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。由于其分子鏈中-NCO可以和多種含活潑氫的官能團反應(yīng)，形成界面化學(xué)鍵結(jié)合，對多種材料具有極強的粘附性能，具有膠膜堅韌，耐沖擊、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(tài)，以熔體形式應(yīng)用到基材表面進行粘合。熱熔膠具有粘接迅速、無毒無污染、節(jié)能環(huán)保、貯運和使用方便、成本低、應(yīng)用面廣等優(yōu)點，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)為有機械理論、吸附理論、擴散理論、靜電理論、化學(xué)鍵理論等粘接機理。相對而言，化學(xué)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(xué)鍵理論粘接，它與基材反應(yīng)形成一個“不可分割的整體”，所以PUR固化后能產(chǎn)生的優(yōu)異的粘接強度。
三、熱熔膠在書本裝訂中的應(yīng)用及其優(yōu)缺點
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)品趨向時尚、新穎、個性化，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。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的PUR預(yù)聚物，對于印刷紙材來說，當(dāng)活性終端團曝露在潮濕的空氣或紙張達(dá)到一定的濕度時，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，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(chǎn)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(fù)熔化使用，產(chǎn)品利用率高，具有廣闊的應(yīng)用前景。
2.主要應(yīng)用優(yōu)勢
在書本裝訂應(yīng)用方面，與傳統(tǒng)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(jīng)久耐用、粘接力強、環(huán)保等優(yōu)勢。
對印后書本裝訂而言，PUR熱熔膠6小時后即可達(dá)到普通EVA熱熔膠釘裝的強度，而48小時后則可達(dá)到最強的粘接效果。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(zhì)差異大的材料，都不會對PUR熱熔膠的裝訂性質(zhì)造成很大的影響，相比于傳統(tǒng)的EVA膠粘劑，成品功能性測試(如書本拉頁、揭頁測試)結(jié)果會高出60％以上。傳統(tǒng)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(zhì)的應(yīng)用，既可以節(jié)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(tǒng)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(jié)約成本，縮短生產(chǎn)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(wǎng)狀交聯(lián)化合物，它耐沖擊振動、耐疲勞表現(xiàn)出優(yōu)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熱熔膠裝訂無疑是最好的選擇。由于PUR熱熔膠化學(xué)交聯(lián)反應(yīng)使得具有高的耐熱性、耐低溫性、耐溶劑性、耐水性等優(yōu)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、高檔的文物字畫、圣經(jīng)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(tǒng)的EVA熱熔膠少約50％或更少。EVA熱熔膠要達(dá)到一定的強度(書背施膠厚度根據(jù)紙張情況和書本的不同厚度)膠層控制在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(dá)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(fā)性溶劑的污染，為環(huán)保型膠粘劑未來的發(fā)展目標(biāo)。
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