1.合成树脂类胶粘剂
合成树脂胶粘剂是当今产量最大、品种最多、应用最广,也是对经济、科技及包装发展影响最大的胶粘剂。
合成树脂胶粘剂可分为热塑性、热固性和复合型三种类型,而热塑性胶粘剂又分为热熔型胶粘剂、溶剂型胶粘剂、乳液型胶粘剂三个品种。
(1)热塑性胶粘剂
热塑性品种之一是乳液型胶粘剂。乳液型胶粘剂一般以水为分散介质,成本较低、无毒、色浅,有良好的稳定性和作业适应性,而且聚合物乳液的树脂的相对分子量可以很高,因此胶粘剂膜的强度较好。如乳液胶粘剂不用加热或固化剂就能较快固化。乳液胶粘剂的最大缺点是耐水性不佳、蠕变性较大,这两个缺点一般可通过提高树脂的相对分子量得到一定的改善。乳液型胶粘剂最具代表性的是聚醋酸乙烯及其共聚物。
醋酸乙烯为无色液体,有醋酸气味,不溶于水,能溶于醇、酯、酮及甲苯。在常温下能缓慢聚合,在光、热或过氧化物作用下,聚合急剧加速。它的蒸气有微毒,使用和保存时要注意安全。
聚醋酸乙烯乳液胶粘剂在胶粘剂市场上有很高占有率。这是由于它的稳定性好,能和填料、增塑剂等很好地混合,黏度可以自由调节,有良好的早期黏结强度等优点。聚醋酸乙烯乳液可单独使用,也可与脲醛树脂掺混,主要用于木材的黏结。例如,胶合板、塑料层合板等木材与木材、木材与塑料薄膜的黏结加工。与脲醛树脂并用不仅可以降低成本,还可以提高黏结层的抗水性和耐热性。聚醋酸乙烯乳液还可用作纸张的黏结,用于自动包装、硬纸板加工、铝箔与玻璃纸的层压等。
醋酸乙烯与其他单体共聚可以制得多种乳液胶粘剂。将醋酸乙烯与乙烯共聚,可以制得EVA乳液胶粘剂。由于在醋酸乙烯中引入了乙烯,使醋酸乙烯基间的距离拉大,因而空间位阻减小,使聚合物主链变得柔软,起到内增塑的作用。EVA乳液胶膜能耐寒、耐酸、耐碱,对氧、臭氧和紫外线较稳定,与其他树脂相溶性好,无毒、储存期较长,低温成膜性较好,可用于黏合纸板和加工纸、纸箱的封合、缠管、贴标签、贴包装盒开窗薄膜及塑料薄膜、无纺布、铝箔等的黏结。
热塑性品种之二是溶剂型胶粘剂。溶剂型胶粘剂是包装中比较常用的一类胶粘剂。将热塑性聚合物、天然橡胶或合成橡胶等物质用适当的溶剂溶解,即可制成溶剂型胶粘剂。大部分溶剂型胶粘剂是以有机溶剂为溶剂,也有部分以水为溶剂。溶剂型胶粘剂主要有以下两类。
•聚乙烯醇溶剂型胶粘剂。聚乙烯醇的单体是不稳定的,因此它不能由单体直接聚合而制得,而是由醋酸乙烯在甲醇中的聚合物经水解而制得。
•纤维素衍生物溶剂型胶粘剂。纤维素衍生物树脂及混合纤维素树脂都可以制成溶液型胶粘剂。包装工业中常用的纤维素衍生物胶粘剂有下面四种。
其一,硝酸纤维素胶粘剂。它是由低硝化度的纤维素、增粘剂、溶剂及其他助剂配制而成。溶剂主要有丙酮、醋酸乙酯、甲乙酮、乳酸乙酯等。
其二,醋酸纤维素胶粘剂。这种胶粘剂是由醋酸纤维素溶解于丙酮、醋酸乙酯等溶剂中而成。醋酸纤维素由于其黏度较高,使用时必须要加稀释剂才能使用。
其三,乙基纤维素胶粘剂。这种胶粘剂是纤维素醚类胶粘剂的代表,具有很好的挠曲性和耐化学介质性,适用于纸加工、织物类及金属箔等的黏结。
其四,甲基纤维素胶粘剂。甲基纤维素的水溶液加热后黏度下降,然后突然凝胶化,冷却后又分解恢复成黏液状。甲基纤维素胶粘剂可用作纸张的耐油胶粘剂,也可用作淀粉、糊精、骨胶、合成树脂乳液及橡胶树脂乳液胶粘剂的增稠剂及保护胶体。
溶剂型胶粘剂除上面介绍的两类外,还有聚醋酸乙烯、聚丙烯酸酯、聚酰胺等。
聚酯酸乙烯溶剂型胶粘剂用于黏合玻璃纸、纸、织物及某些塑料。聚丙烯酸酯主要用于黏结塑料、有机玻璃、纸、玻璃纸等。
