粘合剂与复合包装材料.ppt

单击此处编辑母版标题样式,,单击此处编辑母版文本样式,,第二级,,第三级,,第四级,,第五级,,*,*,*,第四章 粘合剂与复合包装材料,,概 述,,第一节 粘合剂的组成及分类,,第二节 粘结机理,,第三节 天然粘合剂及无机粘合剂,,第四节 合成树脂粘合剂,,第五节 橡胶粘合剂,,第六节 包装复合材料,概 述,粘合剂：将两种同类或不同类的固体物质连接在一起的物质，又称粘接剂﹑胶粘剂或直接称为胶，,,粘合剂是一种生产生活中不可缺少的材料．粘合剂自从人类开始生活就应用到人们的生活中例：粘土，动物的血液用来盖房子等．目前粘合剂已应用到各个领域中例：交通工具，航空航天工业，建筑，家具，医疗器械等都有广泛的应用在包装业和印刷业中也更是如此，例如在制作纸盒，纸箱，纸袋，复合塑料袋等包装容器中是绝对离不开的一种材料第一节 粘合剂的组成及分类,1. 粘合剂的组成,,,基料（连接料）+其他助剂（增塑剂﹑ 填料﹑ 固化剂等）,,2. 粘结剂的分类,,,1）按基料类型来分：有机粘合剂﹑ 无机粘合剂,,（淀粉白乳胶等）（水玻璃等）,,2）按粘合剂固化方式来分：溶剂挥发型,,热熔型,,反应固化型,,3）按粘合剂状态来分： 固体 乳液 溶液状,,（松香等） （白乳胶等）,,第二节 粘结机理,一、 粘结的产生,,,粘合力,粘附力：粘结剂和被粘物之间的力,,,内聚力：粘结剂层（胶层）内部的力,注意：粘合力由粘附力和内聚力中最小的一个决定。

内聚力又由粘合剂本身来决定，如粘结剂的性质,﹑组成,﹑配比和固化工艺等在满足粘合条件的情况下，涂层越薄越好因为涂层越厚，缺陷越多涂层薄，缺陷少，利于粘结剂分子的定向作用，也能充分发挥粘附力的作用，节约用胶量二、 粘结机理,,,1. 吸附原理（表面润湿）,,1）粘合剂与被粘物体表面之间有最大的接触2）在接触面上，粘合剂对被粘物体表面有良好的亲和性在液体和固体相接触的地方，液面发生弯曲，液面的切线与固体表面形成夹角,θ→,接触角讨论：,,1,）若,θ=0（接触面积最大），即,液体完全附着在固体表面,,（液体全面展开），表示完全润湿；,,2,）若,θ<90°,表示可以润湿，且θ,越小，润湿性越好；,,3）若,θ>90°,表示不易润湿，且θ,越大，润湿性越差；,,4）,若,θ=180°，表示完全不润湿粘附结合力：（微观上）化学键力或极性键力,2 扩散理论,,粘结剂渗透,→（被粘高聚物）溶胀（甚至溶解）→粘结界面消失,,扩散理论的解释范围，主要用在高聚物之间，特别是热塑性高聚物之间的粘结现象3,静电理论,,,静电理论认为：粘合力是由于界面上双电层之间静电引力的作用4 化学键理论,,,粘合剂与被粘物体表面发生化学反应,→形成化学键结合，但只限于反应性的特定的粘结剂品种。

