胶黏剂的开发与生产

1、内蒙古工业大学本科结业论文前言随着社会经济的发展，人们生活水平的提高，胶黏剂在人们的日常生活和生产中发挥着越来越重要的作用。由于胶黏剂具有应用范围广、，使用简便、，经济效益高等特点，因此无论是在高精尖技术中还是在一般的现代化工业中，胶黏剂都发挥着极其重要的作用。目前，胶黏剂已经形成了一个完整的独立的工业部门类，广泛应用于建筑、木材装饰织物纸品医疗制鞋汽车和航空航天等领域。随着科学技术的发展，我国胶黏剂工业生产技术水平有了较大的提高，根据我国胶黏剂市场的供需情况，未来胶黏剂的发展方向主要是环保型高性能高附加值节能型的胶黏剂新产品。因此，研究与开发胶黏剂的配方与工艺设计技术，实现胶黏剂生产的集约化

2、和规模化，增强民族企业的市场竞争力，对发展国民经济有着重要意义。本文全面系统的介绍了各类胶黏剂的配方工艺设计原理，方法与技术等做了充分的介绍，在整个过程中，遵循产品的需求、方案、选择、生产的开发步骤。 目录第一章 设计胶黏剂的基础知识31.1 概述31.2胶黏剂的分类和基本组成31.2.1胶黏剂的定义31.2.2胶黏剂的分类31.2.3胶黏剂的基本组成4第二章 胶黏剂的开发需求52.1概述52.2制备胶黏剂时需要考虑的问题52.2.1被粘材料的化学性质52.2.2被粘材料的物理性能52.2.3胶黏剂的效能62.3考虑工艺上的可能性62.4考虑是否经济和原料来源难易6第三章方案选择73.1概述7

3、3.2方案比较73.2.1瓷砖胶黏剂的性能73.2.2环氧树脂胶粘剂的优点73.3决定方案83.4环氧树脂固化机理83.5环氧树脂的配制与使用93.5.1环氧树脂的助剂93.5.2环氧树脂的配置与使用103.6绿色环氧胶黏剂配方设计11第四章 胶黏剂生产工艺过程134.1概述134.2 环氧树脂的合成原理134.3环氧树脂的生产工艺过程：134.4包装14参考文献16第一章 设计胶黏剂的基础知识1.1 概述胶黏剂是现代工业发展和人类生活水平提高必不可少的重要材料，粘接技术以其他连接方式无与伦比的特种工艺，在现代经济，现代国防，现代技术中发挥着重大作用。目前，胶黏剂已经渗入到现代工业和日常生活当

4、中，它为工业提供了新颖实用的工艺，为人类营造了多姿多彩的生活。胶黏剂与粘接技术在结构连接、装配加固、减振抗震、减重增速、装修装饰、防水防腐、应急修复等方面的作用越来越大，特别是在节能、环保、安全以及新技术、新工艺的开发中已成为重要的工程材料和工艺方法。1.2胶黏剂的分类和基本组成1.2.1胶黏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，统称为胶黏剂，又叫做粘合剂，习惯上称之为胶。简而言之，胶黏剂就是通过黏合作用，能使被粘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。应当明确

5、，不能认为任何一种物质都能用作胶黏剂，它必须满足如下几点要求：无论出于何种状态，当涂布时都应呈现液态；对被粘物表面都能够完全铺展，充分湿润；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；固化后应有一定的强度，能够可靠连接，传递应力，抵抗破坏；可耐0以上的温度，并要经受一定的时间考验。1.2.2胶黏剂的分类按胶黏剂的主体化学成分或基料可将其分为：无机胶黏剂和有机胶黏剂两大类。有机胶黏剂又分为天然型和合成型。按表观物理形态分，即根据市场上所售胶黏剂的外观可分为：溶液型、水基型、膏状或糊状型、固体型、膜状型五种。按固化方式分类，胶黏剂在粘接过程中一般均要求固化，所以以此可划

