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无溶剂聚氨酯胶黏剂的发展状况及展望
www.21yin.com发布:2015-12-18来源:胶黏剂

1974 年德国Herberts 公司第一次将无溶剂聚氨酯胶粘剂应用到薄膜复合包装材料以来,其复合工艺的经济性、安全性、对环境的无污染性等优点而倍受人们的青睐。随着全世界对环保意识的不断提高,无溶剂聚氨酯胶粘剂应用到薄膜复合的比例也越来越大。环保型的无溶剂聚氨酯胶粘剂在软包装复合行业中迅速发展。到目前为止,欧美新增的无溶剂胶粘剂的复合设备数量已经占到新增薄膜复合机设备总和的93%以上〔1)在国内,1985 年北京化工研究院从法国DCM 公司引进了第一台无溶剂涂布复合机,〔2〕主要用于无溶剂聚氨酯胶粘剂的薄膜复合技术的研发,而真正应用到生产上的无溶剂复合机设备是1996 年由天津顶正印刷包装公司从意大利Schiavi 公司引进。2008 年之前我国的无溶剂聚氨酯胶粘剂的复合工艺并未得到普及应用。2008 年后无溶剂复合工艺得到迅速发展,到目前为止,据不完全统计,我国多家包装厂先后从德国、法国等引进无溶剂聚氨酯胶粘剂的复合设备共计80 多台,占复合机总量的2%左右,但远远低于欧美等发达国家。

1.无溶剂聚氨酯胶粘剂的复合设备

目前生产无溶剂聚氨酯胶粘剂复合设备的厂家很多,国外主要有意大利的Schiavi 公司、Biellonl 公司、Nordmeccanica 公司、德国的WH 公司、法国的DCM 公司和西班牙的Comexi 公司等,国内主要有广州通泽机械有限公司、陕西北人印刷机械有限责任公司、上海华迪机械有限公司、东莞市新望包装机械有限公司等。其复合机的结构原理基本相似,主要是有2 套放卷装置、1 套收卷装置、胶粘剂涂布装置、复合装置、供胶装置( 送胶装置) 及送胶管线等组成。其中为了保证胶粘剂的涂布性能,在涂布部位和复合部位一般均配有专门的加热装置。为保证胶粘剂的主剂和固化剂的配比准确性,胶水采用自动的进胶方式,配有预热装置、计量泵、配比装置、输送管道、胶水加料头等。在加热条件下,无溶剂胶粘剂AB 组分在胶水加料头位置混合后进入胶槽,但由于加热温度升高,反应速度加快,从而易于固化,连续运作时易堵塞加料头,造成进胶量不准,故一般加料头需定期进行清洗。无溶剂复合与干法复合相比,在设备上主要有以下的区别: 没有挥发溶剂所需要的较长烘道,设备结构紧凑,设备部件容易清洗和维护; 材料在设备上穿膜距离较短,对材料张力的控制更加精准。

2.无溶剂聚氨酯胶粘剂的发展状况

无溶剂聚氨酯胶粘剂主要有单组分无溶剂聚氨酯胶粘剂、双组分无溶剂聚氨酯胶粘剂等。

2. 1 单组分无溶剂聚氨酯胶粘剂

最早出现的无溶剂聚氨酯胶粘剂为单组分,分为聚酯型和聚醚型二类,它们的共同特点是分子结构中端基均为NCO 基,开始主要用于纸层复合制品的复合,后来无溶剂复合机上采用了增湿装置后,也用于塑料薄膜的复合。无溶剂聚氨酯胶粘剂主要依靠空气中的水分和涂敷薄膜吸附着的水分与NCO基反应而固化。

单组分无溶剂胶粘剂在复合时固化速度较慢,熟化时间长。固化时水汽如果不足易造成固化反应不完全,粘接强度就会偏低,同时固化时产生大量的CO2气体,容易生成气泡。游离异氰酸酯单体含量偏高,易迁移进入被包装的物品中,不符合卫生要求。

2. 2 双组分无溶剂聚氨酯胶粘剂

双组分无溶剂聚氨酯胶粘剂由AB 两种组分组成〔3 6〕,其中一种组分端基为OH 基,另一种组分的端基为NCO 基,使用时两组分按照一定的比例混合后发生反应形成大分子而交联固化,具有良好的粘合强度,反应过程中基本无CO2的释放。

双组分无溶剂聚氨酯胶粘剂固化速度明显快于第一代单组分无溶剂聚氨酯胶粘剂,且固化反应更加完全。双组分无溶剂聚氨酯胶粘剂根据其初粘力和耐蒸煮性能,又可分为第二代( 1981 年开发成功) 和第三代( 1986 年采用反催化体系开发成功,并在1998年成功获得改进延续到现行的低温固化体系) ,其中第三代胶粘剂( 1998 年改进型,也可以称为第四代双组分无溶剂聚氨酯胶粘剂) 具有初粘力强、粘度低、耐蒸煮性能优良、操作温度低、对复合基材没有什么特别限制的特点。最具代表性的产品是德国汉高( Henkel)公司生产的UR7780 /UR6080 等。

按照美国食品药物管理局( FDA) 21CFR177. 1390的要求,国外一些知名公司先后开发了耐高温蒸煮型的无溶剂脂肪族聚氨酯胶粘剂( 主要是以异佛尔酮二异氰酸酯( IPDI) 体系为主,也是发展到现在的第五代双组分无溶剂聚氨酯胶粘剂) ,并得到部分的应用,欧美市场具有代表性的产品是德国Henkel 公司生产的UR7790 /UR6092等。该类无溶剂聚氨酯胶粘剂凃履性能良好,初粘力也可以,外观清澈透亮,适用于各类塑料薄膜基材与金属箔的复合,而且与传统芳香族的异氰酸酯体系相比具有很好的耐黄变功能。不过此类产品成本相对较高一些。

