聚氨酯熱熔膠粘劑在書本裝訂中的應(yīng)用研討
2012年12月21日聚氨酯(PUR)膠粘劑是指分子鏈中含有氨基甲酸酯基團(tuán)(-NHCOO-)或異氰酸酯基(-NCO-)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(tuán)反應(yīng)，形成界面化學(xué)鍵結(jié)合，對多種材料具有極強(qiáng)的粘附性能，具有膠膜堅(jiān)韌，耐沖擊、撓曲性好，剝離強(qiáng)度高，良好的耐超低溫性、耐油和耐磨性等特點(diǎn)。熱熔膠粘劑(簡稱熱熔膠)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(tài)，以熔體形式應(yīng)用到基材表面進(jìn)行粘合。熱熔膠具有粘接迅速、環(huán)保無污染、節(jié)能環(huán)保、貯運(yùn)和使用方便、成本低、應(yīng)用面廣等優(yōu)點(diǎn)，主要包括EVA、PE、無規(guī)PP、聚氨酯等。聚氨酯熱熔膠可分為兩類：一類是反應(yīng)型熱熔膠，它又可分為端異氰酸酯基預(yù)聚物型(濕固化型)和含封閉的異氰酸酯基預(yù)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(fā)生交聯(lián)，從而使其具有優(yōu)異的彈性和強(qiáng)度。前者受熱熔融后，遇濕發(fā)生反應(yīng)交聯(lián)固化;而后者固化過程主要是利用氫鍵作用發(fā)生物理交聯(lián)，再次受熱又會削弱氫鍵作用，變?yōu)檎吵硪后w，因此可反復(fù)加熱——冷卻固化，產(chǎn)品可回收或二次使用，屬于環(huán)境友好材料。
二、聚氨酯熱熔膠固化反應(yīng)機(jī)理簡介
PUR樹脂分子鏈末端有反應(yīng)型的NCO官能基，由于此官能團(tuán)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(yīng)生成胺基，同時(shí)釋放出C02，胺基再與其它的NCO基反應(yīng)形成具有urea(尿素)官能團(tuán)的結(jié)構(gòu)。由于在urea結(jié)構(gòu)中仍具有活性氫，因而還會再與未反應(yīng)完的NCO基作進(jìn)一步的反應(yīng)而生成縮二脲結(jié)構(gòu)，完成所謂的交聯(lián)反應(yīng)。其與濕氣的反應(yīng)機(jī)理如下：
-NCO+H2O→NH2+CO2→-NH-CO-NH
-NH-CO-NH-+OCN-→NH-CO-N-CO-NH-
從上面可見，PUR膠粘劑粘接固化是作為反應(yīng)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(zhì)的區(qū)別。根據(jù)粘接理論學(xué)說，認(rèn)為有機(jī)械理論、吸附理論、擴(kuò)散理論、靜電理論、化學(xué)鍵理論等粘接機(jī)理。相對而言，化學(xué)鍵粘接比其粘接方式會獲得更高強(qiáng)度的粘力。一般的EVA熱熔膠，存在機(jī)械、吸附、擴(kuò)散等粘接理論;而PUR膠粘劑更多存在的是化學(xué)鍵理論粘接，它與基材反應(yīng)形成一個(gè)“不可分割的整體”，所以PUR固化后能產(chǎn)生的優(yōu)異的粘接強(qiáng)度。
三、熱熔膠在書本裝訂中的應(yīng)用及其優(yōu)缺點(diǎn)
1.在書本裝訂中的應(yīng)用
隨著人們環(huán)境意識和健康意識日益提高的今天，社會不再僅僅關(guān)注于膠粘劑的功能和應(yīng)用，對膠粘劑的環(huán)保問題的要求愈加嚴(yán)格，發(fā)展符合“環(huán)保、健康、安全”三大要求的環(huán)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(chǎn)品趨向時(shí)尚、新穎、個(gè)性化，從而使得生產(chǎn)工序越來越繁復(fù)，產(chǎn)品質(zhì)量要求越來越高。PUR熱熔膠粘劑作為一類新型的膠粘劑，具有不含溶劑揮發(fā)性、耐熱耐寒性、耐溶劑性、耐疲勞性等特點(diǎn)。這些符合當(dāng)前社會發(fā)展的需要。
在印刷包裝行業(yè)中，PUR熱熔膠粘劑被應(yīng)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(tuán)的PUR預(yù)聚物，對于印刷紙材來說，當(dāng)活性終端團(tuán)曝露在潮濕的空氣或紙張達(dá)到一定的濕度時(shí)，就會發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)。預(yù)聚物被濕潤后，可以很好地滲透進(jìn)入紙張中，與紙材中纖維分子發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，達(dá)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(fā)展，裝訂熱熔膠在書籍裝訂方面的應(yīng)用獲得了迅猛發(fā)展。EVA熱熔膠具有良好的粘接性和彈性，目前國內(nèi)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(jià)格昂貴，且具有記憶性等缺點(diǎn)，因此想打開書時(shí)它傾向于合上，想合上時(shí)又傾向于打開、書籍被閱讀時(shí)在裝訂處形成凹槽或書本突然合上。聚氨酯熱熔膠生產(chǎn)工藝簡單，成本低廉，可彌補(bǔ)以上缺陷。該膠粘劑彈性、韌性好，粘接強(qiáng)度高，膠粘劑可以反復(fù)熔化使用，產(chǎn)品利用率高，具有廣闊的應(yīng)用前景。
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