膠黏劑原材料的種類及作用

膠黏劑的定義

 膠黏劑的定義：

通過界面的粘附和物質的內聚等作用，能使兩種或兩種以上的製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，統稱為膠黏劑（adhesive）又叫粘合劑，習慣上稱為膠。

 

粘結（粘合）：指兩個表面靠化學力、物理力或者兩者兼有的力使之結合在一起的狀態。

 

膠黏劑首先必須在被粘物表面粘附，這是由於兩相之間產生粘合力，該力來源於次價鍵力或主價鍵力。

 

內聚：即單一物質內部各粒子靠主價鍵力（包括離子鍵、共價鍵、配位鍵、金屬鍵等）、次價鍵力（包括範德華力、氫鍵）結合在一起的狀態。膠黏劑的內聚力與分子間力、相對分子質量、交聯程度、結晶和分子纏繞等因素有關。

 

膠黏劑的要求

膠黏劑的要求：

1：不論出於何種狀態，當塗布時都應呈液態；

2：對被粘結物表面能夠完全鋪展，充分潤溼；

3：必須能夠通過某種方式而使液體轉變為固體或凝膠狀態，形成堅韌而穩定的膠層；

4：固化後應有一定的強度。能夠可靠的連接，傳遞應力，抵抗破壞；

5：可耐0℃以上的溫度，並經受一定時間的考驗。

 

 

膠黏劑的分類

1：按照外觀分類

   1.1：溶劑型

   1.2：乳液型（水性）

   1.3：膏狀或糊狀

   1.4：固體型

   1.5：膜狀型

 

2：按照固化方式分

   水基蒸髮型、溶劑揮髮型、熱熔型、化學反應型、壓敏型。

 

 

膠黏劑的基本組成

1 膠黏劑的基本組成：

膠黏劑的組分包括基料、固化劑、溶劑、增塑劑、填料、偶聯劑、交聯劑、促進劑、增韌劑、增粘劑、增稠劑、稀釋劑、防老劑、阻聚劑、阻燃劑、引發劑、光敏劑、消泡劑、防腐劑、穩定劑、絡合劑、乳化劑。

 

2 基料的種類：

基料是膠黏劑的主要成分、主劑或主體聚合物，起粘合作用。按照化學的成分的不同  ，基料的來源有無機化合物和有機化合物。有機化合物是高分子合成類的高分子基料。

 

2.1 常用的有機化合物

熱固性合成樹脂：酚醛樹脂、環氧樹脂、氨基樹脂、聚氨酯樹脂、不飽和聚酯和丙烯酸樹脂。

 

熱塑性合成樹脂：橡膠類基料、天然高分子材料、水性膠乳類  基料

橡膠類基料膠黏劑

 

2.2 膠黏劑基料的選擇原理

根據膠黏劑應用的對象、應用的場合及應用的性能的選擇。同時分子基料的分子結構與粘結性能的關係甚為密切。

 

1).高分子材料的極性有關   

2).高分子材料的結晶性能

3).高分子材料的分子量

 

 

固化劑（硬化劑）

1.固化劑（硬化劑）

使基態原料通過化學反應，發生聚合、縮聚或交聯反應轉變為線性高聚物或者網狀高聚物，是膠接接頭具有力學強度和穩定性的物質。

 

2.固化劑的選擇：

2.1：最好是液體的無毒、無色、無味的物質

2.2：固化劑與被固化物反應要平穩，放熱量少，以減少膠層的內聚力

2.3：耐熱性，選用分子中具有反應基團較多的固化劑

2.4：韌性，選用分子鏈較長的固化劑

 

 

膠黏劑溶劑

 

1.膠黏劑溶劑

指能夠降低某些固體或者液體分子間力，而使被溶物質分散為分子或離子均一體系的液體，常用的溶劑為低粘度的液體物質。主要有脂肪烴、芳香烴、滷代烴、酯類、醇類、酮類、酸類、醚類、萜烯烴、醯胺類和水類。但是多數的有機溶劑有一定的毒性、易燃性、易爆性、對環境有汙染、對安全又隱患、對人體有危害。

