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聚氨酯热熔胶粘剂在书本装订中的应用研讨

2012年12月21日
   一、引言

    聚氨酯(PUR)胶粘剂是指分子链中含有氨基甲酸酯基团(-NHCOO-)或异氰酸酯基(-NCO-)的一类胶粘剂。由于其分子链中-NCO可以和多种含活泼氢的官能团反应,形成界面化学键结合,对多种材料具有极强的粘附性能,具有胶膜坚韧,耐冲击、挠曲性好,剥离强度高,良好的耐超低温性、耐油和耐磨性等特点。热熔胶粘剂(简称热熔胶)是一类无溶剂的以热塑性聚合物为基料的固体胶粘剂,受热熔化成液态,以熔体形式应用到基材表面进行粘合。热熔胶具有粘接迅速、环保无污染、节能环保、贮运和使用方便、成本低、应用面广等优点,主要包括EVA、PE、无规PP、聚氨酯等。聚氨酯热熔胶可分为两类:一类是反应型热熔胶,它又可分为端异氰酸酯基预聚物型(湿固化型)和含封闭的异氰酸酯基预聚物型(潜固化型);另一类是热塑性聚氨酯弹性体热熔胶,是利用组成中的氢键作用发生交联,从而使其具有优异的弹性和强度。前者受热熔融后,遇湿发生反应交联固化;而后者固化过程主要是利用氢键作用发生物理交联,再次受热又会削弱氢键作用,变为粘稠液体,因此可反复加热——冷却固化,产品可回收或二次使用,属于环境友好材料。

    二、聚氨酯热熔胶固化反应机理简介

    PUR树脂分子链末端有反应型的NCO官能基,由于此官能团中的碳氮双键活性非常高,会与空气或是基材表面的水气反应生成胺基,同时释放出C02,胺基再与其它的NCO基反应形成具有urea(尿素)官能团的结构。由于在urea结构中仍具有活性氢,因而还会再与未反应完的NCO基作进一步的反应而生成缩二脲结构,完成所谓的交联反应。其与湿气的反应机理如下:

    -NCO+H2O→NH2+CO2→-NH-CO-NH

    -NH-CO-NH-+OCN-→NH-CO-N-CO-NH-

    从上面可见,PUR胶粘剂粘接固化是作为反应型固化方式,与一般的EVA型热熔胶剂、水性胶粘剂的固化有本质的区别。根据粘接理论学说,认为有机械理论、吸附理论、扩散理论、静电理论、化学键理论等粘接机理。相对而言,化学键粘接比其粘接方式会获得更高强度的粘力。一般的EVA热熔胶,存在机械、吸附、扩散等粘接理论;而PUR胶粘剂更多存在的是化学键理论粘接,它与基材反应形成一个“不可分割的整体”,所以PUR固化后能产生的优异的粘接强度。

    三、热熔胶在书本装订中的应用及其优缺点

    1.在书本装订中的应用

    随着人们环境意识和健康意识日益提高的今天,社会不再仅仅关注于胶粘剂的功能和应用,对胶粘剂的环保问题的要求愈加严格,发展符合“环保、健康、安全”三大要求的环保型绿色胶粘剂已势在必行。人们的生活水平不断提高,特别是欧美国家,人们追求的印刷产品趋向时尚、新颖、个性化,从而使得生产工序越来越繁复,产品质量要求越来越高。PUR热熔胶粘剂作为一类新型的胶粘剂,具有不含溶剂挥发性、耐热耐寒性、耐溶剂性、耐疲劳性等特点。这些符合当前社会发展的需要。

    在印刷包装行业中,PUR热熔胶粘剂被应用于书本装订,印刷品塑一塑、纸一塑覆合,塑料盒制造等方面。

    PUR热熔胶是带有活性终端团的PUR预聚物,对于印刷纸材来说,当活性终端团曝露在潮湿的空气或纸张达到一定的湿度时,就会发生交联反应。预聚物被湿润后,可以很好地渗透进入纸张中,与纸材中纤维分子发生交联反应,达到较高的粘性和较高的纸张拉力。近20年来,得益于无线装订工艺的发展,装订热熔胶在书籍装订方面的应用获得了迅猛发展。EVA热熔胶具有良好的粘接性和弹性,目前国内市场上的书籍装订热熔胶绝大部分为EVA型热熔胶。但EVA型热熔胶价格昂贵,且具有记忆性等缺点,因此想打开书时它倾向于合上,想合上时又倾向于打开、书籍被阅读时在装订处形成凹槽或书本突然合上。聚氨酯热熔胶生产工艺简单,成本低廉,可弥补以上缺陷。该胶粘剂弹性、韧性好,粘接强度高,胶粘剂可以反复熔化使用,产品利用率高,具有广阔的应用前景。

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