第7章-化学粘合..

第七章化学粘合法加固工艺和原理§7-1粘合剂的种类与作用§7-2粘合剂与非织造材料性能的关系§7-3粘合剂选用的原则§7-4化学粘合法工艺与产品性能§7-5烘燥工艺在非织造材料的生产工艺中，化学粘合法是其中应用历史最长、使用范围最广的一种纤网加固方法。虽然近年来聚合物纺丝成网、水刺、热粘合等非织造生产工艺的迅速发展和粘合剂生产技术的缺陷(主要是环境保护、人体健康方面的影响)，限制了化学粘合法的发展速度，但由于这种方法具有工艺灵活多变、产品多样化、生产成本较低等优点，在整个非织造材料生产中仍占有很大比例，受到了生产厂商和行业技术人员的重视。随着无毒副作用的“绿色”化学粘合剂的出现，化学粘合法技术一定会得到进一步的发展。§7-1粘合剂的种类与作用几个同类或不同类的固体，由于介于两者表面的另一种物质的作用而牢固地结合起来，这种现象称为粘合，而介于两固体表面间的物质称为粘合剂。粘合剂又称为胶粘剂、粘结剂或粘着剂。凡具有良好的粘合性能，可把两个相同或不同的固体材料连接在一起的物质，都可称为粘合剂。化学粘合法生产非织造材料工艺中，粘合剂是重要材料，其性能对非织造材料的质量和外观起重要作用，必须根据非织造材料的用途和产品特性以及用户要求来选择合适的粘合剂。一、粘合剂种类粘合剂种类繁多，其分类方法也很多，目前国内外还没有一个统一的分类标准，根据粘合剂的特点可作如下分类：按来源分类按粘合剂固化后的胶体特性分类按粘合剂基料物质分类按外观形态分类按特殊功能分类1、按来源分类可分为天然粘合剂和合成粘合剂。天然粘合剂，就是其组成的原料主要来自天然，如虫胶、动物胶、淀粉、糊精、甲壳质以及天然橡胶等。合成粘合剂，就是由合成树脂或合成橡胶为生产原料配制而成的粘合剂，如环氧树脂、酚醛树脂、氯丁橡胶和丁腈橡胶等。2、按粘合剂固化后的胶体特性分类可分为热塑性粘合剂和热固性粘合剂。热塑性粘合剂为线性结构，一般通过溶剂挥发、熔体冷却和乳液凝固的方式事先固化。其胶体受热软化，遇溶剂会溶解，凝聚强度较低，耐热性能较差。如聚丙烯酸酯、聚醋酸乙烯、聚乙烯醇等。热固性粘合剂为网状体形结构，受热不软化，遇溶剂不溶解，具有较高的凝聚强度，而且耐热、耐介质腐蚀、抗蠕变，但冲击强度和剥离强度较低。如酚醛树脂、环氧树脂等。3、按外观形态分类粘合剂按其外观形态可分为溶液、乳液或乳胶、膏糊、粉末、膜状、泡沫、固体。化学粘合法非织造材料生产工艺中，使用最多的不外乎溶液、乳液或乳胶、泡沫。固体粘合剂在非织造材料生产技术中主要是热熔胶用于生产浆点或粉点热熔粘合衬布和卫生用品。粘合剂型态特点粘合剂品种溶液在适当的有机溶剂或水中溶解为粘稠溶液。粘合剂干燥快，初期粘合力大。热固型树脂：酚醛；脲醛，聚丙烯酸双酯等。热塑性树脂：聚醋酸乙烯，聚丙稀酸酯，纤维素，聚氰基丙烯酸酯，饱和聚酯。橡胶：丁苯，氯丁，晴基橡胶。乳液或乳胶以水为介质，无毒，不燃烧，蒸发水后成膜形成粘接，可在乳液中加填充剂而不影响乳液稳定性乳液固含量高。