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为什么粘合剂偏爱高分子?
2022年09月07日    新闻来源:考腾资讯网    |  投稿

胶水在化学中的学名是粘合剂(黏合剂),粘合剂是具有粘性的物质,借助其粘性能将两种分离的材料连接在一起。粘合剂的种类很多,这个范畴远比胶水的范畴大得多。


大的方向,粘合剂分为两种,一种是需要固化的,另一种则不需要固化,也就是所谓的不干胶、压敏胶涂料在线coatingol.com。这里固化是指粘合中的一个过程,很多固化过程并非从液体到固体的转变,需要注意。

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那么,粘合剂是怎么将物体与物体粘接起来的呢?


1、首先需要平滑表面,很早以前就有人发现平滑表面的两个物体会有粘合的现象,例如两块超平玻璃板,这就是分子间作用力在起作用,平滑表面可以使两个物体的接触面积增大。我们肉眼看到的平滑在微观条件下仍然是凹凸不平的,所以实际两个物体接触时的接触面很小,但如果表面有一层水,比如桌上有一层很薄的水,然后你会发现,茶杯好像可以被吸住,这就是因为水可以分布到那些肉眼看不到的凹槽中,茶杯与桌子的接触面积大了,同时就是大气压在起作用。如何排除大气压的影响呢,取两片有一定弹性的硬质PET塑料片,粘上水之后,自上而下水平分离,内外层大气压相同,这时可以看到两片塑料呈Y型分离而不是V型分离,这个使塑料片形变的应力就来自于分子间作用力,而此时的水就是粘合剂。因此,这一条是说,粘合剂的粘合力来自于分子间作用力。


2、水作为粘合剂显然不够火候,直接的问题是水会挥发,干燥之后就没了,而且水分子内的作用力太弱,很容易撕开,所以,如果把水冻成冰是不是就会好些?没错,将两个物体间的水冻成冰之后,人们发现两个物体可以很牢固地粘在一起,比如家里冰箱冷冻室里常常出现的景象,还有当人们用舌头去舔零下三十度的铁管时,舌头上的口水瞬间凝固,舌头就粘到铁管上了。这时,固化之后的水便是很不错的粘合剂,从分类的角度来说,这还是一种热熔胶,也就是高温熔化低温固化的胶,只是使用温度需在0度以下。除了水之外,锡焊、铁焊都是这是这个原理,当然一般意义上的热熔胶比这些要高大上多了。这一条说的是,粘合剂为什么要固化。


 3、水的分子间作用力还不到位,尽管有氢键还比较强劲,但分子作用力毕竟是与分子量呈正相关的,所以如果用高分子来做粘合剂显然更合适,而且最好是带有分子间氢键的高分子,加强作用力。古人搞不到那么多高分子,能够获取的主要就是淀粉和蛋白质,于是可以看到传统的粘合剂主要就是面糊、糯米汁、牡蛎汁等。还有一种传统的高分子是无机硅酸盐,粘土加石灰就可以盖房子了,这一支后来发展出了水泥。粘合剂成为一门学科则是在高分子化学发展起来之后,包括橡胶类、PVA聚乙烯醇、EVA乙烯-醋酸乙烯酯、PU聚氨酯等等大量材料都可以用作粘合剂,优异的粘合剂大多具备氢键或极性键。这一条说的是粘合剂都是些什么物质,为什么粘合剂偏爱高分子。


4、然后要说的问题是怎么固化。


 a)上面提到把水冻成冰的方式,这样的固化方式就是热熔胶的原理,但热熔胶的种类并不多,因为能够在不太高的温度下呈现流动性的高分子材料很少,主要就是SBS、SIS、SEBS这些嵌段高分子。


b)于是五花八门的固化方式出现了,最多的是溶剂法,把胶用溶剂给化成液态(其实准确地说是具备了流动性),这种方式很普遍,比如面糊和水泥就是用水这么做的,水干了,胶也就固化了,当然这时的面糊和水泥不过只是在水中部分溶解,类似于乳液状态,更多的还是用的甲苯、环己烷之类的,没错,很多家具、服装里都用的那种。


c)这个方法很快就被人发现不太好,因为溶解的浓度一般低于20%,需要大量溶剂,浪费资源污染环境不说,固化的过程很慢,耗能也多,因此需要想方设法提高固体含量,于是乳液型胶开始大行其道,乳液中的水不是溶剂而是分散剂,不过很多人分不清乳液和溶液,这里不多说原理了,总之这种胶固化会快很多,目前量产的有效成分最多可以到60%,EVA乳、天胶很多都是这样的固化方式。


d)就不能不用溶剂或分散剂么?当然可以,问题是解决纯胶怎么固化,一种方式是选用具有蠕变性能的胶例如天胶,没错,纯的天胶就可以做粘合剂,它是固体,但却具有蠕变性(可以理解为固态的流动性),这种不用固化的胶往往用于压敏胶,后面再说;更多的胶用的是加固化剂的方式,就是本身是液态,加入一些反应性的物质,这种固化方式又常被称为硫化,不少双组份胶都是这个原理,少数单组份胶也是这个原理,多数利用的是与水或二氧化碳发生反应。


e)比较另类的502在这里出现了,它的固化方式是聚合,挤出来的时候它是单体,可是它遇到空气可以快速聚合,


f)更时尚的固化方式是UV光固化和粒子固化,就是用电磁波或者粒子促进其发生反应。总之,固化方式有很多种,将来或许还有更多。


5、是不是所有的胶都是利用的分子间作用力?目前看不全是,一种方案是定制出锁扣模式,粘合的两个表面生长出的分子链像链条一样扣起来,这是利用的物理作用,但是拉断却需要破坏化学键,其强度比一般胶强一个数量级;还有一种方式是两个表面发生化学反应,形成化学键,破坏时也是需要破坏化学键,所以,要想强度大,还得是依靠更强的化学键。


6、最后就是说压敏胶了,过去曾被称为不干胶。压敏胶是日常生活中极为常见的胶,胶带、贴纸,一般那种粘上还需要揭开的场合都需要用压敏胶。压敏胶的重要原理是不需要固化,而重要的表观现象是粘住很容易,揭开费点力,什么意思呢,就是粘上时可能只需要施加1牛的力,而揭开时可能就需要10牛的力,要破坏胶层之间的作用力最好达到20牛,否则揭开时胶流的到处都是(不少劣质胶带就这样),而破坏物体的力可能需要100牛,这些在化学上有着确切的术语,这里不多说了。

标签:辅料与设备技术中心胶粘剂
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