9+第九章+胶黏剂

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精细化学品化学 第九章胶黏剂 第一节概述第九章胶黏剂填充于两个物件之间将其连接在一起并具有足够强度的一类物质称为胶黏剂、粘合剂，简称为胶。 胶粘剂的分类：1、按化学成分分类：1）无机胶粘剂2）有机胶粘剂3）天然胶粘剂4）合成胶粘剂2、按物理形态分类：水溶液型、溶液型、乳液（胶乳）型、无溶剂型、固态型、膏状或糊状。 3.按用途分类1）结构胶粘剂是用于受力结构件胶接，并能长期承受较大动、静负荷的胶粘剂。2）非结构胶粘剂是适用于非受力结构件胶接。3）特种胶粘剂是供某些特殊场合应用的胶粘剂，专门用于木材、金属、塑料、纤维、橡胶、建筑、玻璃、汽车车辆、电气和电子工业、生物体和医疗等部门的特种粘合剂。此外，近年来，又出现了无污染胶粘剂等胶粘剂新品种。 二胶黏剂的粘接机理把被粘物连接成整体的操作步骤可分为：首先对被粘物的待粘表面进行修配，使之配合良好；其次表面处理之后，可涂敷偶联剂，或进行胶粘剂底涂，即先涂一极薄的底胶，以保护表面；然后涂布胶粘剂，将被粘表面合拢装配；最后通过物理或化学方法固化，实现胶接。 该理论认为，粘合剂浸透到被粘物表面的空隙中，固化后就象许多小钩和椎头似地把粘合剂和被粘物发生纯机械咬和与镶嵌，这种细微的机械结合对多孔性表面更为显著。特点：机械连接力和摩擦力有关。缺点：对非多孔材料黏结无法解释。机械结合理论 胶接作用是胶粘剂分子与被胶接物分子界面发生吸附作用。（物理吸附和化学吸附）特点：1.范德华力和氢键力2.具有热力学平衡3.根据胶接功可计算胶接强度4.润湿影响胶接强度吸附理论金属粘接 胶粘剂湿润被胶接材料的表面产生物理吸附必要非充分条件高的胶接强度推论H2O 吸附理论的缺陷：1.解释不了胶粘剂与被胶粘物之间的胶接力大于胶粘剂本身的强度。2.解释不了胶接强度大小与分子间的分离速度关系。3.解释不了对于高分子化合物极性过大，反而胶接强度降低。4.解释不了水的影响。 扩散理论观点：胶粘剂和被粘物分子通过相互扩散而形成牢固接头。特点：1.胶接强度与接触时间，胶接温度，胶接压力，胶层厚度有关系。2.胶粘剂分子量高不利扩散。3.分子链的柔韧性增加，侧基减少，有利分子扩散，强度也有增加。缺点：不能解释高聚物以外的胶粘现象。 静电理论该理论认为：将被胶接材料和固化的胶粘剂层理想化为电容器，在胶接接头中存在双电层，胶接力来自双电层的静电引力。成功地解释了粘附功与剥离速度有关的实验事实特点 1静电引力（<0.04MPa）对胶接强度的贡献可忽略不计2无法解释用炭黑作填料的胶粘剂及导电胶的胶接现象3无法解释由两种以上互溶高聚物构成的胶接体系的胶接现象4不能解释温度、湿度及其它因素对剥离实验结果的影响缺陷 化学键理论化学键理论认为粘合剂与被粘合物之间除存在范德华力外，有时还可形成化学键。化学键的键能比分子间的作用大的多，对提高胶接强度和改善耐久性都具有重要意义。优点：对胶接现象可以部分解释。缺点：无法解释不发生化学反应的胶接现象。 