6、分为：水基蒸发型、溶剂蒸发型、热熔型、化学反应型、压敏型。按受力情况分为结构胶黏剂和非结构胶黏剂。结构胶黏剂可以用于受力结构件的连接。一般静态剪切强度要求大于9.807MPa，有时还要求较高的均匀剥离强度等。按其用途分类，主要有金属、塑料、织物、纸品、医疗、制鞋、木工、建筑、汽车、飞机、电子元件等用胶，还有特种功能胶，如导电胶、导磁胶、耐高温胶、减震胶、半导体胶、牙科用胶、医用胶等。按生产工艺特点分类，这是一种新的分类方法。根据胶黏剂的生产技术结合其配方工艺设计特点，可将胶黏剂分为：乳液型合成胶黏剂、溶剂型合成胶黏剂、双组分胶黏剂、无溶剂型胶黏剂、复配型胶黏剂、环保型胶黏剂以及特种胶黏剂。1.

7、2.3胶黏剂的基本组成胶黏剂的组分包括基料、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、络合剂乳化剂等。需要强调指出，并非每种胶黏剂都含上述各个组分，除了基料是必不可少的成分之外，其他情况则视性能要求和工艺需求需要决定取舍。第二章 胶黏剂的开发需求2.1概述胶黏剂品种繁多，性能各异，如何根据被粘材料的性质接头的用途及环境应力和体系固化时许可的工艺条件，来正确的选择制备怎样的胶黏剂是非常重要的。粘接技术涉及被粘物胶黏剂工艺方法，受力状态，环境因素等。实际上被粘物有不同的表面性质，胶黏剂有不同的

8、粘接性能，工艺上有不同的具体要求，粘接件有不同的受力类型，使用时有不同的环境条件，这些复杂的情况绝不能随意采用一种胶黏剂进行粘接。所以必须掌握一定的选用原则。而我们在考虑这类问题时，希望能有一种“万能胶”能够供人们随意使用。2.2制备胶黏剂时需要考虑的问题制备胶黏剂时要考虑诸多因素，下面就其各主要方面做一下介绍，这样有助于我们选择更好的制备方案。2.2.1被粘材料的化学性质首先是被粘材料的分子结构。根据所含基团的类型，看胶黏剂是否与其起化学反应，这样可以提高接头的粘接强度。其次，看被粘材料的极性。材料的极性大小主要是由其分子结构的正负电荷重心程度所决定，强极性材料常见的有金属、玻璃、陶瓷、云母

9、和含有极性基团的聚合物等，这类物质原则上应选用极性胶黏剂。所以在选择胶黏剂的时候一定要看好两者的极性。最后，还要考虑被粘物的种类和性质。对被粘物的了解越透彻，选用的胶黏剂会越合适，粘接的效果会更好，才会更好地设计方案。2.2.2被粘材料的物理性能被粘物料的表面张力，胶黏剂的临界表面张力应小于被粘材料的临界表面张力，这是选择胶黏剂的重要原则之一。如果被粘物的表面张力很低时，这类材料属于很难粘的材料，必须经过特殊的表面处理。还有被粘物的溶解度参数。最好应该和胶黏剂的溶解度参数相近。而被粘物的脆性和刚性，被粘材料的弹性和韧性都是应该被考虑的因素。2.2.3胶黏剂的效能胶黏剂的工艺组成不同，效能也不同

10、，包括状态、粘度、试用期、固化条件、粘接强度、使用温度、收缩率、线膨胀系数、耐蚀性、耐水性、耐油性、耐介质性和耐老化性等，这些是选用胶黏剂时必须考虑的因素。粘接强度是首先要考虑的指标，是选择胶黏剂的重要依据，但是不能离开实际的工作状况，若盲目强调，也是不合适的。制备胶黏剂的时候还要考虑粘接接头的功能要求，一般包括机械强度、耐热、抗油、防水、导电等特性，以及耐环境应力的功能要求。例如：光学特性，光学零件用胶，除了具有的粘接强度外，必须满足透光率的需求，一般都在90%以上。2.3考虑工艺上的可能性胶黏剂的品种不同，其粘接的工艺也不同。有的需要室温固化，有的需要加热固化，有的需要加压固化，有的需要加

