胶粘剂技术现状发展趋势和应用前景

点击:1016 日期:2010-11-3 17:24:51

   摘要:对国内一些主要胶种的技术现状和存在问题进行了综述,在此基础上分析了我国胶粘剂行业今后的发展趋势,并讨论了胶粘剂在木材、建筑、基础工程、汽车、涂料、制鞋、纺织印染等领域的需求和应用前景。

    关健词:胶粘剂;现状;趋势;应用前景

    前言

    胶粘剂是一种能够把同类或不同类的材料紧密结合在一起的物质[ll。随着科学技术和国民经济的发展,胶粘剂已被广泛应用于木材加工、建筑工程、纺织印染、制鞋、皮革、电子、汽车、机械、航空航天、生物医疗等各行业及高科技领域。据中国胶粘剂工业协会提供的资料,2(X)4年1一9月全国胶粘剂总产量达到 235万吨以上,已接近2002年全年产量。预计我国胶粘剂行业将保持持续快速增长,2(X)5年总产量可达365万吨,并呈现销售额增长高于产量增长的格局。

    我国胶粘剂工业起步于二十世纪五十年代,八十年代形成了第一个生产高潮[2l,近十年有了突飞猛进的发展,开始进入高速发展的新时期。目前,发达国家合成胶粘剂工业处于高度发达阶段,在我国,胶粘剂工业尽管得到了迅速的发展,产量快速增长,应用领域不断扩展,但是受经济和技术实力所限,行业整体素质与发达国家还有较大的差距。

    1我国胶粘荆行业技术现状

    由于胶粘剂的重要作用和巨大的经济效益,多年来我国科技工作者以极大的热情不倦地研究它。本节以各类胶粘剂为纲,就目前我国胶粘剂行业技术现状及存在问题做详细阐述。

    1.1含甲醛的缩合系胶粘剂

    “三醛”胶粘剂(脉醛树脂、酚醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂)粘结强度高、固化速度快、原料充足、生产工艺简单、价格低廉,自上个世纪30年代商品化以来得到迅速推广和普及。在我国,20()2年“三醛”胶产量达到l百万吨(以干基计),占胶粘剂总产量的将近40%,是产量最大、应用最广泛的胶种131。聚乙烯醇缩甲醛(俗称107胶)也是我国合成胶粘剂的大宗品种之一,主要应用于建筑装演。然而近几年人们发现,这类含甲醛的缩合系胶粘剂使用过程中不断地释放出游离态甲醛,对人的眼、粘膜和呼吸道有刺激作用,还会引起气管炎、皮炎、肝脏病变、致癌及恶性肿瘤等疾病,据统计,我国每年由室内甲醛污染引起的超额死亡数达n.1万人I’1。“甲醛”危害引起了世界各国的高度重视,目前在发达国家主导产品是甲醛含量降到0.1%以下和达到国际El级标准的低毒醛类胶,而在我国由于各方因素,中低档甚至劣质胶占相当大比例。为此,我国颁布了强制性国家标准GB185so一001“室内建筑装饰装修材料—人造板及其制品中甲醛释放限量”,2002年7月1日起强制实施,市场上禁止销售不符合本标准的商品阎,甲醛缩合类胶粘剂的低毒化趋势刻不容缓。不过,随着人们环保意识和生活质量的不断提高以及新的“绿色”替代品的出现,相信在不远的将来,甲醛系胶粘剂将被淘汰。

    1.2级丁橡胶胶粘剂

    氯丁胶粘剂已有五十多年历史,也是用量很大的品种,广泛用于家庭、制鞋、建筑装演、汽车和一般工业生产等行业中,具有初粘力大、强度高,室温下即可固化、粘接材料品种多等优点,但是氯丁胶含有大量有毒有害可挥发的有机溶剂(VOC),对健康和环境危害严重,最近十年内的产量实际减少了三分之一闷。

    目前,研究人员致力于开发水基氯丁胶和无溶剂型氯丁胶。如王福坤闭报道了一种水基氯丁胶粘剂,固体含量为58%,粘度约为l0(刃omPa.s,用水的蒸发来表现粘接强度。然而,水基氯丁胶过高的固含量将导致粘度过大,不便于使用,另外水基胶是热力学不稳定体系,可能发生聚结而失去使用性能阁,而无溶剂型产品性能不突出,价格又昂贵191,一直未得到发展。