其它胶接理论配位键理论弱界面层胶接理论五环说胶接强度胶粘剂被胶接材料环境分子结构配方设计性质表面处理操作工艺环境介质应力状况 胶接过程是一个复杂的过程，以上几种胶接理论即有实验事实作依据，又都存在有局限性。胶接效果是主价力、次价力、静电引力和机械作用力等综合作用的结果。总结 三胶黏剂的发展趋势集约化环保外资高性能 1.发展无溶剂性胶粘剂2.发展纳米胶粘剂3.发展多功能胶粘剂4.发展军事、国防用胶粘剂 1防腐蚀2用于军事领域3用作生物医用4防恐反恐胶粘剂除有传统的粘接用途，还有一些新的、巧妙的应用。 美国桑迪亚国家实验中心为保存放在仓库中的核弹头而专门设计了2种超级胶粘剂。一种是使用压力枪发射的胶粘剂，一旦接触空气立即变硬，当喷射到人体上后，便立即把人凝固在里面，使之动弹不得。另一种胶粘剂在发射出去后，便像雪崩一样埋住对方，使其看不见东西，听不到声音而无法活动，但可以呼吸保住生命。 1可提供均匀的应力分布和较大的应力承载面；2可连接任何形状的薄壁和厚壁制品；3可连接相同或不同的材料；4可防止不同材料间的腐蚀或电化学腐蚀；5耐疲劳和耐周期载荷性好；6可提供光滑平整的外表面接头；7可提供耐外界环境变化的接头；胶粘剂粘接的优点 8隔热性和电绝缘性好；9粘接固化所需热量很低，不会降低被粘接物的强度特性；10减震和耐冲击性好；11在零部件缺损、尺寸超差、断裂、划伤或设备“滴、冒、漏、渗”缺陷修复中工艺性好，施工简单，省时省力。经济效益显著；12可提供引人注目的强度/质量比(比强度)；13与机械紧固相比。速度快、价格便宜。 缺点①粘接处的质量无法凭肉眼检查；②要求对被粘物进行认真的表面处理，通常采用化学腐蚀方法。会对环境有污染；③需固定夹具、压机、烘箱和热压器；④一般不耐高温；⑤多数胶粘剂要求严格的工艺控制。特别是粘接面的清洁度要求更高； 3如何正确选择胶粘剂应考虑五个方面：1.被粘接材料的性质2.被粘接体应用的场合及受力情况3.粘接过程有关特殊要求4.粘接效率和粘接成本5.同材料或不同材料间实施胶接，应对胶粘剂进行选择胶接工艺中最主要三个环节：1.选择胶粘剂2.胶接接头设计3.表面处理 胶接强度被胶接物的表面状态弱界面层内应力交联度极性分子量及分子量分布胶粘剂的固化胶层厚度影响胶接强度的因素 固化剂和固化促进剂粘料增塑剂和增韧剂偶联剂和其他助剂稀释剂填料组成胶粘剂的组成： （1）粘结料粘结料也称粘结物质，是胶粘剂中的主要成分，它对胶粘剂的性能，如胶结强度、耐热性、韧性、耐介质性等起重要作用。胶粘剂中的粘结物质通常是由一种或几种高聚物混合而成，主要起粘结两种物件的作用。一般建筑工程中常用的粘结物质有热固性树脂、热塑性树脂、合成橡胶类等。 （2）固化剂固化剂是促使粘结料进行化学反应，加快胶粘剂固化产生胶结强度的一种物质，常用的有胺类或酸酐类固化剂等。（3）增塑剂增塑剂也称增韧剂，它主要是可以改善胶粘剂的韧性，提高胶结接头的抗剥离、抗冲击能力以及耐寒性等。常用的增塑剂主要有邻苯二丁酯和邻苯二甲酸二辛酯等。 （4）稀释剂稀释剂也称溶剂，主要对胶粘剂起稀释分散、降低粘度的作用，使其便于施工，并能增加胶粘剂与被胶粘材料的浸润能力，以及延长胶粘剂的使用寿命。稀释剂分为两大类：一类为非活性稀释剂，俗称为溶剂，不参与胶粘剂的固化反应；另一类为活性稀释剂。