热塑性品种之三是热熔型胶粘剂。这是一种以不含溶剂或水的热塑性树脂为基材的固体胶粘剂。其受热时熔融,与被黏物黏结,黏结界面在冷却后固化,而且具有一定的黏结强度。这类胶粘剂又称为热熔胶。
热熔型胶粘剂属多组分胶粘剂。它以热塑性树脂为黏结料,加入增粘剂和石蜡等配制而成。按不同性能要求,可适量加入增塑剂、抗氧剂和填料等。
由于热熔型胶粘剂具有固化速度快、多功能、黏结范围广等特点,在包装、纸制品加工、木工、纤维加工等部门已有很长的应用历史。目前又在某些领域中开拓了新的用途。例如,罐头的封合,过去全都采用机械方法,现已采用热熔型胶粘剂黏结。
(2)热固性树脂胶粘剂
热固性胶粘剂是以热固性高分子化合物为主要黏结物质的胶粘剂,可以是单组分的,也可以是两种以上组分的。
大多数热固性树脂胶粘剂是由含多官能团的线性聚合物或单体,在固化剂或引发剂的作用下,发生不可逆的化学反应,或在加热等其他因素的作用下转变成不溶不熔物,从而获得一定的黏结能力。
热固性胶粘剂耐热性、耐水性及耐腐蚀性好,蠕变小,黏结强度高,常用于要求强度高的结构件的黏结。对于主要是薄膜、金属箔、纸和片材的黏结,热固性胶粘剂一般应用得较少。
用作热固性胶粘剂的主要树脂有:氨基树脂、酚醛树脂、环氧树脂、聚氨酯树脂等。
(3)复合型树脂胶粘剂
热塑性树脂胶粘剂和热固性树脂胶粘剂各有其特点,为了在某些特殊的场合及在结构件上应用,往往需要具有综合性能的胶粘剂——复合型树脂胶粘剂。复合型树脂胶粘剂品种很多,在包装中使用最多的是乙烯醋酸乙烯共聚物、丁腈酚醛树脂等。乙烯—醋酸乙烯共聚物在前面已介绍过,下面只介绍丁腈一酚醛树脂。
丁腈橡胶因含有腈基,因而对金属有很好的黏合强度。如果再加上羧基,则使金属的黏结性有进一步的提高。用这样的活性基化合物与酚醛树脂复合,在加热时一方面酚醛与丁腈橡胶中的双键结合而固化,另一方面丁腈橡胶中的腈基与酚醛树脂的羟甲基反应,具有和硫化同样的交联作用,以此形成很高的胶粘效果。
2.天然胶粘剂及无机胶粘剂
天然胶粘剂是人类应用最早的胶粘剂,按来源可分为动物胶、植物胶和矿物胶等。而按化学结构可分为葡萄糖衍生物、氨基酸衍生物及其他天然树脂等。无机胶粘剂也称为无机胶,例如,水泥、石膏、水玻璃及其他无机胶粘剂等都有非常广泛的应用范围。
(1)葡萄糖衍生物胶粘剂
从植物中提取出的胶质多数是葡萄糖衍生物,它包括淀粉、糊精、阿拉伯树胶及海藻酸钠等。
淀粉糊在热的时候黏度较低,冷却时黏度和凝胶强度都增大。以尿素、硫脲作糊化剂时黏度较低,而以硼砂与氧结合,则具有交联效果,使糊液黏度升高,在达到一定浓度时流动性消失。
(2)氨基酸衍生物胶粘剂
氨基酸衍生物胶粘剂是主要由氨基酸组成的蛋白质类胶粘剂,用于包装中的这类胶粘剂主要有酪朊、骨胶等。
酪朊又称酪素或干酪素,是动物乳汁中的含磷蛋白。在牛乳中约占3%,以酸性悬浮的酪朊钙形式存在,是酪朊的主要成分。系无嗅无味、白色至黄色的透明固体或粉末,密度为1.25~1.31g/cm³。溶于稀碱液、碱性碳酸盐溶液和浓酸,在弱酸中沉淀;不溶于水、醇及醚,有吸湿性,干燥时稳定,潮湿时易于变质。与蛋类蛋白质不同的是,加热不易凝固。
酪朊使用时先加水使其膨胀,再加入一些碱性附加剂使其易于溶解,然后加热、搅拌,使其配成25%的溶液。新加的碱性附加剂可选用硼砂、氨水、氢氧化钠、磷酸钠、碳酸钠、硅酸钠等。
酪朊胶粘剂特别适用于木材制品(包括软木、纸张、胶合板、纤维板等)的黏结加工,以及木材与金属、陶瓷、塑料、玻璃等异种材料的黏结。若在酪朊胶粘剂中加入橡胶乳液等柔软的胶粘剂,将会产生更好的效果。•骨胶是骨胶朊衍生的蛋白质的总称,属于硬蛋白,水解后变为明胶。明胶除纯度高、品质好以外,与骨胶没有明显的区别。
