粘合剂

（三）阿拉伯胶（桃胶）
呈白色至深红色硬脆固体，相对密度在1.3～1.4之间， 溶解于甘油和水，不溶于有机溶剂。它是阿拉伯胶素酸（分 子式为 C6 H18 O9 ）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，其分子结构式为：
COOH O H OH H H H OH OH O CH2 O H H OH H H OH H OH
第四章 粘合剂
概 述 第一节 第二节 第三节 第四节 第五节
粘结机理 天然粘结剂和无机粘结剂 合成树脂粘合剂 橡胶粘合剂 主要包装材料的粘结
概 述
粘合剂：将两种同类或不同类的固体物质连接在一起的 物质，又称粘接剂﹑胶粘剂或直接称为胶， 粘合剂是一种生产生活中不可缺少的材料。粘合剂自从 人类开始生活就应用到人们的生活中。例：粘土，动物的血 液用来盖房子等。目前粘合剂已应用到各个领域中。例：交 通工具，航空航天工业，建筑，家具，医疗器械等都有广泛 的应用。在包装业和印刷业中也更是如此，例如在制作纸盒， 纸箱，纸袋，复合塑料袋等包装容器中是绝对离不开的一种 材料。
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。可以作为粘结剂的除植物蛋白外，基本上由动 物体制取。
（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，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，在常态下具有很强的 粘合力。例如：木材—金属﹑木材—木材等的粘结。
1. 粘合剂的组成
基料（连接料）+其他助剂（增塑剂﹑ 填料﹑ 固化剂等） （1）基料 基料是粘合剂的主要而必须的部分，它又可称为基体， 是粘合剂的骨架，一般由一种或几种高分子化合物混合成。 对基料的要求： ①良好的粘附性和润湿性 ②有一定的强度和韧性 ③不能对被使用品产腐蚀，且应具有耐使用介质的作用 ④有一定的耐热性 ⑤应用一定的耐老化性能
2. 乙烯—醋酸乙烯共聚物（白乳胶） 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、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 R ——CH2—C————
1. 聚醋酸乙烯酯
其结构为： ——CH—CH2——
n
OCOCH3 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。 能耐稀酸、稀碱，若遇强酸、强碱会发生水解成为 聚乙烯醇， 可粘结纸、纸箱、标签、铝箔、木材、无纺布等， 但耐水性差些。
讨论： 1）若θ =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； 2）若θ <90°,表示可以润湿，且θ 越小，润湿性越好； 3）若θ >90°,表示不易润湿，且θ 越大，润湿性越差； 4）若θ =180°，表示完全不润湿。 不能解释高聚物自粘和互粘及粘附力与剥离速度有关的现 象。
对于两个同类或不同类的固体，由于介于两者表面的 另一种物质的作用而牢固地结合起来，称为粘结。
粘附力：粘结剂和被粘物之间的力
粘合力
内聚力：粘结剂层（胶层）内部的力
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。
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。
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（ SiO2 / Na 2 O ） 共混﹑融熔制成的粘稠液 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=1：2.9～3.5
（二）糊精
将淀粉加热（如180℃时）使其分子分解而得到糊精。 (C6H10O6 ) 。 H2O 分子式 黄色（>200℃）或白色（180～ 190℃）固体颗粒；除糊精外，还需其他助剂。 其他助剂：1～2%的甘油，提高胶膜的弹性； 0.65～1%的硼砂，提高糊精的粘结牢度 瓦楞纸板糊精粘合剂配方： 糊精 100kg； 硼砂 2.5kg； 轻质碳酸钙 1.5kg；NaOH溶液（27℃） 20kg； 硼砂液（3kg硼砂+30kg水）33kg； 水 45kg
3）表面活性剂：主要提高粘结剂对被粘物表面的亲和性和 防止老化。主要为脂肪酸钠，加入量<1% 4）增塑剂：提高韧性，如甘油，乙二醇或氯化钙等。 5）消泡剂：主要有醇类或磷酸三丁酯等。 6）防腐剂：福尔马林等 瓦楞纸板粘合剂配方： 玉米淀粉：12.82kg, 30%双氧水：0.128kg, 30%NaOH水溶液：2.8835kg， 10%硼砂：0.2083kg, 水：83.96kg
1 性质：不溶于水，在水中随温度的上升而膨胀，随后 破裂而糊化。 2 淀粉粘合剂：除淀粉外，还有其他添加剂 1）交联剂（固化剂）（可以防潮）：硼砂，提高粘结 剂的耐水性，加入量为淀粉量的0.1～0.5%。硼砂在水中 水解成硼酸与淀粉中的-OH结合，增加粘度，耐水性，提 高初粘力， 2）稀释剂：主要是尿素，双氧水，次氯酸钠,NaOH等 （使大分子链断裂，小分子稀且易糊化，NaOH加入破坏 了部分氢键，降粘，且易糊化 ） 加入量：尿素 5～10% 双氧水 0.1～0.5%
