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    理论动态——影响胶粘剂粘接强度的物理因素分析
                影响胶粘剂粘接强度的主要有化学因素和物理因素,本文予以分析影响粘结强度的物理因素有哪些。一、表面粗糙度。  当胶粘剂能够良好地浸润被粘材料表面时(接触角θ<90°),表面的粗糙化有利于提高胶粘剂液体对表面的浸润程度,增加胶粘剂与被粘材料的接触点密度,增强胶粘剂与被粘基材的附着力,从而有利于提高粘接强度;反之当胶粘剂对被粘材料浸润不良时(接触角θ>90°),表面的粗糙化就不利于粘接强度的提高。二、被粘材料表面处理。  粘接前的表面处理是粘接成功的关键因素之一,其目的是能获得牢固耐久的接头。由于被粘材料存在氧化层(如锈蚀)、镀铬层、磷化层、脱模剂等形成的“弱边界层”,被粘物的表面处理将影响粘接强度。如聚乙烯表面可用热铬酸氧化处理而改善粘接强度,加热到70-80℃时处理1-5分钟,就会得到良好的可粘接表面,这种方法适用于聚乙烯板、厚壁管等。而聚乙烯薄膜用铬酸处理时只能在常温下进行,如在上述温度下进行,则薄膜的表面处理采用等离子或微火焰处理。  对天然橡胶、丁苯橡胶、丁腈橡胶和氯丁橡胶表面用浓硫酸处理时,希望橡胶表面轻度氧化,故在涂酸后较短的时间就要将硫酸彻底洗掉。过度的氧化反而在橡胶表面留下更多的脆弱结构,不利于粘接。对硫化橡胶表面局部粘接时,表面处理除去脱膜剂,不宜采用大量溶剂洗涤,以免脱膜剂扩散到处理面上妨碍粘接。  铝及铝合金的表面处理,希望铝表面生成氧化铝结晶,而自然氧化的铝表面是十分不规则的、相当疏松的氧化铝层,不利于粘接。所以需要除去自然氧化铝层,但过度的氧化会在粘接接头中留下薄弱层。三、渗透。  已粘接的接头受环境因素的作用,常常被渗进一些其他低分子。如接头在潮湿环境或水下,水分子则可能会渗透入胶层;聚合物胶层在有机溶剂中,溶剂分子渗透入聚合物中。低分子的透入先使胶层变形,然后进入胶层与被粘物界面,使胶层强度降低,从而导致粘接的破坏。  渗透不仅从胶层边沿开始,对于多孔性被粘物,低分子物还可以从被粘物的空隙、毛细管或裂缝中渗透到被粘物中,进而侵入到界面上,使接头出现缺陷乃至破坏。渗透不仅会导致接头的物理性能下降,而且由于低分子物的渗透使界面发生化学变化,生成不利于粘接的锈蚀区,使粘接完全失效。四、压力。  在粘接时向粘接面施以压力,使胶粘剂更容易充满被粘体表面上的坑洞,甚至流入深孔和毛细管中,减少粘接缺陷。对于粘度较小的胶粘剂,加压时会过度地流淌而造成缺胶。因此应待粘度较大时再施加压力,也促使被粘体表面上的气体逸出,减少粘接区的气孔。 对于较稠的或固体的胶粘剂,在粘接时施加压力是必不可少的手段。在这种情况下,常常需要适当地升高温度,以降低胶粘剂的稠度或使胶粘剂液化。例如,绝缘层压板的制造、飞机旋翼的成型都是在加热加压下进行。  为了获得较高的粘接强度,对不同的胶粘剂应考虑施以不同的压力。一般对固体或高粘度的胶粘剂施高的压力,而对低粘度的胶粘剂施低的压力。五、迁移。  如果被粘材料中含有增塑剂,由于这些小分子化合物与聚合物大分子的相容性较差,较易从聚合物表层或界面上迁移出来。迁移出的小分子若聚集在界面上就会妨碍胶粘剂与被粘材料的粘接,造成粘接失效。六、胶层厚度。  较厚的胶层易产生气泡、缺陷和早期断裂,因此应使胶层尽可能薄一些,以获得较高的粘接强度。另外厚胶层在受热后的热膨胀在界面区所造成的热应力也较大,更容易引起接头破坏。