四川大學(xué)家用化學(xué)品第六章

1、 家用化學(xué)品四川大學(xué)化學(xué)學(xué)院 第六章 粘合劑6。1 粘合劑概述6。1。1 粘合劑的定義 能夠?qū)⑼N或不同種材料連接在一起的合成高分子制劑，叫粘合劑，或膠粘劑。一般而言，為了便于使用，粘合劑的初期狀態(tài)都是液態(tài)，隨后逐漸轉(zhuǎn)成固態(tài)，此過程叫做固化。 粘接不同的材料，采用的粘合劑一般有所不同，因此，實際應(yīng)用中存在很多種粘合劑品種。換言之，并不存在所謂“萬能膠”。此外，并不是所有的材料都能進(jìn)行有效的粘接。 6。1。2粘合劑的意義 在現(xiàn)代生活中，有許多情況下都需要將各種材料或構(gòu)件進(jìn)行連接。自古至今，人們創(chuàng)造出了以下方式來完成材料或構(gòu)件的連接： 1）錠釘； 2）螺栓連接； 3）鉚接； 4）焊接； 5）粘接。

2、 其中，粘接是一種最節(jié)能、方便、美觀的材料連接方式。因此，粘合劑的使用日趨廣泛。6。1。3 粘合劑的應(yīng)用領(lǐng)域 1）建筑材料； 2）建筑裝飾； 3）紡織（如，無紡布）；4）印刷（書籍裝訂，復(fù)膜）； 5）家具制造； 6）工藝美術(shù)； 7）機電產(chǎn)品 8）醫(yī)療衛(wèi)生； 9）軍事領(lǐng)域，等等。 6。2 粘合劑的作用原理 應(yīng)當(dāng)指出，不同的材料，其粘接原理有較大的差別。6。2。1 機械嵌入 如，木材、紙張、紡織品、皮革等多孔性材料的粘接。粘合劑先以液態(tài)浸入材料的毛細(xì)管孔徑中，然后逐漸固化，形似一根根“釘子”嵌入材料中，從而將材料連接。 6。2。2 擴散與融合如，塑料、橡膠等高分子材料的粘接。由于粘合劑 的主體也是

3、高分子，它們很容易擴散、滲透到同樣是高分子的塑料、橡膠等材料之中，最終形成結(jié)合。6。2。3 物理吸附 人們發(fā)現(xiàn)，金屬、無機非金屬（如石材）等材料也可以采用有機高分子粘合劑進(jìn)行有效的粘接，顯然用以上的原理尚不能解釋。因此，導(dǎo)致材料的粘接現(xiàn)象還有其他的原因。 研究表明，許多材料表面都有吸附物質(zhì)的能力 ，其原因在于材料表面力場的不平衡。 而通過在表面吸附其他物質(zhì)，原有材料表面的能量才能降低，體系才穩(wěn)定。這種現(xiàn)象叫物理吸附。 事實上，無論是什么材料的粘接，物理吸附都起了作用。換言之，物理吸附是一切粘接現(xiàn)象的主因。一般而言,材料的極性越強,越容易產(chǎn)生吸附.因此,極性越強的材料越容易粘接.反之,弱極性的材

4、料就不容易粘接.而非極性的材料若不經(jīng)過表面處理就不能粘接. 6。3 粘合劑的固化 任何粘合劑都存在一個由初期的液態(tài)（便于涂抹）到后期的固態(tài)（由此產(chǎn)生一定的強度）的過程。但是固化的方式有多種。6。3。1 溶劑揮發(fā)固化 有些粘合劑體系的主體就是高分子樹脂的溶液（這種體系叫溶劑型膠），施膠以后，膠層依靠溶劑的揮發(fā)而固化。此類體系的優(yōu)點是施工方便（不需要添加固化劑），膠層的干燥也比較迅速，并適合于大面積施工。但是，大量有機溶劑排向空氣中，對人類生存環(huán)境造成不可逆轉(zhuǎn)的危害。 如果粘合劑是乳膠體系，那么膠層的揮發(fā)成分是水，就不會對環(huán)境造成危害。 6。3。2 冷凝固化 選擇某些熱塑性的高分子材料，并配以其它