 

2.溶劑的作用：

2.1 聚合反應的介質：是反應緩和、溫度易於控制、

2.2 溶解基料：製備溶劑型膠黏劑

2.3 稀釋劑：稀釋膠黏劑使其達到一定的黏度，有利於溼潤、便於塗布

2.4 調節膠黏劑的揮發速度

2.5 防止凝膠，用來增加貯存穩定性

2.6 粘結前的表面清潔處理劑

2.7 直接粘結，某些塑料

2.8 降低成本、提高效益

 

膠黏劑溶劑的選擇

1. 溶劑的選擇

1.1 極性：選擇與基料極性相同或相近的溶劑（相似相容的原理）。

1.2 溶解度參數（與極性有關）：溶劑的溶解度參數和高分子基體的溶解度參數相近。

 

1.3 溶劑的揮發性：選擇揮發度適當的溶劑或快慢混合的溶劑。

 溶劑揮發太快：膠液表面易成膜、膜下溶劑不易揮發；揮發是一個吸熱的過程，太快膠膜表面的溫度降低而凝結水汽，影響粘結質量。

 溶劑揮發太慢：表幹時間慢，影響工效。

 

1.4 溶劑的選擇要考慮到價格、毒性和來源。

 

 

軟化劑

1. 軟化劑的作用：軟化劑是SBS費用不可的組分，其作用是調節硬度，流動性，並降低成本，充油SBS可使配煉加工更容易。最常用的是環烷油，芳烴成色深、有毒、不能使用，石蠟油不能改善物性，還會導致噴出。國產克拉瑪依KN系列環保型環烷油（例如KN4010等）質量上乘。

 

2. 軟化劑的種類：按烴類組成分為石蠟基、環烷基、芳香基三類。

 

3. 軟化劑的特點：

3.1 石蠟基橡膠油：抗氧化、光安定性好，但乳化性、相容性、低溫性相對較差；

3.2 環烷基橡膠油：兼具石蠟基、芳香基的優點，乳化性、相容性適中，無汙染、無毒性，適用範圍也比較廣。

3.3 芳香基橡膠油：相容性好，填充量大，價格低廉，所得橡膠產品強度高。但顏色深、毒性大、對環境汙染大。

 

增塑劑

1. 增塑劑的定義

是一種降低高分子化合物玻璃化溫度和熔融溫度，改善膠層脆性、增進熔融流動性的物質。

 

2.  增塑劑的作用：

2.1 屏散高分子化合物的活性基團，減弱分子間作用力，從而降低分子之間的相互作用。

2.2 增加高分子化合物的熱性、延伸性和耐寒性，降低其內聚強度、彈性模量及耐熱性。

 

3. 增塑劑的選擇：

3.1 極性：極性大小影響增塑劑與主體材料的相容性，其原理同溶劑作用。

3.2 持久性：由於滲出、遷移、揮發二損失影響膠的物理機械性能。選擇高沸點的或高分子量的增塑劑。

3.3 分子量及狀態：分子量越高，粘結強度越好。

 

4. 常用的增塑劑：

鄰苯二甲酸酯、磷酸酯類、己二酸酯和癸二酸酯等。

 

 

填料

1. 填料的定義

在膠黏劑中不與基體起化學反應，但是可以改變其性能，降低成本的固體材料。

 

2. 常用的填料分為有機填料和無機填料：

  有機填料：改善樹脂的脆性、吸溼性高、耐熱性能低

  無機填料：使膠的相對密度增加、脆性增加、但耐熱性、介質性能、收縮率等都會有所改善。

 

3. 填料的選擇：

3.1：無活性與膠黏劑的其他組分不發生反應

3.2：分散性好與基料有良好的潤溼性

3.3：不含水分、有害物質、油脂，無吸溼性

3.4：顆粒均勻。無毒

3.5：來源廣泛、加工方便、價格低廉

3.6：填料的密度與基料的密度不能相差太大

3.7：用量適宜

4. 常用的填料：二氧化矽、碳酸鈣、碳酸鎂、鋁粉、酚醛樹脂等

 

 