在实际的接头上作用的应力是复杂的,包括剪切应力、剥离应力和交变应力。  剪切应力:由于偏心的张力作用,在粘接端头出现应力集中,除剪切力外,还存在着与界面方向一致的拉伸力和与界面方向垂直的撕裂力。此时,接头在剪切应力作用下被粘物的厚度越大,接头的强度则越大。  剥离应力:被粘物为软质材料时将发生剥离应力的作用。这时在界面上有拉伸应力和剪切应力作用,力集中于胶粘剂与被粘物的粘接界面上,因此接头很容易破坏。由于剥离应力的破坏性很大,在设计时尽量避免采用会产生剥离应力的接头方式。  交变应力:在接头上胶粘剂因交变应力而逐渐疲劳,在远低于静应力值的条件下破坏。强韧的、弹性的胶粘剂其耐疲性能应当良好,如橡胶态胶粘剂。七、内应力,包括收缩应力和热应力。  收缩应力:当胶粘剂固化时,因挥发、冷却和化学反应而体积发生收缩而引起收缩应力。当收缩力超过粘附力时,表观粘接强度就要显著下降。此外,粘接端部或胶粘剂的空隙周围应力分布不均匀,也产生应力集中,增加了裂口出现的可能。有结晶性的胶粘剂在固化时,因结晶而使体积收缩较大,也造成接头的内应力。如在其中加入一定量能结晶或改变结晶大小的橡胶态物质,那么就可以减少内应力,如在热固性树脂胶中加增韧剂就是一个很好的例子,酚醛-缩醛胶配方中,当缩醛含量低于40%时,接头发生单纯界面破坏;而在40%以上时则为内聚破坏,粘接强度明显增强。  热应力:在高温下,熔融的树脂冷却固化时会产生体积收缩,在界面上由于粘接的约束而产生内应力。在分子链间有滑移的可能性时,则产生的内应力消失。 影响热应力的主要因素有热膨胀系数、室温和Tg间的温差以及弹性差量等。为了缓和因热膨胀系数差而引起的热应力,应使胶粘剂的热膨胀系数接近于被粘物的热膨胀系数。加填料是一种好办法,可添加该种材料的粉末、或其化材料的纤维或粉末。
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    理论动态——影响胶粘剂粘接强度的化学因素分析汇总
           影响胶粘剂粘接强度的主要有化学因素和物理因素,本文予以分析影响粘结强度的化学因素有哪些。影响粘接强度的化学因素主要指胶粘剂分子的极性、分子量、分子形状(如侧基多少及大小)、分子量分布、分子的结晶性、分子对环境的稳定性(转变温度和降解)以及胶粘剂和被粘体中其它组份性质PH值等。 一、极性。       一般说来胶粘剂和被粘体分子的极性影响着粘接强度,但并不意味着这些分子极性的增加就一定会提高粘接强度。从极性的角度出发,为了提高粘接强度,与其改变胶粘剂和被粘体全部分子的极性,还不如改变界面区表面的极性。如聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯经等离子表面处理后,表面上产生了许多极性基团,如羟基、羰基或羧基等,从而显著地提高了可粘接性。二、分子量。  聚合物的分子量(或聚合度)直接影响聚合物分子间的作用力,而分子间作用力的大小决定物质的熔点和沸点的高低,对于聚合物决定其玻璃化转变温度Tg和溶点Tm.。所以聚合物无论是作为胶粘剂或者作为被粘体,其分子量都影响着粘接强度。  一般说来,分子量和粘接强度的关系仅限于无支链线型聚合物的情况,包括两种类型。第一种类型在分子量全范围内均发生胶粘剂的内聚破坏,这时,粘接强度随分子量的增加而增加,但当分子量达到某一数值后则保持不变;第二种类型由于分子量不同破坏部分亦不同。