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包裝中常用膠粘劑

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1.合成樹脂類膠粘劑

合成樹脂膠粘劑是當(dāng)今產(chǎn)量最大、品種最多、應(yīng)用最廣,也是對(duì)經(jīng)濟(jì)、科技及包裝發(fā)展影響最大的膠粘劑。

合成樹脂膠粘劑可分為熱塑性、熱固性和復(fù)合型三種類型,而熱塑性膠粘劑又分為熱熔型膠粘劑、溶劑型膠粘劑、乳液型膠粘劑三個(gè)品種。

(1)熱塑性膠粘劑

熱塑性品種之一是乳液型膠粘劑。乳液型膠粘劑一般以水為分散介質(zhì),成本較低、無毒、色淺,有良好的穩(wěn)定性和作業(yè)適應(yīng)性,而且聚合物乳液的樹脂的相對(duì)分子量可以很高,因此膠粘劑膜的強(qiáng)度較好。如乳液膠粘劑不用加熱或固化劑就能較快固化。乳液膠粘劑的最大缺點(diǎn)是耐水性不佳、蠕變性較大,這兩個(gè)缺點(diǎn)一般可通過提高樹脂的相對(duì)分子量得到一定的改善。乳液型膠粘劑最具代表性的是聚醋酸乙烯及其共聚物。

醋酸乙烯為無色液體,有醋酸氣味,不溶于水,能溶于醇、酯、酮及甲苯。在常溫下能緩慢聚合,在光、熱或過氧化物作用下,聚合急劇加速。它的蒸氣有微毒,使用和保存時(shí)要注意安全。

聚醋酸乙烯乳液膠粘劑在膠粘劑市場上有很高占有率。這是由于它的穩(wěn)定性好,能和填料、增塑劑等很好地混合,黏度可以自由調(diào)節(jié),有良好的早期黏結(jié)強(qiáng)度等優(yōu)點(diǎn)。聚醋酸乙烯乳液可單獨(dú)使用,也可與脲醛樹脂摻混,主要用于木材的黏結(jié)。例如,膠合板、塑料層合板等木材與木材、木材與塑料薄膜的黏結(jié)加工。與脲醛樹脂并用不僅可以降低成本,還可以提高黏結(jié)層的抗水性和耐熱性。聚醋酸乙烯乳液還可用作紙張的黏結(jié),用于自動(dòng)包裝、硬紙板加工、鋁箔與玻璃紙的層壓等。

醋酸乙烯與其他單體共聚可以制得多種乳液膠粘劑。將醋酸乙烯與乙烯共聚,可以制得EVA乳液膠粘劑。由于在醋酸乙烯中引入了乙烯,使醋酸乙烯基間的距離拉大,因而空間位阻減小,使聚合物主鏈變得柔軟,起到內(nèi)增塑的作用。EVA乳液膠膜能耐寒、耐酸、耐堿,對(duì)氧、臭氧和紫外線較穩(wěn)定,與其他樹脂相溶性好,無毒、儲(chǔ)存期較長,低溫成膜性較好,可用于黏合紙板和加工紙、紙箱的封合、纏管、貼標(biāo)簽、貼包裝盒開窗薄膜及塑料薄膜、無紡布、鋁箔等的黏結(jié)。

熱塑性品種之二是溶劑型膠粘劑。溶劑型膠粘劑是包裝中比較常用的一類膠粘劑。將熱塑性聚合物、天然橡膠或合成橡膠等物質(zhì)用適當(dāng)?shù)娜軇┤芙?,即可制成溶劑型膠粘劑。大部分溶劑型膠粘劑是以有機(jī)溶劑為溶劑,也有部分以水為溶劑。溶劑型膠粘劑主要有以下兩類。

