壓敏型膠黏劑及其粘接固化原理

1、壓敏型膠黏劑及其粘接固化原理壓敏型膠黏劑及其粘接固化原理——中國(guó)化工集團(tuán)昊華化工(集團(tuán))總公司桂林曙光橡膠工業(yè)研究設(shè)計(jì)院王公波August2920121粘接原理粘接原理1.1粘接件間的作用力粘接件間的作用力膠黏劑與被粘物之間的界面相互作用力稱為粘接力。粘接力的來(lái)源主要有以下幾種：1.1.1化學(xué)鍵力化學(xué)鍵力又稱主價(jià)鍵力，存在于原子（或離子）之間，有離子鍵、共價(jià)鍵及金屬鍵三種。金屬鍵力是金屬正離子之間由于電子的自由運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的連接力，與粘接

2、過(guò)程關(guān)系不大。膠黏劑與被粘物之間如果能夠引入化學(xué)鍵連接，其粘接力將顯著提高。1.1.2分子間力分子間力又稱次價(jià)鍵力，有范德華力和氫鍵力。范德華力又包括取向力、誘導(dǎo)力和色散力。取向力即極性分子永久偶極之間的引力。其大小與分子偶極距的平方成正比，與兩分子距離的六次方成反比。分子的極性越大，分子之間距離越近，產(chǎn)生的取向力越大；溫度越高，分子的取向力越弱。誘導(dǎo)力是分子固有偶極與誘導(dǎo)偶極之間的靜電引力。極性分子與非極性分子靠近時(shí)，極性分子會(huì)使非極

3、性分子產(chǎn)生誘導(dǎo)偶極，極性分子之間也能產(chǎn)生誘導(dǎo)偶極。誘導(dǎo)力與極性分子偶極距的平方成正比，與被誘導(dǎo)分子的變形程度成正比，與兩分子間距離的六次方成反比，與溫度無(wú)關(guān)。色散力是分子色散作用產(chǎn)生的引力。由于電子是處于不斷運(yùn)動(dòng)之中，正負(fù)電荷中心瞬間的不重合（色散作用）產(chǎn)生的瞬時(shí)偶極誘導(dǎo)鄰近分子產(chǎn)生瞬時(shí)誘導(dǎo)偶極，這種偶極間的力稱為色散力。色散力與分子間距離的六次方成反比，與環(huán)境溫度無(wú)關(guān)。低分子物質(zhì)的色散力較弱，但由于色散力具有加和性，所以高分子物質(zhì)的色

4、散力相當(dāng)可觀。在非極性高分子物質(zhì)中，色散力占全部分子間作用力的80～100%。1.1.3界面靜電引力當(dāng)壓敏膠與金屬密切接觸時(shí)，金屬容易失去電子，壓敏膠容易得到電子，所以電子可以從金屬移向壓敏膠，使界面兩側(cè)產(chǎn)生接觸電勢(shì)，并形成雙電層而產(chǎn)生界面靜電引力。1.1.4機(jī)械作用力從物理化學(xué)的觀點(diǎn)看，機(jī)械作用并非產(chǎn)生粘接力的因素，而是增加粘接效果的一種方法。膠黏劑充滿被粘物表面的縫隙或凹凸之處，固化后在界面區(qū)產(chǎn)生了嚙合力。機(jī)械連接力的本質(zhì)是摩擦力，

5、在粘接多孔材料、織物和紙時(shí)是很重要的。在上述各種產(chǎn)生粘接力的因素中，只有分子間作用力普遍存在于所有粘接體系，其他作用僅在特殊情況下成為粘接力的來(lái)源。1.2粘接過(guò)程的界面化學(xué)粘接過(guò)程的界面化學(xué)要想形成完美的粘接，壓敏膠與被粘件之間必須形成良好的浸潤(rùn)，而這種浸潤(rùn)的情況與膠黏劑的組成與性能、被粘件的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)、膠黏劑與被粘件間的相互作用密切相關(guān)，也就是說(shuō)二者之間的界面張力的影響是極為重要的。1.2.1表面張力與界面張力液體的表面張力是作用于液

