，所以这类织物要进行硬挺整理。在我们日常较常见的服装种类中，常需要采用硬挺整理有正装西服，各种晚会用的礼服，以及冬天穿着的较为厚重的呢子大衣等。所谓硬挺整理就是利用一种能成膜的高分子物质制成整理浆液浸轧在织物上，使之附着于织物表面。这类高分子物质经干燥后变成薄膜，包覆在织物或纤维表面上，从而赋予织物以平滑、硬挺、厚实、丰满的手感。硬挺整理通常也叫上浆整理,硬挺整理剂也分为天然浆料和化学浆料,早期的上浆整理主要使用淀粉和变性填充剂，通过对疏松织物进行填充和封闭来增进织物的硬挺度，但加工后的织物耐水洗型很差后来为了获得较好的耐洗效果，随即研发合成了多种改性天然浆料，合成浆料以及合成树脂等硬挺整理剂。其中合成树脂可以作为织物硬挺整理的耐久性浆料。目前用的比较多的是聚氨酯树脂和聚丙烯酸酯树脂，二者多黏附于纤维的表面，经热处理后进一步缩聚成不溶性物质，从而使织物具有耐水洗的硬挺效果。
合成单体的不同导致形成聚合物的软硬度不同，所以人们可以根据不同的需要将软硬不同的聚合物制成乳液，用来浸轧织物,经热处理后，高聚物熔融形成连续性的皮膜,黏附在纤维上，便可以得到不同的硬挺整理效果。
4.1.2、胶黏剂在纺织品防缩整理中的应用
织物尺寸收缩的主要原因来自纤维内应力和吸湿溶胀而产生的不可逆收缩。
内应力和吸湿溶胀两种因素在纤维、纱线和织物三个不同的层次有各自不同的贡献[2-4]。棉及棉织物的收缩往往成为人们讨论的热点问题，而在解决棉织物收缩问题上，我们常用的整理方法是定形法,即通过消除内应力或者构造更大的形变回复位垒来稳定织物的形态,以达到防缩的目的。棉及棉型织物的定形效果可通过“丝光[5]”和“树脂整理[6]”获得。在树脂整理中，交联剂与纤维反应后,在纤维大分子链段间建立稳定的交联，增大链段扩散运动位垒，使原来因内应力造成的缩水得到明显降低,织物获得较大的尺寸稳定性。
4.1.3、胶黏剂在纺织品防皱整理中的应用
织物折皱的形成，可以简单的看作是由于受到外力时纤维发生弯曲变形，放松后弯曲的纤维未能完全复原随造成的。纤维弯曲时，外层受拉伸，内层受压缩，中心区域则不受影响，纤维内各区域所受应力不同，其拉伸和压缩的形变程度也不同[7]。20世纪20年代，Chrlotte Foltz Jones， J.K.Marsh,，Uhde就将树脂引入棉纤维中间来实现防皱的目的，利用酚和甲醛或者脉和甲醛溶液，在含有催化剂条件下施加到织物上，经过焙烘后，在纤维的无定形区使纤维内部的小分子缩聚成大分子，在折皱应力作用下，纤维素分子被推向另一位置,由于树脂所形成的交键像一个弹簧，一旦应力消除，它就能使发生位移的分子回到原来的位置，使织物具有防皱性能[8]。目前运用得比较多的是N一羟甲基酰胺类的树脂整理剂。这一类整理剂可使织物获得较好的防皱效果，但却在服装安全性上带来很大的问题，特别甲醛的缓慢释放性问题己得到越来越多人的关注，虽然目前也在提倡一些低甲醛树脂和多元羧酸类无甲醛整理剂，但成本也会相应增高，因此应用范围受到了一定程度的局限。
4.1.4、胶黏剂在织物拒水拒油整理中的应用
织物的拒水拒油整理是指采用浸渍、浸轧或者涂覆的方式，在织物上施加一种具有特殊分子结构的整理剂，改变纤维表面层的组成，使织物的临界表面张力降低至不能被水或者常用的油类润湿的过程。而这类特殊分子结构的整理剂就是一种胶黏剂，利用胶黏剂的低表面能的性质，将其沉积于纤维的表面，一方面使织物不会被水和油类润湿，另一方面也能保证织物中纤维和纱线间仍有较大孔隙，保持良好的透气性和透湿性。目前应用较多的拒水拒油整理剂主要是氟碳聚合物和三聚氰胺类树脂。但运用这些整理剂也为服装带来了一些弊端，如整理后的织物的撕裂强度和耐磨性降低，染色织物色光改变,而且也存在甲醛释放问题。
4.2、 胶黏剂在织物阻燃整理中的应用
