胶黏剂如何推动科技的发展

随着社会经济和生活水平的提高,胶黏剂在人 们的日常生活和生产中发挥着越来越重要的作用。 由于胶黏剂具有应用范围广、使用简便、经济效益高 等特点,因此无论是在高精尖技术中还是在一般的 现代化工业中,胶黏剂都发挥着极其重要的作用。然而胶黏剂在生产、使用过程中会产生一些环境污 染问题,对人体健康和环境都造成极大的危害;随着 人们环保意识的加强,未来胶黏剂的主要发展方向 将日益趋向环保化。

　　1我国胶黏剂的现状

　　我国合成胶黏剂生产以及粘接技术的推广应用 始于1958年,至此一些中小企业开始建立投产,不断地研发新胶种。改革开放以来,我国胶黏剂产业 发展迅速,产量急剧增长,质量不断提高,应用领域逐渐扩展到建筑业、纸制品及包装、制鞋、汽车、电 子、木工、家用电器、住房设备、运输、航天航空和医疗卫生等行业。近五年产量平均增长达到11. 6%[1],新产品与新技术不断涌现。目前我国胶黏剂 生产企业超过千家,胶黏剂的品种也超过3000种。 随着科技的发展,我国胶黏剂工业生产技术水平有 了较大的提高。尽管我国的合成胶黏剂工业得到了 快速的发展,但基本上走的是一条粗放式、外延型的道路。据了解,我国胶黏剂生产非常分散,具有大规 模而且高水平的厂家不过百家,多数企业生产技术 水平低、设备陈旧简陋、科技力量薄弱、产品质量不 高、“三废”排放不符合国家环保要求。一些相关指 标缺乏相应的检验要求和标准,这一系列问题使得 胶黏剂行业存在较大的资源浪费和环境污染问题。 在我国生产的各类胶黏剂中,仍然是“三醛”胶(脲醛、酚醛和三聚氰胺甲醛树脂胶)和乳液型胶产 量最大。从使用行业看,建筑业用胶量最大,约占总胶量的51.8%,其次是纸制品等包装行业,约占总 胶量的12.6%,制鞋业占9.0%[2]。我国胶黏剂每年有进口也有出口,但总的来说进口量大于出口量。 目前,我国进口的主要产品包括:配制胶黏剂的原料 及相关助剂、特种胶黏剂、特种压敏胶制品(如医用 压敏胶贴、强力胶带和标签)等。

　　从整个胶黏剂市场看,胶黏剂的价格逐年上涨,高价位、高附加值的产品在行业中所占比例日趋增 加。尽管我国胶黏剂产量日益增加,但是胶黏剂产 品主要以低中档为主,大部分胶黏剂产品质量不高、 技术含量低、品种单一,高档胶黏剂在市场上占居的 份额远远落后于发达国家,以至于我国胶黏剂产量 居世界第三,而产值却只占7%[3]。此外,胶黏剂的环保问题已经成为制约胶黏剂行业发展的一大主要 障碍。

　　2我国胶黏剂的发展前景及其发展趋势

　　根据我国胶黏剂市场的供需情况,未来胶黏剂 的发展方向主要是环保型、高性能、高附加值;其品 种主要有:低甲醛脲醛胶、环保型氯丁橡胶胶黏剂、VAE乳液胶及其改性胶黏剂、热熔胶、高性能环氧树脂胶、水性聚氨酯胶、汽车用胶、有机硅胶及其改 性胶。

　　全世界木材胶黏剂的产量占胶黏剂总产量的50%~60%,我国甚至达到75%左右,我国木材行业胶黏剂使用量居于首位。“三醛”胶黏剂因其价 格低廉、生产工艺简便而长期处于主导地位,是木材 行业中最主要的胶种,然而以往人们忽略了其中的 游离甲醛挥发物对大气环境的污染和对人体健康的 危害。随着环保要求的日益严格,环保胶黏剂将逐 步取代一般的胶黏剂而成为市场的主流。由于我国 众多胶黏剂企业积极研究开发并引进低毒、无毒、高 固含量、无溶剂和水性胶黏剂生产技术和产品,使得 生产设备不断改进,产品质量不断提高,环保型产品 不断涌现,胶黏剂基本上已经杜绝了苯的使用,然而 对环境和人类健康有危害的游离甲醛挥发物仍然未 能得到很好的控制和限制。由于脲醛胶有价格便 宜、固化速度快、无颜色、能与水很好混合、使用方便等优点,在人造板制造中广泛应用,其成本和价格是 其他胶黏剂所不能比的。脲醛胶明显的价格优势使得发展低污染或无污染的脲醛胶势在必行。