常用的有机溶剂有丙酮、甲乙酮、乙酸乙酯、苯、甲苯、酒精等。 （5）填充剂填充剂也称填料，一般在胶粘剂中不与其他组分发生化学反应。其作用是增加胶粘剂的稠度，降低膨胀系数，减少收缩性，提高胶结层的抗冲击韧性和机械强度。常用的填充剂有金属及金属氧化物的粉末，玻璃、石棉纤维制品以及其他植物纤维等，如石棉粉、铝粉、磁性铁粉、石英粉、滑石粉及其他矿粉等无机材料。 环氧树脂胶粘剂俗称万能胶，可用于金属和非金属胶结环氧树脂：分子中平均含有一个以上环氧基团的聚合物C—CO 环氧树脂胶粘剂（俗称“万能胶”）品种很多，目前产量最大、使用最广的为双酚A醚型环氧树脂（国内牌号为E型），是以二酚基丙烷和环氧烷在碱性条件下缩聚而成，再加入适量的固化剂，在一定条件下，固化成网状结构的固化物并将两种被粘物体牢牢粘结为一整体。 这类胶粘剂的主要特点如下：（1）粘结强度高，与大多数材料具有优良的粘附性；（2）可用不同固化剂在室温或加温条件下固化；（3）不含溶剂，能在接触压力下固化，反应过程中不放出小分子，收缩率小，仅为1%~2%；（4）固化后产物具有良好的耐腐蚀性、电绝缘性、耐水性、耐油性等；（5）和其他高分子材料及填料的混溶性好，便于改性。 环氧树脂胶粘剂品种及特点型号名称特点AH－03大理石粘结剂耐水、耐候、方便EE－1高效耐水建筑胶耐热、不怕潮湿EE－2室外用界面粘合剂耐候、耐水、耐久EEI－3建筑粘结剂SG－792建筑装修粘结剂WH－1万能胶耐热、油、水、耐腐蚀 型号名称特点YJ－I~Ⅳ建筑粘结剂耐水、耐湿热、耐腐蚀601建筑装修粘结剂粘结力强，耐湿、腐蚀621F粘结剂无毒、无味、耐水、耐湿热6202建筑胶粘剂粘结力好，耐腐蚀4115建筑胶粘剂粘结力好，耐湿，耐污装饰胶粘剂初粘结力强，胶膜柔韧地板胶粘剂粘结力强，耐水，油污 聚氨酯胶粘剂以多异氰酸酯和聚氨甲酯（简称聚氨酯）为主体的胶粘剂成为～。聚氨酯通常指有氨基甲酸酯链的聚合物，通常有多异氰酸酯与多元醇反应制得 用途制鞋：对各种制鞋用材料能进行良好的粘接；汽车工业：工艺简单，耐汽油性好，具有优良的柔软性和结构强度。塑料加工、包装业、建筑也以及低温工程：粘接力强、适应面广、耐低温。 α-氰基丙烯酸酯胶粘剂俗称快干胶或瞬干胶：CNH2C=CCOOR很容易在水或弱碱的催化作用下进行阴离子型聚合；酯基碳链越长，其韧性和耐水性越好，但胶结强度下降。 聚醋酸乙烯粘合剂俗称乳白胶，机械强度高、粘度低、使用方便；以水为分散介质，成本低、无毒、不燃耐水性不够，耐热、冷性差；蠕变较大（在应力保持恒定时型变随时间延长而增大） 合成方法以聚乙烯醇为保护胶体，加入阴离子或非离子表面活性剂，在一定PH值水相中，将醋酸乙烯进行乳液聚合： 这种胶的外观为无色透明胶体，是以聚乙烯醇与甲醛在酸性介质中进行缩合反应而得的一种透明水溶性胶体。（1）特性　无臭、无毒、不燃、粘度小、价格低廉、粘结性能好，其粘结强度≥0.9MPa。（2）用途　主要用于墙布、墙纸与墙面的粘贴，室内涂料的胶料、外墙装饰的胶料及室内地面涂层胶料。聚乙烯醇缩甲醛(107胶) 由聚乙烯醇与甲醛在酸性介质中缩聚反应后再经氨基化而成，它的外观为微黄色或无色透明胶体。