包装材料学第5章黏合剂

1、第五章 粘合剂（以自学为主）黏合剂的组成与分类黏结机理天然黏合剂及无机黏合剂(自学为主)合成树脂黏合剂橡胶黏合剂(自学为主)第一节 黏合剂的组成与分类粘合剂是一种最重要的包装辅助材料，它在包装工业中占有非常重要的地位。各种纸容器的封口，复合薄膜的制造，瓦楞纸板的制造，瓦楞纸箱和纸盒的制造、封口，各种包装容器的标签的粘贴，各种胶带的制造均离不开粘合剂。一、黏合剂的组成黏合剂是以具有黏性或弹性体的天然产物和合成高分子化合物（无机黏合剂除外）为基料，并加入固化剂，填料，增韧剂，稀释剂，防老剂等添加剂组成的一种混合物。1、基料 主要而且必须的成分，是黏合剂的骨架。它赋予黏合剂的黏附性。 通常由一种或几

2、种高分子化合物混合而成。第一节 黏合剂的组成与分类2、固化剂又称硬化剂或者熟化剂。它能使线型分子形成网型或者体型结构，从而使黏合剂固化。3、填料增加黏合剂的弹性模量，降低线膨胀系数，减少固化剂收缩率，增加黏度、抗冲击韧性，提高使用温度、耐磨性能、胶接强度。改善黏合剂耐水、耐介质性能和耐热老化性能等。缺点：增加了黏合剂的重量，增加了年度而不利于涂布，丧失了透明性等。第一节 黏合剂的组成与分类4、增韧剂 改善粘合剂的性能，增加韧性，降低脆性，提高黏结层的抗剥离、抗冲击性，而且可以改善黏合剂的流动性、耐旱性、耐震性等。5、稀释剂 降低黏度，便于涂布。6、促进剂与着色剂 促进剂：加速固化反应或降低固化

3、反应的物质。 着色剂：着色。第二节 黏结机理 一、黏结的产生黏合力粘附力：粘结剂和被粘物之间的力内聚力：粘结剂层（胶层）内部的力黏合力示意图第二节 黏结机理 胶层破坏有如下几种情况： 注意：粘合力由粘附力和内聚力中最小的一个决定。内聚力又由粘合剂本身来决定，如粘结剂的性质组成配比和固化工艺等。一般黏附力比内聚力大得多。 一般来讲：在满足粘合条件的情况下，涂层越薄越好。因为涂层越厚，缺陷越多。涂层薄，缺陷少，利于粘结剂分子的定向作用，也能充分发挥粘附力的作用，节约用胶量。内聚破坏黏附破坏混合破坏胶层破坏形式第二节 黏结机理 二、黏结机理1. 吸附理论 目前最普遍的一种理论。（次价力引起） 任何物

4、质分子相互接近到距离小于0.5nm时，就产生分子间的相互作用力（次价力），这种力尽管小，但是分子数目很多时，其所产生的吸附力是相当大的。一般认为，吸附作用是产生黏附力的主要因素。 黏合剂与被黏物紧密地黏附在一起而具有足够的强度，所以提出黏结界面黏附的物理化学条件，即表面润湿现象。（1）表面润湿现象： 粘合剂与被粘物体表面之间有最大的接触。 在接触面上，粘合剂对被粘物体表面有良好的亲和性。 在液体和固体相接触的地方，液面发生弯曲，液面的切线与固体表面形成夹角接触角讨论：若=0（接触面积最大），即液体完全附着在固体表面（液体全 面展开），表示完全润湿； 若90，表示不易润湿，且越大，润湿性越差；

5、若=180，表示完全不润湿。第二节 黏结机理 液体与平的固体表面的接触角第二节 黏结机理 （2）黏附的结合力 黏合剂对被黏物体的润湿能力是衡量黏附性的先决条件，润湿只是一个宏观现象，其实质是由于界面发生了黏附的结合力即黏附力。 这种黏附结合力多数情况下是极性键力在起作用。吸附理论能够解释某些黏结现象，但对于高聚物自黏或者互黏等现象不能很好的解释；另外剥离黏合剂薄膜所做的功要超过分子间作用力好几十倍以及黏附力与剥离时的速度有关等现象不能好好的解释。2 扩散理论 粘结剂渗透（被粘高聚物）溶胀（甚至溶解）粘结界面消失 扩散理论的解释范围，主要用在高聚物之间，特别是热塑性高聚物之间 的粘结现象。3 静

6、电理论 静电理论认为：粘合力是由于界面上双电层之间静电引力的作用。第二节 黏结机理 胶膜自固体表面玻璃时产生的双电层示意图4 化学键理论 粘合剂与被粘物体表面发生化学反应形成化学键结合，但只限于反应性的特定的粘结剂品种。5 机械结合理论 粘合剂与被粘物体表面粗糙，粘结剂渗透到这些凸凹或孔隙中，固化后粘合剂与被粘物体粘结在一起。微观机械连接对于多孔性材料的粘结强度有显著的贡献，但对于非孔性的表面，这种作用就不大。第二节 黏结机理 以上各种理论对阐述黏结机理，都有其正确的一面，但都解释得不十分完善，尤其是实际使用的黏合剂，其组成都比较复杂，更难以用某一理论进行圆满的解释。因此第三节 天然粘合剂及无

