原材料的种类特征及作用——-胶黏剂

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2018-01-03 环球过滤分离技术网

胶粘剂的定义

胶粘剂的定义：通过界面的粘附和物质的内聚等作用，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，统称为胶粘剂（adhesive）又叫粘合剂，习惯上称为胶。

粘结（粘合）：指两个表面靠化学力、物理力或者两者兼有的力使之结合在一起的状态。

胶粘剂首先必须在被粘物表面粘附，这是由于两相之间产生粘合力，该力来源于次价键力或主价键力。

内聚：即单一物质内部各粒子靠主价键力（包括离子键、共价键、配位键、金属键等）、次价键力（包括范德华力、氢键）结合在一起的状态。胶粘剂的内聚力与分子间力、相对分子质量、交联程度、结晶和分子缠绕等因素有关。

胶粘剂的要求

胶粘剂的要求：

1：不论出于何种状态，当涂布时都应呈液态；

2：对被粘接物表面能够完全铺展，充分润湿；

3：必须能够通过某种方式而使液体转变为固体或凝胶状态，形成坚韧而稳定的胶层；

4：固化后应有一定的强度。能够可靠的连接，传递应力，抵抗破坏；

5：可耐0℃以上的温度，并经受一定时间的考验。

胶粘剂的分类

1：按照外观分类

   1.1：溶剂型

   1.2：乳液型（水性）

   1.3：膏状或糊状

   1.4：固体型

   1.5：膜状型

2：按照固化方式分

   水基蒸发型、溶剂挥发型、热熔型、化学反应型、压敏型。

胶粘剂的基本组成

1 胶粘剂的基本组成：

胶粘剂的组分包括基料、固化剂、溶剂、增塑剂、填料、偶联剂、交联剂、促进剂、增韧剂、增粘剂、增稠剂、稀释剂、防老剂、阻聚剂、阻燃剂、引发剂、光敏剂、消泡剂、防腐剂、稳定剂、络合剂、乳化剂。

2 基料的种类：

基料是胶粘剂的主要成分、主剂或主体聚合物，起粘合作用。按照化学的成分的不同  ，基料的来源有无机化合物和有机化合物。有机化合物是高分子合成类的高分子基料。

2.1 常用的有机化合物

热固性合成树脂：酚醛树脂、环氧树脂、氨基树脂、聚氨酯树脂、不饱和聚酯和丙烯酸树脂。

热塑性合成树脂：橡胶类基料、天然高分子材料、水性胶乳类  基料

橡胶类基料胶粘剂

2.2 胶粘剂基料的选择原理

根据胶粘剂应用的对象、应用的场合及应用的性能的选择。同时分子基料的分子结构与粘接性能的关系甚为密切。

1).高分子材料的极性有关   

2).高分子材料的结晶性能

3).高分子材料的分子量

固化剂（硬化剂）

1.固化剂（硬化剂）

使基态原料通过化学反应，发生聚合、缩聚或交联反应转变为线性高聚物或者网状高聚物，是胶接接头具有力学强度和稳定性的物质。

2.固化剂的选择：

2.1：最好是液体的无毒、无色、无味的物质

2.2：固化剂与被固化物反应要平稳，放热量少，以减少胶层的内聚力

2.3：耐热性，选用分子中具有反应基团较多的固化剂

2.4：韧性，选用分子链较长的固化剂

胶粘剂溶剂

1.胶粘剂溶剂

指能够降低某些固体或者液体分子间力，而使被溶物质分散为分子或离子均一体系的液体，常用的溶剂为低黏度的液体物质。主要有脂肪烃、芳香烃、卤代烃、酯类、醇类、酮类、酸类、醚类、萜烯烃、酰胺类和水类。但是多数的有机溶剂有一定的毒性、易燃性、易爆性、对环境有污染、对安全又隐患、对人体有危害。

