无溶剂双组份聚氨酯复合粘合剂技术的应用(上)

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国外从20世纪70年代开始着手研究双组份无溶齐J型聚氨酯粘合剂，从20世纪80年代起美国、意大利、法国、德国等国已经开始大量使用无溶剂胶粘剂，目前在欧洲主要国家的使用量已占复合膜胶粘剂总用量的70%~90%，而且欧美已立法限制溶剂型胶粘剂的使用量。
　　国内食品包装复合膜行业中使用的胶粘剂绝大部分是溶剂型。使用有机溶剂型胶粘剂存在着有机溶剂的挥发问题，一方面造成溶剂的白白浪费，另一方面还带来环境污染和有毒物质的损害。溶剂型聚氨酯胶粘剂产品的固含量一般在50%～80%。因复合工艺要求，在使用过程中要再加入溶剂稀释到固含量20%～35%左右。而后75%的有机溶剂要求在80~(2左右的烘道里短时间内挥发，排放量一般为干胶量的二至四倍，因此存在着大量溶剂对环境的污染和安全问题，并且耗用大量能源。据估算仅食品包装行业每年排放到大气中的有机溶剂就超过40万吨。另外，在胶粘剂的生产过程中还存在着溶剂挥发造成的污染和易燃、易爆的安全问题。而采用无溶剂胶粘剂，不但没有溶剂的污染，减少了大量的能源消耗，而且复合制品中也没有残留溶剂造成的对使用安全性的损害，在生产过程中还大大降低了发生火灾等的风险。

　　二、国内外现状、水平和发展趋势

　　使用溶剂型胶粘剂，存在着挥发的有机溶剂污染环境和安全问题，加之溶剂价格的上涨(主要以石油为原料)以及节能的需要，使溶剂型胶粘剂的发展在国外受到了限制。美国环保局规定：每加仑胶粘剂在涂布作业中，不得散发2.9磅以上的溶剂。而在国内涂布业中使用的溶剂型胶粘剂固含量一般在25%，溶剂挥发量为每加仑6磅左右。

　　为解决以上问题，欧、美自60年代起进行聚氨酯胶粘剂高固含低粘度化以及无溶剂体系的研究。近年来国外无溶剂胶粘剂发展很快，从技术水平来看，由开始的第一代产品已发展到目前的第三代产品。

　　第一代无溶剂粘合剂为单组份湿固化型粘合剂，这种粘合剂的特点是分子量大，粘度高，需要较高的操作温度，而且使用时需要加湿设备。因为产品固化时有副产物二氧化碳放出，复合膜易起泡；若不能提供适当的水分，还会出现固化不良的问题。

　　第二代无溶剂粘合剂为双组份反应型粘合剂，这类粘合剂的优点是消除了水分及空气湿度的影响，产品分子量小，粘度下降，操作温度也降低。其缺点是含有较多的游离二异氰酸酯(为了降低粘度)，容易向膜内迁移造成对食品的污染和降低热封强度，再有就是它不适用于EVA膜和NY膜。

　　第三代无溶剂粘合剂克服了第二代无溶剂粘合剂的缺点，适用于各种塑料膜及箔的复合，降低了游离二异氰酸酯的含量，耐内容物性能优良，粘合剂的粘接强度提高，铝塑复合膜制品有可能耐高蒸煮。

　　目前第三代无溶剂胶粘剂复合制品的质量，完全可以达到溶剂型胶粘剂复合剂的质量。第三代产品的主要特征有：

　　1.采用反催化体系，即主剂采用端异氰酸根预聚体。这样使得胶粘剂游离异氰酸根含量降低，进一步减小了对环境的污染，同时改变了热封强度差的问题。

　　2降低了胶粘剂的粘度，改善了胶粘剂对膜的润湿性，提高了胶粘剂在膜表面的涂布分散性能。因此既提高无溶剂胶粘剂复合制品的质量，也可提高机速，增加生产效率。

　　国内复膜行业使用无溶剂胶粘剂的复合工艺较晚，因此对与之配套的无溶剂胶粘剂的开发也较为落后。目前国内已经有30多条无溶剂复合设备，多用于一些出口食品的包装，以适应国外严格的残留溶剂规定要求。而国内复膜厂家目前使用的无溶剂胶粘剂均为进口，价格一般每吨在4万元左右。

　　由于国内无溶剂胶粘剂复膜设备的引进，许多厂家已经开始关注无溶剂胶粘剂的研究与开发。但由于起步较晚，市场上还未看到成熟的与国外产品水平相当的国产无溶剂胶粘剂面币。

　　三、无溶剂双组份聚氯酯粘合剂的主要技术

　　无溶剂双组份聚氨酯粘合剂的技术关键在于合成适当的端异氰酸根基团的主剂，必需达到以下的要求：

　　1.达到要求的粘接强度；

　　2.具有良好的涂布性能；

　　3.粘度较低，以保证良好的工艺使用性能。

　　在合成的工艺路线选择方面，首先使用二元醇与二元酸合成聚酯，通过二元醇、二元酸的化学机构的选择和用量的配比，达到对聚酯分子量的调整，以满足端异氰酸根预聚体的要求，再与不同分子量、官能团的聚醚及异氰酸酯进行反应，合成端异氰酸根预聚体。

　　端异氰酸根预聚体是聚酯二元醇与MDI的齐聚物和聚醚二元醇与MDI的齐聚物的混合体；端羟基预聚体是聚酯二元醇与聚醚多元醇的混合体，羟基对异氰酯基团的比例应在1：1.6(摩尔比)左右。