第八章粘合剂

制蛋白质含量在0.5%以下。

3）糊精：是淀粉经酸或热处理或经α-淀粉酶作用而成的不完全水解 的产物，分子式（C6H10O5）m（没有一定的分子式），是白色或黄色的 无定形粉末，能溶于冷水形成粘稠的具有较高粘合力的液体。糊精是 淀粉向葡萄糖转化的中间体。良好的胶黏剂。用途很广，如纸张的上 胶、纺织品的上浆、油墨的配制等；也用作药物的赋型剂和阿拉伯树 胶的代用品(如制胶水)等。
[5] 王余良、孙荣芳编，包装辅助材料，湖南大学出版社，1998 [6] 李陵岚等编，包装用胶黏剂及粘接技术，化学工业出版社，2005

包装辅助材料包括： 粘合剂、涂料、封缄用材和捆扎材、印刷油墨等。
第八章 粘合剂（Adhesive）

第一节 概述 定义：粘合剂又称胶粘剂、粘结剂和胶，是借助表面粘结 及其本身强度使相邻两个相同的或不相同的固体材料连接 在一起的所有非金属材料的总称。粘合剂是涂于两固体之 间的一层媒介物质，使两个固体牢固结合起来的现象叫粘 合。两边的固体叫粘合物。 发展历史：传统的粘合剂多由单一组分的天然物质，或者 由天然物质加水或其它组分组成，其成分很简单。而目前 所用粘合剂的组成往往比较复杂。除了起基本粘附作用的 基料外，为了满足特定的要求，通常都需加入各种助剂。 例如，固化剂、稳定剂、填料、稀释剂、增塑剂等。


（2）粘结面内应力的影响 a、相变化：体积收缩，溶剂或水的蒸发；聚合 、缩合、氧化等化学变化。 b、热膨胀系数：粘合剂与被粘物的热膨胀系数 差别很大，当温度变化时。 c、组成的变化：粘合剂与被粘物对空气中水的 吸收变化，粘合剂中可溶性组份的迁移、溶剂及 增塑剂的挥发



（3）被粘物的性质对粘合强度的影响
一般，粘合剂与被粘物的性能相近，粘合效果较好

（4）粘合层的厚度对粘合强度的影响 在一定厚度范围内，厚度增加，剥离强度增加，而抗拉 与剪切强度随之减小。一般在0.02~0.08mm范围内抗拉强 度和剪切强度较高，超过此厚度，则急剧下降。

（5）粘结工艺的影响 a、配制粘合剂： b、处理被粘物表面 c、涂胶 d、晾臵 e、搭接、固化 f、性能检测


三种氧化剂的优缺点： 过氧化氢和次氯酸钠为液体，容易计量，混合，制得的 淀粉粘合剂颜色浅，操作方便，缺点是过氧化氢的含量 或次氯酸钠的氯含量在储存不当时容易变化，影响使用 ；

次氯酸钠氧化后需要除氯，以免影响操作者的健康及残 存的次氯酸钠氧化纸张纤维，可以使用亚硫酸氢钠等作 除氯剂。 高锰酸钾为固体，使用时需要配臵成一定浓度的溶液， 缺点是制得的淀粉粘合剂颜色较深。



5、增塑剂：有些粘合剂干燥后形成的胶膜较脆，影响粘 合质量，可以考虑适量加入增塑剂。
6、填料：改善粘合剂的加工性能，增加粘合剂的粘度， 提高耐热性、降低胶膜的收缩性、降低成本
7、交联剂：指能通过与大分子主链或支链上的基团反应 ，在大分子之间性能化学桥健，而成为不溶不熔的网 状或体型结构的不饱和或多官能团的物质。可以提高 粘结强度。

（6）其他因素的影响
粘合时的温度、压力、时间、施胶方法、搭接宽度等均 对粘合强度有影响。

第三节 天然粘合剂 天然粘合剂是人类最早应用的粘合剂。 按来源分为：动物、植物和矿物如骨胶（bone glue）、 干酪素（casein），其中用量最大的是淀粉粘合剂（ starch adhesive）和糊精（dextrin）粘合剂。 它们在纸盒、纸箱的封口、制袋等纸包装和纸容器的粘合 中占有很大比例，特别是瓦楞纸板的生产，几乎都使用淀 粉粘合剂。下面主要介绍淀粉黏合剂。

参考书： [1] 周学良，方征平等编， 胶粘剂，北京：化学工业出版社， 2004.5 [2] 邓舜扬编，粘合剂与密封材料，北京：化学工业出版社，2002.5 [3] 周学良编，涂料，北京：化学工业出版社，2002.5



