胶黏剂与涂料复习资料.docx

1、胶黏剂与涂料复习资料2017胶黏剂与涂料复习资料第1章：概述一、常用胶粘剂1、热固性树脂胶粘剂 (1) 环氧树脂胶粘剂（EP）(2) 不饱和聚酯树脂（UP）胶粘剂2、热塑性成树脂胶粘剂(1) 聚醋酸乙烯胶粘剂（PVAC）(2) 聚乙烯醇胶粘剂（PVA）(3) 聚乙烯缩醛（PVFO）胶粘剂3、合成橡胶胶粘剂(1) 氯丁橡胶胶粘剂（CR）(2) 丁腈橡胶（NBR）二：定义 1.胶黏剂：胶黏剂是一类单组分或多组分的，具有优良粘接性能的，在一定条件下能使被胶接材料通过表面黏附作用紧密地胶合在一起的物质。用作胶黏剂的物质通常分为天然高分子和合成高分子物质俩大类。2.胶接强度：胶接面被破坏时，单位面积破坏

2、所需的力。3.胶粘剂通常是由粘结物质、固化剂、增塑剂、稀释剂及填充剂等原料经配制而成。4.粘接物质：使被胶接物结合在一起时起主要作用的成分，具有良好的粘附作用、湿润性和相容性，也称为基料或主剂。5.不同用途的胶粘剂所用粘接物质是不同的。6.主要有三类：天然聚合物、合成聚合物以及无机盐。7.固化剂：加入固化剂的目的是为了使某些线型高分子化合物与固化剂交联成网状或体型结构，使胶粘剂硬化。8.增韧剂：参与基料的固化反应，并进入固化后形成的大分子链结构之中，因此，能够提高固化产物的韧性。9.增塑剂：能够增进固化体系的塑性、提高胶粘剂弹性和耐寒性的物质。一般是高沸点液体或低熔点固体，常用的增塑剂为有机酯

3、类，它与基料有很好的混溶性，不参与固化反应，仅是机械混合。10.非活性稀释剂：俗称溶剂，它不参与固化反应。活性稀释剂：既可以降低胶粘剂的粘度，又参与胶粘剂的固化反应，克服了因溶剂挥发不彻底而胶粘剂性能下降的缺点。11.填料：不参与反应的惰性物质，可提高胶接强度、耐热性、尺寸稳定性、并可降低成本，有些填料能使胶粘剂具有特殊功能，如银粉和磁铁粉可用于配制导电胶和导磁胶。12. 偶联剂：具有能分别和被黏物及黏合剂同时反应成键的两种基团，可提高胶接强度，多为硅氧烷或聚对苯二甲酸酯化合物。13.稳定剂：防止黏合剂长期受热分解或贮存时性能发生变化。14.胶接技术的特点1.优点1）胶接适用范围广：胶接不受被

4、胶接材料的类型、几何形状的限制。2）胶接应力分布均匀：受力面大，很少产生传统连接常出现的应力集中现象，可以提高抗疲劳强度，机械强度高。3）胶接工艺简单，设备投资少，易实现机械化，生产效率高。4）胶接可以减轻结构件重量、节约材料。5）胶接制件：表面光滑、平整、美观，能提高空气动力学特性和美观性6）胶接：可以实现精细加工和独特组装，也可功能性胶接。7）胶接：密封性能优良，并且具有耐水、防腐和电绝缘等性能，可以防止金属的电化学腐蚀。8）胶接工艺温度低，对热敏部件损害小。9）粘接修补、密封堵漏快捷高效，如水下修补，带电操作。2.缺点1）胶接质量容易受各种因素影响，产品性能的重现性较差。2）无损检测还不

5、成熟，胶接的可靠性还较差，常常需要进行破坏性检测实验 ，周期长，浪费试件、时间、资金。3）胶接物常需要表面处理，胶接工艺要求严格，例如PE等的粘合常常要进行表面处理。4）高分子胶粘剂的胶接温度范围限制大，例如普通白乳胶不能在0以下胶接，酚醛树脂要在较高温度下胶合。 5）胶接的力学性能和耐老化性等的研究，与金属等材料相比还十分不成熟，暂时不能很好的解决胶接规律性差，重现性差等问题。6）胶接的固化时间较长，某些胶黏剂在粘结过程中需要加温加压，胶接耐久性对环境有依耐性，且天然胶黏剂易收到细菌、霉菌、寄生虫等的侵害。15.选择胶粘剂的基本原则了解粘结材料的品种和特性，根据材料性质选择合适的胶粘剂。了解