这时,在小分子量范围内发生内聚破坏,随着分子量的增大粘接强度增大;当分子量达到某一数值后胶粘剂的内聚力同粘附力相等,则发生混合破坏;当分子量再进一步增大时,则内聚力超过粘附力,浸润性不好,则发生界面破坏。结果使胶粘剂为某一分子量时的粘接强度为*大值。三、侧链。  长链分子上的侧链是决定聚合物性质的重要因素,从分子间作用力考虑,当支链小时,增加支链长度,降低分子间作用力;当支链达到一定长度后,开始结晶,增加支链长度,提高分子间作用力,这应当是降低或提高有机高分子粘接强度的原因。四、PH值。  对于某些胶粘剂,其PH值与胶粘剂的适用期有较为密切的关系,影响到粘接强度和粘接寿命。一般强酸、强碱,特别是当酸、碱对粘接材料有很大影响时,对粘接常是有害的,尤其是多孔的木材、纸张等纤维类材更容易受影响。将木材表面预先用碱处理,一般可得到牢固的接头。但还必须注意胶层的PH值,它对胶层比对被胶接表面更有影响。  由于像热固性的酚醛树脂和脲醛树脂的固化过程受PH值的影响很大,常常要求酸度较大。例如,固化时在酚醛树脂中加入对甲苯磺酸或磷酸,在脲醛树脂中加入氯化铵或盐酸。因此,在不希望酸度大又要粘接的场合,选用中性的间苯酚甲醛树脂是适宜的。  五、交联。  聚合物的内聚强度随交联密度的增加而增大,而当交联密度过大时聚合物则变硬变脆,因而使聚合物耐冲击强度降低。交联聚合物的强度与交联点数目和交联分子的长度密切相关,随着交联点数目的增多,交联间距的变短以及交联分子长度的变短,交联聚合物会变得又硬又脆。六、溶剂和增塑剂。  溶剂型胶粘剂的粘接强度当然要受胶层内残留溶剂量的影响。溶剂量多时,虽浸润性好,但由于胶粘剂内聚力变小,而使内聚强度降低。胶粘剂聚合物之间的亲合力大时,随着溶剂的挥发粘接强度增大。两者之间无亲合力时,残留一些溶剂时胶粘剂的粘附性却较大,随着溶剂的挥发,强度反而下降。如聚醋酸乙烯不能粘接聚乙烯,但加入少量溶剂后则可粘接。显然,溶剂起了增加两者间亲合力的作用。  增塑剂和溶剂的作用类似,有时即便在粘不上的情况下,加入适当的增塑剂也可粘上。但是增塑剂也将随着时间的推移或是挥发,或是向表面渗出,在增塑剂减少的同时粘接强度不断下降。相反,有时被粘物内的增塑剂也会渗移到胶层里,使胶粘剂软化而失去内聚粘接强度,或增塑剂聚集在界面上而使粘接界面分离。七、填料。  在胶粘剂中配合填料有如下作用,增加胶粘剂的内聚强度、调节粘度或工艺性(例如触变性)、提高耐热性、调整热膨胀系数或收缩性、增大间隙的可填充性、给予导电性等。八、结晶性。  结晶度高的聚合物分子的缩聚状态是有规则的,如果溶点不高,加热结晶聚合物,将使结晶范围内的有序的分子排列发生混乱,分子开始向熔融状态过渡。因此结晶度高的聚合物适宜作热熔。九、分解。  在使用过程中,胶粘剂分解是使粘接强度降低成的重要因素,而使胶粘剂分解的原因有水、热、光照辐照、酸、碱及其他化学物质。聚合物与水反应而分解称水解,聚合物抗水解能力因其分子中化学键的不同面异。多数水溶性聚合物易于水解,不溶于水的聚合物水解就非常慢。聚合物吸附水的能力对水解起着重要作用,聚合物水解也受结晶性和链的构象的明显影响。由于微量的酸或碱可加速某些聚合物水解,聚酯类缩合树脂与酸或碱接触时,很容易水解。环氧树脂的耐湿性根据固化剂的种类和使用环境不同而有明显的不同,以聚酰胺固化的环氧树脂因酰胺键水解而破坏;以多元酸酐固化的环氧树脂因酯键的断裂而解体;聚氨酯也常因酯键水解而破坏;而具有醚键、碳-碳键结构的聚合物,如酚醛树脂、丁苯、丁腈橡胶,就不易水解,耐水性良好。  