骨胶对皮革、纸张、金属、木材等都有很强的黏合力,被广泛用于包装中。例如,胶合板、木材的黏结,可涂在纸的背面制成胶粘带,用以密封硬纸板及皱纹纸的包装箱,也可用于纸袋、纸盒的黏结。
(3)其他天然树脂
在天然胶粘剂中,除葡萄糖衍生物、氨基酸衍生物外,还有一些其他的动植物树脂和矿物树脂,如木素、单宁、生漆、松香、虫胶、沥青等。在实际包装工业中生漆、松香、虫胶、沥青使用较多,如松香树脂胶粘剂可直接用于金属材料,尤其是金属箱包装材料的黏结。虫胶胶粘剂特别适用于金属的黏结及塑料等的黏结。•无机胶粘剂。这是包括范围相当广泛的一类黏结材料,如水泥、石膏、硅酸盐等。这里介绍包装中使用的硅酸钠(水玻璃,俗称泡化碱)胶粘剂。
硅酸钠是由硅石与苛性钠(或苏打)加热熔融制得的无色、无臭、呈碱性的粘稠状溶液,它能以任何比例与水溶解。硅酸钠的黏结强度比淀粉高,但比骨胶、酪朊等差。干燥后的胶膜是脆性的,而且不溶于水,耐热、耐火性很好。硅酸钠胶液呈碱性,易污染被黏物品,这是它的主要缺点。
硅酸钠胶粘剂主要用于瓦楞纸板的制造,也可作层合胶粘剂生产坚固的硬纸板,还可作螺旋纸管的胶粘剂。此外,硅酸钠也可作为其他胶粘剂的添加剂,例如可加入到干酪素或糊精胶粘剂中。
3.橡胶类胶粘剂
橡胶是一类对各种物质都有良好黏结性能,而且是初期黏结力大的胶粘剂。同时橡胶所具有的弹性,对不同膨胀系数材料的体积收缩或膨胀,对耐冲击与震动的部件,都有相当出色的缓冲作用。但天然橡胶耐油和耐溶剂性能很差,与之接触会明显地膨胀或溶解。因此,在实际应用中都采用改性橡胶胶粘剂或合成橡胶胶粘剂。在包装中使用较多的是丁腈橡胶胶粘剂和丁苯橡胶胶粘剂等。
(1)丁腈橡胶胶粘剂
丁腈橡胶是由丁二烯和丙烯腈乳液聚合的共聚物。丁腈橡胶胶粘剂一般以丁腈橡胶为主体。为了提高黏结强度,可加入改性树脂,如改性酚醛树脂、醇酸树脂、聚氯乙烯树脂等。为了提高与金属的黏合性,可加入氯化橡胶。为了改进黏附性,还可使用双酯类、松脂酸或豆酮树脂等。为了增加柔软性和耐寒性,可使用邻苯二甲酸二丁酯等。为了提高丁腈橡胶胶粘剂的稳定性,可使用三甲基二氢喹啉等防老化剂。
丁腈橡胶胶粘剂的外观层是淡棕色到深棕色的黏稠液体,固含量为25%~30%,喷涂用的黏度为150~500cp,刷涂用的黏度为1500~4000cp。储存稳定性较差,储存期一般不宜超过半年。
丁腈橡胶在常温下的耐水性很出色,可以在高温场合下长期应用,但是在40℃以上的水中或在较高温度的水蒸气中强度就会下降。它还有良好的耐化学介质性,耐油性也比其他胶粘剂要好。
丁腈橡胶胶粘剂可根据用途制成溶液型、乳液型或低聚合度液态三种类型,适用于金属、塑料,尤其适用于黏结聚氯乙烯板材、聚氯乙烯泡沫塑料、聚氯乙烯织物等软质聚氯乙烯材料。例如,聚氯乙烯与金属、木材、硬质纤维板等制造的复合材料。
(2)丁苯橡胶粘剂
丁苯橡胶是由丁二烯与苯乙烯在25℃~50℃以上(高温丁苯橡胶)或在10℃以下(低温丁苯橡胶)乳液聚合制得的无规共聚物。
丁苯橡胶的固有黏附性较差,所以很少单独作胶粘剂使用,大多采用其他树脂来改进如黏附性、内聚强度和耐热性等这样一些性能。提高丁苯橡胶胶粘剂性能的树脂有松香、松香酯和一些热塑性酚醛树脂等。
丁苯橡胶可溶解于烃类溶剂中,并很容易分散而得到低黏度的胶液。丁苯橡胶可以通过下述方式制成胶粘剂。
•直接辊压在黏附物件或包装物上。
•与增黏树脂一起分散和溶解于溶剂中形成胶粘剂溶液。
•与乳化剂一起分散于水中制成乳胶。