压敏型胶黏剂和其粘接固化原理

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1、压敏型胶黏剂及其粘接固化原理——中国化工集团昊华化工(集团)总公司桂林曙光橡胶工业研究设计院王公波August29,20121粘接原理1.1粘接件间的作用力胶黏剂与被粘物之间的界面相互作用力称为粘接力。粘接力的来源主要有以下几种：1.1.1化学键力化学键力又称主价键力，存在于原子（或离子）之间，有离子键、共价键及金属键三种。金属键力是金属正离子之间由于电子的自由运动而产生的连接力，与粘接过程关系不大。胶黏剂与被粘物之间如果能够引入化学键连接，其粘接力将显著提高。1.1.2分子间力分子间力又称次价键力，有范德华力和氢键力。范德华力又包括取向力、诱导力和色散力。取向力即极性分子永久

2、偶极之间的引力。其大小与分子偶极距的平方成正比，与两分子距离的六次方成反比。分子的极性越大，分子之间距离越近，产生的取向力越大；温度越高，分子的取向力越弱。诱导力是分子固有偶极与诱导偶极之间的静电引力。极性分子与非极性分子靠近时，极性分子会使非极性分子产生诱导偶极，极性分子之间也能产生诱导偶极。诱导力与极性分子偶极距的平方成正比，与被诱导分子的变形程度成正比，与两分子间距离的六次方成反比，与温度无关。色散力是分子色散作用产生的引力。由于电子是处于不断运动之中，正负电荷中心瞬间的不重合（色散作用）产生的瞬时偶极诱导邻近分子产生瞬时诱导偶极，这种偶极间的力称为色散力。色散力与分子间

3、距离的六次方成反比，与环境温度无关。低分子物质的色散力较弱，但由于色散力具有加和性，所以高分子物质的色散力相当可观。在非极性高分子物质中，色散力占全部分子间作用力的80～100%。1.1.3界面静电引力当压敏胶与金属密切接触时，金属容易失去电子，压敏胶容易得到电子，所以电子可以从金属移向压敏胶，使界面两侧产生接触电势，并形成双电层而产生界面静电引力。1.1.4机械作用力从物理化学的观点看，机械作用并非产生粘接力的因素，而是增加粘接效果的一种方法。胶黏剂充满被粘物表面的缝隙或凹凸之处，固化后在界面区产生了啮合力。机械连接力的本质是摩擦力，在粘接多孔材料、织物和纸时是很重要的。在上

4、述各种产生粘接力的因素中，只有分子间作用力普遍存在于所有粘接体系，其他作用仅在特殊情况下成为粘接力的来源。1.2粘接过程的界面化学要想形成完美的粘接，压敏胶与被粘件之间必须形成良好的浸润，而这种浸润的情况与胶黏剂的组成与性能、被粘件的结构与性质、胶黏剂与被粘件间的相互作用密切相关，也就是说二者之间的界面张力的影响是极为重要的。1.2.1表面张力与界面张力液体的表面张力是作用于液体表面单位长度上使表面收缩的力。如下图一（a）可看出表面张力是液面的分子受液体内部分子吸引的结果。其大小与液体的性质（分子间力）、纯度、温度等有关。其作用的结果是液体总是倾向于尽可能缩小表面积，这就是空气

5、中的小液滴是球状的原因。实际上液体表面的分子并非只受到内部分子的作用，也受到外部分子的作用，这个外部分子是气体分子，它的作用很弱，与内部分子的吸引力相比可忽略不计。下图一（b）表示两种液体互相接触的情况。图一液体表面受力情况此时各液滴表面所受外部分子的作用是来自液体。在两种液体的分子结构、性质相关很大时，二者表面之间的作用力比各自内部对表面的作用力小得多，其结果是这两种液滴不能互相浸润，反之则易于浸润甚至融为一体。这两种液体分子各自受到内部引力与相互之间的引力，此两种力的合力称为界面张力（γLL）。按此定义，人们常说的表面张力（γL）实测为液体与气体间的界面张力（γLv）。1.

6、2.2界面张力与浸润从热力学角度提出的单位面积表面区的自由能数值与表面张力相等，缩小表面积能导致表面能下降，所以缩小表面积是一个自动进行的过程。固体具有一定形状，其表面不能收缩，所以它没有表面张力而只有表面自由能γs。在讨论时有时称γs为固体的表面张力。液体与固体表面接触时，处于界面区的两种分子在朝向各相内部方向受到同种分子的引力。在朝向界面方向，受到来自界面分子的引力。此两种引力的合力称为界面张力（γsL）。低表面能固体，如果其吸引力低于液体分子的吸引力，则界面区的液体分子有一种向液体内部收缩的张力，这就是非浸润态。高表面能固体，则界面区液体分子有一种被吸附于固体表面的压力，

7、这就是浸润状态。浸润程度可用液体与固体接触面的接触角θ表示（见图二）。θ值越小，说明浸润状态越好，θ<90°为浸润状态，θ>90°为不浸润状态，θ=0°时为完全浸润状态。图二液体在固体表面的接触情况为了便于讨论，可将压敏胶黏剂当成一种液体，被粘物当成固体。当胶黏剂被涂于被粘物表面且达到受力平衡时，其表面张力、界面张力和液体在固体表面的接触角的相互关系为：γLcosθ=γs-γsLorcosθ=γs-γsLγL从以上关系中可以看出，为了增强浸润，降低θ角，必须设法增大γs、减小γL，也就是说，