热塑型树脂：热塑性树脂：聚醋酸乙烯，聚丙烯酸酯，环氧橡胶：丁苯，氯丁，天然橡胶。热粉末水溶性树脂在使用前加溶剂（水或有机溶剂），制成溶液。价格低，适合于热压加工。热塑型树脂：乙烯或丙烯基聚合物。热固型树脂：酚类热固化树脂。天然物：淀粉，酪朊，虫胶。5、按特殊功能分类粘合剂除了具有将物与物表面之间相互粘合、物体加固的功能之外，还可以通过添加具有功能性的填料或使主体材料具有功能性，以达到压敏、导电、导热、导磁、耐高温、超低温等目的。特殊功能粘合剂功能粘合剂主体成份特殊填料、副料及添加剂导电环氧树脂、酚醛树脂丙烯酸树脂、聚氨酯、聚酯石墨粉、炭粉金属粉(银、铜、铝金)导热一般以液体丁腈橡胶改性环氧树脂金属粉(银、铜、铝金)、氧化粉(氧化铍)导磁环氧树脂等羰基铁粉、铝粉等耐高温有机硅聚合物、含芳杂环聚合物及无机物(氧化铜)超低温环氧树脂改性聚氨酯、聚氨酯、尼龙改性环氧树脂等压敏橡胶型：聚异丁烯橡胶、丁基橡胶、丁苯橡胶树脂型：丙烯酸酯、硅、氟树脂基材(布、纸、塑料膜等)、隔离剂光敏树脂单体或预聚体为主料，加入光敏剂、经光催化聚合固化Forreference粘合剂天然类粘合剂合成类粘合剂葡萄糖衍生物—淀粉，糊精，阿拉伯树胶，海藻酸钠等氨基酸衍生物—植物蛋白，酪朊，血蛋白，骨胶，鱼胶天然树酯—木质素，单宁，松香，虫胶，生漆树脂型热固型—热塑型—酚醛树脂，间苯二酚甲醛树脂，尿醛树脂，不饱和聚酯，聚异氰酸酯，丙烯酸双酯，有机硅等聚醋酸乙烯酯，聚氯乙烯-醋酸乙烯酯，聚丙烯酸酯，聚苯乙烯，聚氯乙烯，聚乙烯，聚酰胺，聚氨酯等。橡胶型丁晴橡胶，丁苯橡胶，丁基橡胶，氯丁橡胶，硅橡胶，聚氨酯橡胶等。再生型—再生橡胶。酚醛-聚乙稀醇缩醛，酚醛-氯丁橡胶，环氧-酚醛，醋酸乙烯共聚物，丙烯酸酯共聚物，丁二烯-苯乙烯共聚物，羧基丁二烯丙烯腈共聚物等.复合型—二、粘合剂组成粘合剂是由多种成份构成的混合物，除主体材料(基材)外，还应根据不同特性和产品需要，添加若干种辅助材料，包括固化剂、溶剂、增塑剂、乳化剂、增稠剂、偶联剂、分散剂、络合剂、引发剂、发泡剂、填料等。1、基材即主体高分子材料，是赋予粘合剂胶粘性的根本成份。其流变性、极性、结晶性、分子量及分布等对粘合剂的物理机械性能起主要作用。2、固化剂是一种可使单体或低聚物变为线型高聚物或网状体型高聚物的物质，也可称为交联剂或硫化剂。常用固化剂有过氧化物、多异氰酸酯化合物、环氧化合物、多元羧酸等。3、溶剂有些粘合剂需用溶剂，这些溶剂是能与粘合剂主要成份相溶的低粘度液体物质，包括水、有机或无机溶剂。4、增塑剂是一种能降低高分子化合物玻璃化温度和熔融温度，改善胶层脆性、增进熔体流动性的物质。其主要作用为能“屏蔽”高分子化合物的活性基团，减弱分子间作用力，增加高分子化合物的韧性、延伸率和耐寒性，降低其内聚温度和弹性模量。常用增塑剂有邻苯二甲酸酯类、磷酸酯类、癸二酸酯类、液体橡胶类等。5、乳化剂能使两种或两种以上互不相溶(或部分相溶)的液体形成稳定的分散体系(乳化液)的物质。