6、胶粘剂各组分的毒性。了解粘结材料的使用要求和应用环境了解粘接工艺性，根据粘结结构的类型采用适宜的粘接工艺。了解胶粘剂的价格和来源难易 粘接界面要清洗干净胶层要匀薄，晾置时间要充分，固化要完全，温度：是固化的主要条件，适当提高温度有利于分子间的渗透和扩散，有助于气泡的逸出，温度越高，固化越快，但温度过高会使胶粘剂发生分解，影响粘结强度。重点1： 相关专业术语 胶粘剂通过粘附、胶合作用能使被粘物结合在一起的物质。粘附作用所谓粘附作用是指两个表面接触时依 靠物理力化学力或二者兼有之力结合在一起的现象。 硬化胶粘剂通过干燥、结晶、吸附等物理变化而变硬的现象。固化胶粘剂通过化学反应使树脂交联成不溶、不熔

7、、不熔物的过程 热固性胶固化后形成三向交联结构的聚合物，受热不会软化，温度过高就会分解的胶粘剂 热塑性胶热塑性高分子化合物的分散体系，通过分散介质挥发而硬化完成胶接，胶层受热软化，冷却变硬，并能重复若干次的胶粘剂热熔胶以固体热塑性高分子化合物为粘料的胶粘剂，在融熔状态下涂布，冷却成固态就能完成胶接。热固化胶需加热至一定温度才能完成胶接的胶粘剂。促进剂促进化学反应使胶粘剂低温、快速固化的成分 固化剂直接参与化学反应使胶粘剂固化的成分 偶联剂通过架桥作用，与胶粘剂及被粘物发生化学反应而提高强度的成分填料用于改善操作、使用性能而添加的廉价固体粉末 稀释料用来降低胶粘剂固体含量及粘度的液体添加成分 增

8、塑剂用于改善胶层塑性与耐冲击性能而添加的昂贵成分 适用期配制好的胶粘剂维持其可用性及胶合强度的时间。固体含量在规定条件下测得的胶粘剂的非挥发分的含量。重点2 胶粘剂的分类（1）按胶粘剂的固化方式分：固化方式固化方法胶粘剂品种溶剂挥发型溶剂型水淀粉、CMC（羧甲基纤维素）、PVA有机溶剂氯丁二烯橡胶溶剂型、聚醋酸乙烯乳液型聚醋酸乙烯酯乳液化学反应型两液型催化剂型脲醛树脂、三聚氰胺树脂加成反应型环氧树脂、间苯二酚树脂交联反应型水性高分子异氰酸酯系、反应型乳液一液型热固化型加热固化型酚醛树脂、三聚氰胺树脂抢夺反应型聚氨酯树脂、-烷基氰基丙烯酸酯其它反应型光化学反应型树脂、厌氧性固化树脂冷却冷凝型骨胶

9、、热熔胶（2）按胶粘剂的物理表观形态分： 水溶液：聚乙烯醇、纤维素、脲醛树脂、酚醛树脂、三聚氰胺树脂、硅酸钠 非水溶液：硝酸纤维素、醋酸纤维素、聚醋酸乙烯、氯丁橡胶、丁腈橡胶 乳液（胶乳）：聚醋酸乙烯酯、聚丙烯酸酯、天然橡胶、氯丁橡胶、丁腈橡胶 无溶剂型：环氧树脂、聚酯丙烯酸、-氰基丙烯酸酯 粉状：淀粉、酪素、聚乙烯醇氧化铜、PF、UF 片、块状：鱼胶、松香、虫胶、热熔胶 细绳状：环氧胶棒、热熔胶 胶膜：酚醛-聚乙烯醇缩醛、酚醛-丁腈、环氧-丁腈、环氧-聚酰、酚醛树脂固态型 粘附型 热封型 带状 膏状与腻子型（3）按胶料的主要化学成分分： 硅酸盐类：硅酸盐水泥、硅酸钠（水玻璃） 磷酸盐类：磷酸