    1.3环氧树脂胶粘剂

    环氧树脂胶粘剂粘附性好、内聚强度高,是最重要的工程胶种ll0]。目前我国环氧胶粘剂年产量为3万吨左右[1l],尽管产量占胶粘剂总产量的比例不大,但用途极为广泛,主要应用领域包括建筑、航空航天、水利工程、钻井、军工等。我国环氧胶的研制起步较晚,但近十年发展势头极其凶猛,新型胶种层出不穷。比如,晨光研究院llz]研制的单组分水基环氧胶,施工现场不必称量混合,使用方便,有效地加快了施工进度;大连物化所lln的JGH系列环氧建筑结构胶,广泛使用于补强加固、锚结、灌注修补、室内装修、密封防水、水下施工等各类工程领域中;关长参1141等报道了双马来酞亚胺改性的环氧胶,拥有很好的耐高温性,可在200一230℃长期使用;另外,还有像室温固化耐高温环氧胶[l5.’司,聚氨醋、有机硅接枝改性的高强度环氧胶Il;.因,低温固化环氧胶 Il,],弹性环氧胶阂等新胶种不断见诸报道。

    然而,近两年环氧胶粘剂的主剂环氧树脂被怀疑为环境荷尔蒙(H~。n)物质,影响人体的内分泌,其原料双酚A2001年被指定为危险物质,另外其固化剂胺系化合物具有过敏作用l2l],发展前景令人担忧。

    1.4聚醋酸乙烯乳液胶粘剂聚醋酸乙烯乳液胶粘剂(PVAc乳液)20世纪70年代发展迅速,80年代以来产量仅次于“三醛”树脂胶圈。该材料起始粘接强度好、使用方便、价格低廉、相容性好,深受用户喜欢,但此类产品存在一些固有缺陷,如耐水性、胶层耐寒性以及耐温性差,贮存稳定性不好,固化时间长。另外醋酸乙烯蒸汽有毒,尽管尚未确定其对人体的致癌性,但今后足以成为令人担心的物质。所有这些都制约着PvAc乳液的应用。近些年,乙烯类单体一丙烯酸醋一醋酸乙烯乳液的多元共聚改性,是研究开发的重点l23.圳。

    1.5聚氨醋胶粘剂

    聚氨醋胶粘剂(PU)是近年来国内外发展较快和我国迄今重点攻关的一类胶粘剂,新技术新产品不断涌现,应用领域不断拓展。聚氨醋胶的优点主要有:很高的反应活性,可常温固化,胶膜坚韧、耐冲击,挠曲性好,耐油耐磨,尤其耐低温性能是其它任何胶种无法比拟的。目前,国内聚氨醋胶粘剂产品主要以溶剂型和双组分胶为主,存在对温度敏感、需准确计量使用麻烦等缺点,但笔者认为合成聚氨醋胶粘剂的原料价格昂贵、助剂依赖进口、合成过程需气氛保护等因素导致其工艺复杂、成本过高,是阻碍其应用和发展的关键。

最近,聚氨醋胶粘剂中残留异氰酸醋的释放对人体和环境造成的伤害引起了人们的普遍关注阂,为聚氨酷胶的前景蒙上了“阴影”。

    1.6聚丙烯酸醋乳液胶粘剂

    聚丙烯酸醋乳液胶粘剂是我国so年代以来发展最快的一类胶粘剂,每年以14%的速度增长网。该胶原料来源广泛,容易制备,成本低,基本上无毒无污染,粘结性能及应用范围不逊色于其它胶种,是一种近乎理想的胶粘剂,主要用于建筑、涂料、纺织以及包装等行业。

