复合热熔胶研究现状分析材料学专业.docx

1 绪论 1.1 热熔胶 1.1.1 热熔胶简介 1.1.2 EVA热熔胶的简介 1.2 复合热熔胶研究现状 1.3 磁性纳米材料 1.3.1 磁性材料的分类 1.3.2 磁性材料的性能 1.3.3 磁性Fe3O4简介 1.3.4 Fe3O4国内外研究现状 1.4 电磁感应简介 1.5 课题研究的意义及内容 1.5.1 课题研究背景意义 1.5.2 课题研究的主要内容 2 实验过程 2.1 实验材料、设备 2.2 实验方法及过程 2.2.1 Fe3O4的制备 2.2.2 实验反应原理 2.2.3 EVA热熔胶的制备 2.2.4 复合热熔胶的制备 2.3 样品性能测试 2.3.1 XRD 测试 2.3.2 扫描电子显微镜（SEM）分析 3 结果与讨论 3.1 Fe3O4的检测分析 3.1.1 XRD检测分析 3.1.2 SEM检测分析 3.2 EVA热熔胶检测 3.3 复合热熔胶的检测分析 24 1 绪论 1.1 热熔胶 1.1.1 热熔胶简介 窗体顶端 胶粘剂和粘接技术的发展在人类历史上有着悠久的历史。中国是世界上首批应用粘接技术的国家。早期，在受到自然界存在的粘接现象的启发之后，人类便开始使用血胶，骨胶，淀粉和松香等这些天然的胶粘剂。远在几千年以前，人类就用水和黏土按一定比例调配好，把石头、木块等粘合制成一些简单的生活用品。天然粘合剂已经使用了数千年，但是它们自身的粘合强度不高，它们的耐水性，耐温性和耐老化性也不好，这使得它们的应用范围存在相当大的局限性。20世纪初，从美国发明出了酚醛树脂开始，胶粘剂的发展就像闪电一般，十分迅猛，没过几年便出现了聚氨酯胶粘剂，环氧胶粘剂和丙烯酸胶粘剂等新型胶粘剂[1,2]。到20世纪时，热熔胶已经成为了工业发展的一股新动力。 窗体底端 胶粘剂就是依靠界面作用（化学力，物理力），从而把各类材料粘合在一起的物质。所谓热熔胶粘剂，实际上就是在常温下呈固态，加热到它的熔点左右时，胶粘剂会转变成液态，可流动；它能十分迅速地和其他物体粘接在一起,施加一定压力后待冷却成型，即可形成较高强度的粘接。近年来，热溶胶被誉为“绿色胶粘剂”，因为它在生产和使用过程中不需要任何的溶剂，且无毒、无味、对环境也无污染。热熔胶在今天能发展得如此迅速完全离不开它本身固有的特性和优点。热熔胶与其他胶粘剂相比，具有：（1）固化速度快，几秒钟内就能完成粘接固化；（2）粘合强度高，加热和冷却时粘接性能均表现良好; （3）粘接性能极其稳定：受外界环境影响小，在工作时，几乎不受不同时间段外界环境温度和湿度变化的影响; （4）所形成的粘合层防水防潮，可进行多次粘合，反复加热后其性能不会受到影响;（5）具有良好的光泽和光泽保护性能，同时具备优异的屏蔽性[3-6]。 根据不同的聚合物基体树脂，热熔胶可为以下几类：聚乙烯-醋酸乙烯酯（EVA）、聚酰胺（PA）、聚酯（PET）、聚氨酯（PU）、弹性体嵌段共聚物（SBA,SIS）等。聚酰胺热熔胶其主要结构特性在于，其主链结构上含有酰胺基团（-CONH-），在酰胺基上的氧原子因其特殊化学性质，氧原子能与粘合物羟基上的氧原子结合形成氢键，因此它的粘接强度相对其他类型的溶胶具有更大的优势7,8]。不仅如此，聚酰胺类热熔胶还具有优异的耐油性、耐热耐寒性、耐电性、耐水洗性，无味和无色性。聚酯酰胺类热熔胶也常常用于粘合高档衣服衬里和皮革品。聚氨酯胶中含有异氰酸酯基（-NCO-）和氨酯基（-NHCOO-），这两个官能团具有很强的极性和较高的化学活性，通常情况下可以用来粘接泡沫塑料、木材、皮革、织物等该类含有活泼氢的材料[9]。嵌段共聚物类热熔胶就是热塑性弹性体，生活中最常见的有聚苯乙稀-丁二稀-苯乙稀（SBS）和聚苯乙稀-异戊二稀-苯乙稀(SIS)嵌段共聚物这两种，热塑性弹性体不仅可以在高温下能够自由的流动而且可以在常温下具备橡胶的弹性，所以是制备热熔压敏胶（HMPSA）比较理想的原料。