11、温加压固化，有的要固化很长时间，有的需要固化几秒钟。制备胶黏剂时不能只看强度高、性能好还要考虑胶黏剂是否具备所要求的工艺条件，例如酚醛-丁腈胶黏剂综合性能较好，但需加压0.3-0.5MPa于150高温固化，若不具备加压和高温条件，这种胶黏剂就不能用。工艺上最简单的事室温固化单组分的胶黏剂。2.4考虑是否经济和原料来源难易在效果相差不大的情况下，一定要考虑其经济是否允许，当然最好是物美价廉第三章 方案选择 3.1概述方案选择是指整个决策过程的核心与关键，为了保证选择方案的正确与合理，需要注意几点：一是要对所拟定的方案进行客观的、科学的评估；二是要认真对待评估意见；三是要有明确的选择标准，一般用决

12、策目标为标准；四是要走民主决策之路。3.2方案比较综合考虑方案筛选到最后，有两种方案进行比较：3.2.1瓷砖胶黏剂的性能1、优良的抗老化、防水、抗裂、抗渗、抗碱、耐候性、耐高温、耐腐蚀功能。2、收缩率低、保水性强、与瓷砖粘结不空鼓、不开裂。3、施工性能好，抗下垂、抗流挂，晾置调整时间长，工程质量更有保证。4、柔韧性好，适应基材和瓷砖的变形，耐候性强。5、施工中不用浸湿砖墙，工艺简单，施工连贯，施工速度大大加快，提高工效。6、加水搅拌均匀即可用，施工简便。无毒、无异味，防碱性强，属环保产品。3.2.2环氧树脂胶粘剂的优点(1)环氧树脂含有多种极性基团和活性很大的环氧基，因而与金属、玻璃、水泥、木

13、材、塑料等多种极性材料，尤其是表面活性高的材料具有很强的粘接力，同时环氧固化物的内聚强度也很大，所以其胶接强度很高。 (2)环氧树脂固化时基本上没有低分子挥发物产生。胶层的体积收缩率小，约1一2，是热固性树脂中固化收缩率最小的品种之一。加入填料后可降到02以下。环氧固化物的线胀系数也很小。因此内应力小，对胶接强度影响小。加之环氧固化物的蠕变小，所以胶层的尺寸稳定性好。 (3)环氧树脂、固化剂及改性剂的品种很多，可通过合理而巧妙的配方设计，使胶粘剂具有所需要的工艺性(如快速固化、室温固化、低温固化、水中固化、低粘度、高粘度等)，并具有所要求的使用性能(例如耐高温、耐低温、高强度、高柔性、耐老化、

14、导电、导磁、导热等)。 (4)与多种有机物(单体、树脂、橡胶)和无机物(如填料等)具有很好的相容性和反应性，易于进行共聚、交联、共混、填充等改性，以提高胶层的性能。 (5)耐腐蚀性及介电性能好。能耐酸、碱、盐、溶剂等多种介质的腐蚀。体积电阻率10131016cm，介电强度1635kVmm。 (6)通用型环氧树脂、固化剂及添加剂的产地多、产量大，配制简易，可接触压成型，能大规模应用。环氧树脂胶粘剂(简称环氧胶粘剂或环氧胶)从1950年左右出现至今，仅仅只有50多年。但是随着20世纪中叶各种胶粘理论的相继提出，以及胶粘剂化学、胶粘剂流变学和胶粘破坏机理等基础研究工作的深入进展，使胶粘剂性能、品种和

