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聚氨酯膠粘劑簡介
來源:http://www.youseftkd.com2018/6/23 14:19:10

聚氨酯膠粘劑是指分子鏈中含有氨基甲酸酯基團或異氰酸酯基的一類膠粘劑。由于其分子鏈中-NCO可以和多種含活潑氫的官能團反應,形成界面化學鍵結合

熱熔膠膜具有極強的粘附性能,撓曲性好,膠膜堅韌,耐沖擊,剝離強度高,良好的耐超低溫性、耐油和耐磨性等特點。熱熔膠粘劑是一類無溶劑的以熱塑性聚合物為基料的固體膠粘劑,受熱熔化成液態,以熔體形式應用到基材表面進行粘合。熱熔膠具有無毒環保、粘接迅速、節能環保、貯運和使用方便、成本低、應用面廣等優點,主要包括EVAPE、無規PP、聚氨酯等。聚氨酯熱熔膠可分為兩類:一類是反應型熱熔膠,它又可分為端異氰酸酯基預聚物型(濕固化型)和含封閉的異氰酸酯基預聚物型(潛固化型);另一類是熱塑性聚氨酯彈性體熱熔膠,是利用組成中的氫鍵作用發生交聯,從而使其具有優異的彈性和強度。前者受熱熔融后,遇濕發生反應交聯固化;而后者固化過程主要是利用氫鍵作用發生物理交聯,再次受熱又會削弱氫鍵作用,變為粘稠液體,因此可反復加熱——冷卻固化,產品可回收或二次使用,屬于環境友好材料。

  二、聚氨酯熱熔膠固化反應機理簡介

PUR樹脂分子鏈末端有反應型的NCO官能基,由于此官能團中的碳氮雙鍵活性非常高,會與空氣或是基材表面的水氣反應生成胺基,同時釋放出C02,胺基再與其它的NCO基反應形成具有 urea(尿素)官能團的結構。由于在urea結構中仍具有活性氫,因而還會再與未反應完的NCO基作進一步的反應而生成縮二脲結構,完成所謂的交聯反應。其與濕氣的反應機理如下:

-NCO+H2ONH2+CO2-NH-CO-NH-NH-CO-NH-+OCN-NH-CO-N-CO-NH-

從上面可見,膠粘劑粘接固化是作為反應型固化方式,與一般的EVA型熱熔膠劑、水性膠粘劑的固化有本質的區別。根據粘接理論學說,認為有機械理論、吸附理論、擴散理論、靜電理論、化學鍵理論等粘接機理。相對而言,化學鍵粘接比其粘接方式會獲得更高強度的粘力。一般的EVA熱熔膠,存在機械、吸附、擴散等粘接理論;而膠粘劑更多存在的是化學鍵理論粘接,它與基材反應形成一個“不可分割的整體”,所以PUR固化后能產生的優異的粘接強度。

  三、熱熔膠在書本裝訂中的應用及其優缺點

1。在書本裝訂中的應用

隨著人們環境意識和健康意識日益提高的今天,社會不再僅僅關注于膠粘劑的功能和應用,對膠粘劑的環保問題的要求愈加嚴格,發展符合“環保、健康、安全”三大要求的環保型綠色膠粘劑已勢在必行。人們的生活水平不斷提高,特別是歐美國家,人們追求的印刷產品趨向時尚、新穎、個性化,從而使得生產工序越來越繁復,產品質量要求越來越高。膠粘劑作為一類新型的膠粘劑,具有不含溶劑揮發性、耐熱耐寒性、耐溶劑性、耐疲勞性等特點。這些符合當前社會發展的需要。

在印刷包裝行業中,膠粘劑被應用于書本裝訂,印刷品塑一塑、紙一塑覆合,塑料盒制造等方面。PUR熱熔膠是帶有活性終端團的PUR預聚物,對于印刷紙材來說,當活性終端團曝露在潮濕的空氣或紙張達到一定的濕度時,就會發生交聯反應。預聚物被濕潤后,可以很好地滲透進入紙張中,與紙材中纖維分子發生交聯反應,達到較高的粘性和較高的紙張拉力。近20年來,得益于無線裝訂工藝的發展,熱熔膠在書籍裝訂方面的應用獲得了迅猛發展。EVA熱熔膠具有良好的粘接性和彈性,目前國內市場上的書籍裝訂熱熔膠絕大部分為EVA型熱熔膠。但EVA型熱熔膠價格昂貴,且具有記憶性等缺點,因此想打開書時它傾向于合上,想合上時又傾向于打開、書籍被閱讀時在裝訂處形成凹槽或書本突然合上。聚氨酯熱熔膠生產工藝簡單,成本低廉,可彌補以上缺陷。該膠粘劑彈性、韌性好,粘接強度高,膠粘劑可以反復熔化使用,產品利用率高,具有廣闊的應用前景。