（1）特性　　无毒、无味、不燃，游离醛含量低，施工中无刺激性气味。（2）用途　　主要用于墙布、墙纸、瓷砖及水泥制品等的粘贴，也可以作为地面、内外墙涂料的基料。801胶 氯丁橡胶胶粘剂由氯丁二烯经乳液聚合而成：ClClnCH2=CH-C=CH2→(-CH2-CH=C-CH2-)n 氯丁橡胶胶粘剂（简称氯丁胶），是以氯丁橡胶为基料，另加入其他树脂、增稠剂、填料等配制而成。这类胶粘剂的主要优点是：（1）主体材料本身具有弹性高、柔性好的特点。（2）固化速度快，粘合后内聚力迅速提高，初粘力高。 （3）氯丁胶由于极性强，对大多数材料都有良好的粘合力。（4）具有较好的耐热性、耐燃性、耐油性、耐候性和耐溶剂性。（5）为了进一步改善氯丁胶的粘附性和耐热性，常采用合成树脂对其进行改性。 氯丁胶品种型号名称特点CX401氯丁胶粘剂LDN1~5硬材料粘结剂耐湿、耐老化长城牌202氯丁胶粘剂干燥快、初粘强度大、胶膜柔软XY401胶粘剂无毒、粘性强804－SPVC地板胶粘剂无毒、无味、耐温、不燃801强力胶初粘强度高，耐冲击、耐油 型号名称特点CBJ－84胶粘剂强度高，耐酸、耐碱JY－7压敏粘合剂耐水、酸、碱、老化、8123PVC地板胶粘剂无毒、耐热、耐低温塑料地板胶无毒、耐热、耐低温家用胶粘剂耐燃、耐候、耐油 热固性树脂胶粘剂液态树脂经聚合反应交连成网状结构，形成不溶、不熔的固体。粘附性好，具有较好的机械强度、耐热、耐化学性、耐冲击和弯曲性能较差。主要包括酚醛树脂、三聚氰胺—甲醛树脂、脲醛树脂、环氧树脂等。 酚醛树脂胶粘剂由酚类和醛类聚合而成，工业上用的有两大类：线性和热固性酚醛树脂OH＋HCHO 线性酚醛树脂 热固性酚醛树脂采用碱性催化剂，初期生成羟甲基苯酚，进而聚合成高度支化的低聚物 胶粘剂的环境污染问题由于胶粘剂的组分或者溶剂的化学品多是有机化学物，对环境和劳动者的健康危害十分严重。对居住环境也产生影响，居室征候群的发生可能与甲醛、甲苯、二甲苯或者增塑剂等挥发性有机物（VOC）有关。对人体健康的影响有：　　皮肤损害：皮肤过敏，接触性皮炎；皮肤起水疱；　　刺激作用：刺激眼睛、口、喉和鼻腔、呼吸道；　　窒息：接触高浓度正己烷的工作场所，有发生窒息的可能性； 肺部疾患：接触正在粘结的某些无机绝缘材料的细尘或纤维有可能引起肺尘埃沉着病；长时间或吸入高浓度的混合的芳香族溶剂和汽油蒸气，有可能发生肺水肿；吸入液态苯或者二甲苯，发生肺水肿、化学局部急性肺炎和出血的机会增加；胃肠功能失调：神经系统影响：吸入丙烯腈、环己烷、甲苯、二甲苯、1,1,1-三氯乙烷和三氯乙烯，会对中枢神经系统产生抑制，可能发生头痛、眩晕、动作失调、麻木和昏迷；正己烷能引起多神经病变； 生殖毒性：接触有机卤溶剂的孕妇，可能发生自然流产或胎儿损害；　　肝脏损害：二甲基甲酰胺、四氢呋喃、氯乙烯可引起肝损害；　　心血管损害：二甲基甲酰胺能引起血压升高；　　造血系统损害：苯引起白细胞减少，再生障碍性贫血，甚至白血病；　　致癌性：已经证实苯致白血病；丙烯腈和丙烯酸乙酯为可疑的人致癌物；丙烯酰胺、氯仿、二硝基甲苯、表氯醇、六氯乙烷、二氯甲烷、2-硝基丙烷为动物致癌物。