15、应用有了突飞猛进的发展。环氧树脂及其固化体系也以其独特的、优异的性能和新型环氧树脂、新型固化剂和添加剂的不断涌现，成为性能优异、品种众多、适应性广泛的一类重要的胶粘剂。3.3决定方案环氧树脂胶粘剂及制备方法，克服了一般胶黏剂的脆性、耐温性差的缺点，其主要技术特征是以聚氨酯预聚物改性环氧树脂(A组分)与自制的固化剂(B组分)按10111(重量比)的比例配制成为耐高温、韧性好、反应活性大的固化体系。其中聚氨酯预聚物为端羟基聚硅氧烷和二异氰酸酯按一定比例在一定条件下反应制成异氰酸酯基团封端的聚硅氧烷聚氨酯预聚物，再采用此聚氨酯预聚物对环氧树脂进行改性处理。而自制的固化剂由二元胺、咪唑类化合物、硅烷偶

16、联剂，无机填料以及催化剂组成。此改性环氧树脂胶粘剂可室温固化，在200下可长期使用，或-5固化耐温150；粘接强度达15-30MPa；T型剥离强度达35-65N/cm，具有优异的耐油、耐水、耐酸、碱、耐有机溶剂的性能，可粘接潮湿面，油面及金属、塑料、陶瓷、硬质橡皮、木材等。因此，选择制备环氧树脂胶黏剂。3.4环氧树脂固化机理环氧树脂的固化剂可分为反应型固化剂和催化型固化剂，例如，胺类固化剂主要是通过活泼氢与环氧基其反应，而使树脂固化交联。催化性固化剂主要使环氧基开环，使环氧树脂进行匀聚。生成以醚键为主要结构的均聚物。固化剂的用量与环氧树脂的环氧值和固化剂自身的特性有关，如采用胺类固化剂则必须准

17、确的选择固化剂用量。3.5环氧树脂的配制与使用3.5.1环氧树脂的助剂（1）固化剂 环氧树脂只有加入固化剂固化交联之后才能表现出他的优异性能，因此固化剂是构成环氧树脂胶黏剂不可缺少的重要部分。固化剂种类也很多，有胺类（如乙二胺、三乙烯四胺、低分子聚酰胺）固化剂，酸酐类固化剂，改性胺如593固化剂等。有的需加温固化，有的可室温固化；有的可快速固化，有的固化较慢。选择不同的固化剂，可以配成性能各异的环氧树脂胶黏剂。（2）促进剂为了加速环氧树脂的固化反应，降低固化温度，缩短固化时间，提高固化程度，可加入促进剂。常用的促进剂有苯酚，脂肪胺，2-乙基-4-甲基醚剉等，各种促进剂都由一定的使用范围，应加以

18、选择使用。（3）稀释剂环氧树脂常加入一定的稀释剂来降低树脂粘度，改善工艺性能，增加其对被粘物的浸润性，流动性和渗透性。从而提高粘结强度，还可加大填料用量，延长胶黏剂的试用期等。稀释剂分活性和非活性两大类。非活性稀释剂有丙酮，甲苯，乙酸乙酯等溶剂，他们不参与固化反应，在胶黏剂固化过程中部分溢出，部分残留在胶层中，严重影响胶黏剂的性能一般很少使用。活性稀释剂一般是含有一个或两个环氧基的低分子化合物，他们参与固化反应，用量一般不超过环氧树脂的20%，用量过大会影响胶黏剂的性能。常用的有环氧丙烷丁基醚，环氧丙烷苯基醚，二缩水甘油醚。常用的稀释剂有丙酮，环己酮，甲苯，二甲苯，正丁醇等，一般加入量为树脂质

