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聚氨酯熱熔膠粘劑在書本裝訂膠中的應用研討

信息來源於:互聯網 發布於:2021-08-24

一、引言:
  聚氨酯(PUR)膠粘劑是指分子鏈中含有氨基甲酸酯基團(-NHCOO-)或異氰酸酯基(-NCO-)的一類膠粘劑。由於其分子鏈中-NCO可以和多種含活潑氫的官能團反應,形成界麵化學鍵結合,對多種材料具有極強的粘附性能,具有膠膜堅韌,耐衝擊、撓曲性好,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(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,以熔體形式應用到基材表麵進行粘合。熱熔膠具有粘接迅速、無毒無汙染、節能環保、貯運和使用方便、成本低、應用麵廣等優點,主要包括EVA、PE、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。前者受熱熔融後,遇濕發生反應交聯固化;而後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,因此可反複加熱——冷卻固化,產品可回收或二次使用,屬於環境友好材料。
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,由於此官能團中的碳氮雙鍵活性非常高,會與空氣或是基材表麵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。由於在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+H2O→NH2+CO2→-NH-CO-NH
-NH-CO-NH-+OCN-→NH-CO-N-CO-NH-
  從上麵可見,PUR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PUR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固化後能產生的優異的粘接強度。
三、熱熔膠在書本裝訂膠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,社會不再僅僅關注於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複,產品質量要求越來越高。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,PUR熱熔膠粘劑被應用於書本裝訂,印刷品塑一塑、紙一塑覆合,塑料盒製造等方麵。PUR熱熔膠是帶有活性終端團的PUR預聚物,對於印刷紙材來說,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。預聚物被濕潤後,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,得益於無線裝訂工藝的發展,熱熔膠在書籍裝訂方麵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於合上,想合上時又傾向於打開、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,膠粘劑可以反複熔化使用,產品利用率高,具有廣闊的應用前景。
2.、主要應用優勢:
  在書本裝訂膠應用方麵,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、耐衝擊耐疲勞、翻平性好、經久耐用、粘接力強、環保等優勢。
  對印後書本裝訂而言,PUR熱熔膠6小時後即可達到普通EVA熱熔膠釘裝的強度,而48小時後則可達到最強的粘接效果。紙張的塗布以及油墨、清漆塗層、UV固化層、塑料薄膜等表麵性質差異大的材料,都不會對PUR熱熔膠的裝訂性質造成很大的影響,相比於傳統的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熱熔膠書本裝訂膠溫度約為160-180℃,PUR熱熔膠施膠溫度較低,隻需120-150℃,非常適合於對高溫敏感、易變型材質的應用,既可以節約能耗,並且可增加工人的操作安全性。對於厚度較大平裝書,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,它耐衝擊振動、耐疲勞表現出優異的性能,對於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熱熔膠裝訂無疑是最好的選擇。由於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,對於一些長期保存的書籍如寫真集、圖片年鑒、高檔的文物字畫、聖經書籍等,PUR熱熔膠能完全滿足這些書籍的要求。PUR熱熔膠具有極佳的粘接力,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)膠層控製在0.6~2mm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汙染,為環保型膠粘劑未來的發展目標。
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