聚合物加热过度将引起下列变化:聚合物分子的分解、继续交联、可挥发和可迁移成分的逸出,这些过程的结果将导致胶粘剂内聚强度下降或界面作用力降低。聚合物在高温下会发生降解和交联的作用,降解使聚合物分子链断裂,分子量下降,使聚合物强度降低,交联使分子间形成新的化学键,分子量增加,聚合物强度上升。粘接接头上聚合物不断交联将使聚合物发脆,接头强度变坏。       配方中添加合适品种的紫外线吸收剂、光稳定剂等防老化助剂可以有效阻止或延缓胶粘剂因光照辐射而引起的老化分解,延长产品使用寿命。
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    谈谈涂料工业中常见的功能性颜料的种类及特点
           在涂料组分中,功能性颜料赋予涂层特殊的功能,是不可或缺的一种颜料,它区别于着色为主的普通颜料,具有防污、示温、发光、防锈等特定功效,在涂料产业中发挥着重要的作用。以下分别简述几类常见的功能性颜料。       一、有机荧光颜料。       有机荧光颜料也叫做日光荧光颜料,是吸收可见光及紫外光后,能把原来人眼不能感觉到的紫外荧光转变成一定颜色的可见光,总的反射强度高于一般的普通有色颜料。荧光颜料以其鲜艳的色彩 ,在塑胶、涂料及印染等行业得到广泛的应用,一般涂装于安全通道、安全门、消防器材、交通标志等。       二、珠光颜料。       珠光颜料具有优良的耐化学腐蚀、耐高温性,光泽强、装饰效果好、无毒、耐光、耐候、耐酸碱、不导电、不导磁等优良特性,被广泛应用于涂料工业中。无论何种单色涂料中混合珠光颜料,都可成为珠光涂料。珠光涂料已被应用于汽车、机车、日常用品、建材等诸多领域。       珠光颜料由金属氧化物薄层包覆云母构成的,改变金属氧化物薄层,就能产生不同的珠光效果。珠光颜料特有的柔和珍珠光泽有着无可比拟的效果。特殊的表面结构,高折光指数和良好的透明度使其在透明的介质中,创造出与珍珠光泽相似的效果。珠光颜料重金属含量低,符合相关安全技术标准。常温下酸和碱均不能侵蚀珠光颜料,且珠光颜料不能燃烧、不自燃、不导电,能耐受600~800℃的高温。珠光颜料可用于辐射固化体系(电子束固化、光固化)的反应型涂料中。珠光颜料特殊的表面化学结构使其具有优良的亲水性,能适用于水性涂料;但亲油性差,因此用在有机体系中时,会出现分散性差的问题,需对珠光颜料进行表面处理,使其也能够很好地应用于有机体系中。       三、示温颜料。       示温颜料也称为变色颜料,使用示温颜料的涂料即示温涂料。使用变色颜料做成色漆,涂刷在不易测量温度变化的地方,可以从漆膜颜色的变化观察到温度的变化。示温颜料分为两类,一类是可逆性变色颜料,即当温度升高时颜色发生变化,冷却后又恢复到原来的颜色;另一类为不可逆变色颜料,受热时发生不可逆的化学变化,在冷却后不能恢复到原来的颜色。示温涂料的缺点是受使用条件的限制,精确度差。          四、防锈颜料。       它是不以着色为目的,而是用于配置防锈漆的一种颜料,有保护金属表面不被腐蚀,提高漆膜对金属表面的保护作用。起防锈作用的物质,如红丹粉、铁红粉、复合铁钛粉、三聚磷酸铝锌粉等,通常称为防锈颜料。传统涂料所用的防锈颜料多为含铬、铅、镉等颜料,例如红丹、铅粉,及锌、钡、铅的铬酸盐等,其配制成的涂料虽然具有良好的防腐蚀性能,但其本身有毒,且在生产和使用过程中会污染环境和危害健康,许多国家已严格限制使用。