采用胶粘剂的层压薄膜复合方法因工艺设备简单、适用范围广,发展迅速,成为我国软包装复合材料的主要生产工艺。聚氨酯胶粘剂因其主体树脂分子中含有大量极性很强、化学活泼性很高的异氰酸酯基和氨酯基,与含有活泼氢的材料都有着优良的化学粘接力,且其合成原料和助剂种类繁多,树脂组成结构和胶粘剂配方变化范围大,可满足不同基材粘接和使用条件的要求,适合各种材料的层压复合薄膜。国内薄膜复合用聚氨酯胶约8000吨/年,占聚氨酯胶总量的8异氰酸酯与多羟基化合物反应后制成含端基为异氰酸酯基的聚氨酯预聚体粘合剂,其中又分为单组分和双组分;由异氰酸酯与多羟基化合物充分反应制成的溶液、乳液、薄膜、粉末等品种。从采用的多羟基化合物原料分聚酯型和聚醚型,聚酯型粘接较好,聚醚型水解稳定性好,有较强的柔韧性、成本低,但初粘性较聚酯型差。从采用的多异氰酸酯的不同则有芳香族型如ＴＤＩ、ＭＤＩ、ＰＡＰＩ和脂肪族型如ＨＤＩ、ＩＰＤＩ2种。一般工厂则按商品出售的品种划分为:ａ.多异氰酸酯溶液;ｂ.多异氰酸酯和橡胶溶液混合;ｃ.异氰酸酯预聚体与羟基化合物(包括水)制成的反应型(单、双组分);ｄ.封闭型;ｅ.弹性体型;ｆ.乳液型;ｇ.压敏胶;ｈ.热熔胶。
2 聚氨酯胶粘剂在软包装复合薄膜工艺中的应用
软包装复合工艺中胶粘剂的选择与使用条件取决于复合基材、复合产品用途及复合机工艺条件,主要使用前ａ.～ｃ.类型商品。胶的类型、组成、浓度、涂布量、干燥条件是相互联系的,关键选择适宜类型的聚氨酯胶用溶剂调整到与复合机速度相适应的浓度,干燥条件要保证溶剂能充分挥发干燥,涂布量ＣＷ一般控制在于1.5～5.0ｇ#8226;ｍ-2,可由ＣＷ=ＫμρＷ计算,式中Ｋ为转移率,经验值在1/4～1/6,随涂布辊微孔、胶辊压力、刮刀角度、薄膜表面状态、胶粘剂粘度不同而变化;μ为涂布辊微孔深度;ρ为胶粘剂密度;Ｗ为胶粘剂的使用浓度(含固体临海化工3厂ＥＳＴ-Ｂ和临海精细化工厂的Ｅ-460,则以ＴＤＩ为基本原料,ＭＤＩ虽比ＴＤＩ的反应活性高,在空气中的挥发性低,但ＭＤＩ反应物为固体产物粘度大,不利于涂布。中山新辉ＸＨ-35,ＸＨ-50Ｄ使用也较多,进口产品以日本ＡＤ-502和德国ＰＵ1860使用最多。
2.2 耐高温、低温型的聚氨酯胶粘剂
通过多异氰酸酯交联固化的聚氨酯胶粘剂不宜在120℃以上高温蒸煮条件下使用,为防止复合产品在高温杀菌时芳香族聚氨酯胶分离出致癌物芳香胺向里层渗透,危害健康,最好采用脂肪族ＨＭＤＩ或ＩＰＤＩ型胶。此外采用共聚措施也能提高蒸煮性能。例如用乙烯碳酸酯、多元醇、与ＴＤＩ共聚合制得,再与适量的固化剂ＨＬ(三羟甲基丙烷:ＨＭＤＩ为1∶3的加成物)混合后,测量剥离强度表明经120℃水中煮沸5ｈ后的剥离强度下降小于3陈晓东合成了分子量为2018的聚酯,配制出固含量50%～70%的复合用胶,二者初粘性和粘合强度达到要求。