?聚乙烯醇溶劑型膠粘劑。聚乙烯醇的單體是不穩(wěn)定的,因此它不能由單體直接聚合而制得,而是由醋酸乙烯在甲醇中的聚合物經(jīng)水解而制得。

?纖維素衍生物溶劑型膠粘劑。纖維素衍生物樹脂及混合纖維素樹脂都可以制成溶液型膠粘劑。包裝工業(yè)中常用的纖維素衍生物膠粘劑有下面四種。

其一,硝酸纖維素膠粘劑。它是由低硝化度的纖維素、增粘劑、溶劑及其他助劑配制而成。溶劑主要有丙酮、醋酸乙酯、甲乙酮、乳酸乙酯等。

其二,醋酸纖維素膠粘劑。這種膠粘劑是由醋酸纖維素溶解于丙酮、醋酸乙酯等溶劑中而成。醋酸纖維素由于其黏度較高,使用時(shí)必須要加稀釋劑才能使用。

其三,乙基纖維素膠粘劑。這種膠粘劑是纖維素醚類膠粘劑的代表,具有很好的撓曲性和耐化學(xué)介質(zhì)性,適用于紙加工、織物類及金屬箔等的黏結(jié)。

其四,甲基纖維素膠粘劑。甲基纖維素的水溶液加熱后黏度下降,然后突然凝膠化,冷卻后又分解恢復(fù)成黏液狀。甲基纖維素膠粘劑可用作紙張的耐油膠粘劑,也可用作淀粉、糊精、骨膠、合成樹脂乳液及橡膠樹脂乳液膠粘劑的增稠劑及保護(hù)膠體。

溶劑型膠粘劑除上面介紹的兩類外,還有聚醋酸乙烯、聚丙烯酸酯、聚酰胺等。

聚酯酸乙烯溶劑型膠粘劑用于黏合玻璃紙、紙、織物及某些塑料。聚丙烯酸酯主要用于黏結(jié)塑料、有機(jī)玻璃、紙、玻璃紙等。

熱塑性品種之三是熱熔型膠粘劑。這是一種以不含溶劑或水的熱塑性樹脂為基材的固體膠粘劑。其受熱時(shí)熔融,與被黏物黏結(jié),黏結(jié)界面在冷卻后固化,而且具有一定的黏結(jié)強(qiáng)度。這類膠粘劑又稱為熱熔膠。

熱熔型膠粘劑屬多組分膠粘劑。它以熱塑性樹脂為黏結(jié)料,加入增粘劑和石蠟等配制而成。按不同性能要求,可適量加入增塑劑、抗氧劑和填料等。

由于熱熔型膠粘劑具有固化速度快、多功能、黏結(jié)范圍廣等特點(diǎn),在包裝、紙制品加工、木工、纖維加工等部門已有很長的應(yīng)用歷史。目前又在某些領(lǐng)域中開拓了新的用途。例如,罐頭的封合,過去全都采用機(jī)械方法,現(xiàn)已采用熱熔型膠粘劑黏結(jié)。

(2)熱固性樹脂膠粘劑

熱固性膠粘劑是以熱固性高分子化合物為主要黏結(jié)物質(zhì)的膠粘劑,可以是單組分的,也可以是兩種以上組分的。

大多數(shù)熱固性樹脂膠粘劑是由含多官能團(tuán)的線性聚合物或單體,在固化劑或引發(fā)劑的作用下,發(fā)生不可逆的化學(xué)反應(yīng),或在加熱等其他因素的作用下轉(zhuǎn)變成不溶不熔物,從而獲得一定的黏結(jié)能力。

熱固性膠粘劑耐熱性、耐水性及耐腐蝕性好,蠕變小,黏結(jié)強(qiáng)度高,常用于要求強(qiáng)度高的結(jié)構(gòu)件的黏結(jié)。對(duì)于主要是薄膜、金屬箔、紙和片材的黏結(jié),熱固性膠粘劑一般應(yīng)用得較少。

用作熱固性膠粘劑的主要樹脂有:氨基樹脂、酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、聚氨酯樹脂等。

(3)復(fù)合型樹脂膠粘劑

熱塑性樹脂膠粘劑和熱固性樹脂膠粘劑各有其特點(diǎn),為了在某些特殊的場合及在結(jié)構(gòu)件上應(yīng)用,往往需要具有綜合性能的膠粘劑——復(fù)合型樹脂膠粘劑。復(fù)合型樹脂膠粘劑品種很多,在包裝中使用最多的是乙烯醋酸乙烯共聚物、丁腈酚醛樹脂等。乙烯—醋酸乙烯共聚物在前面已介紹過,下面只介紹丁腈一酚醛樹脂。

丁腈橡膠因含有腈基,因而對(duì)金屬有很好的黏合強(qiáng)度。如果再加上羧基,則使金屬的黏結(jié)性有進(jìn)一步的提高。用這樣的活性基化合物與酚醛樹脂復(fù)合,在加熱時(shí)一方面酚醛與丁腈橡膠中的雙鍵結(jié)合而固化,另一方面丁腈橡膠中的腈基與酚醛樹脂的羥甲基反應(yīng),具有和硫化同樣的交聯(lián)作用,以此形成很高的膠粘效果。