　　氯丁胶黏剂因其性能优异、用途广泛、价格低 廉,一直倍受众多企业的青睐,被广泛用于制鞋业、 建筑装潢和汽车制造等行业。目前尚无其他胶黏剂可以完全取代它的地位,传统的溶剂型氯丁橡胶所 占的比例最大,溶剂含量最高,苯类溶剂使用量大,对健康和环境危害最重。虽然国家禁止了苯的使 用,控制了甲苯和二甲苯的用量,限制了游离甲醛含 量,大大降低了其毒性和危害,然而现有的无“三 苯”氯丁橡胶胶黏剂,可能是无毒或低毒,但无毒、 气味小不一定就符合环保要求。水基氯丁橡胶以不用有机溶剂、无环境污染、无健康危害和火灾危险为 发展方向,但干燥速度慢、初黏力低、低温易冻结等 不足使得其发展缓慢,应用领域也受到限制。氯丁 橡胶胶黏剂要想得到发展,唯一的出路是真正实现 环保化。氯丁橡胶胶黏剂的环保化、水性化、高固含量化、高性能化是达到产品质量与环境行为双优,经 济效益和环境效益双赢目标的必然途径。现代的胶 黏剂既要能实现高强耐久的粘接,又要对健康和生 态环境危害最低,这也成为今后氯丁橡胶胶黏剂发 展的必然方向[4]。

　　VAE乳液胶是醋酸乙烯(VAc)和乙烯(Ethyl- ene)单体乳液共聚物的简称,以它为基料加入增黏 剂、增稠剂、交联剂、填充剂后制成VAE乳液胶黏 剂。由于VAE胶黏剂具有初黏性和湿黏性好、固化 速度较快、贮存稳定、耐水性、耐候性好、不易老化、无毒、无害、含醛量小于3.8×10-6,易于改性获得 新的性能、可粘接多种材料、使用安全方便等优点而被广泛应用于无纺布、静电植绒、PVC膜、建筑装修、 地毯背衬、纸塑复合、商品标签、家具制造、食品包 装、热熔封装、迟效胶等多种领域[5]。VAE乳液胶 是重要的水基胶,符合日益严格的环保要求和胶黏剂的未来发展方向,因此有广阔的发展前景和应用 前景。VAE乳液胶虽然有时候可以直接用作胶黏剂,但因其性能不够理想,应用受到限制。若能通过 共混、交联、水解、增黏等手段改善并提高其性能(如:初黏性、粘接强度、耐水性、固化速度、黏度等)并同时降低成本[6],VAE乳液胶将成为不可多得的 环保胶。