[4] 马庆麟编，涂料工业手册，北京：化学工业出版社，2001
合成高分子
醛
橡胶型 氯丁橡胶、丁基橡胶、丁苯橡胶、丁腈橡胶
复合型 ：酚醛-丁腈橡胶；酚醛-氯丁橡胶；环氧-酚 环氧-聚酰胺
第二节
粘合机理
一、产生粘合的基本条件
1.流动性：良好的流动性，能比较容易、均匀地分散到被粘物表面，将
表面凹凸部分填平，并在整个被粘物表面形成均匀的黏合剂薄层。 2.浸润性：粘合剂对被粘物表面必须具有良好的浸润性，粘合剂液与被 粘固体表面接触时，其接触角θ＜90°。大于90°时液体不能很好的浸 润表面。 3.粘合剂与被粘物之间的作用力：粘合剂与被粘物之间形成牢固粘合主 要有三个均匀相和两个界面区域构成。界面区内的粘合作用是以离子、 原子或分子间作用力为基础。 4.粘合剂具有好的固化性：涂敷在被粘物体的粘合剂要在尽可能短的时 间内，通过物理或化学作用，使其固化，将被粘物牢固的连接在一起。
8、防腐剂：淀粉、动物胶等，易受细菌破坏。
9、消泡剂：消除气泡，制造和使用中产生的。 10、其它：抗氧剂、阻聚剂（防止粘合剂在储藏和运输过 程中自行交联而变质）
二、粘合剂分类：主要介绍按主要粘合物质种类分类的方法。
硅酸盐类 磷酸盐 无机物 硫酸盐类 硼酸盐类 陶瓷氧化物等 粘合物质 天然有机物 淀粉类（淀粉、糊精）； 蛋白质类（虫胶、骨胶、酪素等）； 天然树脂（木质素、单宁、松香、虫胶）； 沥青 树脂型 有机物 ， 不饱和聚酯 热塑性类：聚醋酸乙烯、聚乙烯醇、PVC、 PA、 PS、丙酸酯烯等 热固性类：酚醛树脂，环氧树脂，氨基树脂
三、粘合强度及其影响因素 1、粘合强度 粘合剂的粘结性能用粘合强度来表示。粘合强度是指粘合 层 对外力的承受能力，也是单位面积的粘合力。
图
粘合结构示意图
粘合面所受外力基本类型

百度文库
图中A和B分别为两个被粘合物体，FA和FB分别为A和B的内聚 力，C为粘合剂，Fc为粘合剂的内聚力，粘合后A和C的界面 结合力为FAC，粘合后B与C两界面结合力为FBC。 最理想的状态是：Fac、Fbc大于Fa、Fb、 Fc，其中Fc又大 于Fa、Fb。 当粘合受到如图中箭头方向的破坏力时，粘合强度将大于A 和B两物体的本体强度，即A和B物体本身的破坏将先于粘合 界面层的破坏及粘合剂层的破坏。 粘合面可能受到的外力：拉力、剪切、撕裂、和剥离四种 。


4、氧化剂
采用氧化法制造淀粉粘合剂时，要加入氧化剂。常用的氧 化剂有过氧化氢(H2O2)、次氯酸钠(NaClO)、高锰酸钾 (KMnO4)等。 氧化剂的作用：是将淀粉分子中的羟基氧化成醛基或羰基 ，有的可进一步氧化成羧基并使淀粉分子部分降解，增加 了淀粉的溶解性。由于分子间有极性基团，提高了粘接能 力和对纸板的亲和性及渗透性，使粘合剂具有较好的防潮 性和防霉性。
化上胶要求。

2、氢氧化钠（NaOH） 作用： 1）与淀粉中的羟基结合，破坏部分氢键，使淀粉大分子 间的作用力减弱，降低糊化温度； 2）氢氧化钠溶于淀粉液中放出热量，使淀粉分子膨胀； 3）氢氧化钠可对被粘物的纸材起处理作用，增加粘合强 度，并使粘合剂不易霉变。 用量适当 太少则糊化不充分，粘性差。 用量过多，反而回使粘度降低。




对包装所用的粘合剂：主要是剪切强度和剥离强度。
2、影响粘合强度的因素

（1）主要粘合物质的相对分子量及结构的影响 a 分子量：粘合物质一般为高分子化合物，其分子量 大小适当。 太小：内聚力较小，粘合强度较低。熔点低，黏度较 小，黏附性较好。 太大：难溶解、熔点和粘度较高，粘附性能较差。 b 分子结构：含有极性基团的粘合剂对极性高分子材 料的粘合性较大，对非极性的材料粘合性较小； 含有苯环或支链较多，空间位阻增大，影响分子扩散 ，粘合力下降。


一、粘合剂组成 1、粘合物质：基料，是构成粘合剂的主体材料，在热、 溶剂、压力作用下具有流动性：天然高分子、无机化合 物、合成高分子。 2、溶剂：溶解粘合剂或调节粘度，增加对粘结物质的 浸润性及渗透能力。 3、固化剂：是可以使低分子聚合物或者单体经化学反 应生成高分子化合物、或者能催化或促进线型高分子化 合物交联成体型高分子化合物的一类物质。催化或促进 粘合剂主要成分固化的组份，有些粘合剂使用有些不使 用。 4、增粘剂：可以提高粘合剂的粘附能力和初粘力，也 可以提高粘合剂的表观粘度和耐老化性能。