5,机械结合理论,,粘合剂与被粘物体表面粗糙，粘结剂渗透到这些凸凹或孔隙中，固化后粘合剂与被粘物体粘结在一起微观机械连接对于多孔性材料的粘结强度有显著的贡献，但对于非孔性的表面，这种作用就不大第三节 天然粘结剂和无机粘结剂,一、 葡萄糖衍生物粘结剂,,从植物中提取的胶质多数是葡萄糖衍生物，其分子式与基本结构如下：,具体包括：淀粉,﹑,糊精﹑阿拉伯胶及海藻酸钠等一）淀粉,,纯白色颗粒状，不同类型的植物中淀粉结构有直链，支链之分，只是量多少不同1 性质：不溶于水，在水中随温度的上升而膨胀，随后破裂而糊化2 淀粉粘合剂：除淀粉外，还有其他添加剂,,1）交联剂（固化剂）（可以防潮）：硼砂，提高粘结剂的耐水性，加入量为淀粉量的0.1～0.5%,,2）稀释剂：主要是尿素，双氧水，次氯酸钠等（使大分子链断裂，小分子稀且易糊化）,,加入量：尿素 5～10% 双氧水 0.1～0.5%,3）表面活性剂：主要提高粘结剂对被粘物表面的亲和性和,,防止老化主要为脂肪酸钠，加入量<1%,,4）增塑剂：提高韧性，如甘油，乙二醇或氯化钙等5）消泡剂：主要有醇类或磷酸三丁酯等6）防腐剂：福尔马林，甲醛等,,,瓦楞纸板粘合剂配方：,,玉米淀粉：12.82kg, 30%双氧水：0.128kg,,,30%NaOH水溶液：2.8835kg， 10%硼砂：0.2083kg,,,水：83.96kg,（二）糊精,,将淀粉加热（如180,℃时,）使其分子分解而得到糊精。

分子式 黄色（>200,℃,）或白色（180～190,℃,）固体颗粒；除糊精外，还需其他助剂其他助剂：1～2%的甘油，提高胶膜的弹性；,,0.65～1%的硼砂，提高糊精的粘结牢度,,瓦楞纸板糊精粘合剂配方：,,糊精 100kg； 硼砂 2.5kg；,,轻质碳酸钙 1.5kg；NaOH溶液（27,℃,） 20kg；,,硼砂液（3kg硼砂+30kg水）33kg； 水 45kg,（三）阿拉伯胶（桃胶）,,呈白色至深红色硬脆固体，相对密度在1.3～1.4之间，溶解于甘油和水，不溶于有机溶剂它是阿拉伯胶素酸（分子式为 ）的钾、钙、镁盐等转变成半乳糖和葡萄糖醛酸而形成的长链状聚合物，其分子结构式为：,,（四）海藻酸钠,,海藻酸钠系β-无水右旋甘露密醛酸钠的聚合物，具有下列结构：,海藻酸钠为白色至暗棕色固体，溶于水，不溶于有机溶剂，有亲水悬浮胶体的性质这种海藻酸盐系由昆布属海藻，如黑海带、裙带菜等用碱萃取的水溶液中，添加乙醇所得的糊状沉淀物亦可由海藻制碘过程的副产品中所得二、 氨基酸衍生物粘合剂,,蛋白质的基本组成单位为氨基酸，其分子式为：,NH,2,—CHCO（NHCHCO）,n,NHCHCOOH,,,R R R,由于蛋白质是生命的基础，在一切生物体内大量存在。

可以作为粘结剂的除植物蛋白外，基本上由动物体制取一）植物蛋白,,,一般情况下将大豆蛋白与水一起配制成一定浓度的溶液即可应用但为了调解粘度或延长胶液的使用时间，还可加入适量的盐类如氯化钠、氯化铜、藻酸钠和果胶等，或者加入一定量的碱类等例如：大豆蛋白等，粘结力比葡萄糖衍生物强，但耐水性差二）酪朊,,,又称酪素和干酪素，主要成分：含磷蛋白性质：无色无臭，白色或黄色，溶解于碱液或浓酸，在弱酸中沉淀，不溶于水,﹑,醇类，有吸湿性，在常态下具有很强的粘合力例如：木材—金属,﹑木材—木材等的粘结三）骨胶或明胶,,骨胶是骨胶朊衍生的蛋白质的总称，,骨胶属于硬蛋白，加水分解便转化为明胶明胶除纯度高﹑品质好以外，与骨胶没有明显的区别干燥的骨胶平均含水11%~18%，相对密度约1.27颜色、外形和性能随原料和制造方法的不同而略有不同明胶是透明的浅黄色小颗粒，无臭无味，在冷水中吸水膨胀，溶于热水，冷却后，凝胶溶于甘油和醋酸，不溶于乙醇和乙醚三、 其他天然树脂粘合剂,,,松香（松香酸,﹑天然热溶胶,）,﹑,虫胶,,沥青（石油附属品）,﹑,生漆（漆树）,,四、 无机粘合剂,（硅酸钠粘合剂，又称水玻璃或泡化碱）,,由硅石与苛性钠共混,﹑融溶制成的粘稠液体，无色，无臭，呈碱性，以任意比例与水混合。

