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“粘合，是這樣一種狀態(tài)，即兩個不同的物體，通過緊密的界面接觸，結合在一起，致使可以通過界面?zhèn)鬟f機械力或功”。通過計算發(fā)現(xiàn)，在色散力的情況下，兩個達到分子級緊密接觸的表面之間的作用力能達到大約1500MPa。因此，有人認為，無須膠黏劑的作用，若兩個相達到分子級的緊密接觸，則只需色散力就足以形成強有力的粘合。     但是，現(xiàn)實中理想的分子級的緊密接觸無法達到。因為絕大多數(shù)表面都是微觀上凹凸不平的，當它們結合在一起，能達到分子級緊密接觸的只是極少數(shù)點。因此，有必要引入一種液態(tài)相，通過液體的流動來填滿表面上的“坑坑洼洼”，從而使表面間達到分子級的緊密接觸（如圖1所示）。扮演這個角色的液態(tài)相即是平時所說的膠黏劑。當然，液態(tài)的膠黏劑隨后必須通過某種方式固化，這樣才能有足夠的內聚強度來“傳遞機械力或功”。    由此，可以總結出形成良好粘合的兩個基本條件：a.引入液態(tài)膠黏劑，浸潤粘合表面以形成表面間的緊密分子接觸；b.粘合表面間液態(tài)膠黏劑的固化。    膠黏劑的固化決定于膠黏劑本身的特性以及被粘合表面的特性。固化的方法主要有以下幾種：    ■作為膠黏劑使用的聚合物通過升高溫度以熔融狀態(tài)涂布，當溫度降低后，熔體冷卻成固態(tài)膠黏劑膜。我們熟悉的“熱熔膠”即是以這種方式工作，常見的品種包括EVA、聚酯、聚酰胺等。    ■作為膠黏劑使用的聚合物溶解或分散在適當?shù)目蓳]發(fā)小分子液體（如水、有機溶劑等）中進行涂布，當小分子液體被吸收或揮發(fā)后形成固態(tài)膠黏劑膜。常見的品種有PVA水乳膠、大量的聚氨酯和橡膠類膠黏劑等。    ■作為膠黏劑使用的聚合物以單體或低聚物的形式（因而粘度很低）涂布，然后通過施加合適的催化劑或加熱、輻射等使其進一步聚合并交聯(lián)形成固態(tài)膠黏劑膜。常見的品種有不飽和聚酯、環(huán)氧類、聚氨酯等膠黏劑。    工業(yè)實踐可以采用以上這些基本過程中的一種，也可以幾種同時采用，軟包裝薄膜復合采用的溶液型雙組分聚氨酯膠黏劑就是同時采用后兩種，其主劑（通常為端羥基結構）和固化劑（通常為端異氰酸酯基結構，且官能度大于2）均溶于有機小分子溶劑（如醋酸乙酯、丙酮、甲苯等）中，在復合機上涂布并烘干溶劑，經(jīng)固化室放置一定的時間使其中的羥基和異氰酸酯基團發(fā)生化學反應并交聯(lián)固化。    在粘合鍵形成的整個過程中，膠黏劑對被粘合表面的浸潤、吸附以及它們之間的相互擴散是十分關鍵的。前者決定了“緊密的分子級的接觸”是否能形成以及形成的完美程度；后兩者則可以提供除范德華力以外的額外的相互作用以進一步增強粘合鍵的強度。這些過程既受膠黏劑的流變和化學性能影響，也決定于被粘合表面的表面特性，特別是表面張力的大小和化學組成。    浸潤對粘合的影響首先表現(xiàn)在不完全的浸潤可產生界面缺陷，因而使粘合鍵強度降低。浸潤的推動力是鋪展系數(shù)：    l12=g2-g1-g12    式中，g1為相1（膠黏劑）表面張力；g2為相2（被粘體）表面張力；g12為界面張力；l12為相1在相2上的鋪展系數(shù)。自發(fā)鋪展的條件是l12≥0     這是熱力學的依據(jù)，從動力學的角度，自動浸潤的速率公式為：式中，g1為膠黏劑的表面張力；h1為膠黏劑粘度；L為膠黏劑/被粘體對的動力學特性長度；θ∞為時間無窮長時的接觸角；θ為任意時刻的接觸角。    由于浸潤作用使兩相達到分子間的緊密接觸，吸附和擴散，化學反應進而可隨后發(fā)生。其程度取決于膠黏劑和被粘體的性質和粘合的條件。吸附和擴散首先服從于“相似相容”的原則。但是，無論從理論和實驗都已證明，即使是不相容的高聚物之間，局部鏈段的擴散也是容易發(fā)生的，其厚度約為10~1000。而化學反應則完全依賴于二者的官能團的特性，由于其鍵能大大高于范德華力，其對形成強有力的粘合鍵的貢獻是顯而易見的。    塑料薄膜的界面特征與可黏合性    用于復合軟包裝的主要薄膜品種中不乏聚乙烯和聚丙烯這樣著名的難黏材料。實際上，從用量上看，這兩種材料占據(jù)了復合軟包裝材料的絕大多數(shù)。它們之所以難粘，一方面是由于其表面張力低（未經(jīng)處理的聚乙烯35.7dyne/cm，聚丙烯為30.1dyne/cm），使得膠黏劑難以浸潤其表面；另一方面，在于它們都具有非極性的分子結構，與一般的膠黏劑不相容，因而無法形成強的相互作用。