2.溶剂的作用：

2.1 聚合反应的介质：是反应缓和、温度易于控制、

2.2 溶解基料：制备溶剂型胶粘剂

2.3 稀释剂：稀释胶粘剂使其达到一定的黏度，有利于湿润、便于涂布

2.4 调节胶粘剂的挥发速度

2.5 防止凝胶，用来增加贮存稳定性

2.6 粘结前的表面清洁处理剂

2.7 直接粘接，某些塑料

2.8 降低成本、提高效益

胶粘剂溶剂的选择

1. 溶剂的选择

1.1 极性：选择与基料极性相同或相近的溶剂（相似相容的原理）。

1.2 溶解度参数（与极性有关）：溶剂的溶解度参数和高分子基体的溶解度参数相近。

1.3 溶剂的挥发性：选择挥发度适当的溶剂或快慢混合的溶剂。

溶剂挥发太快：胶液表面易成膜、膜下溶剂不易挥发；挥发是一个吸热的过程，太快胶膜表面的温度降低而凝结水汽，影响粘接质量。

溶剂挥发太慢：表干时间慢，影响工效。

1.4 溶剂的选择要考虑到价格、毒性和来源。

软化剂

1. 软化剂的作用：软化剂是SBS费用不可的组分，其作用是调节硬度，流动性，并降低成本，充油SBS可使配炼加工更容易。最常用的是环烷油，芳烃成色深、有毒、不能使用，石蜡油不能改善物性，还会导致喷出。国产克拉玛依KN系列环保型环烷油（例如KN4010等）质量上乘。

