天然膠黏劑

天然膠黏劑是由天然有機化合物為黏料配製而成的膠黏劑。天然膠黏劑是人類最早使用的膠黏劑，至今已有數千年的歷史，現在仍廣泛應用於日常生活、傢具生產、工藝美術、文教用品等領域。

天然膠黏劑根據來源可分為動物膠黏劑、植物膠黏劑、礦物膠黏劑及海洋天然膠黏劑等類型。根據其化學組成成分有蛋白質膠教劑、碳水化合物膠黏劑和其他天然樹脂膠黏劑等類型。

天然膠黏劑的特點是製備方法簡單、粘接速度快、施工方便、價格便宜，而且大多為水溶性，無毒或低毒。但天然膠黏劑的原料來源受地區、季節、氣候等多方面自然條件的限制，粘接力較低，不能適應現代化生產，因而20世紀50年代以後，大部分被合成膠黏劑所取代。然而由於石油資源的日益枯竭，開發和利用可再生資源製作膠黏劑又顯得尤為重要。

1、澱粉膠黏劑

進入21世紀以後，材料的良好環境性能將成為新材料的一大特點。澱粉作為一種無毒無害、價格低廉、可生物降解、對環境友好的天然可再生資源，在各行業中的應用日趨廣泛。特別是近年來，世界膠黏劑工業生產技術正朝著節省能源、低成本、無公害、高黏性和無溶劑化方向發展。

澱粉膠黏劑作為一種綠色環保產品，已引起膠黏劑行業的廣泛關注和高度重視。就澱粉膠黏劑的應用和發展看，採用玉米澱粉氧化的澱粉膠黏劑的前景看好，研究應用最多。

目前，澱粉作為膠黏劑應用主要是在紙及紙製品中，如紙盒和紙箱的封糊、貼標籤、平面上膠、粘信封、多層紙袋粘合等。

下面就幾種常見澱粉膠黏劑進行介紹：

（1）氧化澱粉膠黏劑

含有醛基和羧基的聚合度低的改性澱粉的混合物與水在氧化劑的作用下經加熱糊化或室溫糊化而製成的膠黏劑為氧化澱粉膠黏劑。澱粉經氧化后，形成具有水溶性、潤濕性、膠接性的氧化澱粉。

氧化劑的用量少，氧化程度不夠，澱粉生成的新官能團總量減少，使膠黏劑的黏度增加，初粘力下降，流動性差。用量多，氧化過度，致使膠黏劑的黏度、初粘力下降。

氧化反應時間對膠黏劑的黏度、透明度以及羧基含量有較大影響。隨著反應時間的延長，氧化程度增高，羧基含量增大，產品黏度逐漸降低，但透明度越來越好。

（2）酯化澱粉膠黏劑

酯化澱粉膠黏劑屬於非降解性澱粉膠黏劑，它是通過澱粉分子的羥基與其他物質發生酯化反應而賦予澱粉新的官能團，從而使澱粉膠黏劑的性能得到改善。

由於酯化澱粉發生部分交聯，所以黏稠度升高，貯存穩定性更好，防潮和防霉特性提高，其膠層可耐高低溫交替作用。

（3）接枝澱粉膠黏劑

澱粉的接枝就是用物理和化學的方法使澱粉分子鏈產生自由基，在遇到高分子單體時，就形成了鏈式反應，在澱粉主鏈上產生一條由高分子單體構成的側鏈。

利用聚乙烯醇與澱粉分子中都有羥基這一特點，在聚乙烯醇與澱粉分子間可形成氫鍵，起到了聚乙烯醇與澱粉分子“接枝”的作用，這樣使製得的澱粉膠黏劑具有更好的膠接性、流動性和抗凝凍性等優點。

