由能分散或能溶解于水中的成膜材料制成的膠粘劑就是水基膠粘劑,也常常稱為水性膠粘劑。其中,成膜材料一般都是有機聚合物。動物膠、淀粉、糊精、血清蛋白、白蛋白、甲基纖維素及聚乙烯醇都屬于此類膠粘劑,還有一些酚醛與脲醛樹脂的可溶性中間體亦屬于此類。有些膠粘劑成膜材料能借助堿液溶解或分散在水中,此類的例子有酪蛋白、松香、蟲膠、含有羧基的乙酸乙烯酯或丙烯酸酯的共聚物(如含巴豆酸、甲基丙烯酸或馬來酸酐者),以及羧甲基纖維素等。
有許多水基膠粘劑都是從膠乳制得的。起初膠乳指來自橡膠樹的天然橡膠分散液。現(xiàn)在該術(shù)語也用來指通過乳液聚合制得的合成樹脂和合成橡膠乳液。這樣的膠乳例子包括由丁二烯.苯乙烯、丁二烯-丙烯腈、氯丁二烯等乳液聚合的合成橡膠;還有由乙酸乙烯酯、(甲基)丙烯酸(酯)、氯乙烯、偏二氯乙烯和苯乙烯等乳液聚合的合成樹脂。
通過將固體橡膠或樹脂乳化或分散也可制得水性分散液。再生膠、丁基膠、松香、松香衍生物、瀝青、煤焦油,以及從煤焦油和石油衍生的合成樹脂的分散液可通過此法制得。20世紀70年代,以固體橡膠為基料和多種添加劑配制而成的水基膠即已面世,其中還可添加合成烴類樹脂或松香皂衍生物來增大強度特性。
這些水分散型水基膠粘劑使用水作為其流動載體,其膠粘劑粒子分散在水中,從而降低膠體粘度,使其能以不同厚度用于各種被粘物。在膠粘劑固化期間,流動載體的揮發(fā)一般發(fā)生于大烘箱中,但揮發(fā)與固化也能發(fā)生在溫和、無加熱的開放條件下。
需要指出的是,現(xiàn)有水基膠粘劑并非都是l00%無溶劑的,可能含有有限的揮發(fā)性有機化合物作為其水性介質(zhì)的助劑,以便控制粘度或流動性等。
綜上所述,水基膠粘劑可作如下分類。
(1)水溶液型水基膠粘劑 包括如下種類。
①天然或改性天然高分子的水溶液 如有些淀粉或糊精、纖維素及蛋白質(zhì)類膠粘劑。
②合成聚合物的水溶液如聚乙烯醇(PVA)等。
(2)水分散型或乳液型水基膠粘劑 包括如下種類。合成樹脂膠乳,如聚乙酸乙烯酯(PVAC)、聚丙烯酸酯類等.合成橡膠膠乳,如丁苯、丁腈、氯丁橡膠膠乳等。
(3)固體橡膠或樹脂經(jīng)乳化或分散所制得的水性分散液如水基再生膠或丁基膠等。
(4)其他如水基聚氨酯,既可在非連鎖聚合的合成期間乳化或分散制得,也可用已制成的離子型聚氨酯固體再乳化或分散制得。
此外還有水性無機粘接劑,主要是硅酸鹽或水玻璃類粘接劑。但嚴格說來,它們不屬于膠粘劑(Adhesives)范疇。
其中,水分散型水基膠粘劑種類繁多,性能各異,用途廣泛,配方與制備技術(shù)亦較復(fù)雜,代表著膠粘劑無溶劑水基化的發(fā)展主流。按照其中高分子的親水性和水分散性又可分為自乳化型與外加乳化劑(表面活性劑)乳化分散型水基膠粘劑,還可按乳化劑類型分為陽離子型、陰離子型和非離子型等。而由水溶性聚合物制得的水溶液型水基膠粘劑因耐水性一般較差,用途與發(fā)展?jié)摿τ邢蕖?
值得注意的是,膠粘劑可按化學組成、功用、物理形式、固化方式等不同方式分類和描述(表1)。按固化方式可分為溶劑基、水基、熱熔、壓敏、反應(yīng)型、厭氧及紫外固化膠等。大多數(shù)膠粘劑在不同類別中互有重疊,有些合成聚合物既可配制成溶劑基膠粘劑,也可配制成水基膠粘劑,故難以指定某特定高分子為溶劑基或水基膠粘劑。另外,有些水基膠可以制成固體形式售出,使用時再加水溶解或分散。水基丙烯酸系壓敏膠也在大量生產(chǎn)。用于水基和溶劑基膠粘劑的主要聚合物列于表2中。
表1膠粘劑的分類方法
分類方法
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特 征
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例 子
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按
化
學
組
成
分
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熱固性
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在升溫下不可逆固化,升溫與加壓后不能流動
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氰基丙烯酸酯、脲醛、環(huán)氧、丙烯酸
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熱塑性
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在升溫下軟化與流動
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乙酸纖維素、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醇
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彈性體
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有極好柔韌性與剝離強度的高彈性物
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合成與天然橡膠、聚丁二烯
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合金膠
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兩種不同樹脂的混合物
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環(huán)氧.酚醛、丁腈.酚醛
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按
功
用
分
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結(jié)構(gòu)膠
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用于工業(yè)裝配中,幫助維持產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)整體性
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聚氨酯、環(huán)氧、酚醛、聚酰亞胺、丙烯酸酯類
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非結(jié)構(gòu)膠
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使輕質(zhì)材料結(jié)合在一起
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動物與植物產(chǎn)品膠
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按
物
理
形
式
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液體膠
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低粘度
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聚乙酸乙烯酯
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糊狀膠
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高粘度
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淀粉
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膠帶膠
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膜狀
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粉末膠
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粉、粒狀
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丙烯酸酯、苯乙烯系嵌段共聚物
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表2用于水基和溶劑基膠粘劑的主要聚合物
水基型
淀粉與糊精
樹膠
動物膠
白蛋白
硅酸鈉
酪蛋白
羧甲基纖維素鈉
木質(zhì)素
聚乙烯醇
溶劑基型
硝化纖維素
乙酸丁酸纖維索酯
再循環(huán)橡膠
聚異丁烯
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水基或溶劑基劑
聚乙酸乙烯及共聚物
聚丙烯酸酯與聚甲基丙烯酸酯
聚氨酯
聚氯乙烯及共聚物
聚乙烯基醚
聚偏二氯乙烯及共聚物
聚酰胺
脲醛與酚醛
松香酯
天然橡膠
丁苯橡膠
丁基橡膠
氯丁橡膠
丁腈橡膠
再生橡膠
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值得指出的是,生命體內(nèi)的膠粘劑與人類最早應(yīng)用的膠粘劑(如骨膠、蛋清、漿糊等)都不是溶劑基膠粘劑,而主要是水基膠粘劑。"大自然是最高明的老師",它似乎早已昭示了膠粘劑的正確發(fā)展方向之一——水基膠粘劑。深入研究這些天然或生物膠粘劑,人類在無溶劑型膠粘劑的發(fā)展中會少走許多彎路,并將取得更快更大的進步。在人類正邁向"智能材料時代之際,仿生、機敏或智能型膠粘劑的研制與開發(fā)將離不開水基膠粘劑的大發(fā)展。
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