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聚氨酯熱熔膠粘剂在书本装订胶中的应用研讨


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。熱熔膠粘剂(简称熱熔膠)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。熱熔膠具有粘接迅速、无毒无污染、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。聚氨酯熱熔膠可分为两类:一类是反应型熱熔膠,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熱熔膠,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、聚氨酯熱熔膠固化反应机理简介:
  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+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型熱熔膠剂、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熱熔膠,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、熱熔膠在书本装订胶中的应用及其优缺点:
1、在書本裝訂中的應用:
  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熱熔膠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熱熔膠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熱熔膠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,熱熔膠在书籍装订方面的应用获得了迅猛发展。EVA熱熔膠具有良好的粘接性和弹性,目前国内市场上的书籍装订熱熔膠绝大部分为EVA型熱熔膠。但EVA型熱熔膠价格昂贵,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。聚氨酯熱熔膠生产工艺简单,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。
2.、主要應用優勢:
  在书本装订胶应用方面,与传统EVA熱熔膠相比,PUR熱熔膠具有快速固化、使用简便、施胶温度较低、耐冲击耐疲劳、翻平性好、经久耐用、粘接力强、环保等优势。
  对印后书本装订而言,PUR熱熔膠6小时后即可达到普通EVA熱熔膠钉装的强度,而48小时后则可达到最强的粘接效果。纸张的涂布以及油墨、清漆涂层、UV固化层、塑料薄膜等表面性质差异大的材料,都不会对PUR熱熔膠的装订性质造成很大的影响,相比于传统的EVA胶粘剂,成品功能性测试(如书本拉页、揭页测试)结果会高出60%以上。传统的EVA熱熔膠书本装订胶温度约为160-180℃,PUR熱熔膠施胶温度较低,只需120-150℃,非常适合于对高溫敏感、易变型材质的应用,既可以节约能耗,并且可增加工人的操作安全性。对于厚度较大平装书,传统的EVA熱熔膠对书籍需要锁线加工,而PUR熱熔膠可以减少此工序,节约成本,缩短生产货期。PUR熱熔膠胶层柔软,可使书籍的翻阅与折合极为方便,作为网状交联化合物,它耐冲击振动、耐疲劳表现出优异的性能,对于一些长期使用的书籍如参考书、手册、教课书、烹饪书等所要求书本的翻平性(将书籍翻开的程度),PUR熱熔膠装订无疑是最好的选择。由于PUR熱熔膠化学交联反应使得具有高的耐热性、耐低温性、耐溶剂性、耐水性等优异的粘合性能,对于一些长期保存的书籍如写真集、图片年鉴、高档的文物字画、圣经书籍等,PUR熱熔膠能完全满足这些书籍的要求。PUR熱熔膠具有极佳的粘接力,用胶量比传统的EVA熱熔膠少约50%或更少。EVA熱熔膠要达到一定的强度(书背施胶厚度根据纸张情况和书本的不同厚度)胶层控制在0.6~2mm之间。在相同情况下PUR胶层可不分书本厚薄不分纸张情况,一般在0.3 mm左右就可达到同EVA熱熔膠一样的强度,PUR熱熔膠组成中不含溶剂,固化过程不会造成挥发性溶剂的污染,为环保型胶粘剂未来的发展目标。
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