5、助劑，直接形成形成固態(tài)的粘合劑（這種體系叫熱熔膠）。使用時，將粘合劑加熱熔化成液態(tài)，涂抹于被粘接的材料表面，材料貼合以后，隨著溫度的降低，膠層迅速由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)從而固化。因此，這類體系適合于需要快速粘接的場合，如，流水線作業(yè)，包裝工序，等等。 但是，冷凝固化不適合于大面積施工，并需要專門的施膠裝置。 6。3。3 化學(xué)反應(yīng)固化此類粘合劑主體樹脂分子中還殘剩部分反應(yīng)性基團(tuán)。施膠以后，若采取以下后繼措施，膠層就會固化(實質(zhì)是樹脂通過反應(yīng),由原來的線型或支鏈型小分子結(jié)構(gòu)變成了具有三維結(jié)構(gòu)的體型高分子)：1）體系加熱到較高的溫度；2）添加固化劑；3）其他措施（如微波、紫外等輻射）。 6。4 粘合劑的基

6、本型態(tài) 粘合劑有以下幾種形態(tài)： 1）溶劑型 (主體是高分子的溶液) ； 2）熱熔型(呈固體顆?；蚍勰B(tài),但可在受熱到一定溫度時熔融成液態(tài))； 3）乳膠型(主體是高分子的乳液)；4）無溶劑型(主體是呈液態(tài)的較小分子量高聚物,但是可以在某種固化機制下固化成更高分子量的聚合物)； 5）壓敏型(預(yù)涂在帶狀基材上的粘合劑,可保持較長時間的粘附性通常卷成盤卷形式)； 6）光敏型(也是無溶劑型的一種,但是可依靠可見光或紫外光固化)。 6。5 粘合劑的包裝形式及特點 單組分形式（優(yōu)點: 操作簡單容易.缺點:粘接強度一般不高,很多品種包裝打開后的儲存期很短即,如果一次沒用完,下次可能已經(jīng)不能再用） 多組分形式（

7、優(yōu)點:粘接強度可以很高,各組分的包裝打開后,如果沒有混合在一起,均可長期保存.缺點:操作要求比較高,施工較麻煩.一旦將各組分混合,保存期較短） 6。6 粘合劑的粘接施工簡介 6。6。1 根據(jù)被粘接材料的特點選擇粘合劑品種 有現(xiàn)成的資料或手冊可以查閱 可向?qū)I(yè)銷售商咨詢 注意，并不是所有的材料都可以粘接 6。6。2 被粘接材料的表面處理 1）表面清潔 ；2）表面的粗糙化； 3）表面的化學(xué)改性6。6。3 多組分粘合劑的調(diào)配與適用期 參照說明書，對粘合劑主劑、固化劑和稀釋劑的計量、均勻混合，是保證粘接質(zhì)量的重要環(huán)節(jié) 混合了固化劑的粘合劑液，一般都必須在一定的時間內(nèi)使用完，否則會“凝膠”，造成報廢。這

8、個時間期限叫“適用期”。不同的粘合劑體系，其適用期有差別。 6。6。4 粘接技術(shù) 施膠技巧 :涂層厚度要合適.多孔性材料宜分次多層施膠 晾曬的意義 :通過晾曬,等待溶劑基本遷移,從而獲得良好的初期強度 貼合、加壓 膠合層的養(yǎng)護(hù)與養(yǎng)護(hù)期6。6。5 粘合劑強度的測定 剪切強度N/m2 拉抻強度N/m2 剝離強度 N/m 耐溶劑性 耐水性 耐熱性 6。7 高聚物制備基礎(chǔ)6。7。1 什么是高聚物6。7。2 加聚反應(yīng): 包括均聚和共聚6。7。3 縮聚反應(yīng)：包括線型縮聚和體型縮聚 6。7。4 逐步加成聚合反應(yīng)6。7。5 高聚物合成的實施方法1）本體聚合；2）溶液聚合；3）乳液聚合；4）懸浮聚合 6。8 典

9、型粘合劑的制備與應(yīng)用 6。8。1 甲醛樹脂粘合劑 1。脲醛樹脂的制備與固化 尿素與甲醛在堿催化下反應(yīng)形成以羥甲基脲為主體的水溶性樹脂 以上樹脂在酸催化或/和加熱的情況下會進(jìn)一步縮合，形成強度很高的體型高聚物，即，固化。 為了使脲醛樹脂有較長的貯存期，以及固化后有較好的強度性能，所用原料中甲醛必須過量。即，必然有部分甲醛不會反應(yīng)，而殘留在樹脂體系中。 2。 酚醛樹脂的制備與固化 苯酚或類似物與甲醛在堿的催化下反應(yīng)，形成以羥甲基酚為主體的樹脂。通過控制反應(yīng)的程度，可以制成水溶性或醇溶性的樹脂。 以上樹脂在加熱情況下會進(jìn)一步縮合，形成強度很高的體型高聚物，即固化。 為了使酚醛樹脂有較長的貯存期，以及

