粘合剂与助剂化学试卷闭卷答案2010

苏州大学 粘合剂与助剂化学 课程 期中考试 答案 共6页 考试形式 闭 卷（考试时间90分钟） 年 月 日 院系 年级 专业 学号 姓名 成绩

一、 名词解释（20分，每题4分） （1） 界面静电引力

当粘合剂应用于金属粘合时，金属容易失去电子而带正电，非金属类粘合剂容易得到电子而带负电，也就是说，电子会从金属一侧向粘合剂一侧移动，从而在两者界面处产生接触电势、形成双电层，产生静电引力。凡具备电子供体与电子受体的两种物质接触时，都可能在两种物质的界面处产生静电引力。

（2） 表面张力

处于液体表面区的分子未受到同种分子的的吸引作用，这使其受力情况与处于液体内部的分子不同；表面区的分子由于受力不平衡，产生了一种向液体内部收缩的力，这就是表面张力。也就是说，单位长度方向上使液体表面收缩的力称为表面张力，常用单位为N/cm。

（3） 弱界面层

弱界面层就是当粘合剂、被粘材料以及环境中的小分子杂质通过渗析、吸附或聚集作用，在粘合剂与被粘材料的界面区产生小分子物质的富聚区，这层小分子化合物降低了界面处粘接作用，因而称为弱界面层。

（4） 润湿

在固-液界面上，如果固体对界面区液体分子的吸引力大于液体对界面区的液体的吸引力，则界面区的液体分子就有一种向固体内部渗透的张力，即合力的方向是朝向固体内部的，则液体就会进入固体内部，此现象称为润湿。相反，若固体对界面区的液体的吸引力小于液体对界面区域的液体的吸引力，则界面区的液体分子就有一种向液体内部收缩的张力，即合力的方向是朝向液体内部的，则液体

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就不能进入固体内部形成球状，也就是非润湿状态。

（5） 热应力

单位截面上附加的力称为应力，粘接处在未受到外力作用时而内部存在的应力称为内应力。粘合体系中的内应力有两种形式：收缩应力和热应力。收缩应力是指粘合层在固化过程中由于体积收缩而产生的内应力。收缩应力是永久性的。热应力是在温度变化时，由于粘合层与被粘材料之间膨胀系数的不同而产生的内应力。

二、 填空题（45分，每空格1.5分）

（1）粘合体系中，整个粘合材料的力学强度取决于被粘材料 自身的强度 、粘合剂的 内聚强度 、粘合剂和被粘材料间的 结合力 、以及 环境 因素等。

（2）粘合力的形式有四种，它们是 化学键力 、分子间力 、界面静电引力 、和 机械作用力 。（4个）

（3）化学键力是由化学键之间产生的力，其存在于原子或离子之间，分别有共价键、离子键和金属键三种不同形式。其中，共价键力是两个原子之间通过共用电子对连接的作用力，而共价键能等于 共价键力与形成共价键的两原子间的距离的乘积 。分子间力又称次价键力，是分子与分子之间在距离相当近时所显示的相互作用力。当分子间距小于 1×10 -10 m 时，分子之间作用力表现为 斥力 ，而当分子间距处于 1×10 -8m>r>1×10 -10 m 的范围内时，分子之间作用力又表现为引力。（4个）

（4）分子间力包括取向力、诱导力、色散力和氢键力四种作用形式。前三者又统称为 范德华力 。 诱导力 是极性分子的永久偶极与它在其他分子上引起的诱导偶极之间而产生静电引力。 取向力 为极性分子永久偶极之间产生的引力。所谓色散作用，即是指 分子内电子云相对原子核而形成的瞬间不对称 分布状态，即分子中正负电荷的中心瞬间不重合的状态，这种瞬间状态则产生瞬

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时偶极，瞬时偶极 又进而诱导临近分子产生瞬时诱导偶极 。 色散力 是分子的瞬时偶极之间的相互作用力。（6个）

（5）被粘材料的表面粗糙度增加，也就可能增大了其与粘合剂的接触面积，这为提高粘接强度的奠定了物质基础。粘合剂在光滑表面的接触角与在粗糙表面的接触角不同，润湿性也就不同。当接触角 小于90度 时，润湿性好。此时，粘合剂在粗糙表面的润湿性要 大于 在光滑表面的润湿性。当接触角 等于90度 时，粘合剂在粗糙表面与光滑表面的润湿性 相同 。当90o <接触角θ<180o 时，粘合剂在被粘材料表面 润湿性差 ，此时，粘合剂在粗糙表面的润湿性 小于 在光滑表面的润湿性。（6个）

（6）通常，极性相近的物质具有良好的相溶性，因此，非结晶性粘合剂树脂与溶剂的 溶解度参数 越接近，相溶性越好。当粘合剂分子与溶剂结构相似时，粘合剂易于溶解，这称为 结构相似相溶规律 。（2个）

（7）增粘剂的作用是提高 粘合剂的粘合力和柔韧性 ，改善浸润性，一般在热熔胶中应用较多。稀释剂能 降低粘合剂的粘度 ，使粘合剂有好的浸透力，并改进其工艺性能，它可分为非活性稀释剂和活性稀释剂两种。非活性稀释剂的分子中 不含有活性（反应性）基团 ，只是共混于树脂中并起到减低粘度的作用。活性稀释剂在稀释过程中 参加化学反应 ，同时起到增韧作用，活性稀释剂多用于环氧树脂型粘合剂中。（4个）