5、稀释剂 稀释剂又称粘性抑制剂，当要求使用高固体含量、低粘度 的淀粉粘合剂时，常需使用稀释剂来降低粘度，常用的稀 释剂为尿素。

6、增塑剂 增塑剂多用于柔性被粘物的粘合，以使脆性的胶膜变柔， 多用吸湿性物质做增塑剂，如甘油、乙二醇、氯化钙、硝 酸钠等。

7、防腐剂 在天气炎热时，淀粉粘合剂易繁殖细菌导致腐败，此时应 加入防腐剂，一般可加入甲醛、五氯酚钠。如果此包装直 接接触食品，可用苯甲酸盐，虽然苯甲酸盐防腐性能稍差 ，但毒性极低。
粘合。
3、扩散理论：高分子被粘物可以溶解或溶胀，彼此扩散交织 在一起，不能解释全部。
4、静电吸引理论：认为粘合剂与被粘物之间的粘接界面上 ，由于不同电子亲合力物质的接触，形成了双电层。双 电层构成一个电容器，产生静电引力，从而产生粘合。 剥离时暗处发光和被剥离表面有带电荷现象，对不能产 生双电层的非极性物质的粘合无法解释。 5、化学键理论：粘合剂与被粘物分子间产生化学反应而获 得高强度的主价键结合。化学键包括离子键、共价键和 金属键。不能解释大多数不发生化学反应的粘合现象。 6、极性理论：粘合作用与极性有关，极性材料用极性粘合 剂粘合，非极性材料用非极性粘合剂粘合。
液体在固体表面上助浸润状态
二、粘合理论 粘合机理的探讨，已有百年历史，但至今没有一个完整的合
理论。
1、吸附理论：物理、化学吸附理论。比较公认的粘合机理， 但不能解释某些非极性高分子化合物之间的粘合。 2、机械结合理论：适用于多孔材料，最早的粘合理论，粘合 剂渗透形成小钩和榫头，但不能解释光滑材料（玻璃）的


一、淀粉粘合剂的原料
1、淀粉的组成、种类和性质 1）结构：淀粉是有D-葡萄糖的重复单元组成的聚合物。 其分子式为(C6H10O5)n，其结构式为：


2）淀粉的种类和性质：
淀粉的种类很多，主要有：玉米、小麦、高粱、木薯、椰子、马铃薯淀 粉等，我国以玉米淀粉为主。 直链淀粉：聚合度在100~10000之间，在淀粉中的含量约为20%~30%， 重均分子量约为2.5×105。 支链淀粉：聚合度为10000~10000000（一千万）之间，在淀粉中的含量

制法： 直接煅烧法：将干燥淀粉在190～230℃下加热，即可制成。 加酸煅烧法：将浓硝酸200ml和浓盐酸300ml用10升水将酸稀释，混合 均匀后加入到100Kg干燥淀粉中去，混合后在50℃下先大致干燥，再 在110～114℃下加热一小时左右，使酸挥发即制得糊精。

用糊精制得的粘合剂固体含量高，粘度稳定，流动性好。可满足机械
辅助包装材料
（Ancillary Packaging Materials）
本单元的教学目的：使学生掌握包装中最常用的包装辅助材 料的品种、性能及用途
本单元的教学要求：要求学生能熟练掌握粘合剂、涂料、印 刷油墨、封缄材和捆扎材等包装辅助材料的性能及应用。
重点、难点及对学生的要求：要求学生掌握包装常用粘合剂 、涂料、封缄用材和捆扎材印刷油墨等包装常用材料的使用 性能，熟悉上述材料生产和使用性能，了解其主要用途及市 场前景。


约为70%~80%，重均分子量5.0×107以上。

淀粉颗粒不溶于冷水，在热水中当达到一定温度（即糊化温度）时，淀 粉颗粒破裂而糊化，成为具有粘性的半透明液体。当淀粉的来源、产地 不同时，淀粉的物理化学性质也随之改变。不同品种的淀粉，其颗粒形 状、大小及糊化温度等均不同。

淀粉极易吸潮，吸潮后容易霉变。淀粉中的蛋白质对配制粘合剂极为有 害，蛋白质含量高时，制得的粘合剂会起泡沫，易发生凝胶，一般应控


3、硼砂(Na2B4O7•10H2O) 淀粉粘合剂所用的硼砂一般为十水四硼酸钠。

作用：硼砂呈弱碱性，在水中离解后，与充分溶胀的淀粉 中的反应基团发生络合反应生成络合物，从而提高淀粉粘
合剂的初粘力、内聚力、稠度和耐水性，使胶膜坚固。 过大时会使粘合剂产生凝胶，失去粘合力；
硼砂用量适当 用量过少则粘合剂过稀，易于渗透到纸张内 部，降低粘合力。