2.天然膠粘劑及無機(jī)膠粘劑

天然膠粘劑是人類應(yīng)用最早的膠粘劑,按來源可分為動(dòng)物膠、植物膠和礦物膠等。而按化學(xué)結(jié)構(gòu)可分為葡萄糖衍生物、氨基酸衍生物及其他天然樹脂等。無機(jī)膠粘劑也稱為無機(jī)膠,例如,水泥、石膏、水玻璃及其他無機(jī)膠粘劑等都有非常廣泛的應(yīng)用范圍。

(1)葡萄糖衍生物膠粘劑

從植物中提取出的膠質(zhì)多數(shù)是葡萄糖衍生物,它包括淀粉、糊精、阿拉伯樹膠及海藻酸鈉等。

淀粉糊在熱的時(shí)候黏度較低,冷卻時(shí)黏度和凝膠強(qiáng)度都增大。以尿素、硫脲作糊化劑時(shí)黏度較低,而以硼砂與氧結(jié)合,則具有交聯(lián)效果,使糊液黏度升高,在達(dá)到一定濃度時(shí)流動(dòng)性消失。

(2)氨基酸衍生物膠粘劑

氨基酸衍生物膠粘劑是主要由氨基酸組成的蛋白質(zhì)類膠粘劑,用于包裝中的這類膠粘劑主要有酪朊、骨膠等。

酪朊又稱酪素或干酪素,是動(dòng)物乳汁中的含磷蛋白。在牛乳中約占3%,以酸性懸浮的酪朊鈣形式存在,是酪朊的主要成分。系無嗅無味、白色至黃色的透明固體或粉末,密度為1.25~1.31g/cm3。溶于稀堿液、堿性碳酸鹽溶液和濃酸,在弱酸中沉淀;不溶于水、醇及醚,有吸濕性,干燥時(shí)穩(wěn)定,潮濕時(shí)易于變質(zhì)。與蛋類蛋白質(zhì)不同的是,加熱不易凝固。

酪朊使用時(shí)先加水使其膨脹,再加入一些堿性附加劑使其易于溶解,然后加熱、攪拌,使其配成25%的溶液。新加的堿性附加劑可選用硼砂、氨水、氫氧化鈉、磷酸鈉、碳酸鈉、硅酸鈉等。

酪朊膠粘劑特別適用于木材制品(包括軟木、紙張、膠合板、纖維板等)的黏結(jié)加工,以及木材與金屬、陶瓷、塑料、玻璃等異種材料的黏結(jié)。若在酪朊膠粘劑中加入橡膠乳液等柔軟的膠粘劑,將會(huì)產(chǎn)生更好的效果。?骨膠是骨膠朊衍生的蛋白質(zhì)的總稱,屬于硬蛋白,水解后變?yōu)槊髂z。明膠除純度高、品質(zhì)好以外,與骨膠沒有明顯的區(qū)別。

骨膠對(duì)皮革、紙張、金屬、木材等都有很強(qiáng)的黏合力,被廣泛用于包裝中。例如,膠合板、木材的黏結(jié),可涂在紙的背面制成膠粘帶,用以密封硬紙板及皺紋紙的包裝箱,也可用于紙袋、紙盒的黏結(jié)。

(3)其他天然樹脂

在天然膠粘劑中,除葡萄糖衍生物、氨基酸衍生物外,還有一些其他的動(dòng)植物樹脂和礦物樹脂,如木素、單寧、生漆、松香、蟲膠、瀝青等。在實(shí)際包裝工業(yè)中生漆、松香、蟲膠、瀝青使用較多,如松香樹脂膠粘劑可直接用于金屬材料,尤其是金屬箱包裝材料的黏結(jié)。蟲膠膠粘劑特別適用于金屬的黏結(jié)及塑料等的黏結(jié)。?無機(jī)膠粘劑。這是包括范圍相當(dāng)廣泛的一類黏結(jié)材料,如水泥、石膏、硅酸鹽等。這里介紹包裝中使用的硅酸鈉(水玻璃,俗稱泡化堿)膠粘劑。

