胶粘剂

胶粘剂(Adhesive)可以与胶水,粘合剂,粘液或糊剂交替使用,也可以是两种单独物品的一个表面或两个表面上的任何物质,这些物品将它们粘合在一起并抵抗它们的分离。根据物质的物理或化学形式,加入的材料的类型,或其应用的条件,形容词可以与“粘合剂”一起用来描述性质。

与粘合技术相比,例如缝合,机械紧固,热粘合等,粘合剂的使用提供了许多优点。这些优点包括将不同材料粘合在一起的能力,在整个连接处更有效地分配应力,易于机械化处理的成本效益,美学设计上的改进,以及增加的设计灵活性。粘合剂使用的缺点包括:在高温下的稳定性下降,粘合面积小的大物体的粘合性相对较弱,在测试过程中难以分离物体。粘合剂通常通过粘合方法来组织。然后将它们组织成反应性和非反应性粘合剂,这是指粘合剂是否发生化学反应以硬化。另外,他们可以根据原料是天然的还是合成的原料,也可以是原料的物理阶段来组织。

粘合剂可以自然找到或合成生产。人类最早使用类粘合剂的物质大约是在20万年前,当时尼安德特人用白桦树皮的干馏生产焦油,用于将石器固定在木柄上。文献中首次提到的粘合剂首次出现在公元前2000年。希腊人和罗马人为粘合剂的发展作出了巨大的贡献。在欧洲,直到公元1500 – 1700年,胶水才被广泛使用。从那时起直到20世纪,粘合剂使用和发现的增加是相对渐进的。只是自上个世纪以来合成胶粘剂的发展迅速加速,而且这一领域的创新一直延续到现在。

特征:
良好的接触
大多数材料不会粘在一起,因为对于两个物体的粘附,一方面组成物体的材料的原子必须对另一个物体施加吸引力。另一方面,许多原子必须靠近这个力量才是重要的。

由刚性材料制成的物体通常具有粗糙的表面。如果两个物体接触,只有粗糙的顶部彼此接触,因此它们不会粘住(见粗糙度和附着力)。另一方面,粘合剂即使在粗糙的情况下也能“绕过”粗糙部分,以便与每个物体的大部分表面接触。

在没有这种绕过粗糙的机构的情况下,实际接触的表面太弱,粘附性很低。这就是为什么大多数物体不相互粘合的原因。

强烈的消散
粘合剂抗剥离不仅因为其需要高的力量才能开始剥离,而且更需要提供大量的能量来传播剥离。

类型
粘合剂通常通过粘合方法来组织。然后将它们组织成反应性和非反应性粘合剂,这是指粘合剂是否发生化学反应以硬化。或者,他们可以根据原料是天然的还是合成的原料,或者是由他们的初始物理阶段来组织。

由反应性区分
有两种类型的粘合剂通过干燥而硬化:溶剂型粘合剂和聚合物分散型粘合剂,也被称为乳液粘合剂。溶剂型粘合剂是溶解在溶剂中的成分(通常为聚合物)的混合物。白胶,接触粘合剂和橡胶粘合剂是干燥粘合剂族的成员。随着溶剂蒸发,粘合剂变硬。取决于粘合剂的化学组成,它们将粘附到不同的材料上或多或少。

聚合物分散体粘合剂是通常基于聚醋酸乙烯酯(PVAc)的乳白色分散体。它们广泛用于木工和包装行业。它们也用于织物和基于织物的部件,以及工程产品,如扬声器锥体。

压敏区分
压敏粘合剂(PSA)通过施加轻压使粘合剂与被粘物结合而形成粘合。它们被设计成在流动和阻力之间具有平衡。由于粘合剂柔软到足以流动(即“湿润”)到粘附体上,因此形成粘合。粘合剂具有强度,因为粘合剂在施加应力时足够硬以阻止流动。一旦粘合剂和被粘物接近,分子间的相互作用,例如范德华力,就会参与到粘合中,从而极大地提高其粘合强度。