    目前此类胶的研究热点主要集中于研制高性能和特种功能的产品。在这方面,我国科研工作者做了许多工作,如:范和平等四在丙烯酸醋乳液中引人酞胺基和环氧基,合成了固化温度低、耐焊性好的水基胶,有望替代目前FPC基材普遍使用的各种溶剂胶;王正平、陈兴娟侧合成了聚氨醋丙烯酸醋胶,可以利用紫外光和可见光进行固化,固化后胶层兼有聚丙烯酸醋和聚氨醋二者的优点,而且在减少污染及节省能源方面有极佳效果;杨琴等阅认为将环氧基团引人丙烯酸醋聚合体系,可提高乳胶的耐站污、耐冲击和耐回粘性等,是无纺布生产中理想的专用胶粘剂,依此合成的环氧改性丙烯酸醋乳胶效果良好;俞晓薇Pl]采用活性乳化剂和耐水性单体与丙烯酸醋一起进行乳液共聚,特别适用于对耐水性有要求的对象的粘接,而张心亚等l32]则合成了有机硅交联的水性单组分丙烯酸醋胶粘剂,显著改善了胶粘剂的耐水性和湿态粘接力,并使其具有良好的贮存稳定性……。

    此外,丙烯酸醋乳液主要用于压敏胶及制品。我国通用型压敏胶现可规模化生产,而高性能特种压敏胶及制品,如高强度双面胶带、耐高温绝缘特种胶带、阻燃胶带和魔术胶带等,仍需大量进口网。2胶粘剂的发展趋势

    随着胶粘剂合成技术的不断成熟,胶粘剂使用领域也越来越广,其市场也越来越大。综合看来,未来胶粘剂的发展方向如下:

    第一,环保呼声的日益高涨和环保法规的日趋完善,环境友好型胶粘剂逐渐成为发展的主流,主要体现在以下三个方面:

    (l)从溶剂型向水基型、无溶剂型转变。传统胶粘剂广泛使用苯、甲苯等有毒有害易挥发有机溶剂,污染环境,危害人体健康,同时存在燃烧和爆炸的危险,而水基型、无溶剂型胶粘剂无毒安全、对环境友好,将是未来市场需求的主流产品。

    (2)从低甲醛排放向零甲醛排放的转变。甲醛对人的身心健康危害巨大,尽管通过加人甲醛捕捉剂、调整配料比、改善聚合工艺等方法可实现低甲醛释放洲,但甲醛缩合系胶粘剂退出历史舞台是不可逆转的趋势。

    (3)选择无毒、无臭的“绿色”原料、助剂,改善胶粘剂行业从业人员的工作环境,也将是胶粘剂工业发展的一个方向。

    (4)为减少与胶粘剂的接触和方便使用,尽量采取单组分包装。

    第二、近年来高品质、高性能、高附加值胶粘剂异军突起,成为胶粘剂市场新的利润增长点和新的研究热点,主要有以下三个方向。

    (l)研制具有多重官能团、多种功能基的胶粘剂,克服单一品种的性能缺陷。

    (2)利用共聚、共混复合、接枝、交联、互穿网络等现代高分子材料科学的新手段,开发耐水、耐高温、高强度、阻燃、室温固化、纳米级、生命活性等新型功能化胶粘剂,发展微电子用、工程灌浆用、防渗堵漏用、航空航天用、医疗卫生用等特种胶粘剂。

(3)发展具有新型固化方式的胶粘剂,主要包

    括有光固化型胶、辐射固化型胶、高频热合胶、吸湿固化胶、压敏胶、热熔胶、需氧胶等。

    第三,合成工艺复杂、设备要求苛刻的胶种不易推广应用,而原料来源广泛、容易制备、使用方便的高性能“绿色”环保胶粘剂将成为市场的“宠儿”。

    3胶粘剂的市场需求和应用前景

    (l)木材加工行业是胶粘剂市场的消费大户,统计资料显示国内木材胶粘剂的使用数量占合成胶粘剂总产量的40%以上。目前我国木材胶粘剂主要以“三醛”胶为主,占整个木材及人造板用胶量的80%以上,但众所周知,该胶带来的“甲醛”公害问题备受指责。水基聚氨醋胶粘剂近十年来迅速发展,在日本、西欧等发达国家已部分取代甲醛系胶的新型木材胶粘剂,但过高的成本使国内大多木材加工厂商望而却步。因此,研制开发新型替代胶种具有重要意义。