10、固化后有較好的強度性能，所用原料中甲醛必須過量。即，必然有部分甲醛不會反應(yīng)，而殘留在樹脂體系中。 3。三聚氰胺甲醛樹脂的制備與固化 由三聚 氰胺與甲醛在堿性條件下加成、縮合，形成一種以多羥甲基三聚氰胺為主體的水溶性樹脂。 以上樹脂在加熱情況下會進(jìn)一步縮合，形成強度很高的體型高聚物，即固化。 三聚氰胺甲醛樹脂在總體性能上比脲醛樹脂更好。目前在發(fā)達(dá)國家有逐步替代脲醛樹脂的一種趨勢。為了使三聚氰胺甲醛樹脂有較長的貯存期，以及固化后有較好的強度性能，所用原料中甲醛必須過量。即，必然有部分甲醛不會反應(yīng)，而殘留在樹脂體系中脲醛與三聚氰胺甲醛樹脂制備酚醛樹脂制備 4。 “三醛樹脂”的應(yīng)用 脲醛、酚醛與三聚氰

11、胺甲醛樹脂是目前世界上應(yīng)用最廣泛、用量最大的三種較廉價的粘合劑材料，由于都用了甲醛為原料，因此俗稱“三醛”樹脂。 水溶性的脲醛與三聚氰胺甲醛樹脂主要用于熱壓板材的粘合劑，如，層壓木板，碎木屑板、木纖維板（包括中密度、高密度型）、竹纖維板和秸桿板； 酚醛樹脂主要用于絕緣材料制造中的粘合劑（如玻璃纖維-酚醛樹脂模壓板等），以及玻璃纖維-酚醛保溫隔熱材料的制造等。甲醛樹脂用于制造復(fù)合木材 “三醛樹脂”的優(yōu)點1）原料豐富、易得；2）成本低廉（特別是脲醛樹脂）；3）生產(chǎn)工藝簡單，技術(shù)門檻較低； 4）使用方便 “三醛樹脂”的問題及解決問題的途徑1）無論是酚醛，還是脲醛或三聚氰胺甲醛樹脂，它們都不可避免的存

12、在殘剩游離甲醛的問題。特別是脲醛和三聚氰胺甲醛樹脂 ，由于最終的走向幾乎都是建筑材料或建筑裝飾材料（如房屋構(gòu)件或室內(nèi)裝修所用的各種膠合板，地板等），對環(huán)境和人的危害特別大。而且，有些危害我們目前尚未完全認(rèn)識清楚。 2）甲醛問題的解決方法在復(fù)合木制品表面施加封閉性涂層b.在家居環(huán)境中設(shè)置氣體吸附裝置c.在膠粘劑中添加“甲醛捕捉劑”d.經(jīng)常保持居室內(nèi)空氣流通e.用其它類型的“無醛”粘合劑代替“三醛樹脂”，這樣的方法才是解決問題的根本措施 6。8。2 環(huán)氧樹脂粘合劑（1）什么是環(huán)氧樹脂:分子中含有環(huán)氧基團(tuán)的樹脂（2） 環(huán)氧樹脂粘合劑的特點和用途：粘接強度高，適應(yīng)面廣，特別對于極性的硬材料之粘接很適合

13、。但是不宜粘接柔性材料。 （ 3）環(huán)氧樹脂的制備 一般都是由雙酚A與環(huán)氧氯丙烷的縮合 （4）環(huán)氧樹脂的固化方法 1）胺固化（脂肪胺，芳香胺）有一定毒性，可常溫固化； 2）用聚酰胺樹脂固化：基本無毒性?？沙毓袒?； 3）用酸酐固化: 須加熱固化環(huán)氧樹脂環(huán)氧樹脂粘合劑 （5） 活性稀釋劑的使用 ：含環(huán)氧基團(tuán)的有機液體使樹脂的粘度降低，有利于施工操作 （6）環(huán)氧樹脂粘合劑中胺類固化劑的安全問題：通過增加胺類物質(zhì)的分子量以降低毒性6。8。3 聚氨酯樹脂粘合劑（1）聚氨酯樹脂: 分子中含有大量氨基甲酸酯結(jié)構(gòu)的高分子材料 （2）聚氨酯粘合劑的特點和用途：可適用于絕大部分的極性材料之粘接，硬質(zhì)材料與柔性材料