由於澱粉膠黏劑屬於天然高分子膠黏劑，其價格低廉，無毒無味，對環境無污染而被廣泛研究和應用。

目前澱粉膠黏劑主要應用在紙張、棉織物、信封、標籤、瓦楞紙板上。

2、纖維素類膠黏劑

（1）纖維素醚類衍生物

用作膠黏劑的纖維素醚類衍生物主要有甲基纖維素、乙基纖維素、羥乙基纖維素、羧甲基纖維素等。

乙基纖維素（EC）：是一種熱塑性、非水溶性、非離子型的纖維素烷基醚。化學穩定性好，耐酸鹼，電絕緣性和機械強度優良，具有在高溫和低溫保持強度和柔韌性等特性。

易與蠟、樹脂、增塑劑等相容，作為紙、橡膠、皮革、織物的膠黏劑。

羧甲基纖維素（CMC）：離子型纖維素醚。

在紡織工業中， CMC常用來取代優質澱粉作為布料的上漿劑。紡織品上塗有CMC，能增加手感及柔軟感，印染性能也有較大改進。

在食品工業中，加有CMC的各種各樣的奶油冰淇淋，外形穩定性好，容易著色，不易軟化。

作為膠黏劑，用於製造鉛筆、紙盒、紙袋、壁紙及人造木材等方面。

（2）纖維素酯類衍生物

纖維素酯類衍生物主要有硝酸纖維素和醋酸纖維素。

硝酸纖維素：又稱纖維素硝酸酯，因酯化程度不同，其氮含量一般在10%～14%之間。含量高者俗稱火棉，曾用於無煙及膠質火藥製造。含量低者俗稱膠棉，它不溶於水，但溶於乙醇乙醚混合溶劑，溶液即為火棉膠。

因火棉膠溶劑揮發後會形成一層堅韌薄膜，所以常用於瓶口密封、創傷防護及製造歷史上第一個塑料賽璐珞。若在其中加適量醇酸樹脂作改性劑、適量樟腦作增韌劑則成為硝化纖維素膠黏劑，常用於紙張、布匹、皮革、玻璃、金屬及陶瓷的粘接。

醋酸纖維素：又稱纖維素醋酸酯。在硫酸催化劑存在下，用乙酸和乙酐混合液使纖維素乙醯化，然後加稀乙酸水解到所需酯化度的產物。

醋酸纖維素可用於配製溶劑型膠黏劑，粘接眼鏡、玩具等塑料製品。與硝酸纖維素相比，耐燃性和耐久性極好，但耐黏性、耐濕性和耐候性較差。

3、蛋白質膠黏劑

蛋白質膠粘劑是以含蛋白質的物質作為主要原料的一類天然膠黏劑。動物蛋白和植物蛋白均可製作膠黏劑。按所用蛋白分為動物蛋白（骨膠、明膠、絡蛋白膠、血清蛋白）和植物蛋白（豆膠等）。它們一般是在乾燥時有較高的膠接強度，用於傢具製造、木製品生產。但是，其耐熱性和耐水性較差，其中動物蛋白質膠粘劑更為重要。

（1）大豆蛋白膠

植物蛋白不僅是重要的食品原料，而且在非食品領域也有廣泛的應用。就大豆蛋白膠黏劑而言，早在1923年，Johnson申請了大豆蛋白膠黏劑的專利。1930年大豆蛋白脲醛樹脂木板膠黏劑(杜邦公司），由於膠接強度較弱及生產成本過高，未能大量使用。

近幾十年來，由於膠黏劑市場的擴展，全球石油資源的有限性和環境污染問題日益受到關注，使得膠黏劑工業重新考慮新型天然膠黏劑，致使大豆蛋白膠黏劑再次成為研究熱點。

大豆膠黏劑無毒無味，使用方便，但耐水性差。加入0.1%~1.0%（質量）的交聯劑如硫脲、二硫化碳、三羧甲基脲等，可提高耐水性，製得用於木材粘結和生產膠合板的膠黏劑。