2. 3 国内无溶剂聚氨酯胶粘剂的生产现状

据了解,在2010 年之前,国内无溶剂聚氨酯胶粘剂主要是依靠进口,而且绝大部分是来自欧美市场,如德国Henkel 公司、德国Herberts 公司、美国Morton公司、法国的Ato Findley 公司和亚洲的日本三井武田公司等。为了改变无溶剂复合聚氨酯胶粘剂主要依靠进口的状况,国内无溶剂聚氨酯胶粘剂的开发和研究也越来越得到重视和发展,目前国内有正式稳定的生产产品并在市场上进行销售及批量使用的厂家主要有上海康达化工新材料股份有限公司( 如通用型双组分无溶剂复膜胶WD8118A/B,配比为100 85,适用于聚乙烯( PE) 、未拉伸聚丙烯( CPP) 、聚酯( PET) 、尼龙( NY) 、双向拉伸聚丙烯( BOPP) 、镀铝聚丙烯( VMCPP)、镀铝聚酯( VMPET) 、聚偏氯乙烯( PVDC) 等薄膜材料之间的复合,其复合PE/PVDC 的剥离强度为1. 7 2. 1 N/15 mm,复合CPP/PVDC 的剥离强度为1. 8 2. 2 N/15 mm,复合PET/CPP 的剥离强度为2. 5 2. 9 N/15 mm,湖州欧美化学有限公司、北京高盟新材料股份有限公司( 如通用型双组分无溶剂复膜胶YH703A/YH703B,配比为100 50) ,其它几家企业还均处于研发阶段。湖州欧美化学有限公司自2006年起就致力于无溶剂聚氨酯胶粘剂的研究,到2008年下半年首先推出了第一款无溶剂胶SF9000A/B 产品,到2009 年已形成了系列化的产品,目前主要有普通型低粘度双组分聚氨酯胶粘剂无溶剂产品SF9000A/B。普通型高粘度双组分聚氨酯胶粘剂无溶剂产品SF9060A/B; 耐水煮型双组分聚氨酯胶粘剂无溶剂产品SF9100A/B; 耐蒸煮型双组分聚氨酯胶粘剂无溶剂产品SF9200A/B。生产的无溶剂聚氨酯胶粘剂产品在操作工艺性、薄膜的复合强度等方面均不亚于国外进口的同类产品,产品价格低廉。采用SF9100A/B质量比为100 85 复合制得的复合薄膜经国家环保产品质量监督检验中心检验。

3.无溶剂聚氨酯胶粘剂复合的优点

3. 1 节约能源

无溶剂聚氨酯胶粘剂复合不需要有烘道干燥过程,可节约大量的能源; 其次,无溶剂聚氨酯胶粘剂复合其单位面积上的上胶量仅为溶剂型复合单位面积上胶量的40%,尽管无溶剂复合胶粘剂成本较高,但其综合成本反而可以降低30% 40%

3. 2 安全环保

由于无溶剂聚氨酯胶粘剂避免大量溶剂排入空气而对环境的污染,生产环境可以得到很大的改善,更有利于清洁化生产; 工人在生产过程中不使用易燃、易爆的有机溶剂,从而避免了火灾隐患,安全性好,复合薄膜中没有残留的溶剂,产品更卫生健康。

3. 3 产品质量高

采用无溶剂聚氨酯胶粘剂复合薄膜,薄膜复合后,产品卫生可靠性好; 复合时基材不会因溶剂和烘道的加热而变形,从而有利于薄膜的平整性; 采用无溶剂复合时,印刷面的油墨不会因为胶粘剂中的溶剂影响而导致质量有问题; 无溶剂复合设备一般有在线的电晕处理单元,对表面张力下降、润滑剂含量高的薄膜有较好的复合性能; 对于某些特殊产品如聚酯薄膜( PET ) //铝箔( Al ) 、共聚物薄膜( EVA) //Al 等更合适。

3. 4 生产线速度高

无溶剂聚氨酯胶粘剂复合正常的线速都在300 350 m/min,最高线速度可以高达450 m/min左右,复合速度快,设备生产效率高。

综上所述,采用无溶剂聚氨酯胶粘剂复合,不仅在环境保护、安全生产、产品质量的提高、生产高效等表现出明显的优势,而且在降低生产成本、提高经济效益方面效果十分显著,对于企业参与激烈的市场竞争来说,具有很大的意义。当然,每一种工艺技术都不可能是十全十美,无溶剂聚氨酯胶粘剂复合也有其本身的缺点,主要有:由于没有溶剂稀释,为了涂布方便,无溶剂聚氨酯胶粘剂的相对分子质量通常较溶剂型聚氨酯胶粘剂( 通常在十几万到几十万) 要低得多,基本都在1 万以下,造成其初粘力较低,复合张力要求较高,而且对于PET/AlPET/VMPET 等复合难度较大的材料,需要选用初粘较好的胶粘剂和精确的张力控制; 其次由于没有溶剂的清洗作用,对基材的表面张力要求更严格。因此主产厂家必须根据自己的实际情况,选用适当的胶粘剂和设备型号。

4.展望

随着食品工业的蓬勃发展及人们对环保意识和食品卫生安全意识的不断提高,无溶剂复合越来越受到复合膜包装行业的重视,国内已有多台无溶剂复合设备投入运行,大部分的软包装材料也都可以使用无溶剂聚氨酯胶粘剂进行复合。无溶剂聚氨酯胶粘剂的复合将会进入其蓬勃发展的时期。国内的生产企业也会不断进行自主研发或者技术引进,开发低粘度、高剥离强度和耐蒸煮的产品。

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