（3）其它 固化剂、增韧剂、稀释剂等根据具体情况而定。 2. 粘结剂的分类 1）按基料类型来分：有机粘合剂﹑ 无机粘合剂 （淀粉白乳胶等）（水玻璃等） 2）按粘合剂固化方式来分：溶剂挥发型 热熔型 反应固化型 3）按粘合剂状态来分： 固体 乳液 溶液状 （松香等） （白乳胶等）
第一节 粘结机理
一 粘结的产生
（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。
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 天然粘结剂和无机粘结剂
天然粘合剂是人类最早应用的粘合剂。按来源可分为动物 胶、植物胶和矿物胶等；而按化学结构可分为葡萄糖衍生物、 氨基酸衍生物及其他天然树脂等。无机粘合剂也称为无机胶， 如水泥、石膏、水玻璃及其他无机粘合剂等。这些粘合剂基本 上都对环境无大影响。在包装、印刷业中得到了广泛的应用。
制法如下： 先将水升温到75℃，将硼砂、轻质CaCO3混合物 加入水中，恒温5min，将糊精加入，恒温20min， 然后加入一半的NaOH溶液，搅拌后降至65℃， 再加另一半NaOH溶液，最后加入硼砂液，恒温 10imn即可。 这种粘合剂具有初粘性好、粘合牢固、不凝胶、 不发霉、含碱量低、防潮性能好等特点。
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 CH2O 式与基本结构如下：
(C6H10O6 )n
H
H
H
OH
O H
H
O n
OH
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。 直链淀粉相对分子质量较小（ 1.0×104~ 2.0×105）， 易溶于热水，溶解后黏度较低，支链淀粉相对分子质量较 大（5.0×104~4.0×108），只有在加热、加压的条件下才 溶于水，形成的溶液黏度性大。在胶黏剂中最常用的是玉 米淀粉，其中直链淀粉占 25%~27% ，支链淀粉占 68% ， 中间部分占5%~7%。
不同用途的硅酸钠粘合剂的特性参见表4-2，P185。
第三节 合成树脂粘合剂
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
合成树脂粘合剂 热固性粘合剂 复合型粘合剂
乳液型 溶剂型 热熔型
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。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。
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。
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。 如异氰酸酯粘合剂与橡胶间的粘合等。
1）粘合剂与被粘物体表面之间有最大的接触。 2）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θ →接触角。
γLG
大气G
液体L
γSG
θ γSL 固体S
当三相作用力相互平衡的时候，则：
γSG＝γSL＋γLG· cosθ
cosθ= (γSG-γSL)/γLG
二 粘结机理
1. 吸用是粘合剂与被粘物分子在界 面层上相互吸附而产生的。这种吸附力是分子之间的相互 作用力——次价力引起的，这种作用叫物理吸附。物理吸 附是在粘合剂和被粘物之间牢固结合的普遍原因，这就是 吸附理论。 该理论认为，当两种物质的距离小于一定程度 （0.5nm）时就会产生分子间作用力。因此，粘结剂与被 粘物要满足以下条件，才能具有良好的吸附效果。
（2）填料 填料可提高粘合剂的弹性模量，降低线膨胀系数（CTE）， 减少固化收缩率，增加粘度，提高使用温度，耐磨性能等， 还可降低成本。 对填料的要求： ①应符合粘合剂的某些使用要求，如耐热性、耐老化性等 ②易于分散，与基料有良好的润湿性 ③与基料中的其它化学成分不起反应 ④不易吸湿变质，且无毒 ⑤具有一定的物理状态 ⑥加工方便，成本低廉
n
COOR´
（二）溶剂型粘合剂
1. 聚乙烯醇（PVA） 溶剂：水，主要用来粘结纸-纸，纸和铝箔等。 2. 聚醋酸乙烯酯（PVAC） 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。
3 纤维素衍生物 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
（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。
C102H149O38N31 + H2O
C102H151O39N31
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。
H HO
（四）海藻酸钠
海藻酸钠系β-无水右旋甘露密醛酸钠的聚合物，具有下 列结构：
H O COONa O H OH H H
H OH
n
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。
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： NH2—CHCO（NHCHCO）nNHCHCOOH