2。主要應用優勢

在書本裝訂應用方面,與傳統EVA熱熔膠相比,PUR熱熔膠具有快速固化、使用簡便、施膠溫度較低、耐沖擊耐疲勞、翻平性好、經久耐用、粘接力強、環保等優勢。

對印后書本裝訂而言,PUR熱熔膠6小時后即可達到普通EVA熱熔膠釘裝的強度,而48小時后則可達到很強的粘接效果。紙張的涂布以及油墨、清漆涂層、UV固化層、塑料薄膜等表面性質差異大的材料,都不會對PUR熱熔膠的裝訂性質造成很大的影響,相比于傳統的EVA膠粘劑,成品功能性測試(如書本拉頁、揭頁測試)結果會高出60%以上。傳統的EVA熱熔膠書本裝訂施膠溫度約為160-180℃,PUR熱熔膠施膠溫度較低,只需120-150℃,非常適合于對高溫敏感、易變型材質的應用,既可以節約能耗,并且可增加工人的操作安全性。對于厚度較大平裝書,傳統的EVA熱熔膠對書籍需要鎖線加工,而PUR熱熔膠可以減少此工序,節約成本,縮短生產貨期。PUR熱熔膠膠層柔軟,可使書籍的翻閱與折合極為方便,作為網狀交聯化合物,它耐沖擊振動、耐疲勞表現出優異的性能,對于一些長期使用的書籍如參考書、手冊、教課書、烹飪書等所要求書本的翻平性(將書籍翻開的程度)PUR熱熔膠裝訂無疑是很好的選擇。由于PUR熱熔膠化學交聯反應使得具有高的耐熱性、耐低溫性、耐溶劑性、耐水性等優異的粘合性能,對于一些長期保存的書籍如寫真集、圖片年鑒、文物字畫、圣經書籍等,PUR熱熔膠能完全滿足這些書籍的要求。PUR熱熔膠具有很佳的粘接力,用膠量比傳統的EVA熱熔膠少約50%或更少。EVA熱熔膠要達到一定的強度(書背施膠厚度根據紙張情況和書本的不同厚度)膠層控制在0.62mm之間。在相同情況下 PUR膠層可不分書本厚薄不分紙張情況,一般在0.3 mm左右就可達到同EVA熱熔膠一樣的強度。PUR熱熔膠組成中不含溶劑,固化過程不會造成揮發性溶劑的污染,為環保型膠粘劑未來的發展目標。

3。主要應用缺點

盡管聚氨酯熱熔膠的性能特點非常突出,但目前仍存在一些技術問題需要解決,如:降低熔融溫度和熔融粘度;提高初粘力;增強產品的柔韌性、耐熱性和阻燃性等。PUR熱熔膠操作性、操作工藝比傳統EVA膠粘劑要求更高,要盡量避免膠粘劑與空氣中的水分接觸,因此預熱熔膠箱內應有氮氣作保護。由于PUR熱熔膠釘裝施膠量可以同比EVA熱熔膠少,對機臺運行穩定性要求比較高。PUR熱熔膠加熱使用過程中,可能產生少量有害刺激氣體(異氰酸鹽)揮發,對熔膠溫度控制、通風系統要求高。當PUR熱熔膠熔解施膠冷卻發生交聯反應固化后,不可以重新加熱熔融再次使用,而EVA熱熔膠作為可塑性樹脂可以反復加熱使用。

  四、書本裝訂用聚氨酯熱熔膠的發展趨勢

聚氨酯熱熔膠自20世紀30年代研究成功以來,到2007年聚氨酯熱熔膠市場需求年平均增長率達到11%以上,成為繼水性膠粘劑、EVA熱熔膠粘劑第三增長很快的膠粘劑。

對用于書本裝訂的PUR熱熔膠發展也十分迅速。自80年代末90年代初,一代PUR熱熔膠開始使用于書本裝訂,但當時書本施膠后三到六天才達到很佳性能,才可進行書本切邊、后加工和運輸等,但局限于當時的合成技術,在熔膠操作過程中,較大量的異味殘留異氰酸酯單體揮發,對操作工人刺激比較大。到了90年代中后期,第二代PUR熱熔膠固化速度縮短到三天,異氰酸酯殘留單體得到有效的控制。踏入21世紀,第三代的濕氣固化聚氨酯PUR熱熔膠得到進一步的完善,書本施膠裝訂后30分鐘可以切書邊,6-16小時內得到固化,達到很強的粘接效果。

高速發展的今天,追求更高的生產效能、安全性。顯然第三代的PUR熱熔膠仍然未能滿足生產的需要。一些國際知名的大公司,為縮短PUR熱熔膠固化時間做出不斷的努力。“UV紫外線加濕氣”雙固化的PUR熱熔膠的概念被提出,并開始批量用于實際生產中。這種熱熔膠是在合成生產的過程中,在PUR分子鏈上接枝一些能與UV反應的單體成分。當書本施膠后,利用在裝訂設備上安裝的UV能量燈,引發PUR熱熔膠內的UV單體成分發生交聯反應,令PUR熱熔膠初步得到固化,然后再與空氣水分進一步發生反應直到完全固化。這種PUR熱熔膠可以配合設備聯機生產、切書邊操作,在3分鐘內固化程度達到滿意效果,與普通EVA熱熔膠固化速度相當,甚至,此類型的PUR熱熔膠也可以適用于圓脊簡裝書的裝訂上。目前,由于此類膠粘劑價格比較貴,仍然未能推廣應用。但相信不久的將來,技術的進步,工藝的成熟,必將帶給人們更便宜、質量更高的新型PUR熱熔膠。

隨社會的進步,人們對文化享受、品味追求越來越高,書本、讀物、雜志等趨向時尚性、個性化、耐用性、耐收藏性、翻平性、安全性更高的檔次。到目前為止,要符合人們的需求,PUR熱熔膠膜裝訂技術是一個很好的選擇。可以預測的是,降低PUR熱熔膠的價格,提高PUR的易使用性能,擴寬適用性至簡裝裝訂工藝是PUR推廣使用的很重要的關鍵所在。

 
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