国内已有少量高固含量产品,如黄岩ＪＰＵ-560固含量为50%,粘度低,初粘强度好,涂胶方便,耐酸、耐辣、耐咸、剥离强度高,可用来生产条件苛刻的榨菜袋,也可在进口复合机上使用。北京化工研究院用德国汉高公司技术和设备生产的ＵＫ2850/ＵＫ5015、ＵＫ2850/ＵＫ5000固含量为75%,粘度分别在6500ｍｐａｓ和3500ｍｐａｓ,可在高固含量38%,甚至40%～50%下涂布,粘接强度较高,且对塑-塑复合制品可耐121℃30ｍｉｎ的杀菌消毒。
2.4 水基型聚氨酯胶粘剂
目前聚氨酯胶粘剂以溶剂型为主,所用有机溶剂易燃、易爆、易挥发、气味大,有毒,使用时造成污染带来公害。随着很多国家、部门颁布法令限制挥发性有机化合物(ＶＯＣ)的使用,以水代溶剂作分散介质,对环境友好,无毒、不可燃、可用现有的使用设备、设备较易清洗,胶粘剂从溶剂型到水基型的转变已成必然。
水性聚氨酯胶粘剂性能主要取决于预聚体的性能。由聚醚多元醇制得的预聚体有良好的水解稳定性,较好的柔韧性和延伸性,且耐低温性能好,而聚酯多元醇型预聚体内聚力大,粘接强度高。芳香族型预聚体有较好的强度,但不耐黄变,而脂肪族型预聚体耐黄变性优良。国内以聚醚型ＴＤＩ为主流,其它ＨＤＩ、ＭＤＩ少,国外以聚酯型脂肪族(或脂环族)为主。目前水性聚氨酯以阴离子型自乳化为主,亲水性扩链剂较多用2,2-二羟甲基丙酸(ＤＭ ＰＡ),成盐剂用有机碱类(如三乙胺ＴＥＡ),ＴＥＡ/ＤＭＰＡ在0.73～0.78范围内可获得粘度适中,稳定性好的聚氨酯乳液。以此配制的胶可直接在现有的溶剂型干法涂复机上满足使用要求。目前水性聚氨酯胶粘剂在干法复合中的工业应用仍很有限。
2.5 100%反应性聚氨酯胶粘剂
100%反应性聚氨酯胶粘剂是完全反应、组份固含量100%的无溶剂型胶粘剂,主要有单组分和双组分型,用于不需干燥烘道的无溶剂新型干法复合机。
第一代单组份湿固化产品粘度变化快、固化速度慢、易产生ＣＯ2气泡。如国内使用的ＵＲ7505,ＵＲ7506可适合于赛路玢、预处理过的聚乙烯、尼龙、聚酯、纸等薄膜之间的复合。
第二、三代双组份胶不但初粘性好,且耐高温蒸煮,可适用于Ａｌ箔等粘接。该胶在干法复合薄膜制造上应用的迅速发展成为近年来聚氨酯胶粘剂发展的重要特点之一。从1974年德国开始至今,欧美在干法复合薄膜中目前该胶使用占50%以上,至1997年日本已有60多条生产线,我国陆续引进了几十条,对这类胶的需求快速增加。如国产ＵＲ8150/ＵＲ7330为双组份无溶剂型聚氨酯胶粘剂,两组份分别为100%的-ＯＨ基和—ＮＣＯ基反应成膜,对多种材料如塑料膜、金属箔等都表现极高的粘接性,具有透明性好、有弹性、耐老化、无异味的优异性能,但不适用于ＥＶＡ薄膜和流延尼龙薄膜的复合。
3 结 语
国内层压复合薄膜用聚氨酯胶粘剂于80年代末引进国外先进技术开发成功,但该胶商品类别混杂,缺乏较为统一的技术规范,在工厂的使用仍各自为阵,对复合薄膜用聚氨酯胶粘剂的研究、技术推广十分不利,使国产替代进口的潜力末能充分发挥。 <