14、均可。 （3）聚氨酯樹脂的制備 原料體系： 1）多異氰酸酯 2）聚合物多元醇 3）多元胺 樹脂制備方法： 聚合物多元醇與多異氰酸酯反應(yīng)，先生成預(yù)聚體，然后與小分子二元醇，二元胺等發(fā)生擴鏈，交聯(lián)等反應(yīng)，得到高分子材料。聚氨酯樹脂制備 （4）聚氨酯粘合劑的固化反應(yīng) 1）醇固化 ；2）胺固化 ；3）濕固化（利用空氣水分）。 （5）常用聚氨酯粘合劑及應(yīng)用 1）雙組分（甲組份是端位羥基的聚酯或聚醚，乙組份為多異氰酸酯）； 2）單組分濕固化（端異氰酸酯聚氨酯）；3）單組分封閉型； 4）單組分熱熔膠。封閉異氰酸酯制備封閉異氰酸酯的反應(yīng) 6。8。4 “瞬間粘合劑”-五O二膠（1）-氰基丙烯酸酯及其反應(yīng)： 空氣

15、中水的作用 （2）五O二膠的基本成分： -氰基丙烯酸酯；醋酸乙烯酯；引發(fā)劑；阻聚劑等。（3）五O二膠使用中要注意的問題6。8。5 不飽和聚酯樹脂粘合劑（1） 什么是不飽和聚酯樹脂 ：分子中含有不飽和雙鍵液態(tài)的高分子樹脂 （2）不飽和聚酯樹脂的特點和用途“502”瞬間粘合劑“502”粘合劑的固化反應(yīng) 可常溫固化 一般，在隔絕氧氣（空氣）的條件下固化更完全 固化后的樹脂較硬脆，抗沖擊強度較差，因此只用于要求不是太高的場合 目前廣泛用于玻璃鋼制品，車輛，船舶，工藝制品等物件 （3）不飽和聚酯樹脂的制備： 通過順丁烯二酸酐，鄰苯二甲酸酐與乙二醇，丙二醇的縮聚得到分子鏈上有雙鍵的高分子。加入活性稀釋劑稀

16、釋制得易于流淌的流體。（4）不飽和聚酯樹脂的固化：加入有機過氧化物及有機酸的鈷鹽，即可固化。 （5）不飽和聚酯樹脂的“氣干性”問題 （6）不飽和聚酯樹脂中的活性稀釋劑的環(huán)境問題 6。8。6 聚醋酸乙烯乳液粘合劑（白乳膠）（1）白乳膠粘合劑在建筑及裝飾中的重要作用（2）白乳膠的優(yōu)缺點（3）白乳膠的制備1）基本配方:醋酸乙烯單體；PVA增稠劑;引發(fā)劑;PH值調(diào)節(jié)劑,去離子水. 2）乳液聚合的實施；3）調(diào)膠。（4）目前白乳膠應(yīng)用中存在的問題1）增稠劑問題； 2）水分過量的問題；3）甲醛問題。醋酸乙烯聚合反應(yīng)聚醋酸乙烯乳液（白乳膠） 6。8。7 氯丁橡膠系粘合劑（粘得牢系列）（1）氯丁橡膠簡介:.氯丁

17、橡膠是由2-氯-1,3丁二烯單體通過乳液聚合制得,它能夠用硫磺和2,3-二氯-1,3-丁二烯(ACR)來改性,從而有許多品種 ,是一類優(yōu)良的彈性體粘接材料（2）氯丁橡膠粘合劑在生活中的特殊用途（3）氯丁橡膠粘合劑的制備1）基本配方（氯丁橡膠，酚醛樹脂，甲苯）； 2）氯丁橡膠的素?zé)?）混煉； 4）切割膠片；膠粒的溶解與配料（4）氯丁橡膠粘合劑的“三苯”危害問題及防范 6。8。8 壓敏膠類粘合劑（1）橡膠類壓敏膠帶1）用途； 2）基本配方:天然橡膠,萜烯樹脂,溶劑等；3）壓敏膠制做（通過卷布機和施膠裝置配合，制成單側(cè)涂膠的布卷，再切割成小卷即可。（2）聚丙烯酸酯類壓敏膠帶1）用途； 2）基本配方:

18、丙烯酸酯共聚物及增粘劑；3）壓敏膠制做（類似橡膠壓敏膠） 6。9 粘合劑的發(fā)展趨勢6。9。1 水性化粘合劑6。9。2 無溶劑型粘合劑6。9。3 新興的固化方式（它們對環(huán)境友好）（1）含微膠囊的粘合劑（2）光固化模式（3）微波固化模式（4）其他方式家用化學(xué)品（第七章） 7。 涂料（涂飾劑）7。1 涂料的定義：用于材料表面，起到裝飾或保護(hù)作用的高分子制劑。涂料由初始的液態(tài)逐漸轉(zhuǎn)為固態(tài)的過程叫成膜。7。2涂料的基本形態(tài)1）溶劑型（油漆）；2）水基型（大部分是乳膠涂料）；3）粉末涂料7。3 涂料的成膜方式1）溶劑揮發(fā)；2）化學(xué)反應(yīng)（包括添加固化劑、催化劑等）；3）熱固化；4）濕固化；5）吸氧固化；6）

19、光固化；7）水分揮發(fā)固化（乳膠涂料）。 7。3 涂料的組成（1）成膜物質(zhì)1）高分子溶液體系；2）乳膠體系 （2）非成膜物質(zhì)1）催干劑；2）成膜助劑；3）著色劑-顏料；4）體質(zhì)顏料（填料）；5）固化劑；6）分散介質(zhì)（有機溶劑或水）；7）消光劑；8）流平劑；9）觸變劑；10）其他特殊助劑 7。5 典型的涂料體系7。5。1 基于油脂或樹脂及改性物的涂料以下不飽和油脂可直接用作涂料：1）亞麻油； 2）桐油； 此外，某些天然樹脂，如漆樹的樹脂（生漆），也可直接用作涂料。上述物質(zhì)體系的共同點是，都可以通過空氣中的氧氣作用而固化成膜。其原理是上述物質(zhì)中含大量不飽和雙鍵，在氧氣作用下雙鍵旁邊形成過氧化物，后者

20、易分解出自由基，引發(fā)聚合反應(yīng)（稱為吸氧聚合），從而固化。為了提高涂料性能，通常還可以將以上材料經(jīng)熱聚合或再加入其他物質(zhì)改性。 常用改性方法：1）加入松香共聚； 2）加入順酐共聚；3）加入丙烯酸酯共聚；4）加入硝化纖維共混；5）加入酚醛樹脂共混；6) 加入氨基樹脂共混，等。單獨的油脂類涂料成膜后一般太軟，夏天易返粘，加入以上物質(zhì)改性以后，可以改善性能。這種共混改性方法通常叫做調(diào)和，所以相應(yīng)的油漆叫調(diào)和漆。 7。5。2基于醇酸樹脂及改性物的涂料 醇酸樹脂是一大類從油脂出發(fā)，經(jīng)過與甘油或季戊四醇等的醇解反應(yīng)和二元酸的酯化反應(yīng)而得到的合成樹脂。這類樹脂可以調(diào)配成很多優(yōu)良的溶劑型涂料，是現(xiàn)代涂料的典型代

21、表。 可以通過以下油脂出發(fā)合成醇酸樹脂： 1）亞麻油； 2）桐油； 3）大豆油； 4）蓖麻油；5）棕櫚油；等。醇酸樹脂制備醇酸樹脂結(jié)構(gòu) 為了提高涂料的性能，以滿足各方面的需要，還可以對上述醇酸樹脂進(jìn)行改性，如：1）加入松香共聚； 2）加入順酐共聚；3）加入丙烯酸酯共聚；4）加入硝化纖維共混；5）加入酚醛樹脂共混加入氨基樹脂（脲醛樹脂或三聚氰胺-甲醛樹脂）共混以上改性的作用可以提高涂膜硬度，縮短成膜時間（快干），或者使涂膜更美觀。 7。5。3基于其他合成樹脂的涂料（1）丙烯酸酯類涂料:通過各種丙烯酸酯單體的共聚反應(yīng)制備相應(yīng)的高分子溶液或乳液,據(jù)此調(diào)配成有價值的涂料.（2）硝酸纖維素類涂料:通過對纖維素物質(zhì)（如棉花）的硝化處理,使之成