粘膠劑

聚合物之間，聚合物與非金屬或金屬之間，金屬與金屬和金屬與非金屬之間的膠接等都存在聚合物基料與不同材料之間界面膠接問題。粘接是不同材料界面間接觸後相互作用的結果。粘接是不同材料界面間接觸後相互作用的結果。因此，界面層的作用是膠粘科學中研究的基本問題。諸如被粘物與粘料的界面張力、表面自由能、官能基團性質、界面間反應等都影響膠接。膠接是綜合性強，影響因素複雜的一類技術，而現有的膠接理論都是從某一方面出發來闡述其原理，所以至今全面唯一的理論是沒有的。

人們把固體對膠粘劑的吸附看成是膠接主要原因的理論，稱為膠接的吸附理論。理論認為：粘接力的主要來源是粘接體系的分子作用力，即範德化引力和氫鍵力。膠粘與被粘物表面的粘接力與吸附力具有某種相同的性質。膠粘劑分子與被粘物表面分子的作用過程有兩個過程：第一階段是液體膠粘劑分子藉助於布朗運動向被粘物表面擴散，使兩界面的極性基團或鏈節相互靠近，在此過程中，升温、施加接觸壓力和降低膠粘劑粘度等都有利於布朗運動的加強。第二階段是吸附力的產生。當膠粘劑與被粘物分子間的距離達到10-5時，界面分子之間便產生相互吸引力，使分子間的距離進一步縮短到處於最大穩定狀態。

膠粘劑的極性太高，有時候會嚴重妨礙濕潤過程的進行而降低粘接力。分子間作用力是提供粘接力的因素，但不是唯一因素。在某些特殊情況下，其他因素也能起主導作用。

化學鍵理論認為膠粘劑與被粘物分子之間除相互作用力外，有時還有化學鍵產生，例如硫化橡膠與鍍銅金屬的膠接界面、偶聯劑對膠接的作用、異氰酸酯對金屬與橡膠的膠接界面等的研究，均證明有化學鍵的生成。化學鍵的強度比範德化作用力高得多；化學鍵形成不僅可以提高粘附強度，還可以克服脱附使膠接接頭破壞的弊病。但化學鍵的形成並不普通，要形成化學鍵必須滿足一定的量子化件，所以不可能做到使膠粘劑與被粘物之間的接觸點都形成化學鍵。

當液體膠粘劑不能很好浸潤被粘體表面時，空氣泡留在空隙中而形成弱區。當中含雜質能溶於熔融態膠粘劑，而不溶於固化後的膠粘劑時，會在固體化後的膠粘形成另一相，在被粘體與膠粘劑整體間產生弱界面層（WBL）。產生WBL除工藝因素外，在聚合物成網或熔體相互作用的成型過程中，膠粘劑與表面吸附等熱力學現象中產生界層結構的不均勻性。不均勻性界面層就會有WBL出現。這種WBL的應力鬆弛和裂紋的發展都會不同，因而極大地影響着材料和製品的整體性能。

兩種聚合物在具有相容性的前提下，當它們相互緊密接觸時，由於分子的布朗運動或鏈段的擺產生相互擴散現象。這種擴散作用是穿越膠粘劑、被粘物的界面交織進行的。擴散的結果導致界面的消失和過渡區的產生。粘接體系藉助擴散理論不能解釋聚合物材料與金屬、玻璃或其他硬體膠粘，因為聚合物很難向這類材料擴散。 ^[1] 

當膠粘劑和被粘物體系是一種電子的接受體-供給體的組合形式時，電子會從供給體（如金屬）轉移到接受體（如聚合物），在界面區兩側形成了雙電層，從而產生了引力。

在乾燥環境中從金屬表面快速剝離粘接膠層時，可用儀器或肉眼觀察到放電的光、聲現象，證實了靜電作用的存在。但靜電作用僅存在於能夠形成雙電層的粘接體系，因此不具有普遍性。此外，有些學者指出：雙電層中的電荷密度必須達到1021電子/釐米2時，靜電吸引力才能對膠接強度產生較明顯的影響。而雙電層棲移電荷產生密度的最大值只有1019電子/釐米2（有的認為只有1010-1011電子/釐米2）。因此，靜電力雖然確實存在於某些特殊的粘接體系，但決不是起主導作用的因素。

從物理化學觀點看，機械作用並不是產生粘接力的因素，而是增加粘接效果的一種方法。膠粘劑滲透到被粘物表面的縫隙或凹凸之處，固化後在界面區產生了齧合力，這些情況類似釘子與木材的接合或樹根植入泥土的作用。機械連接力的本質是摩擦力。在粘合多孔材料、紙張、織物等時，機構連接力是很重要的，但對某些堅實而光滑的表面，這種作用並不顯著。

上述膠接理論考慮的基本點都與粘料的分子結構和被粘物的表面結構以及它們之間相互作用有關。粘接強度不僅與被粘劑與被粘物之間作用力有關，也與聚合物粘料的分子之間的作用力有關。高聚物分子的化學結構，以及聚集態都強烈地影響膠接強度，研究膠粘劑基料的分子結構，對設計、合成和選用膠粘劑都十分重要 ^[2]  。