7、机黏合剂 天然粘合剂其它天然树脂氨基酸衍生物葡萄糖衍生物无机粘合剂水玻璃石膏水泥其它无机黏合剂对环境无大影响第三节 天然粘合剂及无机黏合剂 一 葡萄糖衍生物粘结剂从植物中提取的胶质多数是葡萄糖衍生物，其分子式与基本结构如下：OOHHHCH2OHHOOHHnH具体包括：淀粉糊精阿拉伯胶及海藻酸钠等。（一）淀粉 纯白色颗粒状，不同类型的植物中淀粉结构有直链，支链之分，只是量多少不同。 第三节 天然粘合剂及无机黏合剂 （二）糊精 将淀粉加热（如180时）使其分子分解而得到糊精。分子式 。 黄色（200）或白色（180190）固体颗粒；除糊精外，还需其他助剂（三）阿拉伯胶（桃胶） 呈白色至深红色硬脆固

8、体，溶解于甘油和水，不溶于有机溶剂。它是阿拉伯胶素酸的钾、钙、镁盐等转变成半乳糖和葡萄糖醛酸而形成的长链状聚合物，（四）海藻酸钠海藻酸钠系-无水右旋甘露密醛酸钠的聚合物，具有下列结构：海藻酸钠为白色至暗棕色固体，溶于水，不溶于有机溶剂，有亲水悬浮胶体的性质。 这种海藻酸盐系由昆布属海藻，如黑海带、裙带菜等用碱萃取的水溶液中，添加乙醇所得的糊状沉淀物。亦可由海藻制碘过程的副产品中所得。第三节 天然粘合剂及无机黏合剂 二 氨基酸衍生物粘合剂 蛋白质的基本组成单位为氨基酸，其分子式为：NH2CHCO（NHCHCO）nNHCHCOOH R R R由于蛋白质是生命的基础，在一切生物体内大量存在。可以作为

9、粘结剂的除植物蛋白外，基本上由动物体制取。第三节 天然粘合剂及无机黏合剂 从动物血液的凝结作用得到启发，开始了血液黏合剂的利用。血液黏合剂是由蛋白质的黏结产生的，蛋白质的组成单位是氨基酸，所以叫做氨基酸衍生物黏合剂。（一）植物蛋白 一般情况下将大豆蛋白与水一起配制成一定浓度的溶液即可应用。但为了调解粘度或延长胶液的使用时间，还可加入适量的盐类如氯化钠、氯化铜、藻酸钠和果胶等，或者加入一定量的碱类等。例如：大豆蛋白等，粘结力比葡萄糖衍生物强，但耐水性差。（二）酪朊 又称酪素和干酪素，主要成分：含磷蛋白。 性质：无色无臭，白色或黄色，溶解于碱液或浓酸，在弱酸中沉淀，不溶于水醇类，有吸湿性，在常态下

10、具有很强的粘合力。例如：木材金属木材木材等的粘结。第三节 天然粘合剂及无机黏合剂 （三）骨胶或明胶 骨胶是骨胶朊衍生的蛋白质的总称，骨胶属于硬蛋白，加水分解便转化为明胶。明胶除纯度高品质好以外，与骨胶没有明显的区别。 干燥的骨胶平均含水11%18%，相对密度约1.27。颜色、外形和性能随原料和制造方法的不同而略有不同。明胶是透明的浅黄色小颗粒，无臭无味，在冷水中吸水膨胀，溶于热水，冷却后，凝胶。溶于甘油和醋酸，不溶于乙醇和乙醚。C102H149O38N31C102H151O39N31+ H2O第三节 天然粘合剂及无机黏合剂 三 其他天然树脂粘合剂 松香（松香酸天然热溶胶） 虫胶 沥青（石油附属

11、品） 生漆（漆树）四 无机粘合剂（硅酸钠粘合剂，又称水玻璃或泡化碱）由硅石与苛性钠共混融溶制成的粘稠液体，无色，无臭，呈碱性，以任意比例与水混合。 包装用：氧化钠：二氧化硅=1：2.93.5 不同用途的硅酸钠粘合剂的特性参见表4-2，P262。第三节 天然粘合剂及无机黏合剂 合成树脂粘结剂是当今产量最大品种最多应用最广影响最大的粘结剂。热塑性粘合剂热固性粘合剂复合型粘合剂合成树脂粘合剂乳液型溶剂型热熔型第四节 合成树脂黏合剂一、 热塑性粘合剂（一） 乳液型粘合剂 一般以水为分散介质，成本较低、无毒、色浅，有良好的稳定性和作业适应性。而且聚合物乳液的树脂相对分子量可以很高，因此粘合剂膜的强度较好