包装用：氧化钠：二氧化硅=1：2.9～3.5,,不同用途的硅酸钠粘合剂的特性参见表4-1和表4-2 第四节 合成树脂粘合剂,合成树脂粘结剂是当今产量最大,﹑品种最多﹑应用最广﹑影响最大的粘结剂热塑性粘合剂,,,,热固性粘合剂,,,复合型粘合剂,合成树脂粘合剂,乳液型,,溶剂型,,热熔型,一、热塑性粘合剂,,（,一） 乳液型粘合剂,,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相对分子量可以很高，因此粘合剂膜的强度较好乳液粘合剂不用加热或加固化剂就能较快地固化乳液粘合剂的最大缺点是耐水性不佳、蠕变性较大，当然这两个缺点可通过提高树脂的相对分子量得到一定的改善乳液型粘合剂最具代表性的是聚醋酸乙烯及其共聚物1. 聚醋酸乙烯酯,,其结构为：,——CH—CH,2,——,COOCH,3,n,,性质：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、热或过氧化物的作用下，聚合急剧加速醋酸乙烯有挥发性和可燃性，他的蒸汽有微毒，使用和保存时要注意安全2. 乙烯—醋酸乙烯共聚物,,VAE乳液胶膜能耐寒、耐酸、耐碱、对氧、臭氧和紫外线较稳定，与其他树脂相容性好，无毒、储存期较长，低温成膜性较好，可用于粘合纸板盒加工纸、纸箱的封合、缠管、贴标签、贴包装盒开窗薄膜以及塑料薄膜、无纺布、铝箔等的粘结。

3. 丙烯酸酯及其衍生物,,——CH,2,—C————,R,COOR,´,n,,（,二）溶剂型粘合剂,,,1. 聚乙烯醇 （PVA）,,,溶剂：水，主要用来粘结纸-纸，纸和铝箔等2. 聚醋酸乙烯（PVCA）,,,溶剂：水聚醋酸乙烯粘结剂用来粘合玻璃纸、纸、织物及某些塑料，抗水性很好3 纤维素衍生物,,,1）硝酸纤维素,,溶剂：丙酮,﹑醋酸乙酯等（溶剂挥发干燥）,,主要粘结：纸,﹑织物﹑玻璃等,,,2,）醋酸纤维素粘合剂,,溶剂：丙酮,﹑醋酸甲酯等,,主要粘结：纸材,﹑织物﹑玻璃等,,4 聚丙烯酸酯及其共聚物,,,溶剂：水,﹑酮类等；,,主要粘结：纸材﹑塑料﹑玻璃等,（三）热熔性粘结剂,,热熔性粘结剂是一种含溶剂或水的热塑性树脂为基体的固体的粘结剂其受热时熔融，与被粘物粘结，粘结界面在冷却后固化，而具有一定的粘结强度这类粘结剂又称为热熔胶组成：以热塑性树脂为粘结料，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、抗氧剂和填料等特点：固化速度快、多功能、粘结范围广、无溶剂、不污染环境 (表4-3),二、 热固型合成树脂粘结剂,,,,可以是单一组分，但绝大多数为多组分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，生成不可逆的化学反应，或在加热等其他条件下，转变成不溶不熔物，获得一定的粘结力。