　　热熔胶是一种环保型胶黏剂,也是近年来国际 上开发和应用较快的一种新型胶黏剂,因产品本身 是固体,便于包装、运输、贮存,无溶剂、无污染,以及生产工艺简单、高附加值、粘接强度大、速度快等优 点而倍受青睐。随着中国加入WTO,热熔胶的应用 领域也在不断扩展,国内的生产开发企业也在不断 增加,然而规模小,利用率过低使得热熔胶行业无规 模效益可言。热熔胶的发展方向大体可分为A)通过掺混、接枝等办法对现有品种进行改性以提高热熔胶的抗氧化性、粘接强度、黏度、熔点等性能;B)加速开发能实现特定功能以满足各方面用途需要的新型胶;C)开发应用潜力巨大的高性能热熔胶,如:反应型热熔胶、水分散型热熔胶、高档PA热熔衬胶 粒以及高强度热熔压敏胶等;D)加快提高原材料,尤其是EVA树脂的国产化率,减少因大量进口原材 料而造成的外汇流失。
　　我国环氧树脂的生产和消费一直和我国的国民 经济同步增长,目前我国已是世界环氧树脂生产第 三大国。然而我国环氧胶黏剂以低中档产品为主难 以满足市场需要,因此要大力发展高性能的环氧树 脂胶,使其由低附加值向高附加值增长。环氧树脂用量的多少、应用水平的高低、二次加工能力的大小 是衡量一个国家工业发展水平的重要标志,近年来,环氧胶黏剂正向着低黏度、高强度、耐冲击、耐阻燃 等特殊用途发展,有研究表明在环氧树脂胶黏剂中加入纳米填料可以大大提高胶黏涂层的强度、耐磨、 耐蚀和其他性能,并且可以降低胶黏剂的成本,类似 于这方面的研究还有待于进一步的深入研究。 聚氨酯胶黏剂包括聚氨酯溶液、水分散液和水 乳液三种[7]。水性聚氨酯不含溶剂,是绿色的安全 产品,由于其无毒、不易燃烧、不污染环境、节能、安 全可靠、易操作和改性等优点,使它在织物、皮革涂饰、木材加工、建筑、造纸等行业得到广泛应用,并逐 步代替了溶剂型聚氨酯,特别是近些年,由于溶剂价 格的高涨和环保部门对有机溶剂使用和废物排放的 严格限制,使水性聚氨酯成为一个重要的发展方向。然而水性聚氨酯胶黏剂以水为介质,干燥速度相对 较慢、初黏性、耐水性、耐热性都不如溶剂性聚氨酯 胶黏剂好,因此如何提高水性聚氨酯胶黏剂的初黏 速度、耐水耐热性成为国内外的研究重点。近几年,国内聚氨酯胶黏剂年产量以平均30%的速度增 加[8]。水性聚氨酯胶黏剂是符合胶黏剂无公害发展 趋势的一类重要的胶黏剂新品种。我国是聚氨酯生产大国,聚氨酯工业已经具有相当规模,但与发达国 家相比仍有很大差距,我国聚氨酯胶产品结构不尽 合理,低档的一般用途的胶种数量多,高性能的特殊 用途的胶种较少,溶剂型聚氨酯胶比例较大,产业规 模较小,工艺设备检测手段较落后。随着我国加入WTO,国外高档先进的聚氨酯胶黏剂将不断涌入国 内,我们要抓住机遇,提高科研技术和生产水平,加 快大宗产品原料树脂和主要进口胶国产化和规模化进程,进一步增加通用胶和符膜胶产品品种并提高 综合性能,加强配套的特种原料、助剂、工艺设备和施工机具的研究开发,使国产品种达到国外先进水 平并在市场上取得有利的竞争地位。根据我国市场 需要,我国聚氨酯胶黏剂应发展以下产品:1.本体法TPU树脂;2.单组分湿固化聚氨酯密封剂的技术开发;3.包装用复合薄膜聚氨酯胶黏剂的研究开发;4.游离异氰酸酯质量<0.5%的多异氰酸酯固化剂的 研究开发;5.水性聚氨酯胶黏剂、反应热熔胶、100%液体反应型胶的研制。

