由于聚氨酯膠粘劑的分子結(jié)構(gòu)中含有活性很高的極性基因異氰酸酯基因,所以此類膠粘劑可粘接的基材品種廣泛,如:金屬、塑料、木材、紙張、織物、陶瓷、玻璃等,在軟包裝復(fù)合材料中常用的基材有一大類:塑料、鋁箔,而用得最多的當(dāng)屬塑料。怎樣才能獲得一個(gè)性能優(yōu)異的軟包裝呢?下面從幾個(gè)方面對(duì)粘接這一現(xiàn)象進(jìn)行微觀的分析。粘接基材的選擇 為了使兩種基材在膠粘劑的作用下牢固的粘接在一起,首先一個(gè)必要的條件就是要使膠粘劑能夠在固體表面上實(shí)現(xiàn)完全浸潤,即要獲得一個(gè)均勻、完整的膠膜。只有使膠粘劑完全潤濕基材表面,才能使各種機(jī)理發(fā)揮作用,這是要獲得最佳粘接效果的前提。如果浸潤不完全,在膠膜斷開的地方會(huì)產(chǎn)生很多應(yīng)力集中點(diǎn),變小時(shí)則極易從該處發(fā)生破壞,那么粘接強(qiáng)度也就會(huì)下降很多。那么一個(gè)液體怎樣才能在一個(gè)固體表面自動(dòng)鋪展呢?楊氏潤濕平衡方程,描述了當(dāng)一滴液體滴在固體表面上,液體對(duì)固體表面發(fā)生浸潤,達(dá)到平衡時(shí),固體、液體及界面的表面張力之間遵循的關(guān)系。 當(dāng)膠粘劑的表面張力與基材的表面張力相同時(shí),膠粘劑對(duì)基材表面實(shí)現(xiàn)了完全潤濕,此時(shí)粘接強(qiáng)度最大。已知聚氨酯膠粘劑的表面張力在40達(dá)因左右,因此,若想使其在基材表面完全潤濕,復(fù)合基材的表面張力也要達(dá)到40達(dá)因左右,才能實(shí)現(xiàn)完全潤濕。 軟包裝常用的兩大基材中,鋁箔現(xiàn)在因其不可替代的性能,正在被越來越多的使用。鋁金屬屬于高表面材料,其純金屬的表面張力達(dá)到1909達(dá)因,但因其極易被氧化,在它的表面通??偸怯幸欢ê穸鹊难趸瘜印A硗?,在其生產(chǎn)過程中因?yàn)榇罅渴褂脻櫥?,如果后期沒有清洗徹底,殘留的油漬會(huì)影響到鋁箔的表面張力,通常生產(chǎn)廠家將其分為四級(jí),A、B、C、D。那么用于復(fù)合的基材,要選A、B級(jí)的產(chǎn)品,C、D級(jí)的產(chǎn)品就不能保證涂布效果,也就保證不了粘接牢度。另外鋁箔的貯運(yùn)過程中,包裝要嚴(yán)密,貯存期不要過長,以免表面生成過厚的氧化膜,影響復(fù)合效果。各種塑料膜是包裝復(fù)合基材的主流,而塑料膜的表面張力因其化學(xué)結(jié)構(gòu)不同而不同,從微觀角度講只有改變其表面的化學(xué)結(jié)構(gòu)才能使其表面張力發(fā)生變化。 一些基材的原始表面張力是低于聚氨酯膠粘劑的表面張力40達(dá)因很多的,那么這些基材要想用于復(fù)合就必須將其表面張力提高到38達(dá)因以上,否則無法使膠粘劑在其表面實(shí)現(xiàn)潤濕,也就達(dá)不到高的復(fù)合牢度。通常最常用的辦法是采用電暈處理。在高壓電場(chǎng)下,空氣中的氧氣變成臭氧,臭氧又分解成氧氣和新生態(tài)的氧原子。這種新生態(tài)的氧原子是十分強(qiáng)烈的氧化劑,使低表面能的基材表面發(fā)生氧化,氧化后的表面分子極性增大,表面張力提高,這樣就可以使膠粘劑達(dá)到潤濕了。