10、-氧化铜 硫酸盐类：石膏 陶瓷：氧化锆、氧化铝无机 淀粉类：淀粉、糊精 蛋白类：大豆蛋白、血蛋白、骨胶、鱼胶、酪素、虫胶 硫酸盐类：石膏 陶瓷：氧化锆、氧化铝天然有机胶粘剂 热塑性：聚醋酸乙烯、聚乙烯醇、聚乙烯醇缩甲醛、聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚氨酯、聚酰胺、饱和聚酯等热固性：脲醛树脂、酚醛树脂、间苯二酚树脂、三聚氰按树脂、环氧树脂、不饱和聚酯、聚异氰酸酯、呋喃树脂等有机树脂型合成有机胶粘剂氯丁橡胶、丁腈橡胶、丁苯橡胶、丁基橡胶、聚硫橡胶、端羧基橡胶、有机硅橡胶、热塑性橡胶橡胶型酚醛-聚乙烯醇缩醛、酚醛-氯丁橡胶、酚醛-丁腈橡胶、环氧-酚醛、环氧-聚酰胺、环氧-丁腈橡胶、环氧-聚氨酯复合型（

11、4）按胶粘剂的用途分： 结构胶：酚醛树脂、间苯二酚树脂、异氰酸酯树脂、酚醛-丁腈、环氧-酚醛、环氧-尼龙等 非结构胶：聚醋酸乙烯、聚丙烯酸酯、橡胶类、热熔胶等 特种胶：导电胶、导热胶、光敏胶、应变胶、医用胶、耐超低温胶、耐高温胶、水下胶、点焊胶等（5）按胶粘剂的耐水性分： 高耐水性胶：酚醛树脂、环氧树脂、间苯二酚树脂、异氰酸酯树脂胶等 中等耐水性胶：脲醛树脂等 低耐水性胶：蛋白类胶等 非耐水性胶：豆胶、淀粉胶、皮骨胶、聚醋酸乙烯乳液等第2章：木材胶接基本章主要内容1.胶接的各种理论2.机械3.物理4.化学5.扩6.静电7.胶接界面化学8.影响胶接强度的因素9.胶接结构的耐久性10.胶粘剂的基本

12、条件11.木材胶粘剂的选择2-1 胶接理论1. 机械胶接理论通过机械方式（胶钉）产生胶接力；胶钉越多，胶粘剂渗透得越深，孔隙填充得越满，胶接强度就越高。理论缺陷： 对多孔性材料的胶接贡献显著，但对非孔性材料的胶接贡献不显著 形成胶钉的关键：液体（流动性）；足够的固体含量 局限性：不能解释许多胶接现象，如孔隙多（表面粗糙）的木材的 胶接 强度比孔隙少（表面致密）的木材的胶接强度低 2 吸附胶接理论固体表面由于范德华力的作用能吸附液体和气体，这种作用即为物理吸附。而它是胶粘剂与被胶接材料间牢固结合的普遍性原因。理论缺陷： 把胶接作用主要归功于分子间的作用力（弱力），不能圆满解释胶粘剂与被胶接物之间

13、的胶接力大于胶粘剂本身的强度这一事实。 在测定胶接强度时，为克服分子间的力所作的功，应当与分子间的分离速度无关。但事实上胶接力的大小与剥离速度有关，吸附理论无法解释。 不能解释极性的-氰基丙烯酸酯能胶接非极性的PS等现象；也不能解释高分子化合物极性过大，胶接强度反应降低的现象；网状结构的高聚物当分子量超过5000时，胶接力几乎消失等现象也不能解释。 许多胶接体系无法用范氏力解释，而与酸碱配位作用有关。3 扩散理论链状分子所组成的胶粘剂，涂刷到被胶接材料的表面，在胶液的作用下表面溶胀或溶解。由于胶粘剂的分子链或链段的布朗运动，使分子链或链段从一个相进到另一个相中，二者互相交织在一起，使它们之间的