它属于表面活性剂的范畴，是水分散型粘合剂不可缺少的助剂。6、增稠剂能增加粘合剂表观粘度，减少流动性的物质。常用增稠剂有酪素、甲基纤维素、丙烯酸树脂、气相二氧化硅等。7、偶联剂能同时与极性和非极性物质产生一定结合力的物质。其结构特点是分子同时具有极性和非极性部分。其作用是增加了主体材料本身分子间的作用力，提高了粘合剂的内聚强度；在粘合剂与被粘物之间起到了一定的“架桥”作用。常用偶联剂有：有机硅烷及其衍生物类、有机铬、有机钛化合物、多异氰酸酯类等。8、分散剂能使粘合剂组分均匀地分散在介质中的物质，属表面活性剂范畴，是水分散型粘合剂所必需的。9、引发剂在一定条件下能分解产生自由基的物质。一般含有不饱和键的化合物如不饱和聚酯胶、厌氧胶、光敏胶等都加入引发剂。常用引发剂有过氧化二苯甲酰、过氧化环己酮、过氧化异丙苯、偶氮二异丁腈等。10、促进剂(催化剂)能促进化学反应，缩短固化时间，降低固化温度的物质。12、填料在粘合剂组分中不与主体材料起化学反应，但可以改变其性能，赋予被粘物质不同功能，能降低成本的非粘合性固体材料。如金属粉、石墨粉、炭粉、金属氧化物、石棉粉、玻璃粉、纤维、布料等。三、粘合剂的性能指标粘合剂的性能分为工艺性能、物理机械性能和化学结构性能。其中化学结构性能主要与组成粘合剂的聚合物成份及分子结构有关，而对于粘合剂的应用者来说，更多的应考虑其基本的理化性能和工艺性能。1、基本物理性能(1)含固量在规定条件下，测得粘合剂中非挥发性物质的重量百分数。其公式如下：式中：X－粘合剂含固量(％)G1－干燥后粘合剂试样质量(g)Ｇ－干燥前粘合剂试样质量(g)1001GGX(2)粘度粘度是物体抵抗流动变形能力的一种量度，它是评价粘合剂质量的一项重要指标。用作用于1cm2面积上，并使相距1cm的两层流体的速度相差1cm/s的粘滞力表示。单位为Pa·s。国家标准中粘度的测量仪器采用旋转粘度剂。(3)PH值某些粘合剂组分中含有酸性物质，会导致一些被粘物的腐蚀和纤维水解，因此，必须测定粘合剂的PH值。(4)玻璃化温度是高聚物从玻璃态向高弹态转变的温度，也就是高聚物链段开始发生运动的温度。它与粘合剂成膜后的手感有密切关系。玻璃化温度越高，手感越硬；反之，手感越软。这是粘合剂制造商所掌握的一项重要技术数据。试验表明，不同粘合剂的扭曲模量与温度的关系是一组近似平行的曲线，而且扭曲模量为300kgf/cm2时对应的温度和粘合剂的玻璃化温度非常接近。因此，难以测量的玻璃化温度，可通过测扭曲模量为300kgf/cm2时对应的温度来获得。通常：Tg=T300+7~9(℃)2、工艺性能(1)热敏凝聚作用采用水相乳液型粘合剂浸渍纤网，烘燥时，在除去水分的同时，部分粘合剂会出现泳移，由于泳移将导致粘合剂在非织造材料上的分布不匀和分层，因此，为了减少粘合剂的泳移，常在粘合剂中加入热敏剂，使其能在较低温度下促进胶乳凝聚，从而能成功控制粘合剂的泳移。(2)成膜性粘合剂乳液由分散相成为连续相的过程称为成膜。