双组份聚氨酯胶粘剂的粘接机理与剥离强度 -欧洲杯投注网址

由于聚氨酯胶粘剂的分子结构中含有活性很高的极性基因异氰酸酯基因，所以此类胶粘剂可粘接的基材品种广泛，如：金属、塑料、木材、纸张、织物、陶瓷、玻璃等，在软复合材料中常用的基材有一大类：塑料、铝箔，而用得最多的当属塑料。怎样才能获得一个性能优异的软包装呢?下面从几个方面对粘接这一现象进行微观的分析。

粘接基材的选择

   为了使两种基材在胶粘剂的作用下牢固的粘接在一起，首先一个必要的条件就是要使胶粘剂能够在固体表面上实现完全浸润，即要获得一个均匀、完整的胶膜。只有使胶粘剂完全润湿基材表面，才能使各种机理发挥作用，这是要获得最佳粘接效果的前提。如果浸润不完全，在胶膜断开的地方会产生很多应力集中点，变小时则极易从该处发生破坏，那么粘接强度也就会下降很多。那么一个液体怎样才能在一个固体表面自动铺展呢?杨氏润湿平衡方程，描述了当一滴液体滴在固体表面上，液体对固体表面发生浸润，达到平衡时，固体、液体及界面的表面张力之间遵循的关系。

    当胶粘剂的表面张力与基材的表面张力相同时，胶粘剂对基材表面实现了完全润湿，此时粘接强度最大。已知聚氨酯胶粘剂的表面张力在40达因左右，因此，若想使其在基材表面完全润湿，复合基材的表面张力也要达到40达因左右，才能实现完全润湿。

   软包装常用的两大基材中，铝箔现在因其不可替代的性能，正在被越来越多的使用。铝金属属于高表面材料，其纯金属的表面张力达到1909达因，但因其极易被氧化，在它的表面通常总是有一定厚度的氧化层。另外，在其生产过程中因为大量使用润滑油，如果后期没有清洗彻底，残留的油渍会影响到铝箔的表面张力，通常生产厂家将其分为四级，a、b、c、d。那么用于复合的基材，要选a、b级的产品，c、d级的产品就不能保证涂布效果，也就保证不了粘接牢度。另外铝箔的贮运过程中，包装要严密，贮存期不要过长，以免表面生成过厚的氧化膜，影响复合效果。各种是包装复合基材的主流，而塑料膜的表面张力因其化学结构不同而不同，从微观角度讲只有改变其表面的化学结构才能使其表面张力发生变化。

   一些基材的原始表面张力是低于聚氨酯胶粘剂的表面张力40达因很多的，那么这些基材要想用于复合就必须将其表面张力提高到38达因以上，否则无法使胶粘剂在其表面实现润湿，也就达不到高的复合牢度。通常最常用的办法是采用电晕处理。在高压电场下，空气中的氧气变成臭氧，臭氧又分解成氧气和新生态的氧原子。这种新生态的氧原子是十分强烈的氧化剂，使低表面能的基材表面发生氧化，氧化后的表面分子极性增大，表面张力提高，这样就可以使胶粘剂达到润湿了。但是需要明确的是，这种表面张力是不稳定的，如果处理后没有及时复合，在放置过程中这种张力是会随时间延长而衰减的，因此放置时间一般不超过7天为宜。如果放置时间长了，使用前一定要用表面张力测试液测试，如果表面张力小于38达因则需要重新进行电晕处理，否则不能复合。

   另外，电晕处理时，高压电场下电子流对基材表面进行轰击，还可以引起表面起毛，起到了糙化表面的作用。这种物理形态的变化增加了表面积，对润湿是有增强作用的，同时凸凹的表面对粘胶剂的“锚固”作用也是有利的。