14、界面消失，变成一个过渡区（层），最后在过渡区形成相互穿透的高分子网络结构，从而得到很高的胶接强度。 过渡区产生的原因：溶解度参数相近扩散贡献：可解释同种或结构、性能相近的高分子化合物的胶接作用。提高扩散的措施：降低分子量，提高接触时间，提高胶接温度。局限：不能解释金属和陶瓷、玻璃等无机物的胶接现象无法解释聚甲基丙烯酸甲酯（Mw=9万，溶解度参数=9.24）和聚苯乙烯（Mw=3万，溶解度参数=9.12）各自以7.5%的溶液共溶于甲苯中，而它们的固相却互不扩散的现象。4 化学键胶接理论胶接作用主要是化学键力作用的结果；胶粘剂与被粘物分子间产生化学反应而获得高强度的主价键结合，化学键包括离子键、共价

15、键和金属键，在胶接体系中主要是前二者。化学键力比分子间力大得多。化学吸附产生的条件：1.发生化学反应，形成化学键2.活性基团的存在3.表面处理4.偶联剂偶联剂：一般含有两类反应基团的物质，其中一类可与胶粘剂分子发生化学反应；另一类基团或其水解形成的基团，可与被粘表面的氧化物或羟基发生化学反应，从而实现胶粘剂与被胶接表面的化学键连接。表面处理：机械处理（砂光）木材表面，电晕放电，PE塑料表面PE塑料表面等离子体，金属表面，氧化阳极化酸洗5 静电胶接理论将被胶接材料和固化的胶粘剂层理想化为电容器，即在胶接接头中存在双电层，胶接力主要来自双电层的静电引力。静电引力的产生是相1电荷场相2电荷场相互作用

16、的结果。贡献:成功地解释了粘附功与剥离速度有关的实验事实缺陷:静电引力（成膜温度，形成连续的胶膜热熔胶粘剂：热塑性高聚物，加热熔融、流动，湿润被胶接物表面，冷却硬化热固性胶粘剂：体型结构的高聚物，固化凝胶化：多官能团的原料或预聚体在进行化学反应的过程中，随着分子量增大的同时还进行着分子链的支化和交联，当反应达到一定程度时，反应体系开始出现不溶、不熔凝胶的现象。凝胶时间（固化时间）：胶粘剂发生凝胶（固化）所需的时间，是胶粘剂一项重要的工艺性能指标，它取决于胶粘剂中官能团的反应活性、官能团的官能度和浓度。关键：形成连续胶膜一般认为获得最好的胶接强度和刚性，胶层的厚度在胶层不缺胶的情况下，应尽量地薄

17、！ 薄胶层变形需要的力比厚胶层大； 随着胶层厚度的增加，流变或蠕变的几率变大； 胶层越厚，由膨胀差引起的界面内应力与热应力大； 坚硬的胶粘剂，胶接界面在弯曲应力作用下，薄胶层的断裂强度比厚胶层的高； 胶层越厚，气泡及其它缺陷的数量增加，早期破坏的几率增加。2.5 胶 接 破 坏2.5.1 胶接破坏原理胶接破坏强度：单位胶接面积或单位长度上所能承受的最大载荷。2.5.2 胶接破坏类型：被胶接物破坏，内聚物破坏，混合破坏，胶接界面破坏2.6 胶粘剂的基本条件1.胶粘剂的湿润性2 分子量与分子量分布3 胶粘剂的pH值 胶粘剂的极性 2.7 木材胶粘剂合理选择1 按木材胶接制品的要求选择胶接强度和耐水

18、性1）胶接强度：使胶接件中胶粘剂与被胶接物界面或邻近处发生破坏所需要的应力。胶接制品的使用环境和使用目的不同，对胶粘剂的强度和胶接强度也有不同的要求。一般要求胶接强度稍高于被胶接物的强度和胶粘剂的强度。2）耐水性：胶接件经水分或湿气作用后能保持其胶接性能的能力。分室内、外、包装等。胶接耐久性：胶粘剂和胶接制品的耐久性决定了制品的使用寿命。胶接制品的毒性：对室内使用的胶粘剂更为重要，应为低毒或无毒。 按胶粘剂使用特性选择胶粘剂的固含量，胶粘剂的适用期，固化条件和固化时间2.8 胶粘剂组成粘料：胶粘剂配方中，使两被胶接物结合在一起时起主要作用的成分。要求粘料具有良好的粘附作用、湿润性和相容性。固化