6、體表面單位長(zhǎng)度上使表面收縮的力。如下圖一（a）可看出表面張力是液面的分子受液體內(nèi)部分子吸引的結(jié)果。其大小與液體的性質(zhì)（分子間力）、純度、溫度等有關(guān)。其作用的結(jié)果是液體總是傾向于盡可能縮小表面積，這就是空氣中的小液滴是球狀的原因。實(shí)際上液體表面的分子并非只受到內(nèi)部分子的作用，也受到外部分子的作cos=?cos=?從以上關(guān)系中可以看出，為了增強(qiáng)浸潤(rùn)，降低θ角，必須設(shè)法增大γs、減小γL，也就是說(shuō)，表面張力小的物質(zhì)能很好地浸潤(rùn)于表面張力大的物

7、質(zhì)，反之不行。例如水的表面張力比油大得多，所以油能很好地鋪在水（或者冰）上，而水卻不能很好地鋪在油（或者蠟）上。金屬、無(wú)機(jī)鹽等的表面張力都很大，很容易被膠黏劑浸潤(rùn)，塑料的表面張力一般與膠黏劑的相近，浸潤(rùn)程度差。有些表面張力很小（如聚四氟乙烯、聚甲基硅氧烷等）的材料，很難浸潤(rùn)，不進(jìn)行特殊處理，無(wú)法實(shí)現(xiàn)粘接。特別值得注意的是表面張力很大的物質(zhì)，雖然很容易被膠黏劑浸潤(rùn)，但在粘接前卻很容易被油類污染。顯然，在對(duì)表面張力很小的物件進(jìn)行粘接前，在膠

8、液中適當(dāng)加一些表面活性劑也是有益的。表一為常見物質(zhì)的表面張力。表一表一物質(zhì)的表面張力物質(zhì)的表面張力γ物質(zhì)溫度℃γ105N?cm1物質(zhì)溫度℃γ105N?cm1汞20484酚醛樹脂2078鉛350442脲醛樹脂2071鋅700538間苯二酚甲醛2048鋁700750環(huán)氧樹脂2047銀1000920聚乙酸乙烯2038金11201128硝基膠2026銅11201270酪蛋白膠2047鐵15701835聚甲基丙烯酸全氟辛酯2010.6鎳15501

9、925聚全氟乙烯2016.2氧化亞鐵1420585聚四氟乙烯2018.5氧化鋁2080700聚氟乙烯2028鈉鉀硅酸鹽玻璃1000225～290聚氯乙烯2039水2072.7聚偏二氯乙烯2040乙醇2022.8聚甲基硅氧烷2020.1丙醇2023.7聚乙烯2031苯2028.9聚苯乙烯2033甲苯2028.4聚乙烯醇2037己烷2018.4聚甲基丙烯酸甲酯2039苯酚2040.9聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯2043乙酸乙酯2023.9尼龍662

10、046三氯甲烷2027.1纖維素20451.3粘接現(xiàn)象的理論解釋粘接現(xiàn)象的理論解釋1.3.1吸附理論膠黏劑與被粘物表面分子的相互作用過(guò)程有兩個(gè)階段，這兩個(gè)階段不能截然分開。第一階段是液體膠黏劑分子借助于布朗運(yùn)動(dòng)向被粘物表面擴(kuò)散，使兩者的極性基團(tuán)或鏈節(jié)互相靠近。在此過(guò)程中，升溫、施加接觸壓力、降低膠黏劑黏度等因素都有利于布朗運(yùn)動(dòng)的加強(qiáng)。第二階段是吸附力的產(chǎn)生，當(dāng)膠黏劑與被粘物兩種物質(zhì)的分子距離達(dá)到0.5～1nm時(shí)，分子之間便產(chǎn)生吸引力，并