　　汽车用胶黏剂有其自身的特点,一方面在性能 上要达到汽车质量和使用寿命的要求,另一方面还 应该满足大批量、快节奏生产工艺的需求,要有良好 的施工工艺性能及其同工艺介质的适应性[9]。粘接 技术在汽车制造上的应用,不仅可以起到增强汽车 结构、紧固防锈、隔热防震和内外装饰的作用,还能 够代替某些部位的焊接、铆接等传统工艺方法,实现 相同或不同材料之间的粘接,简化生产工艺,达到优 化产品结构的效果。在汽车轻量化、节能降耗、延长 使用寿命和提高性能等方面,胶黏剂及其粘接技术发挥着越来越重要的作用。从汽车整个制造过程所 涉及的工作部位和功能角度出发,汽车用胶黏剂主 要包括:车体用胶黏剂、车内装饰用胶黏剂、挡风玻 璃用胶黏剂、刹车蹄片胶黏剂、离合器片胶黏剂、结 合面液态封面胶和车体底盘用胶黏剂。目前,我国 汽车用胶黏剂年消耗量约为4万吨,其中使用量最大的是聚氯乙烯可塑胶黏剂、氯丁橡胶胶黏剂和沥 青系列胶黏剂[10],这几年我国汽车用胶黏剂行业通 过引进消化,从品种到质量都取得了可喜成绩,缩小 了与先进国家的差距,但由于个别原材料及技术设 备落后,使得挡风玻璃粘接密封胶、刹车蹄片胶、结构胶等仍以进口胶为主体。据预测,2010年我国汽 车行业的总产量将达到600万辆,所用胶黏剂约10.8万吨,今后我国汽车行业的迅速发展必然使得汽车用胶黏剂的用量大大增加。经过近20年的发 展,国内一些技术难度相对较高的汽车用胶,在主要 品种上已基本满足需要,但在提高产品质量和适应 汽车大批量流水线生产工艺方面,尚需做进一步的 工作;机械化程度和标准化作业同国外先进水平相 比还有较大差距,配套的涂胶设备还过多地依赖进 口,这些都已成为国内汽车用胶面临的亟需解决的问题。目前,我国汽车用胶黏剂品种已经比较齐全,技术水平也在不断提高,相关部门应该极早地制定 出与此相适应的材料行业标准,规范性能测试方法,建立完善的质量保证体系已势在必行。 有机硅胶及其改性胶是未来高性能胶黏剂的主要发展方向之一,由于具有良好的耐温性、耐老化 性、防水性、耐候性、电气绝缘性、耐化学试剂性、抗 伸缩疲劳强度高、永久变形小,无毒等特点,其主要 应用于电子、机械、航空、建筑、医疗、和通信行业的 粘接、涂覆、灌封。尤其是在航天领域,由于有机硅 材料良好的耐高低温、耐紫外线、耐辐照、绝缘、透光 率高等性能,被认为是最理想的空间材料。重要的有机硅胶黏剂有树脂型和橡胶型两类,硅树脂一般 需高温固化,且固化时间长,粘接性差,耐溶剂性、配 伍性差、生产成本高等因素限制了它的推广应用,因 此可以采用有机树脂与其共聚改性的方法使其性能 得以改善,以便有更广的应用范围;硅橡胶可分为高 温硫化硅橡胶和室温硫化硅橡胶,由于高温硫化硅 橡胶的胶结强度低,加工设备复杂,极大地限制了它 的应用,室温硫化硅橡胶具有耐氧化、耐高低温交变、耐湿性、优良的电绝缘性、使用方便等特点,使其 在无线电工业、航空航天、医学、建筑、汽车行业等领 域都有广泛的应用,但是由于其粘接性、耐溶剂性较 差,不作为结构胶使用,如何提高室温硫化硅橡胶的 粘接性和耐溶剂性也是今后研究的重点。自20世 纪80年代我国开发出了有机硅胶以来,近年来其发 展比较迅速,年增长率不低于10%,高于发达国家 的增长水平。“十五”期间,建筑密封材料以有机硅 和聚氨酯为主,年用量约10万吨[11]。有机硅胶黏 剂还可以用于芯片焊接,随着电子机器的轻薄化和 短小化,半导体热环境向高温方向发展变化,半导体 元件要求更高的可靠性、散热性,硅橡胶的需求量将 会越来越大[12]。此外,可以利用纳米粒子的特殊结 构改性硅橡胶,在改善力学性能的同时,提高硅橡胶 的抗辐照性能[13]。硅橡胶产品种类在有机硅产品 中也是最多的;硅树脂是有机硅产品中开发最早的,但是发展却很缓慢。硅橡胶和硅树脂都具有其他有 机胶黏剂所没有的优良性能,随着电子电气、建筑及汽车工业的快速发展,硅橡胶的需求量剧增,然而价 格较高、机械强度较低、固化性较差等因素制约着它们的进一步应用,需要进一步改善和提高。 随着环保法规的日趋完善和人们环保意识的深 化,环保型胶黏剂将成为未来胶黏剂市场的主流。 从“绿色化学”和“清洁生产”的角度出发,环保型胶黏剂应该是从胶黏剂的产品设计、能源与原材料的 选用、胶黏剂的整个生产过程以及胶黏剂产品的使 用等一系列环节中都是环境友好的、无毒无害的胶 黏剂。严格地讲,环保型胶黏剂是除了保证胶黏剂 本身的粘接性能外,生产使用全过程无环境污染,无“三废”排放的胶黏剂。环保型胶黏剂提倡“环境友 好”其基本要求包括水性、无释放物、可再生持续、 生物降解等。我国产量最大的合成胶黏剂是脲醛胶,现今这种胶黏剂中游离甲醛含量超过国际E1和E2级标准,因此如何降低游离甲醛的含量使其达到 国际E1标准的粉状脲醛树脂将是脲醛胶的未来主 导产品;氯丁胶含有大量的有毒有害溶剂,且对软PVC、聚氨酯等新型鞋用材料的粘接性能较差,因此 应用混拼技术对氯丁胶进行改性,制成能够克服上 述缺点的氯丁胶乳水基胶也是今后的重点;由于热 熔胶无污染、固化速度快、粘接面广,近年来得到了 迅速发展,年平均增长率超过30.1%,是我国增长 最快的胶种。据报道,国外已经有新型的聚氨酯反 应热熔胶上市,其发展重点是降低热熔涂布速度,开 发适应不同生产线工艺要求的品种,提高初黏性,贮 存稳定性,粘接强度的长期耐久性等综合性能。高 性能合成胶在今后也将是未来胶黏剂的主要胶种之一,其特征包括:1)产品具有良好的力学性能和功 能性;2)生产线上所要求的工艺具有可操作性。其 品种主要包括低污染的水基胶和热熔胶、环氧胶、聚 氨酯胶、新型改性丙烯酸胶等。丙烯酸酯胶黏剂也是一类重要的胶黏剂,由于具有良好的耐水性、耐候 性、耐碱性、耐氧性、耐臭氧性、耐光性、气味小、黏合 力高等显著特点而被广泛应用于纺织、建筑、医疗等各个行业,目前已经有采用苯乙烯和有机硅等化合 物对丙烯酸酯胶进行改性,然而毕竟受到一些限制,如何对现有品种进行改进(如可以添加丙烯酸提高 其耐油性、耐溶剂性及粘接强度;还可以在其聚合物 分子链上引入不同的基团作为交联剂从而提高其综 合性能)并在已有品种的基础上开发研制新型丙烯酸酯胶黏剂也是今后的发展趋势。对于广泛用于飞 机、汽车、建筑、电子电器等领域的环氧树脂胶黏剂 而言,产品将更加趋于精细化,积极开发与其配套的 固化剂都应该引起足够的重视。