12、。乳液粘合剂不用加热或加固化剂就能较快地固化。 乳液粘合剂的最大缺点是耐水性不佳、蠕变性较大，当然这两个缺点可通过提高树脂的相对分子量得到一定的改善。乳液型粘合剂最具代表性的是聚醋酸乙烯及其共聚物。 第四节 合成树脂黏合剂1. 聚醋酸乙烯酯 其结构为：CHCH2COOCH3n 性质：醋酸乙烯为无色液体，有醋酸气味，不溶于水，能溶于醇、酯、酮及甲苯。在常温下能缓慢聚合，在光、热或过氧化物的作用下，聚合急剧加速。醋酸乙烯有挥发性和可燃性，它的蒸汽有微毒，使用和保存时要注意安全。第四节 合成树脂黏合剂稳定性好，能和填料、增塑剂等很好的混合，黏度可以自由调节，有良好的早期黏结强度。主要用于木材的黏结。

13、还可用于纸张的黏结。2. 乙烯醋酸乙烯共聚物 EVA乳液胶膜能耐寒、耐酸、耐碱、对氧、臭氧和紫外线较稳定，与其他树脂相容性好，无毒、储存期较长，低温成膜性较好，可用于粘合纸板盒加工纸、纸箱的封合、缠管、贴标签、贴包装盒开窗薄膜以及塑料薄膜、无纺布、铝箔等的粘结。 3. 丙烯酸酯及其衍生物CH2CRCOORn第四节 合成树脂黏合剂（二）溶剂型粘合剂-大部分采用有机溶剂为溶剂，少部分采用水。1. 聚乙烯醇溶剂型黏合剂 溶剂：水，主要用来粘结纸-纸，纸和铝箔等。 2. 聚醋酸乙烯（PVC） 溶剂：水。聚醋酸乙烯粘结剂用来粘合玻璃纸、纸、织物及某些塑料，抗水性很好。 第四节 合成树脂黏合剂3 纤维素衍

14、生物1）硝酸纤维素 溶剂：丙酮醋酸乙酯等（溶剂挥发干燥） 主要粘结：纸织物玻璃等2）醋酸纤维素粘合剂 溶剂：丙酮醋酸甲酯等 主要粘结：纸材织物玻璃等4 聚丙烯酸酯及其共聚物 溶剂：水酮类等； 主要粘结：纸材塑料玻璃等第四节 合成树脂黏合剂（三）热熔性粘结剂 热熔性粘结剂是一种不含溶剂或水的热塑性树脂为基体的固体的粘结剂。其受热时熔融，与被粘物粘结，粘结界面在冷却后固化，而具有一定的粘结强度。这类粘结剂又称为热熔胶。 组成：以热塑性树脂为粘结料，加入增粘剂和石蜡等配制而成。按不同性能要求，可适量加入增塑剂、抗氧剂和填料等。 特点：固化速度快、多功能、粘结范围广、无溶剂、不污染环境。 第四节 合成

15、树脂黏合剂二、热固型合成树脂粘结剂 可以是单一组分，但绝大多数为多组分。由含多官能团的线性聚合物或单体，在固化剂或引发剂的作用下，生成不可逆的化学反应，或在加热等其他条件下，转变成不溶不熔物，获得一定的粘结力。 热固型主要树脂有：脲醛树脂酚醛树脂环氧树脂（+固化剂） 三聚氰胺甲醛树脂 聚氨酯树脂 这里主要介绍一下聚氨酯树脂 第三节 合成树脂黏合剂聚氨酯（PU）热固型粘合剂：一般有AB两部分组成： A: 含有-OH的聚酯或聚醚，作为主剂； B：多异氰酸酯（-NCO），作为固化剂（即交联剂）OCNRNHORCONH RNCOHOROH + OCNRNCONCONCONCO （NCO）基团不仅与（O

16、H）产生交联反应，且还能与被粘物表面起化学反应，而牢固地粘结在一起，用于塑料塑料塑料铝箔等的干法复合。第四节 合成树脂黏合剂三、复合型树脂粘合剂 热塑性树脂粘结剂和热固性树脂粘结剂各有其特点,为了在某些特定的场合以及在结构件上应用,往往需要具有综合性能的粘结剂复合型树脂粘结剂。复合型树脂粘合剂品种很多。在包装工业中使用最多的是乙烯醋酸乙烯共聚物，丁腈酚醛树脂。 丁腈橡胶因含有腈基，而对金属有很好的粘合强度。如果再加上羟基，则使金属的粘合性有进一步的提高。用这样的活性剂化合物与酚醛树脂复合，在加热时一方面酚醛和丁腈橡胶中的双键结合而固化，另一方面丁腈橡胶中的腈基和酚醛树脂的羟甲基反应，具有和硫化同样的交联作用。 第四节 合成树脂黏合剂一 丁腈橡胶粘合剂 丁腈橡胶是丁二烯和丙烯腈乳聚合的共聚物，其结构为： CH2CH m CH2CH=CHCH2 n CN 根据m 的变化有不同型号，一般丙烯腈含量在30%40%