在环保日益受到重视,新型的环保防锈颜料层出不穷,其中发展前景较好的有钼酸盐类防锈颜料,它可以与钢铁表面发生钝化作用,促进钢铁表面钝化层的生成,形成一种附着力**的氧化铁改性涂料。      开发新型环保无污染的防锈涂料是重要发展趋势,已研制出的磷酸盐、钼酸盐、硼酸盐和片状颜料等多种无毒高效防锈颜料,适用于各类溶剂型防锈漆、防腐漆、底面合一漆,不含铅、铬等有害重金属,可替代锌铬黄、磷酸锌、三聚磷酸铝等传统防锈颜料,显著降低成本而保证产品质量。      五、金属颜料。      它是由金属或合金的颗粒或薄片经过磨细而制得的颜料,具有金属光泽,广泛用于涂料工业作装饰漆。主要品种有铝粉、铜粉、锌粉和不锈钢粉。其中以铝粉的用量*大,铜粉的用量较铝粉少,光反射强度也稍逊于铝粉。铝粉、锌粉和不锈钢粉都具有防腐蚀作用,铝粉具有较好的装饰性。大多数金属颜料都是鳞片状粉末,金属鳞片阻断了成膜物的微细孔,阻止外界有害气体或液体在涂膜中的渗透,保护了涂膜及被涂装物品。金属粉能反射日光中紫外线的60%以上,故又能防止涂膜因紫外光照射老化,有利于延长涂膜的寿命。      六、防污颜料。      常用的有氧化亚铜和氧化汞两种。氧化亚铜,是一种带红色或紫红色的粉末,通常是以细铜粉氧化制得,纯度较高的产品则可用电解法制取,是常见的防污漆的颜料。用它配制成的防污涂料涂装于船底,能有效地阻止海洋生物在船底上附着滋生。氧化汞是红色或带橘黄色泽的粉末。作为防污颜料常同氧化亚铜配合使用,防污效果显著。但由于汞能引起公害,目前已尽量少用或不用。      七、耐高温颜料。      在涂料工业中耐高温颜料指那些可用于耐200~300℃高温烘烤涂料和耐400℃以上的特种耐高温涂料,如有机硅涂料、无机高分子粉末涂料和铝粉涂料等用的颜料。
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    经验汇总!分析探讨下UV油墨使用中常见的问题
          近年来UV油墨得到了印刷界的青睐,并在许多领域具有广泛应用。相比普通油墨,UV油墨具有固化速度快、墨膜性能好、耐划伤、耐磨、耐酸碱等优点,UV油墨适用于各类软、硬基材,如各种PE、PP、PVC薄膜、金属等非吸收性承印材料,为印品的印后加工奠定了良好的基础。但是UV油墨的应用中也存在一些问题,如固化、串色、附着力等问题,下面将针对UV油墨使用过程中常见的四大问题进行分析探讨。一、如何保证UV油墨的固化质量。       UV油墨可适用于胶印、凹印、柔印等印刷方式,UV油墨可在紫外光的辐射下发生光化学反应,从而达到固化目的。从这种固化原理可知,UV油墨在接受紫外光照射前后具有不同的性能,即UV油墨在接受紫外光辐射之前,能够保持稳定的流变性,而在接受紫外光辐射之后,则会迅速固化。为保证紫外光的辐射效果,以下三方面须做到位。       1、做好水墨平衡控制。在胶印过程中,UV油墨呈弱极性,如果水墨平衡控制不好,极易发生乳化现象,导致墨膜变得不透明,从而直接影响紫外光的透过率,进而减慢UV油墨的固化速度,导致墨膜形成后其内部仍存未完全固化状态。对这种情况下的印品进行对折磨擦或使用胶带粘扯其表面图文,印品表面会出现擦花或拉丝现象。因此,控制好印刷过程中的水墨平衡是保证UV油墨固化质量的重要因素之一。由于UV油墨黏度较大时分子间的粘附力就大,UV油墨的抗水性就会变强,因此,为了降低UV油墨的乳化值,在印刷过程中一定要把握好水量小的原则,从而保证印品色彩鲜艳、墨层厚实、网点清晰饱满。       2、保持车间温、湿度适宜。