19、量的5%-15%，另一种稀释剂为分子端基带有活性基团，能参加固化反应的稀释剂，称活性稀释剂，例如石油环氧树脂，环氧丙烷苯基醚等，用量一般为树脂质量的5%-20%。（4）增韧剂和增塑剂为了改善环氧树脂胶黏剂的脆性，提高抗剥离程度，常加入增韧剂。但增韧剂的加入也会降低胶层的耐热性和耐介质性。增韧剂也分活性和非活性两大类。非活性增韧剂也称增塑剂，计入适量增塑剂可以增加树脂的流动性，降低树脂固化后的脆性，并能提供抗弯和抗冲击强度。他们不参与固化反应，只是以游离状态存在于固化的胶层中，并有从胶层中迁移出来的倾向，一般用量为环氧树脂的5%-20%，用量太大会严重降低胶层的各种性能。常用的增塑剂有邻苯二甲酸

20、二丁酯，邻苯二甲酸二辛酯，亚磷酸三苯酯等。（5）增充剂环氧树脂中加入适量填充剂，不仅可降低成本，同事也改善了树脂的某些性能，例如可减低树脂固化后的收缩率和膨胀系数，提高胶结强度和耐热性，增加机械强度和耐磨性能等。3.5.2环氧树脂的配置与使用（1）配胶环氧树脂胶黏剂中组分较多，大多数又是粘稠液体或固体，不易搅拌均匀，稍不注意就会造成胶液中局部树脂过量，另一局部固化剂过量，这样固化后的胶层各种性能都将很差，所以配胶时都要准确计量，然后在容器中充分搅拌均匀。对于室温固化的胶，配好后一般会发生放热现象，如不及时使用则造成凝胶。因此，室温固化环氧胶都由使用问题，尤其是夏季配制的固化环氧胶，一般使用期只

21、有几分钟至十几分钟。环氧胶的使用期与三个因素有关，一是反应放热量；二是配胶量；三是环境温度。为了保证粘结质量和避免浪费，对室温固化环氧胶应随用随配。（2）涂胶和晾置环氧树脂大多数粘度大，流动性大，涂胶时不能过快，以防止漏胶和产生气泡。对于无惰性气体的环氧胶，涂后晾制3-5分钟即可搭接固化，不宜晾置时间过长；含有丙酮、乙醇、乙酸乙酯和三氯甲烷等挥发性溶剂的环氧胶，涂胶后应晾置20-30分钟；对于高温固化环氧胶，如以双氰胺为固化剂的环氧胶，要在50-100摄氏度温度下晾置20-30分钟，以保证溶剂完全挥发。（3） 固化 环氧树脂的固化，除需按要求加压外，某些室温固化环氧胶，如为了提高粘结强度可采用

22、加温固化，但在加温之前要在室温下先固化一段时间。3.6绿色环氧胶黏剂配方设计目前使用的环氧胶黏剂品种比较多，有结构胶，非结构胶；有单组份，也有双组份；有室温固化，也有的需加温固化；按用途可分为连接用胶，填补胶，导电胶，点焊胶，耐高温胶以及水下故胶等。1.通用环氧胶黏剂黏料一般选用E-44，E-51环氧树脂，增韧剂选液体聚硫橡胶，液体丁晴橡胶，固化剂选脂肪胺，芳香胺，改性胺，低分子聚酰胺等。2环氧结构胶黏剂环氧结构胶主要有环氧-丁腈，环氧-酚醛，环氧-聚氨酯，环氧-尼龙，环氧-缩醛等类型。固化剂一般选用双腈胺，2-乙基-4-甲级咪唑，间苯二胺等，大都需要采用120-150摄氏度加温固化方式，以期

23、获得较高强度。3.耐高温环氧胶黏剂目前制备耐高温胶黏剂的途径大致有三个：一是采用耐高温树脂改性环氧树脂；二是合成新型耐高温环氧树脂；三是采用耐高温固化剂。比较常用的方法是第一种。4.耐低温环氧胶黏剂一般来说，有些环氧胶由于在-50摄氏度以下出现脆性而迅速失去强度，以致无法使用。用聚氨酯，尼龙，弹性体改性可以制得耐超低温环氧胶黏剂，在-200摄氏度，甚至-269摄氏度均有较好的粘结性能。5.水下固化环氧胶黏剂黏料一般选用双酚A型环氧树脂，如E-44，E-51等。水下环氧胶关键是固化剂的选用，能在水中固化的固化剂有酮亚胺，脂肪胺或芳香胺与环氧树脂的加成物及810水下固化剂等。6导电型环氧树脂胶黏剂