粘接力的形成机理

    在基材表面张力符合要求的前提下，胶粘剂在基材表面上形成了均匀、完整的胶膜，二种基材在复合压力作用下有了充分紧密的接触条件，此时在粘接界面上便发生了一系列的物理作用和化学反应，这些反应的集合体现就形成了粘接力。

   1．分子间力

   当分子之间距离达到1nm时，分子间产生了分子间作用力，这种分子间力是粘接力的主体来源。聚氨酯中含有异氰酸酯基，它的反应活性极高，当它与基材表面接触时，能与基材表面吸附生成牢固的脲键，胶粘剂中的氨酯键、酯键、醚键等又可与基材表面的极性基团形成氢键。从而进一步增加剥离强度。

2．机械作用力

在显微镜下看，任何固体表面都不是绝对光滑的，它由无数的峰谷组成，当胶粘剂把这些峰谷灌满并固化后，便形成了无数个微型的“锚钉”，将两种基材牢牢地锁在了一起，这就从物理力学方面加强了粘接效果，这种力也是粘接力的一个重要部分。应当说明的是，对于塑料薄膜上的胶粘剂层这种机械作用是十分有限的，并不是决定剥离最终强度的因素，而只是增加牢度的方法而已。当然对于多孔性材料如织物或纸类机械作用是十分重要的了。

3．扩散作用力

当胶粘剂与基材紧密接触时，由于分子的热运动，在界面上产生互相扩散作用，越是相容性接近的，则扩散越容易进行，同时胶粘剂分子量越低也越利于扩散。而基材属于高度结晶分子结构的，由于其分子键堆集紧密，则不易发生分子间的扩散作用。例如聚酯，虽然它属于高表面能材料，但它粘接起来，并不容易。原因就是它是属于高结晶度的分子结构，材料非常紧密。扩散作用使得界面模糊，你中有我，我中有你，这种作用力，也是粘接力形成的一部分。

   关于粘接机理方面，有多种理论解释，因为粘接现象的复杂性和现代科学水平及检测手段的局限性，目前各种理论解释也属各家之言，见仁见智，供大家参考。

影响粘接剥离强度的因素分析

    1．基材表面张力的影响

   因为聚氨酯胶粘剂的表面张力在40达因左右，那么被粘基材表面就一定要达到40达因左右，这样粘接才有前提。如果被粘基材是金属，从材质上说它本身属高能表面，但要注意其清洁度和氧化情况，要保持胶粘剂与其表面的浸润接近于零，也就是说不完全浸润。

   如果被粘基材是，那么其电晕处理的效果是很重要的，尤其是一些结构上就属低表面能的材料，如：、等，就必须进行足够的表面活化，使其变成高表面能的表面，方能用于复合。

    2．基材化学结构的影响

   ①高分子塑料膜，就其大分子结构而言，有极性和非极性之分，聚酯、尼龙属极性分子，而pe、pp属于非极性分子，而聚氨酯胶粘剂属于极性分子，因为它对于极性分子结构的材料润湿性就好。当然对非极性分子结构的材料润湿就不好，要是采取润湿好的非极性分子胶粘剂，润湿性倒是提高了，但粘接力形成就主要靠分子间的色散力了。而极性分子的偶极取向力，还有与极性基团之间的氢键力就不存在了，这样的结果，就是粘接力大大降低了。要想获得高强度的粘接效果，就必须将非级性分子材料表面处理成有极性基团的，提高其表面极性，增加表面张力，，使用极性胶粘剂进行粘接。极性强的分子内聚能高、分子间作用力大、对于极性被粘物粘结强度就大，如聚酯型比聚醚型的聚氨酯粘结强度就大。

   ②迁移与粘合压力：许多高聚物材料均含有各种增塑剂、抗氧剂、滑爽剂、抗静电剂等。这些助剂容易从高聚物内部迁移出来，迁移出的小分子助剂、聚集在界面上就会影响、与被粘材料的粘结强度。在粘结时向粘结面施加一定的压力，可使粘合剂更容易充满被粘物表面上的坑洞，增加接触面、剥离强度。当粘合剂粘度较小时，加压会使粘合剂过度的流淌，造成缺胶。应当施加较小压力或粘度上升后再加压力，对于粘度较高或固体粘合剂可施加高的压力。最终目的是增加复合结构的剥离强度。