但是需要明確的是,這種表面張力是不穩(wěn)定的,如果處理后沒有及時(shí)復(fù)合,在放置過程中這種張力是會(huì)隨時(shí)間延長而衰減的,因此放置時(shí)間一般不超過7天為宜。如果放置時(shí)間長了,使用前一定要用表面張力測(cè)試液測(cè)試,如果表面張力小于38達(dá)因則需要重新進(jìn)行電暈處理,否則不能復(fù)合。 另外,電暈處理時(shí),高壓電場(chǎng)下電子流對(duì)基材表面進(jìn)行轟擊,還可以引起表面起毛,起到了糙化表面的作用。這種物理形態(tài)的變化增加了表面積,對(duì)潤濕是有增強(qiáng)作用的,同時(shí)凸凹的表面對(duì)粘膠劑的“錨固”作用也是有利的。粘接力的形成機(jī)理 在基材表面張力符合要求的前提下,膠粘劑在基材表面上形成了均勻、完整的膠膜,二種基材在復(fù)合壓力作用下有了充分緊密的接觸條件,此時(shí)在粘接界面上便發(fā)生了一系列的物理作用和化學(xué)反應(yīng),這些反應(yīng)的集合體現(xiàn)就形成了粘接力。 1.分子間力 當(dāng)分子之間距離達(dá)到1nm時(shí),分子間產(chǎn)生了分子間作用力,這種分子間力是粘接力的主體來源。聚氨酯粘合劑中含有異氰酸酯基,它的反應(yīng)活性極高,當(dāng)它與基材表面接觸時(shí),能與基材表面吸附生成牢固的脲鍵,膠粘劑中的氨酯鍵、酯鍵、醚鍵等又可與基材表面的極性基團(tuán)形成氫鍵。從而進(jìn)一步增加剝離強(qiáng)度。 2.機(jī)械作用力 在顯微鏡下看,任何固體表面都不是絕對(duì)光滑的,它由無數(shù)的峰谷組成,當(dāng)膠粘劑把這些峰谷灌滿并固化后,便形成了無數(shù)個(gè)微型的“錨釘”,將兩種基材牢牢地鎖在了一起,這就從物理力學(xué)方面加強(qiáng)了粘接效果,這種力也是粘接力的一個(gè)重要部分。應(yīng)當(dāng)說明的是,對(duì)于塑料薄膜上的膠粘劑層這種機(jī)械作用是十分有限的,并不是決定剝離最終強(qiáng)度的因素,而只是增加牢度的方法而已。當(dāng)然對(duì)于多孔性材料如織物或紙類機(jī)械作用是十分重要的了。 3.?dāng)U散作用力 當(dāng)膠粘劑與基材緊密接觸時(shí),由于分子的熱運(yùn)動(dòng),在界面上產(chǎn)生互相擴(kuò)散作用,越是相容性接近的,則擴(kuò)散越容易進(jìn)行,同時(shí)膠粘劑分子量越低也越利于擴(kuò)散。而基材屬于高度結(jié)晶分子結(jié)構(gòu)的,由于其分子鍵堆集緊密,則不易發(fā)生分子間的擴(kuò)散作用。例如聚酯,雖然它屬于高表面能材料,但它粘接起來,并不容易。原因就是它是屬于高結(jié)晶度的分子結(jié)構(gòu),材料非常緊密。擴(kuò)散作用使得界面模糊,你中有我,我中有你,這種作用力,也是粘接力形成的一部分。 關(guān)于粘接機(jī)理方面,有多種理論解釋,因?yàn)檎辰蝇F(xiàn)象的復(fù)雜性和現(xiàn)代科學(xué)水平及檢測(cè)手段的局限性,目前各種理論解釋也屬各家之言,見仁見智,供大家參考。(待續(xù))
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