四川大学家用化学品第六章

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1、 家用化学品 四川大学化学学院 第六章 粘合剂 6。1 粘合剂概述 6。1。1 粘合剂的定义 能够将同种或不同种材料连接在一起的合成高 分子制剂，叫粘合剂，或胶粘剂。一般而言， 为了便于使用，粘合剂的初期状态都是液态， 随后逐渐转成固态，此过程叫做固化。 粘接不同的材料，采用的粘合剂一般有所不同 ，因此，实际应用中存在很多种粘合剂品种。 换言之，并不存在所谓“万能胶”。此外，并不 是所有的材料都能进行有效的粘接。 6。1。2粘合剂的意义 在现代生活中，有许多情况下都需要将 各种材料或构件进行连接。自古至今， 人们创造出了以下方式来完成材料或构 件的连接： 1）锭钉； 2）螺栓连接； 3）铆接；

2、 4）焊接； 5）粘接。 其中，粘接是一种最节能、方便、美观的材料连 接方式。因此，粘合剂的使用日趋广泛。 6。1。3 粘合剂的应用领域 1）建筑材料； 2）建筑装饰； 3）纺织（如， 无纺布）；4）印刷（书籍装订，复膜）； 5）家具制造； 6）工艺美术； 7）机电产品 8）医疗卫生； 9）军事领域，等等。 6。2 粘合剂的作用原理 应当指出，不同的材料，其粘接原理有较大的 差别。 6。2。1 机械嵌入 如，木材、纸张、纺织品、皮革等多孔性材料 的粘接。粘合剂先以液态浸入材料的毛细管孔 径中，然后逐渐固化，形似一根根“钉子”嵌入 材料中，从而将材料连接。 6。2。2 扩散与融合 如，塑料、橡胶

3、等高分子材料的粘接。由于粘合 剂 的主体也是高分子，它们很容易扩散、渗透 到同样是高分子的塑料、橡胶等材料之中，最 终形成结合。 6。2。3 物理吸附 人们发现，金属、无机非金属（如石材）等材 料也可以采用有机高分子粘合剂进行有效的粘 接，显然用以上的原理尚不能解释。因此，导 致材料的粘接现象还有其他的原因。 研究表明，许多材料表面都有吸附物质的能力 ，其原因在于材料表面力场的不平衡。 而通过在表面吸附其他物质，原有材料表面的 能量才能降低，体系才稳定。这种现象叫物理 吸附。 事实上，无论是什么材料的粘接，物理吸附都 起了作用。换言之，物理吸附是一切粘接现象 的主因。一般而言,材料的极性越强,

4、越容易产 生吸附.因此,极性越强的材料越容易粘接.反之, 弱极性的材料就不容易粘接.而非极性的材料若 不经过表面处理就不能粘接. 6。3 粘合剂的固化 任何粘合剂都存在一个由初期的液态（便于涂 抹）到后期的固态（由此产生一定的强度）的 过程。但是固化的方式有多种。 6。3。1 溶剂挥发固化 有些粘合剂体系的主体就是高分子树脂的溶液（ 这种体系叫溶剂型胶），施胶以后，胶层依靠 溶剂的挥发而固化。此类体系的优点是施工方 便（不需要添加固化剂），胶层的干燥也比较 迅速，并适合于大面积施工。但是，大量有机 溶剂排向空气中，对人类生存环境造成不可逆 转的危害。 如果粘合剂是乳胶体系，那么胶层的挥发成分

5、是水，就不会对环境造成危害。 6。3。2 冷凝固化 选择某些热塑性的高分子材料，并配以其它助 剂，直接形成形成固态的粘合剂（这种体系叫 热熔胶）。使用时，将粘合剂加热熔化成液态 ，涂抹于被粘接的材料表面，材料贴合以后， 随着温度的降低，胶层迅速由液态转变为固态 从而固化。因此，这类体系适合于需要快速粘 接的场合，如，流水线作业，包装工序，等等 。 但是，冷凝固化不适合于大面积施工，并需要 专门的施胶装置。 6。3。3 化学反应固化 此类粘合剂主体树脂分子中还残剩部分反应性基 团。施胶以后，若采取以下后继措施，胶层就 会固化(实质是树脂通过反应,由原来的线型或 支链型小分子结构变成了具有三维结构

6、的体型 高分子)： 1）体系加热到较高的温度； 2）添加固化剂； 3）其他措施（如微波、紫外等辐射）。 6。4 粘合剂的基本型态 粘合剂有以下几种形态： 1）溶剂型 (主体是高分子的溶液) ； 2）热熔型(呈固体 颗粒或粉末态,但可在受热到一定温度时熔融成液态)； 3）乳胶型(主体是高分子的乳液)； 4）无溶剂型(主体是呈液态的较小分子量高聚物,但是可 以在某种固化机制下固化成更高分子量的聚合物)； 5 ）压敏型(预涂在带状基材上的粘合剂,可保持较长时间 的粘附性通常卷成盘卷形式)； 6）光敏型(也是无溶剂 型的一种,但是可依靠可见光或紫外光固化)。 6。5 粘合剂的包装形式及特点 单组分形式