硅酸鈉是由硅石與苛性鈉(或蘇打)加熱熔融制得的無色、無臭、呈堿性的粘稠狀溶液,它能以任何比例與水溶解。硅酸鈉的黏結(jié)強(qiáng)度比淀粉高,但比骨膠、酪朊等差。干燥后的膠膜是脆性的,而且不溶于水,耐熱、耐火性很好。硅酸鈉膠液呈堿性,易污染被黏物品,這是它的主要缺點(diǎn)。

硅酸鈉膠粘劑主要用于瓦楞紙板的制造,也可作層合膠粘劑生產(chǎn)堅(jiān)固的硬紙板,還可作螺旋紙管的膠粘劑。此外,硅酸鈉也可作為其他膠粘劑的添加劑,例如可加入到干酪素或糊精膠粘劑中。

3.橡膠類膠粘劑

橡膠是一類對(duì)各種物質(zhì)都有良好黏結(jié)性能,而且是初期黏結(jié)力大的膠粘劑。同時(shí)橡膠所具有的彈性,對(duì)不同膨脹系數(shù)材料的體積收縮或膨脹,對(duì)耐沖擊與震動(dòng)的部件,都有相當(dāng)出色的緩沖作用。但天然橡膠耐油和耐溶劑性能很差,與之接觸會(huì)明顯地膨脹或溶解。因此,在實(shí)際應(yīng)用中都采用改性橡膠膠粘劑或合成橡膠膠粘劑。在包裝中使用較多的是丁腈橡膠膠粘劑和丁苯橡膠膠粘劑等。

(1)丁腈橡膠膠粘劑

丁腈橡膠是由丁二烯和丙烯腈乳液聚合的共聚物。丁腈橡膠膠粘劑一般以丁腈橡膠為主體。為了提高黏結(jié)強(qiáng)度,可加入改性樹脂,如改性酚醛樹脂、醇酸樹脂、聚氯乙烯樹脂等。為了提高與金屬的黏合性,可加入氯化橡膠。為了改進(jìn)黏附性,還可使用雙酯類、松脂酸或豆酮樹脂等。為了增加柔軟性和耐寒性,可使用鄰苯二甲酸二丁酯等。為了提高丁腈橡膠膠粘劑的穩(wěn)定性,可使用三甲基二氫喹啉等防老化劑。

丁腈橡膠膠粘劑的外觀層是淡棕色到深棕色的黏稠液體,固含量為25%~30%,噴涂用的黏度為150~500cp,刷涂用的黏度為1500~4000cp。儲(chǔ)存穩(wěn)定性較差,儲(chǔ)存期一般不宜超過半年。

丁腈橡膠在常溫下的耐水性很出色,可以在高溫場合下長期應(yīng)用,但是在40℃以上的水中或在較高溫度的水蒸氣中強(qiáng)度就會(huì)下降。它還有良好的耐化學(xué)介質(zhì)性,耐油性也比其他膠粘劑要好。

丁腈橡膠膠粘劑可根據(jù)用途制成溶液型、乳液型或低聚合度液態(tài)三種類型,適用于金屬、塑料,尤其適用于黏結(jié)聚氯乙烯板材、聚氯乙烯泡沫塑料、聚氯乙烯織物等軟質(zhì)聚氯乙烯材料。例如,聚氯乙烯與金屬、木材、硬質(zhì)纖維板等制造的復(fù)合材料。

(2)丁苯橡膠粘劑

丁苯橡膠是由丁二烯與苯乙烯在25℃~50℃以上(高溫丁苯橡膠)或在10℃以下(低溫丁苯橡膠)乳液聚合制得的無規(guī)共聚物。

丁苯橡膠的固有黏附性較差,所以很少單獨(dú)作膠粘劑使用,大多采用其他樹脂來改進(jìn)如黏附性、內(nèi)聚強(qiáng)度和耐熱性等這樣一些性能。提高丁苯橡膠膠粘劑性能的樹脂有松香、松香酯和一些熱塑性酚醛樹脂等。

丁苯橡膠可溶解于烴類溶劑中,并很容易分散而得到低黏度的膠液。丁苯橡膠可以通過下述方式制成膠粘劑。

?直接輥壓在黏附物件或包裝物上。

?與增黏樹脂一起分散和溶解于溶劑中形成膠粘劑溶液。

?與乳化劑一起分散于水中制成乳膠。

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