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    PUR的熱熔膠應用瓶頸及發展軌跡

    作者:東莞玉明        2012年11月7日

    在不斷的改進與發展中,PUR熱熔膠憑借優異的黏結強度、耐溫性、耐化學腐蝕性和耐老化性,成為印后裝訂材料中的重要品種之一。正確了解PUR熱熔膠的發展史和存在問題,是更好應用其的前提所在。

    PUR熱熔膠具有很強的黏合力、耐冷及耐熱性,且對印刷油墨或墨粉中的油成分具有較高的耐抗性。但最近的趨勢表明,這種膠黏劑與“絕對質量可靠”的概念不相符合,真相究竟是怎樣的,且聽本文細細道來。

    發展源于需求

    第一代反應型膠黏劑于1984年進入市場,由于受當時原料所限,這種膠黏劑具有較低的初始強度,需要經過較長時間的化學反應才能達到最終的黏合強度。一般情況下,裝訂好的產品需要長達6天的反應時間才能進行下一步驟。尤其是卷筒紙膠印產品,由于其紙帶未經再濕潤,只含少量水分,因此需要幾周的反應時間,極大地影響了交貨時間。

    20世紀90年代末,明顯縮短反應時間的第二代PUR熱熔膠在市場推出。這一代PUR膠黏劑的主要特點是:完全硬化時間縮短至3天;加工過程相較以前更加穩定、可靠。但在寒冷的冬季,空氣相對濕度下降到20%的時候,PUR熱熔膠的交聯固著還是一個難題。

    跨入21世紀之際,第三代PUR熱熔膠閃亮登場,這種高反應膠只需要幾小時的反應時間。此外,該膠黏劑的初始強度大大改善,有利于加工設備(三面刀和雙聯本切割鋸)的運轉,每小時生產速度可超過10000本。第三代熱熔膠在生產過程中具有較低的黏度和良好的黏結穩定性,特別是在完全封閉的系統中,如膠訂機的噴嘴涂膠更適于使用這種高反應的膠黏劑。

    此時PUR熱熔膠用戶對于高質快速的膠訂愿望進一步得到滿足,只是封皮的側膠還不盡人意。當時PUR膠訂還在用傳統的EVA熱熔膠進行側面涂膠,常對產品的整體形象造成不好的影響,特別是針對畫報和雜志的印制,由于緊挨著封皮的部位經常有油墨濃厚的膠印圖像和實地存在,因此在油墨和采用EVA膠黏劑的側膠之間總會產生相互作用。雖然PUR熱熔膠可以保持裝訂產品的式樣,但在封皮和小冊子的第一頁和最后一頁上會出現油漬。直至2005年各制造商供應PUR側膠之后,這個問題才得以解決,這種側膠在起始時具有持續高黏性,交聯后才會顯示PUR熱熔膠的性能。

    小冊子裝訂使用PUR熱熔膠所達到的高質量也引來傳統書籍生產者的覬覦。這種仍被稱為交聯反應時間“慢”的膠黏劑大大阻礙了膠訂、鎖線訂書芯及扒圓的聯機生產。這種膠黏劑在“過渡階段”內,膠膜的內在強度 (內聚力)不能參與彈性或塑性變形,也不會出現膠膜斷裂。因而為了加快交聯速度,必須使用在UV光反應和曝光后立即大大加速交聯的膠黏劑。就是在這樣的發展過程中,出現了第四代PUR熱熔膠。這種以雙重固化的聚氨酯熱熔膠而著稱的產品,也為膠訂畫冊所使用。正如這種膠的名稱表述一樣,以UV照射開始加速交聯,有助于提高膠的內聚力性能,再通過異氰酸酯濕交聯產生膠的最終強度。