19、剂和促进剂：使胶粘剂发生固化或促进胶粘剂固化的物质。填充剂（填料）：降低胶粘剂固化过程中的体积收缩率或赋予胶粘剂某些性能的物质。它有增粘、降低收缩应力和热应力、补强及其它作用（如降游甲醛、延长适用期等）。增韧剂：能够增进胶粘剂的抗冲击、伸长率及降低开裂等缺陷的物质。一般可与胶粘剂中的粘料起反应。增塑剂：能够增进固化体系塑性、提高胶粘剂弹性和耐寒性的物质。一般不能与胶粘剂中的粘料起反应，不能与树脂混溶。偶联剂：使胶粘剂与难胶接材料的表面连接起来或提高两者间作用力的物质。稀释剂：降低胶粘剂的粘度、增加其渗透能力、改进工艺性能的物质。分活性和非活性两种。其它组分：如防老化剂、防腐剂、增粘剂、阻聚剂、

20、阻燃剂等。第3章 氨基树脂胶黏剂 第三章 脲醛树脂胶粘剂氨基树脂：是指尿素、三聚氰胺等氨基化合物与醛类反应所生成的合成树脂的总称。主要用于胶接木质材料。特点：无色透明，耐光性好，毒性较小，可室温或加热固化，工艺性良好，价格便宜；但耐水性差，性能脆，强度较低1 概述脲醛树脂胶粘剂 1.2 合成脲醛树脂的原料 1.3 脲醛树脂形成原理 1.4 影响脲醛树脂形成和性能的因素 1.5 脲醛树脂的合成 1.6 脲醛树脂胶粘剂的改性 三聚氰胺树脂胶粘剂（MF） 1 影响三聚氰胺树脂形成和质量的因素 2三聚氰胺树脂合成工艺 3三聚氰胺-尿素-甲醛共缩聚树脂3.1 脲醛树脂胶粘剂（UF） 概念脲醛树脂胶粘剂（

21、Urea-Formaldehyde）是尿素与甲醛在催化剂（碱性或酸性催化剂）作用下，缩聚而成的初期脲醛树脂；在固化剂或助剂作用下，形成不溶不熔的末期树脂。2脲醛树脂胶粘剂的特性（1）由于含有大量的羟甲基和酰胺基，能溶于水，有较好的胶接性能；（2）可室温或加温100以上很快固化；（3）与PF相比，固化后胶层无颜色，不污染制品；（4）胶接强度比动、植物胶高；（5）毒性较小，但固化时会放出刺激性的甲醛；（6）制造容易、价格便宜；（7）耐光性好，较耐老化；（8）工艺性好，使用方便；（9）脆性大，固化过程易产生内应力引起龟裂；（10）耐水性和胶接强度低于酚醛树脂胶。主要问题游离甲醛释放 耐水性 老化性3

22、1.合成脲醛树脂的原料一、尿素别名：脲，学名碳酰胺分子式：CO(NH2)2分子量：60.06外观：无色针状结晶或白色结晶溶解性：极易溶于水，水溶液呈弱碱性；易吸湿结块。稳定性：在稀酸或稀碱中很不稳定：在稀碱中加热至50以上时放出氨；在稀酸中放出二氧化碳。甲醛分子式：CH2O 分子量：30.03 烈特殊刺激性气味的气体 毒性：有毒，致癌物质，重点控制对象。合成脲醛树脂的原料其它原料 氢氧化钠 甲酸氯化铵 六次甲基四胺等脲醛树脂形成机理（一）加成反应缩聚产物的单体加成反应：尿素与甲醛水溶液在中性或弱碱性介质中，首先进行的羟甲基化反应（加成反应），生成一羟、二羟和三羟甲基脲同系物。反应式： （二）缩

23、聚反应加成反应，在尿素分子中引入羟甲基，从而导致缩聚反应的发生。缩聚反应在碱性和酸性条件下都能进行，但碱性条件下进行得很慢，故工业上合成UF均在酸性条件下进行。 酸性条件下的缩聚反应：在稀酸水溶液中，主要的缩聚反应是由羟甲脲间或羟甲脲与尿素间发生的反应。（1）一羟甲脲与尿素间的缩聚反应（2）二羟甲脲与尿素间的缩聚反应 （3）一羟甲脲间的缩聚反应（4）一羟甲脲与二羟甲脲间的缩聚反应（5）二羟甲脲间的缩聚反应（4）一羟甲脲与二羟甲脲间的缩聚反应 （5）二羟甲脲间的缩聚反应2脲醛树脂经典理论小结 脲醛树脂的生成分两个阶段：加成阶段和缩聚阶段。 第一阶段：碱性介质中甲醛与尿素的加成阶段，它取决于尿素与