热固型主要树脂有：脲醛树脂,﹑,酚醛树脂,﹑,环氧树脂（+固化剂）,﹑,三聚氰胺甲醛树脂,﹑,聚氨酯树脂,,,这里主要介绍一下聚氨酯树脂,,聚氨酯（PU）热固型粘合剂,,,一般有A﹑B两部分组成：,,A:含有-OH的聚酯或聚醚，作为主剂；,,B：多异氰酸酯（-NCO），作为固化剂（即交联剂）,OCN—R´—NHO—R—CONH —R´—NCO,HO—R—OH + OCN—R,´,—NCO,NCO,NCO,NCO,（—NCO）基团不仅与（—OH）产生交联反应，且还能与被粘物表面起化学反应，而牢固地粘结在一起，用于塑料—塑料﹑塑料—铝箔等的干法复合(表4-4和表4-5)三、复合型树脂粘合剂,,,热塑性树脂粘结剂和热固性树脂粘结剂各有其特点,为了在某些特定的场合以及在结构件上应用,往往需要具有综合性能的粘结剂—复合型树脂粘结剂复合型树脂粘合剂品种很多在包装工业中使用最多的是乙烯—醋酸乙烯共聚物，丁腈—酚醛树脂丁腈橡胶因含有腈基，而对金属有很好的粘合强度如果再加上羟基，则是金属的粘合性有进一步的提高用这样的活性剂化合物与酚醛树脂复合，在加热时一方面酚醛和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和酚醛树脂的羟甲基反应，具有和硫化同样的交联作用。

第五节 橡胶粘合剂,,一、丁腈橡胶粘合剂,,,丁腈橡胶是丁二烯和丙烯腈乳聚合的共聚物，其结构为：,[ CH,2,—CH ],m,[ CH,2,—CH==CH—CH,2,],n,,CN,根据m 的变化有不同型号，一般丙烯腈含量在30%～40%之间 ，特点有：粘结强度大，有良好的耐油，耐热，耐水性能，适用于金属、塑料、合成橡胶、木材、织物等多种材料的粘合(表4-6)二、丁苯橡胶粘合剂,,,丁苯橡胶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，其结构为：,[ CH—CH ],m,[ CH,2,—CH==CH—CH,2,],n,丁苯橡胶的固有粘性较差，所以很少单独作粘结剂用，大多采用其他树脂来改进如粘性、内聚强度和耐热性等这样一些性质提高丁苯橡胶粘结剂性能的树脂有松香、松香酯和一些热塑性酚醛等第六节 复合包装材料,一、纸材的粘结,,1.纸的特点及粘合剂的选择,,1）纸的特点：,,,①以纤维素为主要成分，具有多孔性,；,②品种多,,,2,）粘合剂的选择标准：,,①同种易吸水的纸：不考虑耐水性时选淀粉粘合剂；考虑耐水性时选择乳液型粘合剂，例VAE；,,②同种难吸水的纸：一般采用乳液型粘合剂；,③一边易吸水，一边不吸水的纸：一般采用乳液型粘合剂；,,④同种不吸水的纸：一般采用热熔胶。

2. 一般纸用粘合剂的应用与分类,,粘结纸材料时，不需要前处理，可以直接粘结因为纸材为纤维结构，有利于水分的渗透，所以纸材的粘结常采用水分散型的粘合剂粘结纸基标签常采用压敏型粘合剂粘结涂层纸材可用压敏胶或热熔型粘合剂等(表4-7)二、主要包装用复合薄膜的粘结,,（一）复合薄膜的组成,,,1）玻璃纸作为外层：易印刷，光泽度好，美观，但不宜热封,,例：玻璃纸/聚乙烯或聚丙烯 玻璃纸/铝箔/聚乙烯,,玻璃纸/聚乙烯/纸/聚乙烯,,2）铝箔作为外层：光泽好，美观，有档次,,例： 铝箔/聚乙烯 铝箔/纸/聚乙烯,,3）纸张作为外层：,,例：纸/聚乙烯 纸/铝箔/聚乙烯,,4）塑料（以拉伸薄膜为主）作为外层：,,例：聚酯/聚乙烯 聚丙烯/聚乙烯,,聚酯/铝箔/聚乙烯或聚丙烯(表4-8),（二）食品包装复合薄膜粘合剂的条件,,①完全无臭、无味②在食品卫生方面没有有害的萃取物③耐温性能好（层压时能耐100℃，热封时能耐 200℃， 保存时能耐0℃一下温度）④受日光照射，不会发黄、发生分解⑤有良好的柔软性，层压品的剖面不会发生泄漏⑥耐油、耐碱和耐化学药品性好⑦适宜于凹版印刷，干燥快，易于取下。