根据一些文献报道，热塑性弹性体SBS和SIS类热熔胶及其加氢产物主要是用于制作各类胶带和标签用胶粘剂[10-12]。EVA类热熔胶则是以乙烯-醋酸乙稀树脂为主要的原料，与各种粘合剂相混而成的胶粘剂，它的软化点较低，并且具有较好的粘接性能、施工流动性、耐候性和耐腐蚀性等。同时EVA具有较强的结合力，熔融时表现出较小的表面张力，对大多数材料都有良好的粘接效果，因此它可广泛应用于管道补口的防腐。 1.1.2 EVA热熔胶的简介 乙烯-醋酸乙烯(EVA)热熔胶是目前在工业和生活中应用最广泛、用途最多的其中一种热熔胶。例如书籍的无线装订，木材层压板制作，板式家具的封边，无纺布制作等都可以用EVA热熔胶来完成。EVA热熔胶主要是由基体树脂、增粘树脂、蜡、抗氧化剂这四部分混溶而成。在某些情况下，可以添加少量的填料，以提高填充能力，降低成本。EVA热熔胶具有优异的粘接性，它对绝大多数材料都有热粘接力；同时EVA热熔胶还具有熔融粘度低，易于施胶，电性能较有优势，与配合剂相容性好等相对优势，且配合剂可选择范围广等特点。根据使用的需求，可以制备出符合要求且性能价格比合理的热熔胶。但由于EVA 热熔胶组合成分特有的化学特性和物理结构，根据化学中结构决定性质，使得EVA 热熔胶也存在明显的缺点：主要是粘接强度相对较低，高低温耐受度低，耐脂肪油性极差等。因为EVA 热熔胶结构主体由不同性能的高分子材料共混而成，所有胶体在制备和使用时耐热性有限，热稳定性不高，低温性能不好，限制了它的使用范围。还因EVA热熔胶易于产生结壳，不适合大面积的使用涂抹粘接。当使用对象的特定外部条件不断发生变化或被加工对象的基础界面有质或量改变，会引起一定的结壳使粘接效果达不到标准的质量问题。随着现代工业的发展，通过EVA 为基础聚合物来进行比例的相对变化制备出的EVA热熔胶，目前已经难以满足现代工业发展的技术需求，只有对EVA进行必要的改性，才能增大其的化工应用范围。目前，最主要有两个发展方向，第一种是对EVA基础聚合物进行接枝，而另一种研究方向就是与其它聚合物的多元共混进行复合改性，根据发展趋势可以看出，反应型EVA热熔胶和新型改性热熔胶也不断涌现，世界范围内对EVA热熔胶的研究都相当活跃，因而需要进一步探索研制出综合性能更加优异的EVA，满足工业需求的热熔胶。 1.2 复合热熔胶研究现状 在上文我们提到对EVA基础聚合物进行接枝是现阶段最具优势的发展方向之一。因为EVA热熔胶的基础聚合物是EVA树脂，通过使用一定的化学方法，使一些活性分子与EVA的主链上的官能团进行化学反应，通过特定的化学反应生成具有一定特殊性能、特殊结构的EVA树脂，在通过添加增黏剂与填料等物质进行一定比例的混合得到新的复合性 EVA热熔胶，与通常的EVA热熔胶比较，它的一些重要性能会有所相对的改善和提高，例如使极性材料的粘接强度增大或者具有更高的耐热性能。殷锦捷[１３]目前主要对塑料的粘接问题进行了研究，他们将引发剂采用有机过氧化物，在EVA主链官能团接枝马来酸酐（MAH）后，通过化学反应来制成热熔胶，并通过正交设计方法，探究出对塑料粘接强度最好的配方，通过接枝后得到的特殊的热熔胶流动性为2.30cm/min;剪切强度为6.5MPa，同时使用制备所得的该热熔胶，对金属、尼龙、木材等进行了粘接测试，与其他配比制备的热熔胶粘接情况作对比得到了较好的结果，通过改进扩大了该热熔胶的应用范围。而杨隽[1１４]采用了熔融反应的方法，主要是通过一定的化学反应在EVA树脂的大分子上接枝活性硅烷基团，并使用硅烷基团进一步进行交联反应，进而改善了热熔胶的耐热性和粘结性能。通过硅烷改性所得的EVA热熔胶，在附着力上有着明显的提高，因改性EVA分子链之间发生后期相互交联，使热熔胶结合物在粘接强度得到改进提高，之所以EVA热熔胶性能有如此大的改善，其主要原因所示因为改性后的EVA树脂其中所含有的硅烷基团与被粘基材表面的羟基官能团之间形成键能较大的特殊的化学键。 