24、甲醛的摩尔比，可生成一羟甲基脲、二羟甲基脲、三羟甲基脲（四羟甲基脲从未被分离出来）羟甲基化合物进一步反应生成具有二亚甲基醚链节的二聚体或多聚体和Uron环衍生物。 第二阶段：酸性介质中羟甲基脲的缩聚阶段，生成具有亚甲基链节的高分子化合物（水溶或水不溶的预聚物）。3.1.4 影响脲醛树脂质量的因素（一）尿素与甲醛的摩尔比 （二）反应介质的PH值（三）原材料质量（四）反应温度和反应时间（一）原料计算所需尿素量为已知，按下式计算其它原料量：式中： 所计算的原料量（Kg） 所计算原料的分子量 所计算原料的摩尔数 尿素纯度（%） 尿素量（Kg） 所计算原料的浓度（%） 60.06尿素分子量 例1：某脲醛

25、树脂合成配方为 F/U摩尔比为2/1，尿素加入量为100kg（尿素纯度为98%），请计算需加入多少甲醛水溶液（浓度为37%）？ 树脂反应程度的控制（1）根据树脂溶液与水相溶性的变化来确定反应终点 水稀释度 憎水温度 浊点水稀释度概念：指在室温下，对单位体积树脂液，使其开始沉淀所加的水量，这个数值也称为沉淀点，国内称为水数。憎水温度概念：树脂反应开始时，其缩聚物和水相互混溶，反应继续进行后，树脂液含水量下降，若用少量树脂液，用大量水稀释，树脂便开始分出，此时的温度即称为憎水温度。工业上因为树脂从亲水阶段变为憎水阶段，故此得名。2浊 点概念：当反应混合物冷却时，由于水分的析出而最初出现混浊时的温度

26、称为浊点。（2）根据粘度确定反应终点（3）以反应时间来控制反应终点（4）以折光系数控制脱水终点（固体含量）脲醛树脂的改性分子内部改性共聚（合成过程）分子外部改性共混 （改性方法）加入各种改性剂（合成后）（一）降低胶接制品释放的甲醛量胶接制品所释放的甲醛来源：（1）UF树脂中的游离甲醛；（2）树脂固化中分解的甲醛；（3）木材等被胶接材料所释放的甲醛。固化分解出的游离甲醛固化时甲醛释放反应：羟甲基、二亚甲基醚键降低甲醛含量的途径：（1）从树脂合成入手：采用低摩尔比U/F；加入能与尿素、甲醛共聚的苯酚或三聚氰胺、双氰胺等；尿素分次加入；改变反应pH值等反应条件。（2）从调胶入手：加入甲醛结合剂（捕捉

27、剂），如尿素、三聚氰胺、间苯二酚、对甲苯磺酰胺、各种过硫化物等、含单宁的树皮粉、豆粉、面粉、聚乙酸乙烯乳液等。（3）从热压工艺入手：热压温度愈高，成品中的游离甲醛愈少；热压时间愈短，成品中的游离甲醛愈多；板坯含水率愈高，成品中的游离甲醛愈多。（4）从制品后续处理入手：如封边、贴面；氨气处理、尿素溶液处理等。（二）改善脲醛树脂的耐水性 UF树脂耐水性差的原因：亲水性基团（羟甲基、亚氨基等） 措施： 共聚：加入三聚氰胺、苯酚、间苯二酚等共聚，产生共聚体； 共混：UF与PF或三聚氰胺树脂或聚醋酸乙烯酯乳液等混合； 胶接前加入三聚氰胺粉末或其它化合物进行热压。 （三）改善脲醛树脂的老化性原因：缩聚脱水反应：UF固化后仍继续进行；胶层存在游离羟甲基：不断地吸收大气中的水 份或放出水份，在反复干湿的情况下，即收缩 -膨胀应力的作用下，引起胶层的