成膜一般经历四个步骤。首先是乳液水分挥发，粒子相互接触；其次是乳液粒子间接触面增大，粒子变形，产生粘性流动并开始产生连续相薄膜；三是乳液中的助剂逐渐离开乳液粒子表面或溶解于聚合物中，而聚合物则由于高度自粘性而相互结合成均匀牢固的薄膜；四是形成薄膜后，胶膜结构继续变化，导致连续相的进一步加强。各种粘合剂有不同的最低成膜温度，它与聚合物的玻璃化温度有关，聚合物的玻璃化温度高，其成膜温度也高。对非织造材料的化学粘合法工艺而言，粘合剂在纤网中不应该成连续薄膜状，而应该为点粘合。因此，可利用不同成膜温度的聚合物掺混及应用预凝胶工艺，来达到纤网点粘合的目的。四、非织造常用粘合剂非织造材料常用粘合剂绝大多数为分散型粘合剂，即乳液或乳胶，大多采用浸渍法，也可用于喷洒法或泡沫法。粉末型粘合剂(热熔胶)则主要用于热熔粘合衬。而低熔点纤维则作为热粘合法中的纤维型粘合剂，已在第六章中作了详细介绍。(一)聚丙烯酸酯类聚丙烯酸酯类包括丙烯酸及其酯类以及含有丙烯酸酯类组分的各种衍生物。其结构式为：R1[CH2－C]COOR2式中：R1为－H或－CH3；R2为－H、－CH3、－C2H5、－C3H7······该类粘合剂是一个以碳单键为主链的高分子化合物。它们的许多性质取决于侧基中的R1和R2。若R1为－H，即为聚丙烯酸酯衍生物；若R1为－CH3，即为聚甲基丙烯酸酯衍生物。一般来说，聚合物的玻璃化温度Tg较低，其柔顺性较好。由于空间位阻效应，甲基丙烯酸酯及其衍生物的Tg值较高，其性质也较为刚硬。R2中碳直链越长，其非极性侧基的柔顺性越好，则大分子的柔软性及挠曲性越好，Tg值也越低。因此分析这类物质的性质时，关键在于掌握R1及R2的结构特点。丙烯酸酯类的单体的品种很多，而且其性质各不相同，但单体之间的相容性很好。因此，丙烯酸酯作粘合剂时，一般都采用多种单体共聚，通过改变参与共聚的单体品种及用量来控制粘合剂的性质。聚丙烯酸酯类粘合剂具有良好的柔软性、弹性、高透明性和抗皱性，而且耐水、耐溶剂。在非织造材料生产中应用最为广泛、用量最大。BASF公司开发的超低甲醛含量的丙烯酸酯粘合剂，其游离甲醛含量20ppm，大大低于同类粘合剂，可使用于医疗卫生材料上。(二)乙烯类聚合物1、聚醋酸乙烯酯类醋酸乙烯酯均聚物又称白胶或白乳胶，对纤维素材料和多孔性材料有较好的粘合性能，其结构式为：[CH－CH2]nOCOCH3醋酸乙烯酯的均聚物有较高的玻璃化温度(30℃)。因此，由它粘合制成的非织造材料，手感较硬且伸长较小。将醋酸乙烯酯与其它单体共聚，可改变其玻璃化温度，从而改善其手感等性能。醋酸乙烯酯的成本较低，在非织造材料生产中用量较大，仅次于丙烯酸酯类。主要用于粘合衬底布、用即弃产品、揩布和过滤材料等。2、聚氯乙烯聚氯乙烯的结构为：[CH2－CH]nCI氯乙烯均聚物具有很高的玻璃化温度和模量，单独用于非织造材料，手感较硬。但它有优良的阻燃性能，可通过改性取长补短。如氯乙烯与乙烯共聚且两种单体配比控制