PSA是专为永久或可移动的应用程序。永久应用的例子包括电力设备的安全标签,用于HVAC风管工作的箔带,汽车内饰组件,以及声音/振动阻尼膜。一些高性能永久性PSA表现出高粘附性值,并且即使在升高的温度下也可以支持每平方厘米接触面积的千克重量。永久性的PSA可能最初是可以移除的(例如回收贴错标签的商品),并在数小时或数天后建立与永久性粘合剂的粘合。

可移除的粘合剂被设计为形成临时粘合,并且理想地可以在数月或数年后被移除而不在被粘物上留下残留物。可剥离粘合剂用于表面保护膜,遮蔽胶带,书签和便条纸,条形码标签,价格标志标签,宣传图形材料以及皮肤接触(伤口护理敷料,心电图电极,运动带,镇痛药和透皮药物补丁等)。一些可移动的粘合剂被设计成反复粘贴和解除粘合。它们具有低粘附性,并且通常不能支撑太多的重量。便利贴中使用了压敏胶。

压敏粘合剂是用液体载体或100%固体形式制造的。制品由液体PSA制成,涂布粘合剂并干燥掉溶剂或水载体。它们可以进一步加热以引发交联反应并增加分子量。 100%固体PSA可以是被涂覆然后与辐射反应以增加分子量并形成粘合剂的低粘度聚合物,或者它们可以是被加热以降低足够粘度以允许涂覆的高粘度材料,然后冷却到它们的最终形成。 PSA的主要原料是丙烯酸酯基聚合物。

联系
接触式粘合剂用于高剪切强度的强粘合,如层压板,如将Formica粘合到木制柜台和鞋类,如将鞋底连接到鞋面。

天然橡胶和氯丁橡胶(氯丁橡胶)是常用的接触粘合剂。这两种弹性体都经受应变结晶。在建筑业中,使用被称为“液体钉子”的专用专用粘合剂。这也可以处理密封人造草皮等任务。

接触粘合剂必须施加到两个表面上,并允许一段时间干燥,然后将两个表面压在一起。一些接触式粘合剂需要长达24小时才能将表面粘在一起。一旦表面被推在一起,结合形成得非常快。通常不需要长时间施加压力,因此对夹具的需要较少。


热粘合剂(也称为热熔粘合剂)是以熔融形式(在65-180℃范围内)施加的热塑性材料,其在冷却时凝固以在各种材料之间形成强粘合。基于乙烯 – 乙酸乙烯酯的热熔胶因其易于使用和广泛的常用材料而特别受欢迎。一个胶枪(右图)是一种应用热粘合剂的方法。胶枪熔化固体粘合剂,然后让液体通过它的桶到物质上,在那里固化。

Procter&Gamble于1940年左右发明了热塑性胶水,作为当时常用于包装的水基粘合剂在潮湿气候下失败而导致包装打开的问题的解决方案。

反应
多部分
多组分粘合剂通过混合两种或更多种发生化学反应的组分而硬化。这个反应导致聚合物交联成丙烯酸,聚氨酯和环氧树脂 – 参见热固性聚合物。

在工业中有多种多组分粘合剂的商业组合。其中一些组合是:

聚酯树脂 – 聚氨酯树脂
多组分粘合剂的各个组分本质上不具有粘合性。各组分在混合后彼此反应,仅在固化时才显示出完全粘附。多组分树脂可以是溶剂型或无溶剂型。存在于粘合剂中的溶剂是聚酯或聚氨酯树脂的介质。在固化过程中溶剂被干燥。

预先混合和冷冻粘合剂
预混合和冷冻粘合剂(PMF)是混合,脱气,包装和冷冻的粘合剂。由于PMF必须在使用前保持冷冻,一旦它们在-80°C下冷冻,它们将随干冰运输,并且需要在-40°C或低于-40°C的条件下储存。 PMF粘合剂消除了最终用户的混合错误,并减少了可能含有刺激物或毒素的固化剂的暴露。 PMFs在20世纪60年代被商业化引入,并且通常用于航空和国防。