7、（优点: 操作简单容易.缺点:粘接强度一般 不高,很多品种包装打开后的储存期很短即,如果一次没 用完,下次可能已经不能再用） 多组分形式（优点:粘接强度可以很高,各组分的包装打 开后,如果没有混合在一起,均可长期保存.缺点:操作要 求比较高,施工较麻烦.一旦将各组分混合,保存期较短） 6。6 粘合剂的粘接施工简介 6。6。1 根据被粘接材料的特点选择粘合剂品种 有现成的资料或手册可以查阅 可向专业销售商咨询 注意，并不是所有的材料都可以粘接 6。6。2 被粘接材料的表面处理 1）表面清洁 ；2）表面的粗糙化； 3）表面的化学改性 6。6。3 多组分粘合剂的调配与适用期 参照说明书，对粘合剂主剂

8、、固化剂和稀释剂 的计量、均匀混合，是保证粘接质量的重要环 节 混合了固化剂的粘合剂液，一般都必须在一定 的时间内使用完，否则会“凝胶”，造成报废。 这个时间期限叫“适用期”。不同的粘合剂体系 ，其适用期有差别。 6。6。4 粘接技术 施胶技巧 :涂层厚度要合适.多孔性材料宜分次 多层施胶 晾晒的意义 :通过晾晒,等待溶剂基本迁移,从而 获得良好的初期强度 贴合、加压 胶合层的养护与养护期 6。6。5 粘合剂强度的测定 剪切强度N/m2 拉抻强度N/m2 剥离强度 N/m 耐溶剂性 耐水性 耐热性 6。7 高聚物制备基础 6。7。1 什么是高聚物 6。7。2 加聚反应: 包括均聚和共聚 6。7

9、。3 缩聚反应：包括线型缩聚和体型缩聚 6。7。4 逐步加成聚合反应 6。7。5 高聚物合成的实施方法 1）本体聚合；2）溶液聚合；3）乳液聚合；4） 悬浮聚合 6。8 典型粘合剂的制备与应用 6。8。1 甲醛树脂粘合剂 1。脲醛树脂的制备与固化 尿素与甲醛在碱催化下反应形成以羟甲基脲为 主体的水溶性树脂 以上树脂在酸催化或/和加热的情况下会进一步 缩合，形成强度很高的体型高聚物，即，固化 。 为了使脲醛树脂有较长的贮存期，以及固化后 有较好的强度性能，所用原料中甲醛必须过量 。即，必然有部分甲醛不会反应，而残留在树 脂体系中。 2。 酚醛树脂的制备与固化 苯酚或类似物与甲醛在碱的催化下反应，

10、形成 以羟甲基酚为主体的树脂。通过控制反应的程 度，可以制成水溶性或醇溶性的树脂。 以上树脂在加热情况下会进一步缩合，形成强 度很高的体型高聚物，即固化。 为了使酚醛树脂有较长的贮存期，以及固化后 有较好的强度性能，所用原料中甲醛必须过量 。即，必然有部分甲醛不会反应，而残留在树 脂体系中。 3。三聚氰胺甲醛树脂的制备与固化 由三聚 氰胺与甲醛在碱性条件下加成、缩合， 形成一种以多羟甲基三聚氰胺为主体的水溶性 树脂。 以上树脂在加热情况下会进一步缩合，形成强 度很高的体型高聚物，即固化。 三聚氰胺甲醛树脂在总体性能上比脲醛树脂更 好。目前在发达国家有逐步替代脲醛树脂的一 种趋势。 为了使三聚氰

11、胺甲醛树脂有较长的贮存期，以及 固化后有较好的强度性能，所用原料中甲醛必 须过量。即，必然有部分甲醛不会反应，而残 留在树脂体系中 脲醛与三聚氰胺甲醛树脂制备 酚醛树脂制备 4。 “三醛树脂”的应用 脲醛、酚醛与三聚氰胺甲醛树脂是目前世界上 应用最广泛、用量最大的三种较廉价的粘合剂 材料，由于都用了甲醛为原料，因此俗称“三 醛”树脂。 水溶性的脲醛与三聚氰胺甲醛树脂主要用于热 压板材的粘合剂，如，层压木板，碎木屑板、 木纤维板（包括中密度、高密度型）、竹纤维 板和秸杆板； 酚醛树脂主要用于绝缘材料制造中的粘合剂（ 如玻璃纤维-酚醛树脂模压板等），以及玻璃纤 维-酚醛保温隔热材料的制造等。 甲醛