对EVA热熔胶改性最常用且有效的方法就是将EVA树脂与其他一种或几种具有良好相容性的热塑性树脂共混，通过优化配方就可得到具有性能优异且成本低廉的热熔胶。例如将聚乙烯、SIS弹性体、聚酰胺、热塑性聚氨酯等热塑性树脂与EVA树脂复合，这样就可以得到同时具有这几种树脂优异性能的高分子材料。鲁俊[20]研究发现少量SIS对EVA 热熔胶进行共混改性，再与石蜡、萜烯树脂混熔制成 SIS 改性 EVA 热熔胶。结果表明，当 SIS 的质量分数为 8%~10％时，除胶的剪切强度有所下降外，其剥离强度、柔韧性和热性能均得以提高。W·K·舒、S·M·比尔德特、D·古德[21]提出一种低施胶温度、高耐热性的热熔胶黏剂，胶黏剂包括乙烯-醋酸乙烯和乙烯-丙烯酸-2-乙基己酯聚合物、石蜡和松香等增黏剂，其中聚合物的熔融指数大于 550g/10min。该热熔胶在低于135℃的温度下应仍具有优异的黏附性，黏胶剂具有良好的耐热性和耐寒性。高耐热性大约在 140 F°的高温下保持纤维抗撕粘合的能力。L- Z·龚、M·L·艾伦、J·A·梅哈菲等[22]提出基于EVA 和乙烯-丙烯酸-2-乙基己酯共聚物共混的热熔胶黏剂，经共混改性的胶黏剂可以获得具有优异的高温和低温的性能平衡，在低到至少约-20F°或高达约 160 F°以上，具有全部或部分的纤维撕裂，适用于要求高抗热性和优良耐寒性包装材料的粘合。任天斌、王永涛等[23]研究采用将玉米淀粉、淀粉增塑剂、酸或酸酐、润滑剂和填料混合，得到改性淀粉；然后将改性淀粉、乙烯-醋酸乙烯共聚物、增黏剂、黏度调节剂、热熔胶增塑剂、抗氧化剂和填料混合，共混挤出，挤出产物经冷却、造粒，即得所需产品。利用本方法得到的热熔胶产品与传统产品相比成本可降低50％以上，同时产品具有均匀度好、耐水性及耐化学药品性好等特点，可广泛应用于纸盒、书籍无线装订、木材积层板制作和木工封边、无纺布制作等领域。 1.3 磁性纳米材料 近二十年来，随着磁性纳米材料的发展，纳米技术已经取得了巨大的进步和丰硕的成果[24]。目前，人们已经能够从无机单质到高分子聚合物，从单组分到多组分复合以及从对称结构到非对称结构，制备出各式各样的纳米材料。不仅如此，纳米材料在生命科学，能源，环境[25]等方面也取得了许多非常重要的应用成果。其中，以纳米磁性材料在生物医学领域的应用最具代表性。高磁响应性、超顺磁性的纳米颗粒（以铁氧体为代表）显现出了众多优秀的，不可替代的生物学价值。 磁性是物质的一种固有本征属性。物质的磁性起源于其内部电子和原子核的旋转和自旋。因此，小到微观纳米粒子，大至宏观块体，甚至宇宙天体，都不同程度地具有一定的磁性特征。磁性材料是一种古老且用途广泛的功能材料。磁性材料的使用可追溯到3000年以前，例如在我国古代，人们使用的指南针就是一种天然磁铁。而在现代，磁性材料也已经广泛地应用于人类社会的生活和生产之中，例如变压器的铁芯材料、电子技术中的微波电子管、用于存储数据的磁记录光盘、军事领域中的电磁炮、通信工程中的滤波器和家用电器等。磁性材料已经深入渗透到了人类生活和生产的方方面面，在人类社会的发展和进步中起着举足轻重的作用。 1.3.1 磁性材料的分类 磁性材料具有很多种不同的分类标准。按照材料磁性产生的机理，磁性材料可分为：(1)铁磁性材料，如铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni)、坡莫合金(FeNi)等；(2)亚铁磁性材料，典型的亚铁磁性物质有磁铁矿(Fe3O4)、铁氧体等；(3)顺磁性材料，典型的顺磁性物质有稀土元素和铁族元素的盐类；(4)反铁磁性材料，典型材料有氧化镍(NiO)，过渡元素的盐类和化合物等；(5)抗磁性材料，代表性材料有有机物、惰性气体、硫磺(S)等。按照应用特征，磁性材料可分为：(1)硬磁材料，又叫永磁材料，经外加磁场磁化并去掉