单组分
单组分粘合剂通过与外部能量源(例如辐射,热量和湿气)的化学反应硬化。

紫外线(UV)光固化胶粘剂也被称为光固化材料(LCM),由于其快速固化时间和强结合强度而在制造领域中变得流行。光固化粘合剂可以在短时间内固化,许多配方可以粘合不同的基材(材料)并承受恶劣的温度。这些特性使得UV固化粘合剂对许多工业市场(如电子,电信,医疗,航空航天,玻璃和光学)中的物品制造至关重要。与传统的粘合剂不同,紫外线固化胶粘剂不仅可以将材料粘合在一起,而且还可以用来密封和涂覆产品。它们通常是以丙烯酸为基础的。

热固化粘合剂由两种或更多种组分的预制混合物组成。当加热时,部件反应并交联。这种类型的粘合剂包括热固性环氧树脂,聚氨酯和聚酰亚胺。

湿气固化粘合剂在与基材表面或空气中存在的水分反应时固化。这种类型的粘合剂包括氰基丙烯酸酯和聚氨酯。
由来源
自然
天然粘合剂由有机来源如植物淀粉(糊精),天然树脂或动物(例如牛奶蛋白酪蛋白和兽皮基动物胶)制成。这些通常被称为生物粘附剂。

一个例子是通过在水中煮面粉制成的简单糊状物。淀粉基粘合剂用于瓦楞纸板和纸袋生产,纸管缠绕和壁纸粘合剂。酪蛋白胶主要用于粘贴玻璃瓶标签。传统上,动物胶已经用于装订,木材连接和许多其他领域,但是现在除了在诸如弦乐器的生产和修理之类的专业应用中以外,大部分被合成胶取代。由血液中的蛋白质成分制成的蛋白已被用于胶合板行业。木质纤维板Masonite最初是用天然木质木质素(一种有机聚合物)粘合而成的,尽管大多数现代刨花板(如MDF)都使用合成热固性树脂。

合成的
合成胶粘剂基于弹性体,热塑性塑料,乳液和热固性塑料。热固性粘合剂的例子是:环氧树脂,聚氨酯,氰基丙烯酸酯和丙烯酸聚合物。第一个商业生产的合成粘合剂是20世纪20年代的Karlsons Klister。

应用
根据所使用的粘合剂和粘合剂将被施加到的区域的大小来设计不同粘合剂的涂覆器。将粘合剂施加到被粘合的材料中的一个或两个上。将这些块对齐并加入压力以帮助粘附并消除气泡的结合。

涂布粘合剂的常用方法包括刷子,滚筒,使用薄膜或丸粒,喷枪和涂药枪(例如填缝枪)。所有这些都可以手动或自动使用作为机器的一部分。

要使粘合剂有效,它必须具有三个主要特性。它必须能够润湿基材。它必须硬化(注意:并非所有的粘合剂都会变硬),最后它必须能够在被粘合的两个表面/基材之间传递载荷。

粘合性,粘合剂和基材之间的附着可以通过机械方式发生,其中粘合剂通过其方式进入基材的小孔中,或通过几种化学机制之一进行。粘附强度取决于许多因素,包括发生的方式。

在某些情况下,粘合剂和基材之间会发生实际的化学键合。在另一些情况下,静电力如静电一样将物质保持在一起。第三种机制涉及在分子之间发展的范德华力。第四种方法涉及胶水向基材中的水分辅助扩散,随后硬化​​。

粘合剂粘合的质量很大程度上取决于粘合剂效率覆盖(湿润)基材面积的能力。当衬底的表面能大于粘合剂的表面能时会发生这种情况。但是,高强度粘合剂具有高表面能。因此,它们的应用对于诸如聚合物的低能量材料是有问题的。为了解决这个问题,在粘合之前,可以使用表面处理来提高表面能量作为准备步骤。重要的是,表面准备提供了一个可重复的表面,允许一致的结合结果常用的表面活化技术包括等离子体活化,火焰处理和湿化学引发。