⑧表面对油墨的粘合性好，不会引起油墨的发黄、变质三）复合薄膜的层压（复合）方法,,,1）湿法层压,,,将水基粘合剂涂敷在第一种材料需要粘合的表面上，当表面被浸润后将另一一种材料面对合上，通过压紧滚筒压紧，再经过加热干燥而成湿法层压用粘合剂主要有淀粉、酪朊、聚乙烯醇、硅酸钠等水分散液或水溶液，以及聚醋酸乙烯、乙烯—醋酸乙烯共聚物、聚丙烯酸酯、天然橡胶、丁基橡胶、聚异丁烯等橡胶乳液湿法层压由于粘合剂都是含水的，粘合膜要经过干燥，因此被粘物至少要有一层是象纸张、织物或玻璃纸等透水的物质，例如用于纸/玻璃纸、纸/铝箔,纸/塑料、布/铝箔等复合膜的制造.,湿式复合法（纸张＋塑料、铝箔）,,,,,2,1,（纸张）,1,（塑料）,4,3,湿式复合机原理,1-给料 2-粘合剂（树脂乳胶） 3-复卷 4-干燥装置,2）干法层合,,干法层压是纸张、铝箔、塑料薄膜等组合层压的重要方法，尤其适用于同种或异种塑料薄膜的层压，如聚酯/聚乙烯、尼龙/聚乙烯、聚丙烯/聚乙烯、聚酯/铝箔/聚乙烯、玻璃纸/铝箔/聚乙烯的复合薄膜等干法层压的方法是：先在第一种薄膜表面上涂上粘合剂溶液，通过烘道敞开干燥，再合上第二种薄膜，在加热下加压制得成品。

干式复合法（薄膜类）,,干法复合机原理,1－给料 2－粘合剂 （溶剂型） 3－复卷 4－干燥装置,,2,1,3,,1,4,3）热熔层压,,这一方法是随着热熔粘合剂的出现而发展起来的，主要适用于纸板/纸板、铝箔/纸、玻璃纸/玻璃纸、铝箔/玻璃纸的层压最早，而且至今仍在应用的热熔粘合剂是蜡，此外象乙烯—醋酸乙烯共聚物、乙烯—丙烯酸酯共聚物、聚异丁烯、聚丁二烯、石油树酯等改性蜡类热熔粘合剂也被大量应用热熔复合法（薄膜＋薄膜）,热熔复合机原理,1-给料 2-压辊 3-粘合剂（固体） 4-复卷,1,4,1,3,2,不需干燥、不产生溶剂蒸气，节省能源；综合效果不如干法4）共挤层压,,共挤层压仅适用于塑料薄膜之间的层压主要是利用塑料挤出机（薄膜吹塑机）的多孔机头，通过共同挤出，将尚处于熔融态的不同基料层压为一体，因而不需要粘合剂共挤层压是按照分子相容性原理实现的，只有分子结构相同（或至少相似）的塑料之间才能实现溶合，如高密度聚乙烯/低密度聚乙烯，高密度聚乙烯/中密度聚乙烯间的复合或乙烯丙烯共聚物/聚乙烯的复合等至于分子结构完全不同的塑料，就需要加入第三种能与两者亲和的物质作为媒介才能实现溶合。

如尼龙/聚乙烯复合时，可以在树脂中混入离子型树脂也可在丙烯酸之间加入或乙烯-乙烯醇共聚物与丙烯酸树脂、马来酸酐接枝共聚，也可以取得较好的效果5）挤复层压,,,挤复层压也叫挤出涂布法，通过挤出机将加热熔融的树脂涂复在另一个已经定型的薄膜状物体上，使之层压成一体因此也是一种不用粘合剂的层压方法采用这种方法对多孔体材料来说，这种结合是比较容易的，因为熔融的树脂挤入材料孔隙，产生了牢固的机械结合因而采用这一方法的基本条件是，在两个粘结面中必须有一个是塑料薄膜，如铝箔/塑料、织物/塑料、纸张/塑料、塑料/塑料等挤出复合法,挤出复合原理,1-给料 2-压辊 3-冷却辊 4-T型挤出头 5-复卷,,,5,4,,3,,2,1 （薄膜或纸张）,。