24、配制导电环氧胶有两条途径：一是在树脂体系内添加一定量的导电性金属或非金属粒子，如银粉，铜粉，金粉，导电石墨，炭黑等，属添加型导电剂；另一途径是选用具有导电性或半导电性的高分子聚合物，如聚乙炔，聚氮化硫，以TCNQ为基础的络合物，有机金属聚合物等。但后者尚处于研究阶段，制备工艺复杂，成本极高；添加型导电胶制备工艺简单，将导电粒子均匀混入胶黏剂内即可。7.光学环氧胶黏剂光学胶用于粘结光学玻璃及单晶材料制件，对接头除机械强度要求外，还要求无色透明，透光率打90%以上。以环氧树脂为黏料的光学胶由树脂，固化剂和改性剂组成。最常用的树脂是低分子量双酚A型环氧树脂，脂环族缩水甘油酯环氧树脂，如四氢和六氢邻苯

25、二甲酸双缩水甘油酯环氧树脂等。固化剂有多乙烯多胺，氢化4,4-二氨基二本甲烷等。改性剂有 邻苯二甲酸二丁酯，末端带活性基团的脂肪族聚醚等。第四章 胶黏剂生产工艺过程4.1概述胶黏剂生产过程一般包括原材料的合成与制备、胶黏剂各组分的混合、产品包装等过程。对于大型生产厂家，一般粘料与固化剂都由自己合成，如环氧树脂、胺类固化剂、预聚体聚氨酯等；而对于小型胶黏剂生产厂家，一般只需购置现成的树脂、固化剂、填料、辅助材料等混合包装即可。以环氧树脂为基料的胶黏剂称之为环氧树脂胶黏剂，环氧树脂胶黏剂主要由环氧树脂和固化剂两大组分组成。4.2 环氧树脂的合成原理常用的环氧树脂按化学结构可分为五类：缩水甘油醚型、

26、缩水甘油酯型、缩水甘油胺型、线型脂肪族性和脂肪族型。前三类是由环氧氯丙烷与具有活泼氢的多元醇或多元酚 多元酸 多元胺等缩合而成；后两者是用有机过氧酸使烯烃双键过氧化而得。工业上应用最多的环氧树脂是双酚A型环氧树脂，属于第一类，产量约占环氧树脂的90%以上。双酚A型环氧树脂由双酚A和环氧氯丙烷在碱性催化剂作用下缩合而成。4.3环氧树脂的生产工艺过程：（1） 黏料及固化剂的合成目前国内生产量最大的液态双酚A型环氧树脂E44配方和生产流程如下。双酚A 114克 氢氧化钠 129克环氧氯丙烷 125克 纯苯 适量将双酚A和环氧氯丙烷按配比量投入反应釜中，开动搅拌，升温到70摄氏度维持半小时使其溶解，然

27、后冷却到5055摄氏度，在5小时内滴加配方重量的23氢氧化钠溶液。滴加完毕，于5055摄氏度温度下继续维持反应4小时。反应结束后减压回收过量的环氧氯丙烷。回收的环氧氯丙烷经静置分层之后可循环使用。回收结束后加入苯，再加入剩下的13质量份氢氧化钠水溶液，于6575摄氏度下反应3小时。反应结束后加入苯，在60摄氏度，溶解10分钟，然后倒入分液槽，静置分层，放去下层盐和盐水。用60摄氏度热水洗涤直至溶液值成中性为止。然后再吸入反应釜中，加热回流分水至蒸出的苯清晰无水为止。将此树脂苯溶液用砂芯漏斗抽滤。滤液再倒入槽中进行脱苯。先常压托板至液温达120摄氏度，再减压脱苯至液温达140-150摄氏度，无苯馏出即可。