2. 软化剂的种类：按烃类组成分为石蜡基、环烷基、芳香基三类。

3. 软化剂的特点：

3.1 石蜡基橡胶油：抗氧化、光安定性好，但乳化性、相容性、低温性相对较差；

3.2 环烷基橡胶油：兼具石蜡基、芳香基的优点，乳化性、相容性适中，无污染、无毒性，适用范围也比较广。

3.3 芳香基橡胶油：相容性好，填充量大，价格低廉，所得橡胶产品强度高。但颜色深、毒性大、对环境污染大。

增塑剂

1. 增塑剂的定义

是一种降低高分子化合物玻璃化温度和熔融温度，改善胶层脆性、增进熔融流动性的物质。

2.  增塑剂的作用：

2.1 屏散高分子化合物的活性基团，减弱分子间作用力，从而降低分子之间的相互作用。

2.2 增加高分子化合物的热性、延伸性和耐寒性，降低其内聚强度、弹性模量及耐热性。

3. 增塑剂的选择：

3.1 极性：极性大小影响增塑剂与主体材料的相容性，其原理同溶剂作用。

3.2 持久性：由于渗出、迁移、挥发二损失影响胶的物理机械性能。选择高沸点的或高分子量的增塑剂。

3.3 分子量及状态：分子量越高，粘接强度越好。

4. 常用的增塑剂：

邻苯二甲酸酯、磷酸酯类、己二酸酯和癸二酸酯等。

填料

1. 填料的定义

在胶粘剂中不与基体起化学反应，但是可以改变其性能，降低成本的固体材料。

2. 常用的填料分为有机填料和无机填料：

  有机填料：改善树脂的脆性、吸湿性高、耐热性能低

  无机填料：使胶的相对密度增加、脆性增加、但耐热性、介质性能、收缩率等都会有所改善。

3. 填料的选择：

3.1：无活性与胶粘剂的其他组分不发生反应

3.2：分散性好与基料有良好的润湿性

3.3：不含水分、有害物质、油脂，无吸湿性

3.4：颗粒均匀。无毒

3.5：来源广泛、加工方便、价格低廉

3.6：填料的密度与基料的密度不能相差太大

3.7：用量适宜

4. 常用的填料：二氧化硅、碳酸钙、碳酸镁、铝粉、酚醛树脂等

偶联剂

1. 偶联剂

能同时与极性物质和非极性物质产生一定结合力的和化合物，其特点是分子中同时具有极性和非极性部分的物质。常用的偶联剂有有机铬偶联剂、有机硅偶联剂和钛酸酯偶联剂。

在胶粘剂中常用的是硅烷偶联剂。

2. 偶联剂的作用：

2.1).增加主体树脂本身的分子间的作用力，提高胶粘剂的内聚强度

2).增加树脂与被粘合物之间的结合，起了一定的架桥作用。

不同的偶联剂具有不同的反应基团，反应基团不同对粘接性能的影响也不同。

其他助剂

助剂种类

引发剂：在一定的条件下能分解产生自由基的物质，一般含有不饱和键的化合物中加入引发剂，常用的引发剂有过氧化二苯甲酰、过氧化环己酮、过氧化异丙苯、偶氮二异丁氰等

促进剂（催化剂）：能够降低引发剂的分解温度或加速固化剂与树脂橡胶反应的物质。

防老剂：能延缓高分子化合物的老化的物质，对于高温、暴晒下使用的胶粘剂由于容易老化变质，在配胶时加入防老剂

增稠剂：黏度低的胶粘剂，增加使其黏度增加的物质

阻聚剂和稳定剂：阻止或延缓含有不饱和键的聚合物、单体在贮存过程中自行交联的物质(对苯二酚)

改变胶粘剂性能的设计原则

粘接强度的改进设计

1：选择粘接力和内聚力都大的树脂(环氧树脂、聚氨酯)；

2：加入增韧剂、降低脆性、增加胶层韧性，减小内应力；

3：热固性树脂和热塑性树脂或橡胶并用，热固性树脂提供强力和耐热元素，而热塑性树脂提供粘性和韧性元素。综合结果会得到较高的粘接强度；

4：引入极性基团或加入相容性能好、极性大的树脂，可提高橡胶型胶粘剂的粘接强度；

5：适当的交联剂；

6：添加适量适当的填料、降低收缩率，晶须或纳米田纳西奥效果极佳；

7：加入适当的偶联剂；

8：加入稀释剂，降低黏度，增大湿润性。

耐热性的改进设计

1：采用耐高温性能好的树脂或橡胶（酚醛树脂、有机硅、氟橡胶、杂环聚合物）；

2：提高环的密度；

3：增加交联剂；

4：适当地提高结晶度；

5：使用耐高温性能好的固化剂；

6：加入耐热填料；

7：减少高温氧化分解，加入抗氧剂；

8：添加硅烷偶联剂。

耐寒性的改进设计
     1：选用耐寒性的聚合物，如聚氨酯；

2：加入增塑剂或增韧剂；

3：降低交联度；

4：降低结晶性；

5：减少填料用量。

耐溶剂性的改进设计
      1：采用耐溶剂好的树脂或橡胶；

2：增加交联度；

3：适当增大填料的用量；

4：少用或者不用增塑剂。

耐酸碱性的改进设计

1：提高交联度；

2：选用惰性填料；

3：提高填料的用量；

4：酯类增塑剂不耐酸。

耐水性改性设计

1：选用分子中含有-CN、-NH2、-OH、 -COO-等基团少的聚合物吸水性低，不易被水解；

2：增加胶粘剂基料的用量；

3：使用耐水性固化剂；

4：提高交联密度；

5：所用填料为吸水性较小的品种；

6：加入偶联剂，改善界面性质。

耐老化性的改进设计

1：选用耐水性、耐候性和耐老化性能好的基料；

2：提高交联度；

3：加入活性填料；

4：某些胶粘剂中可适当的加入防老剂或抗氧化剂；

5：加入适量的有机硅烷偶联剂；

6：使用高温固化剂。

阻燃性的改进设计

1：选用阻燃性的树脂和橡胶味基料；

2：采用阻燃性的增塑剂；

3：加入阻燃剂，如三氧化二锑、硼酸锌；

4：使用阻燃性固化剂。

（来源：UTPE论坛

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