三、 简答题（35分）

1、在开发新型粘合剂产品时，应综合考虑哪些方面因素？（8分）

答：在开发新型粘合剂产品时，首先，注意粘合剂基材的玻璃化温度、结晶度等。一般而言，聚合物基材的玻璃化温度越高、结晶度提高，粘合剂的硬度增加，相应的的非织造材料的拉伸断裂强度增加、柔软性下降、抗皱性提高。其次，注意开发节能、环保型粘合剂。优先开发水基粘合剂，它包括水溶性和水分散性两大类；开发综合性能优异的复配型、共聚型的粘合剂；开发无醛涂层整理助剂；开

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发低温交联粘合剂；开发无溶剂型粘合剂。对天然高分子如淀粉、纤维素、壳多糖、天然橡胶等进行物理和化学改性。

2、说明材料的粘合理论。（12分）

答：粘合剂粘合理论包括吸附理论、扩散理论、化学键合理论、静电理论和机械互锁理论等。吸附理论 它起源于粘合剂分子与被粘材料分子之间的作用力。吸附过程分为扩散与吸附两个阶段。当两种分子间距离达到0.5～1nm时，它们之间便产生相互吸引作用。当分子间距离为1nm时，理论吸附力可达10～100MPa；当距离为0.3～0.4nm时，理论吸附力可达100～1000MPa。

扩散理论 在粘合剂与被粘合材料的溶度参数相近、极性相近的条件下，当它们相互紧密接触时，由于粘合剂分子中的链节、链段、支链等的运动以及整个分子的布朗热运动促使粘合剂分子向被粘材料内部进行扩散，扩散导致两者界面的消失和过渡区的形成，从而使粘合剂与被粘材料成为一个完整的整体，形成良好的粘合。粘合剂与被粘材料溶度参数越相近，越有利于扩散过程的发生，其粘合体系的粘合强度也越大。

化学键合理论 由于化学键的作用力非常强，因此，当粘合剂与被粘材料（如环氧体系、聚氨酯体系等）能够形成化学键，则粘接强度会大大提高。有时为了使粘合体系产生化学键，可在粘合剂中加入偶联剂。

静电理论 如果粘合剂和被粘材料之间是电子受体和电子供体的关系时，则电子会从电子供体(如被粘材料)一方转移到电子受体(粘合剂)一方，而在界面区两侧形成双电层，从而产生静电引力，提高界面处粘接强度。

机械互锁理论 由于非织造材料具有大量的三维立体空隙结构，即使是很致密厚实的非织造材料，其材料内部的空隙也是大量存在的。当粘合剂施加到非织造材料表面后，它会很容易渗透扩散到材料的空隙中，当粘合剂固化后，便会与非织造材料形成啮合、镶嵌、互锁等结构，从而产生很好的粘合效果。

5、试从粘合剂分子的化学与粘合过程的物理因素说明影响粘接强度的因素。（15分）

答：（1）粘合剂的相对分子质量及其分布

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粘合剂的力学性能与其相对分子质量大小有关，一般而言，随着分子量增大，其性能更优。但是分子量过大，粘合剂粘度急剧增大、流动性变差，会给施工带来不便。且由于粘合剂扩散、渗透作用下降，粘合时存在缺陷，使得材料易发生粘结破坏或界面破坏。当粘合剂分子量较小时，其流动性较好，能够进入被粘材料表面区的空隙中，有利于粘合。但是当粘合剂分子量过小时，存在粘合层内聚强度低而易发生内聚破坏、即粘结层破坏。因此，兼顾到粘合剂性能和加工两方面的要求，须对粘合剂的相对分子质量加以控制。 （2）粘合剂分子的极性和内聚能密度

分子极性大小与其基团及其结构有关，可用内聚能密度表示。对于高表面能的被粘材料，粘合剂分子的极性越强，粘接强度越大。对于低表面能的被粘材料，粘合剂分子的极性增大会导致粘合体系的润湿性变差，使粘接强度下降。 （3）粘合剂分子主链结构与侧链结构

如果粘合剂主链是由单键构成的，则由于单键容易内旋转，使得分子链容易从一种构象向另一种构象转变；当粘合剂分子中含有孤立的双键时，由于邻近的单键的内旋转变得更容易，使得分子链也较柔顺。当粘合体系受到外力作用时，由于链段运动能力强，粘合层则能经受大的形变，即粘合层的抗冲击性能优异。 如果粘合剂分子主链含有芳杂环、共轭双键等单元，则分子链的柔顺性差、刚性大。这种粘合剂抗冲击性能差，粘合性差，但耐热性好。如果粘合剂刚柔适中，且含有极性基团，则用其粘合的材料具有很好的综合性能。

粘合剂的侧链所含基团的种类以及数量、体积大小、位置对粘接性能影响很大。粘合剂分子侧链基团的极性越强、数量增大，分子间的作用力越大，分子链的运动越困难，链的柔顺性越差。非极性侧链基团的体积越大，空间位阻越大，也使链的刚性增加。如果基团间的距离增大，则基团间的相互作用弱，空间位阻小，分子内旋转的阻力小，分子链柔顺性好。直链侧链随其链长的增大，位阻作用下降，分子链的柔性增大；但太长侧链也会导致分子间的缠结，不利于内旋转，使粘合剂的柔顺性下降。 （4） 交联

高分子链之间通过化学键而形成的三维空间网络，即交联结构。在交联度较小下，交联点之间的链长度远远大于链段长度，此时链段仍可自由旋转，故粘合剂大分

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