偶聯劑

 1. 偶聯劑

能同時與極性物質和非極性物質產生一定結合力的和化合物，其特點是分子中同時具有極性和非極性部分的物質。常用的偶聯劑有有機鉻偶聯劑、有機矽偶聯劑和鈦酸酯偶聯劑。

在膠黏劑中常用的是矽烷偶聯劑。

 

2. 偶聯劑的作用：

2.1).增加主體樹脂本身的分子間的作用力，提高膠黏劑的內聚強度

2).增加樹脂與被粘合物之間的結合，起了一定的架橋作用。

不同的偶聯劑具有不同的反應基團，反應基團不同對粘結性能的影響也不同。

 

其他助劑

助劑種類

引發劑：在一定的條件下能分解產生自由基的物質，一般含有不飽和鍵的化合物中加入引發劑，常用的引發劑有過氧化二苯甲醯、過氧化環己酮、過氧化異丙苯、偶氮二異丁氰等

促進劑（催化劑）：能夠降低引發劑的分解溫度或加速固化劑與樹脂橡膠反應的物質。

防老劑：能延緩高分子化合物的老化的物質，對於高溫、暴曬下使用的膠黏劑由於容易老化變質，在配膠時加入防老劑

增稠劑：粘度低的膠黏劑，增加使其粘度增加的物質

阻聚劑和穩定劑：阻止或延緩含有不飽和鍵的聚合物、單體在貯存過程中自行交聯的物質(對苯二酚)

 

 

改變膠黏劑性能的設計原則

粘結強度的改進設計

1：選擇粘結力和內聚力都大的樹脂(環氧樹脂、聚氨酯)；

2：加入增韌劑、降低脆性、增加膠層韌性，減小內應力；

3：熱固性樹脂和熱塑性樹脂或橡膠並用，熱固性樹脂提供強力和耐熱元素，而熱塑性樹脂提供粘性和韌性元素。綜合結果會得到較高的粘結強度；

4：引入極性基團或加入相容性能好、極性大的樹脂，可提高橡膠型膠黏劑的粘結強度；

5：適當的交聯劑；

6：添加適量適當的填料、降低收縮率，晶須或納米田納西奧效果極佳；

7：加入適當的偶聯劑；

8：加入稀釋劑，降低粘度，增大溼潤性。

 

 

耐熱性的改進設計

1：採用耐高溫性能好的樹脂或橡膠（酚醛樹脂、有機矽、氟橡膠、雜環聚合物）；

2：提高環的密度；

3：增加交聯劑；

4：適當地提高結晶度；

5：使用耐高溫性能好的固化劑；

6：加入耐熱填料；

7：減少高溫氧化分解，加入抗氧劑；

8：添加矽烷偶聯劑。

 

 

耐寒性的改進設計

1：選用耐寒性的聚合物，如聚氨酯；

2：加入增塑劑或增韌劑；

3：降低交聯度；

4：降低結晶性；

5：減少填料用量。

 

耐溶劑性的改進設計

1：採用耐溶劑好的樹脂或橡膠；

2：增加交聯度；

3：適當增大填料的用量；

4：少用或者不用增塑劑。

 

 

耐酸鹼性的改進設計

1：提高交聯度；

2：選用惰性填料；

3：提高填料的用量；

4：酯類增塑劑不耐酸。

 

耐水性改性設計

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

2：增加膠黏劑基料的用量；

3：使用耐水性固化劑；

4：提高交聯密度；

5：所用填料為吸水性較小的品種；

6：加入偶聯劑，改善界面性質。

 

 

耐老化性的改進設計

1：選用耐水性、耐候性和耐老化性能好的基料；

2：提高交聯度；

3：加入活性填料；

4：某些膠黏劑中可適當的加入防老劑或抗氧化劑；

5：加入適量的有機矽烷偶聯劑；

6：使用高溫固化劑。

 

阻燃性的改進設計

1：選用阻燃性的樹脂和橡膠味基料；

2：採用阻燃性的增塑劑；

3：加入阻燃劑，如三氧化二銻、硼酸鋅；

4：使用阻燃性固化劑。

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