（2）動物膠黏劑

下面介紹動物蛋白膠的應用：

a、傢具與木材加工

傢具與木材加工業一直廣泛使用動物膠。常用的製品包括椅子、桌子、櫥櫃等傢具、模型、玩具、體育用品和樂器。固含量50%～60%的較新型液體動物膠包括快固化與慢固化型，它們在櫥櫃硬板的框架板粘合，活動住屋裝配，難層壓物以及其他不宜採用更廉價的熱動物膠液的中小膠粘劑需求場合。

b、粘膠帶

動物膠是膠粘帶中所用的一類基本膠粘劑。這些膠帶既可用於常見輕型零售包裝袋，也可用著重型膠帶，如裝運貨物的實心纖維與瓦楞紙箱的密封或封裝，這類場合需要快速機械作業與持久的高粘接強度。這時，骨膠用量很大，皮膠也常單獨或同骨膠復配后使用。所用膠粘劑一般配製成約50%的固含量，且可以按干膠質量的10%～20%摻混糊精，以及少量的潤濕劑、增塑劑、凝膠抑製劑(必要時)。膠粘劑(60～63℃)通常用塗料輥塗在背襯紙材上，固體的沉積量一般為紙基質量的25%。濕膠帶可以在張力下用蒸汽加熱輥乾燥，也可用可調空氣的直接加熱器乾燥。

c、其他應用

包括砂紙與砂布磨具的製造，紡織品與紙張的上漿和塗層，書籍與雜誌的裝訂等。

4、單寧膠黏劑

單寧是一種含有多元酚基的有機化合物，廣泛存在於植物的干、皮、根、葉和果實中。主要來源於木材加工中樹皮下腳料和單寧含量較高的植物。將單寧、甲醛與水混合，加熱，製得單寧樹脂，然後加入固化劑和填料，攪拌均勻即得到單寧膠黏劑。

單寧膠黏劑具有良好的耐濕熱老化性能，膠接木材性能與酚醛膠黏劑相似，主要用於木材等的膠接。

5、木素膠黏劑

木素是木材的主要成分之一，其含量約佔木材的20～40%，僅次於纖維素。木素很難從木材中直接提取，主要來源是紙漿廢液，資源極為豐富。木質素不單獨用做膠黏劑，而是利用木質素的酚基與甲醛作用得到的酚醛樹脂類聚合物作為膠黏劑。為提高耐水性，可與環氧異氰酸酯、苯酚、間苯二酚等化合物並用。

木質素膠黏劑主要用於膠合板和刨花板的粘接。但其粘度高，色澤深，對其改進后，可擴大適用範圍。

6、阿拉伯樹膠膠黏劑

阿拉伯膠也稱金合歡樹膠，是一種野生刺槐科樹上的流出膠液。由於多產於阿拉伯國家而得名。阿拉伯膠主要由分子量較低的多糖和分子量較高的阿拉伯膠糖蛋白組成。

由於阿拉伯樹膠的水溶性好，因此配製十分簡單，既不要加熱也不需要促進劑。阿拉伯膠液乾燥極快。可用於光學鏡片的粘接、郵票上膠、商標標籤的粘貼、食品包裝的粘接和印染助劑等。

7、無機膠黏劑

以無機物，如磷酸鹽、硅酸鹽、硫酸鹽、硼酸鹽、金屬氧化物等為黏料配製成的膠黏劑稱為無機膠黏劑。

它的特點：

（1）耐高溫，可承受1000℃或更高溫度；

（2）抗老化性好；

（3）收縮率小；

（4）脆性大，彈性模量比有機膠黏劑高一個數量級；

（5）抗水、耐酸鹼性差。

（1）硅酸鹽類膠黏劑

硅酸鹽類膠黏劑膠接強度較高，耐熱、耐水性能較好，但耐酸、鹼性性能較差。可廣泛應用於金屬、玻璃、陶瓷等多種材料的膠接。

（2）磷酸鹽類膠黏劑

以濃縮磷酸為黏料的一類膠黏劑，主要有硅酸鹽-磷酸、酸式磷酸鹽、氧化物-磷酸鹽等眾多品種。與硅酸鹽類膠黏劑相比，具有耐水性更好、固化收縮率更小、高溫強度較大以及可在較低溫度下固化等優點。

磷酸鹽類膠黏劑主要應用於膠接金屬、陶瓷、玻璃等眾多材料。