   3．弱界面层的影响

   弱界面层是由于基材、胶粘剂及环境中的低分子物或各种杂质通过渗析、吸附在界面上产生了密集层，影响了胶粘剂基材之间的相互接触，并且它们对基材的吸附力大于对胶粘剂的吸附力，在界面上形成了低分子物的吸附层，对胶粘剂分子起到吸附作用，大大降低了粘接力，在生产实践中的一些失败的粘接就是由此引起的。

   所以我们现在特别强调，制造商对原材料的购买一定要有认真的检测，并且符合国家标准或国际标准。在实际的加工过程中更应该。注意生产工艺的控制。对产品进行有效的监控，防止使用时出问题。

4．涂胶量的影响

     涂胶量决定了粘合剂层的厚度，关键是保证涂胶均匀、无气泡无缺陷。如果胶层太薄、粘合剂不能够填满材料表面上的孔洞、产生空缺现象，剥离强度自然无法得到保障。涂胶网线辊的深度、形状、实际工作浓度决定涂胶量。如果是网线辊刮刀上胶，刮刀的角度大小也影响上胶量。而非刮刀转移上胶，上胶压辊的压力大小直接影响上胶量。所以要想获得高强度和表观质量很好的产品，就应该从方方面面开展好工作。

   5．温度和湿度的影响

   这是个比较笼统的概念，有两个方面：“高温中的粘合剂会发生一定程度的降解，粘结性能降低、较高的温度还会使胶膜层发生变形，使内聚能下降。温度会使粘合剂进一步交联，使可迁移和挥发成份逸出，都会使黏合剂性能发生变化。湿度太大，一些高分子材料，尤其是含酯键的聚氨酯粘合剂在湿度环境下，会发生水解而丧失强度和硬度。所以实际胶水在温度上都有一定的局限性，这就要求软生产企业严格进行工艺操作。这方面在高温蒸煮胶就很明显。如蒸煮后发生脱层、油墨发生转移等质量现象；实际操作环境温湿度的影响，双组份粘合剂操作一般要求环境温度在21—23℃、相对湿度在40％，温湿度过高过低都将影响产品质量。湿度大产品表面容易形成一层水蒸汽，影响粘结力影响剥离强度。特别是现在梅雨季节将临，软包装企业更应该注意胶水的密封、溶剂的保存，目的是防止因为湿度过大水分进入，消耗一定的固化剂影响强度。

   6．双组份聚氨酯胶水涂布工艺的影响

    谈及工艺问题就比较复杂，这同样是个笼统的概念。不同的复合结构，应该有不同的工艺控制问题。这就要求我们具备丰富的实战经验。主要是工艺上温度的控制、网线辊的选择和涂胶量的控制、材料上的配伍性。温度的控制包括复合温度与熟化温度。网线辊选择包括网线多少、深度。一般复合普通轻包装opp／pe、opp／cpp、／cpp、pet／vmpe／pe结构，上胶量控制在2—2．5就可以；如果复合蒸煮包装结构：pet／al／ny／cpp、pet／al／cpp等等则要求上胶量在4．5—5．5克，这也是保证剥离强度的关键。材料上的配伍性问题主要包括：油墨、胶水、材料、溶剂等几个方面。如果做高温蒸煮袋，使用表印油墨、或不耐高温的胶水剥离强度问题就无从谈起。所以这也充分说明现在技术、认识性等深层次问题就显得很重要了。

   双组份粘合剂在实际使用过程中，要想达到优质的复合效果必须注意环节问题，对于剥离强度问题在实际的工作上都要好好进行经验的总结。