　　要想使得胶黏剂的性能有所改善,除了配方的 改善、调整外,新技术、新工艺的使用是必不可少的。 目前,微胶囊技术、双液混喷技术、辐射能固化新技 术、包装新工艺的出现为胶黏剂的进一步改进提供 了很好的思路。随着计算机技术及其应用的日益广泛,计算机辅助胶黏剂配方设计得到了迅速发展,计 算机辅助配方设计必将推动胶黏剂配方设计工作的迅速发展加速新产品的诞生。

　　胶黏剂对环境的污染,有些属于管理问题,有些 属于生产方法问题。前者可以通过管理手段来解决,例如生产过程中的有机挥发物可以通过封闭方 式进行生产,粉尘问题可以用除尘设备和除尘技术得以解决,而生产中的易挥发物质、有毒有害物质要 必须通过重新选择原材料、对配方和工艺进行改进 才能生产,非溶剂型、水溶型、粉末型、高固体分型、 辐射固化等类型的胶黏剂可以解决有机物引起的污 染问题,对于毒性很大的原材料,则应取代或不使用。

　　从我国进口胶黏剂的品种看,我国高品质高性 能的胶黏剂还有很大的发展空间。今后我们要加大 对高性能胶黏剂的研究资金投入,一方面可以采取 国家投资或鼓励有实力的科研和企业单位联合投资 开发,另一方面,也要积极学习国外先进技术,可以 引进国外的先进技术和设备,与外商合资开发,使我 国高性能胶黏剂有较大的发展。

　　3总　结

　　我国胶黏剂行业整体水平不高,国内胶黏剂市 场呈现多元化的发展趋势,一些胶黏剂需要进口,大 部分现有胶种都存在环境污染问题。因此,我们要 加强科技创新,实施清洁生产,重点发展环保型胶黏 剂;大力研发生产高性能、高附加值的胶黏剂;积极 调整产业结构使未来胶黏剂产业朝着经营规模化、 技术先进化、生产现代化、产品环保化的方向发展以 适应社会的需求。

　　未来胶黏剂生产的发展方向是走向规模化、集 约化。在胶黏剂档次参差