    (2)胶粘剂在建筑工程中广泛地用于施工、密封和结构粘合等领域。随着建筑业的迅速发展,我国建筑用胶量迅速增加,约占合成胶粘剂总量的30%以上。今后建筑用胶粘剂将会向功能化、高性能化、绿色环保化的方向发展,像107胶(聚乙烯醇缩甲醛)等建筑行业广泛使用的环境污染胶种势必将淘汰,作为我国最重要工程胶种的环氧胶粘剂已不能完全满足工程发展的需要,开发新型胶种成为当务之急,基于此开发工程抢险用、防渗堵漏用、密封用、防水防潮用等特种功能、高附加值胶粘剂,市场需求大,应用前景广阔,经济效益巨大。

    (3)在水力水电、隧道地铁、钻井工程以及油田开发等基础工程施工中,常通过化学灌浆来解决工程中出现的坍、塌、渗、漏等问题。由于我国基础工程领域的飞速发展,化学灌浆材料市场缺口巨大。我国目前市场销售的化学灌浆材料多是以“三醛”胶粘剂为主体的产品,但该材料的使用给我国矿产、土壤、地下水等资源和环境带来了巨大破坏,因此,研制新一代无毒高效的化学灌浆材料取代传统“三醛”类灌浆材料,填补国内市场缺口,对胶粘剂商家来说是极好的发展机遇。

    (4)随着汽车工业的发展,汽车用胶粘剂从品种到产量都在迅速发展。据统计,目前我国汽车工业用胶粘剂和密封剂年消耗量在3万吨左右,预计今年需求将达到 5万吨左右。汽车产业对胶粘剂的质量、性能、安全性要求很高,国内胶粘剂产品比较落后、品种单一,难以满足需求,需大量进口高品质、高性能胶粘剂。因而,致力于开发高质量、高性能胶粘剂,满足汽车工业所需,有望获取高额的回报。

    (5)目前,含有大量苯、甲苯、二甲苯等苯系溶剂的氯丁胶粘剂占据我国制鞋业所需胶粘剂的大部分市场,欧美各国都已采取对策限制制鞋业使用溶剂型胶粘剂,促使无溶剂和水基型环保鞋用胶开始大量使用。进人21世纪,我国的制鞋业已成为重要的出口加工行业,高档产品主要外销欧美f3n,因而,顺应欧美市场要求,开发“绿色”环保鞋用胶,在我国发展空间巨大。

    (6)近年涂料工业得到了迅猛地发展,尤其是随着住房和汽车成为我国新的消费热点,室内装饰装修用和汽车工业用涂料拥有极为广阔的市场。涂料产业的发展势必带动胶粘剂的大量需求。当今涂料市场,水性涂料、粉末涂料等“绿色”产品越来越受人们青睐阅,开发新型胶粘剂满足涂料工业的发展需求,必将得到市场的认可。

    (7)胶粘剂作为高附加类产品广泛应用于无纺布、西服衬里、棉织物免烫整理、衣物上浆浆料等纺织印染行业,消费量呈逐年递增趋势;此外,胶粘剂在IT和微电子行业、光学工业的应用需求也如雨后春笋,这都为胶粘剂产业提供了无限的商机……。

    4结语

    从我国胶粘剂市场供需看,我国胶粘剂行业一般通用型中、低档产品供大于求,市场竞争激烈,而我国需求量很大的环保型、高品质、高性能和特种胶粘剂产品,由于技术含量和质量要求高,需从国外大量进口。在北京召开的第七届世界胶粘剂大会将环境友好型胶粘剂,高品质、高性能胶粘剂的开发、应用以及新产品标准的制定等作为一个重要的议题进行了探讨,并预测高性能环保型胶粘剂将成为胶粘剂市场的“新宠”。因此,研制开发高品质、高性能、功能化、特种化“绿色”环保胶粘剂产品,顺应市场新需求,抢占胶粘剂高端市场,改变我国高档胶大量进口的现状,促进我国较为落后胶粘剂工业的发展,是国内胶粘剂生产厂家和科研单位迫在眉睫的任务。