在印刷过程中,车间温、湿度的变化会影响UV油墨和承印物的性能,当车间温度低、湿度高时,UV油墨的光固化反应缓慢,其与承印物的结合能力也会降低。因此,在使用UV油墨印刷时必须将车间温湿度控制在适宜的范围内,一般车间温度应控制在20~25℃,相对湿度应控制在50%~65%。       3、保证UV灯管紫外光强度。UV灯管的紫外光强度直接影响UV油墨的固化时间,其也是墨膜内部硬化性的关键影响因素。当紫外光强度变低时,即使通过增加照射时间来提高累积光量,也不能改良墨膜内部的硬化性,所以超过实际使用寿命的UV灯管无法使UV油墨完全固化。定期清洁UV灯管表面及UV灯箱内部的反射罩,也是保证UV灯管紫外光强度的重要操作。       4、UV油墨体系中颜料的纯度、用量、印刷色序的安排、印刷速度等都会对UV油墨的固化产生一定的影响。二、解决UV油墨应用中的串色问题。       在UV油墨印刷过程中,让操作人员头疼的问题之一就是串色现象。这个问题一般是由印刷色序安排不合适、印刷压力没有调整到*佳状态、UV油墨流动性过大等原因造成的。       1、合理安排印刷色序。当印刷图案中各色比例差别较大时,*易出现串色现象。这种情况下,应根据实际印刷墨量大小来适当更换色序,可先印刷墨量较小的颜色,*后印刷墨量较大的颜色,这样不仅可以有效避免串色现象,还可以使上墨量达到*大,色彩更加饱满。       2、合理调整印刷压力。解决UV油墨印刷过程中串色问题,印刷压力的调整也很关键。例如,橡皮滚筒和印版滚筒之间的压力一定要调整到标准压力以内;橡皮布*好使用UV印刷专用橡皮布;关键色组采用独立的UV固化装置等。三、解决UV油墨附着力不够的问题。      在一些金银卡纸等非吸收性承印材料上印刷时,由于UV油墨固化时间较短,有时会出现UV油墨对底材附着力低的问题。UV油墨附着力不足会对产品的印刷质量和后续加工产生较大影响。       解决UV油墨附着力不足问题,通常采用的措施是对承印材料进行电晕处理,从而改变其极性并增加UV油墨与其表面的结合能力,进而提高UV油墨的附着力。另外,UV油墨的固化效果直接影响其附着力,如果经验证发现,UV油墨附着力不足的问题并非因承印材料和UV油墨固化质量导致的,那么就可以考虑是否是UV油墨自身品质有问题。对此印刷企业需要加强与UV油墨供应商的沟通,尝试添加合适的附着力促进剂来加以改善。四、应用UV油墨的特殊要求。      1、对印刷设备的要求。相比普通油墨来讲,应用UV油墨对印刷设备有一定的要求。目前许多印刷企业通过在普通胶印机上加装UV固化装置来实现UV印刷,但这种设备改造方式存在着诸多问题,如UV油墨腐蚀性强,可能会导致普通胶辊、橡皮布发生膨胀,影响印刷压力的稳定性,严重时甚至还会导致胶辊出现脱皮或表面碎裂的现象。因此,UV油墨印刷对胶辊和橡皮布的要求极高,一般要求使用UV印刷专用的胶辊和橡皮布。       普通叼纸牙在紫外光照射下,牙片部位会受热发生变形,从而影响套印精度。因此,印刷单元上的叼纸牙一定要更换为UV印刷专用叼纸牙。       UV油墨黏度高、腐蚀性强,不仅容易使普通墨斗片开裂破损,导致UV油墨流入墨牙传动机构,使得墨牙驱动电机因阻力过大而出现故障,而且胶辊调整机构和串墨辊摆动机构也都容易被损坏。为避免以上故障的出现,重要的前提是一定要使用质量可靠的墨斗片。除此以外,还要求操作人员加强印刷设备的日常保养工作,清洗要彻底,并使用合格的配件和原料耗材。       2、对UV油墨的存储要符合要求。