12、树脂用于制造复合木材 “三醛树脂”的优点 1）原料丰富、易得；2）成本低廉（特别是脲醛 树脂）；3）生产工艺简单，技术门槛较低； 4 ）使用方便 “三醛树脂”的问题及解决问题的途径 1）无论是酚醛，还是脲醛或三聚氰胺甲醛树脂 ，它们都不可避免的存在残剩游离甲醛的问题 。特别是脲醛和三聚氰胺甲醛树脂 ，由于最终 的走向几乎都是建筑材料或建筑装饰材料（如 房屋构件或室内装修所用的各种胶合板，地板 等），对环境和人的危害特别大。而且，有些 危害我们目前尚未完全认识清楚。 2）甲醛问题的解决方法 a.在复合木制品表面施加封闭性涂层 b.在家居环境中设置气体吸附装置 c.在胶粘剂中添加“甲醛捕捉剂” d

13、.经常保持居室内空气流通 e.用其它类型的“无醛”粘合剂代替“三醛树 脂”，这样的方法才是解决问题的根本 措施 6。8。2 环氧树脂粘合剂 （1）什么是环氧树脂:分子中含有环氧基团的树脂 （2） 环氧树脂粘合剂的特点和用途：粘接强度高，适应 面广，特别对于极性的硬材料之粘接很适合。但是不 宜粘接柔性材料。 （ 3）环氧树脂的制备 一般都是由双酚A与环氧氯丙烷 的缩合 （4）环氧树脂的固化方法 1）胺固化（脂肪胺，芳香胺）有一定毒性，可常温固 化； 2）用聚酰胺树脂固化：基本无毒性。可常温固化； 3）用酸酐固化: 须加热固化 环氧树脂 环氧树脂粘合剂 （5） 活性稀释剂的使用 ：含环氧基团的有机

14、液体使树 脂的粘度降低，有利于施工操作 （6）环氧树脂粘合剂中胺类固化剂的安全问题：通过增 加胺类物质的分子量以降低毒性 6。8。3 聚氨酯树脂粘合剂 （1）聚氨酯树脂: 分子中含有大量氨基甲酸酯结构的高 分子材料 （2）聚氨酯粘合剂的特点和用途：可适用于绝大部分的 极性材料之粘接，硬质材料与柔性材料均可。 （3）聚氨酯树脂的制备 原料体系： 1）多异氰酸酯 2）聚合物 多元醇 3）多元胺 树脂制备方法： 聚合物多元醇与多异氰 酸酯反应，先生成预聚体，然后与小分 子二元醇，二元胺等发生扩链，交联等 反应，得到高分子材料。 聚氨酯树脂制备 （4）聚氨酯粘合剂的固化反应 1）醇固化 ；2）胺固化

15、；3）湿固化（利 用空气水分）。 （5）常用聚氨酯粘合剂及应用 1）双组分（甲组份是端位羟基的聚酯或 聚醚，乙组份为多异氰酸酯）； 2）单 组分湿固化（端异氰酸酯聚氨酯）；3） 单组分封闭型； 4）单组分热熔胶。 封闭异氰酸酯制备 封闭异氰酸酯的反应 6。8。4 “瞬间粘合剂”-五O二胶 （1）-氰基丙烯酸酯及其反应： 空气中水的作 用 （2）五O二胶的基本成分： -氰基丙烯酸酯； 醋酸乙烯酯；引发剂；阻聚剂等。 （3）五O二胶使用中要注意的问题 6。8。5 不饱和聚酯树脂粘合剂 （1） 什么是不饱和聚酯树脂 ：分子中含有不饱 和双键液态的高分子树脂 （2）不饱和聚酯树脂的特点和用途 “502

16、”瞬间粘合剂 “502”粘合剂的固化反应 可常温固化 一般，在隔绝氧气（空气）的条件下固 化更完全 固化后的树脂较硬脆，抗冲击强度较差 ，因此只用于要求不是太高的场合 目前广泛用于玻璃钢制品，车辆，船舶 ，工艺制品等物件 （3）不饱和聚酯树脂的制备： 通过顺丁 烯二酸酐，邻苯二甲酸酐与乙二醇，丙 二醇的缩聚得到分子链上有双键的高分 子。加入活性稀释剂稀释制得易于流淌 的流体。 （4）不饱和聚酯树脂的固化：加入有机过 氧化物及有机酸的钴盐，即可固化。 （5）不饱和聚酯树脂的“气干性”问题 （6）不饱和聚酯树脂中的活性稀释剂的 环境问题 6。8。6 聚醋酸乙烯乳液粘合剂（白乳胶） （1）白乳胶粘合剂在建筑及装饰中的重要作用 （2）白乳胶的优缺点 （3）白乳胶的制备 1）基本配方:醋酸乙烯单体；PVA增稠剂;引发剂 ;PH值调节剂,去离子水. 2）乳液聚合的实施；3 ）调胶。 （4）目前白乳胶应用