纺织品纤维多半由可燃和易燃纤维制成的,对于一些特殊要求的纺织品，如消防员的防护服，室内装饰用纺织品等通常都需要进行阻燃整理，织物阻燃整理是通过化学键合、化学黏合、吸附沉积及非极性范德华力结合等作用,是阻燃剂固着在纤维或织物上，从而使织物获得阻燃性能的加工过程[9]。。在阻燃整理中也存在一系列的问题如阻燃剂的毒性问题，耐久性问题以及甲醛释放等问题，这些问题也得到人们的日益关注，如何解决这些问题也成了学术界讨论的热点问题。
4.3 胶黏剂在涂料印花过程中的应用
涂料印花在国外发展比较早，更新换代也十分迅速，目前研究热点主要为低温交联型粘合剂[10]，国内生产的涂料印花粘合剂分为三种：(1)是以N一经甲基丙烯酞胺为交联单体的粘合剂，需要在高温(150一170)℃焙烘，粘合剂交联成膜后其色牢度和水洗牢度才能达到要求。(2)是以丁氧基丙烯酞胺等低温交联单体制成的粘合剂。(3)是以水性丙烯酸酯(PA)和聚氨酯(PU)接枝聚合的粘合剂(PUA)。后两种涂料印花粘合剂虽可满足环保要求，但仍需80一100℃的焙烘才能使粘合剂交联成膜，从而使色牢度和水洗牢度达到相应要求。目前,涂料印花中的手感与色牢度的平衡、环保等问题都未得到圆满解决，尤其色牢度的问题，因为在涂料印花过程中颜料是通过胶黏剂而固着在纤维的表面，这与染料印花不同，涂料并未深入到纤维内部，而解决这些问题的核心是要合成出新环保型印花粘合剂，它须具备的基本特征包括:结膜无色透明，一是加热不泛黄，皮膜坚固且弹性好，粘着力强，耐水洗及干洗，耐日晒及老化；二是柔软，手感好，并且不发粘；三是印花织物的各项色牢度不低于染料印花标准。
5、胶黏剂工业的现状及发展趋势
(1)开发鞋用和复合薄膜用水性聚氨酯胶黏剂及水性氯丁橡胶型胶黏剂。它们均为环保型产品，具有良好的粘接性能，广泛用于制鞋、建筑、家具、汽车、食品包装等行业。近年来在国外发展速度很快，而在我国尚属空白。(2)以自主开发技术为基础，引进国外关键设备，建成连续本体法粘接型热塑性聚氨酯(TPU)树脂生产线，同时开发出性能达国外先进水平的系列品种。
(3)继续加强以单组分湿固化聚氨酯密封剂(建筑、汽车等用)为重点的聚氨酯密封剂技术开发，开发性能与国外相当的产品,开发先进的生产工艺设备、包装材料和施工机具。
(4)完成高耐热性蒸煮袋复合薄膜用聚氨酯胶黏剂开发。
(5)研究开发“绿色”溶剂型、非黄变性、高性能聚氨酯胶黏剂溶液聚合先进生产工艺，取代高毒性溶液聚合工艺。
(6)加快反应热熔型和100 9 /6高性能液体反应型聚氨酯胶黏剂等特种聚氨酯胶黏剂的研究开发。
(7)开发用于人造板、集成材、贴塑板等替代三醛胶黏剂的可水分散型多异氰酸酯和乙烯基水性聚氨酯胶黏剂，降低成本、扩大应用。

[1] 薛泮海等.浅谈胶黏剂,黑龙江省化工研究院,2010.
[2] 王菊生,孙恺.染整一l二艺原理(第一册)[Ml.北京:中国纺织出版社,1997.
[3] H.马克,等.纺织物的化学整理[M」.水佑人,译.北京:纺织l:业出版社,1984.
[4] 朱世林.纤维素纤维制品的染整「M].北京:中国纺织出版社,2004.
[5] DBeehter.Ueberdieheissmereerisationvonbaumwolle[J].Textilverdlung,1986,21(7/8):256一261.
[6] 王菊生,孙恺.染整工艺原理(第一册)〔间.北京:中国纺织出版社,1994.
[7] 王菊生,孙恺.染整工艺原理(第二册)[阅.北京:中国纺织出版社,1987.
[8] 马海青,周翔.防皱整理前后织物性能与紧度的关系研究[J].印染,加01(10):8
[9] 于永忠,吴启鸿,葛明成,阻燃材料手册【M】.北京:群众出版社,1991.
[10] 柴广全等.NF一1涂料染色粘合剂的研制与应用,印染,1994.