并且，在薄膜加工的過程中添加的開口劑和滑爽劑有向表面擴散析出的趨向，形成所謂的“弱邊界層”，將進一步使黏合強度降低。    因此，應用于軟包裝復合的聚合物薄膜材料均要進行表面處理，以改變其化學組成，增加表面能量，改善結晶形態(tài)和表面幾何性質，或是清除雜質和脆弱的邊界層。已發(fā)展并獲得工業(yè)應用的高聚物表面處理方法包括化學處理、光學處理、等離子體處理、多晶核化以及表面接枝法等。這些方法通常只引起表面層（100到100mm厚）的物理或化學變化，不影響其整體性質。    用于軟包裝的薄膜材料通常在其加工成型過程中或印刷與復合前進行電暈處理以改善可浸潤性和可黏合性。電暈處理是讓薄膜經(jīng)過一個高頻高壓放電的電場的過程，其實質是一種混合等離子體處理。研究表明，這種處理引起鏈裂解、燒蝕和交聯(lián)，其典型的氧化深度為50~500。經(jīng)電暈處理后，薄膜可黏合性得到改善的原因很多，通常被認為是引進了極性基團（即可浸潤性得到改善）；使表面發(fā)生交聯(lián)（使弱邊界層得到強化）；或是形成了永久極化的介電體；以及界面擴散（由于降低了表面粘度和由于鏈裂解而增加了分子的流動性）等等。這些影響很多都得到了實驗的驗證：如最明顯的是經(jīng)電暈處理后的聚烯烴薄膜表面張力達到了38dyne/cm甚至40dyne/cm以上；電鏡觀察到聚乙烯表面經(jīng)電暈處理后起毛、粗糙或形成了一些小圓坑；外光譜觀察到聚乙烯經(jīng)電暈處理后，表面引入了許多羰基和羧基等等。    薄膜復合的效果評價    軟包裝薄膜復合是一種典型的高分子材料之間的粘合，其效果評價首先服從于對粘合結構的一般評價標準，即傳遞機械功或力的能力，以及這種能力的耐久性。除此以外，它又有其自身的標準，即其視覺效果、柔軟性和耐后加工（主要是耐熱、耐蒸煮、抗介質、阻隔性等）的能力，以及這種能力的耐久性。    粘合的強度是在粘合結構抵抗破壞時表現(xiàn)出來的，數(shù)值上等于破壞發(fā)生時黏合層的受力大小。應該指出的是粘合的強度往往遠低于其理想（理論）強度，這是因為材料可能有缺陷或裂縫，以及因各種原因而導致的應力集中，結果，引起局部的應力超過局部強度而發(fā)生黏合鍵的斷裂。 粘合的目的是使機械功從一個物體傳遞到另一個物體。由于膠黏劑的引入，并且由于膠黏劑本身形成了一個薄的本體相層，這就使得機械功變成從一個物體傳遞到膠黏劑層，然后再從膠黏劑層傳遞到另一個物體，整個粘合體系包括了三個本體相和兩個界面，問題因此變得復雜。若施加很小的應力黏合鍵即斷裂，通常就說這個體系的粘合很“差”。但這種說法可能是錯誤的，因為斷裂可能完全發(fā)生在界面處，也可能發(fā)生在本體相中非?？拷缑娴奈恢茫蛘呖赡芡耆诒倔w相中，還可能出現(xiàn)界面破壞和內聚破壞的混合型斷裂。因此，正確的判定斷裂的部位，對理論和實際都是非常重要的，它是分析黏合問題的第一步。若已斷定斷裂是發(fā)生在鄰近界面的薄層中，并且是內聚斷裂，則主要精力應當放在強化弱邊界層上；反之，若斷裂發(fā)生在界面上，則應當設法增加界面吸引力或強化界面擴散。     軟包裝薄膜復合對黏合強度有一定的要求。由于是對聚合物基體的粘合，且膠黏劑與被黏體材料在化學性質上通常是不相容的，它們的擴散系數(shù)很小，因此形成的界面是輪廓分明的，其強度往往比較低。但由于聚氨酯膠黏劑與經(jīng)電暈處理的薄膜表面能形成一定數(shù)量的化學鍵（過量的-NCO基團與基材表面羥基反應），這種情況在一定程度上得到改善。圖2描述了復合薄膜復合強度評判中所經(jīng)常采用的T型剝離斷裂模型。從這個模型中可以看出，斷裂并非一步到位地完成。了解這一點，對于復合膠黏劑的設計和選擇是十分有益的。    作為軟包裝應用的薄膜復合，除了黏合強度外，透明度、耐熱耐水解性、抗介質性能均是很重要的質量指標。透明度的影響因素很多，首先是要求膠黏劑是非結晶性的，因而光學各向同性（這與一般的結構用膠黏劑的要求是不同的，結構用膠黏劑的結晶將大大提高初黏力和最終黏合強度，因而是有利的）。其次，就是雜質的影響，固體的異物將導致膠黏劑以此為“核”發(fā)生團聚，形成所謂的“膠核”；小的氣泡的影響與此也非常的相似。再就是膠黏劑的熔點不能太低，否則在固化的過程中發(fā)生冷流而形成所謂的“流紋”也會大大的影響復合薄膜的透明度。耐熱耐水解性、抗介質性主要是針對軟包裝制品的后加工性和包裝適應性，其影響因素是相似的，那就是膠黏劑的化學結構，特別是交聯(lián)度。  轉載自: 深圳印刷網(wǎng)