    未來責任重大

    自從相關協會將反應型膠黏劑系統中含有的一定濃度的自由異氰酸酯劃歸為“有害的配制品”類之后,裝訂用的PUR熱熔膠必須標以危險品編制Xn標志。職業的安全和健康信息(BGI790-015)中稱,“異氰酸酯有害健康的方式包括以可吸入的霧氣和氣溶膠形式存在的尚未化合的自由異氰酸酯(單體二苯基甲烷二異氰酸酯MDI、聚合的MDI和帶有自由NCO異氰酸酯基團的MDI聚氨酯預聚物)。目前,在PUR熱熔膠中含有0.1%~4%未化合的異氰酸酯。當溫度超過100oC時,異氰酸酯將以有害健康的濃度在空氣中逸出?!睘榇?,制膠業快速作出反應,著手研發在任何情況下確保遵守職業接觸異氰酸酯極限值要求的產品,也就在這個時候,第五代PUR熱熔膠誕生了,滿足行業對于異氰酸酯低排放的環保要求,滿足了工廠日益增長的安全性需求。

    為了達到安全環保的目標,如今很多反應型熱熔膠制造商也通過將熱熔膠的熔化和加工溫度降低到100oC極限范圍內的方法來減少排放。對這種低溫范圍內加工膠黏劑的要求是:膠的常見性能,如交聯機理、較高的初始強度和黏度值的穩定性都要保持在正常水平。由于紙邊缺少濕潤,在生產中不穩定的黏度性能,會對難粘的紙張造成不良后果。換句話說,在黏度不穩定的情況下,對膠訂的牢固性會有不利的影響。

    其他的制膠商業開始開發所謂的混合膠黏劑系統,這種膠黏劑用傳統的熱熔膠原料替代聚氨酯基的原料。但在很多人看來,這種發展對裝訂廠和印后加工不一定有利。將采用混合膠黏劑系統制作的膠訂產品與使用PUR膠黏劑制作的產品進行質量對比,你會發現用混合膠黏劑膠訂的產品的牢固度明顯降低。當然,牢固度降低的30%~40%也與紙張質量有關系。在使用膠版紙和部分無光涂料紙時,即使裝訂牢固度減少的百分比較高,但對產品的使用性沒有多大影響。而采用難黏合的亮光涂料紙的情況則完全不同,這種紙的拉力測試結果很快降低到“裝訂牢固度較低”的范圍內。這種混合膠黏劑系統存在的另一個問題在于改變的耐礦物油蒸餾的性能和在極端溫度范圍內的裝訂耐受性。由于膠黏劑的未交聯成分與油墨會產生反應,即相互作用,如前幾年使用EVA熱熔膠一樣,這使裝訂廠感到擔心。自從引用PUR熱熔膠以來,裝訂廠不再需要關注這個相互作用問題。耐溫度變化性的情況也相似,PUR熱熔膠的耐溫度范圍可以從-30oC至+200oC。

    從過程可靠性和裝訂質量來看,第五代PUR熱熔膠 (低排放)也并非完全被接受。從下圖可以看出,PUR熱熔膠的反應和黏合牢固度過程及其應用間隔時間在朝著什么方向發展。對所有低排放的PUR熱熔膠來說,雖然交聯過程并非完全滿足市場的需求,但可以看到一種發展趨勢。第二代PUR熱熔膠的“正常反應系統”在黏合后8小時達到其最終牢固度的20% (見下圖:黃色曲線)。而第三代PUR熱熔膠(高反應系統)在同樣的時間內達到75%的最終牢固度 (見下圖:紅色曲線)。第五代PUR熱熔膠(低排放系統)的反應過程幾乎呈直線上升 (見下圖:綠色曲線),其黏合強度限于50%的增長。但是,在現有的投訴中我們驚奇地發現,關于PUR熱熔膠系統的反應過程是不負責擔保的,應用技術上的缺陷、紙張問題和室內空氣濕度太低已作為問題原因被忽略,因而就目前情況來看,膠黏劑的反應時間是一個很難對付的棘手問題。

    鑒于在印刷、印后加工和交貨之間的時間間隔越來越短,膠黏劑反應的重要性已不能被列為產品要求的次要地位。對于短期交貨的商品目錄印制廠、雙聯生產的書籍裝訂廠和數字印刷用戶來說,不同批次膠黏劑的反應速度及其穩定性,都是頗為重要的質量標準。

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