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无溶剂聚氨酯复合粘合剂冬季熟化的速度问题
2018-01-26 【技术】 包装前沿 阅读:151

冬季环境温度低、湿度小,与夏季高温高湿截然相反。温度对聚氨酯粘合剂的反应速率(熟化速度)影响很大,聚氨酯粘合剂因为含有异氰酸酯基团,可与包括水在内的活泼氢反应,因而环境的湿度对聚氨酯粘合剂的影响也很大。

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聚氨酯的基本反应式

双组分聚氨酯复合粘合剂最主要的化学反应有两个:一是异氰酸酯基团与羟基基团反应生成氨基甲酸酯,这是双组分聚氨酯复合粘合剂的主反应;二是异氰酸酯基团与水反应生成脲基和二氧化碳气体,这是个副反应,由于环境中含有水、薄膜上会吸附水,所以这个副反应是不可避免的。

聚氨酯的反应方程式如下:

图片.png

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化学反应速率

化学反应速率就是化学反应进行的快慢程度,用单位时间内反应物或生成物的物质的量、浓度的变化来表示。化学反应速率的计算公式:

对于该反应:mA+nB=pC+qD

v(A):v(B):v(C):v(D)=Δn(A):Δn(B):Δn(C):Δn(D)

影响化学反应速率的因素:

主要因素:反应物本身的性质;

外界因素:温度,浓度,压强,催化剂,光,激光,反应物颗粒大小,反应物之间的接触面积和反应物状态。另外,x射线,γ射线,固体物质的表面积与反应物的接触面积,反应物的浓度也会影响化学反应速率。

(1)反应物本身的性质影响化学反应的速率。

(2)温度条件影响化学反应的速率

升高温度,反应物分子获得能量,使一部分原来能量较低分子变成活化分子,增加了活化分子的百分数,使得有效碰撞次数增多,所以反应速率加大。另外,由于温度升高,使分子运动速率加快,单位时间内反应物分子碰撞次数增多,反应也会相应加快。

经典的阿伦尼乌斯方程是瑞典化学家阿伦尼乌斯提出的关于化学反应的速率常数与温度之间的关系式。温度提高,反应速率加快。

阿伦尼乌斯方程可以表示为以下形式:

lnk=lnk0~Ea/RT

k - 反应速率常数,min-1

k0 - 频率因子常数,min-1

Ea - 反应活化能,J/mol

R -摩尔气体常数,8.314J/(mol×K)

T - 绝对温度,K

(3)条件浓度

当其它条件一致下,增加反应物浓度就增加了单位体积的活化分子的数目,从而增加有效碰撞,反应速率增加,但活化分子百分数是不变的。

(4)催化剂

使用正催化剂能够降低反应所需的能量,使更多的反应物分子成为活化分子,大大提高了单位体积内反应物分子的百分数,从而成千上万倍地增大了反应物速率,负催化剂则反之。催化剂只能改变化学反应速率,却改不了化学反应平衡。

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聚氨酯粘合剂反应速率

聚氨酯粘合剂(双组分)的反应,包括异氰酸酯与羟基的反应以及异氰酸酯与水的反应,同样受到以上因素的影响。

(1)反应物本身的性质:比如,作为聚氨酯的羟基组分,伯羟基的反应速率高于仲羟基;再比如,同结构的聚酯多元醇,分子量小的活性高,反应速率快。

(2)催化剂:不同的聚氨酯催化剂体系,对反应速率影响很大。

聚氨酯粘合剂配方固定的情况下,上述两点会固定下来。

(3)温度:温度升高,聚氨酯反应速率加快,不论是异氰酸酯与羟基反应还是异氰酸酯与水的反应;反之,反应速率慢。

一般认为,低于10℃,聚氨酯基本不反应,即反应速率极低。

(4)浓度:反应物的浓度提高,反应速率加快。比如水的浓度提高(空气湿度大),与异氰酸酯的反应速率提高,反之,水的浓度低,则反应速率慢。

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无溶剂聚氨酯复合粘合剂冬季熟化速度

冬季环境温度低、湿度小,对无溶剂聚氨酯复合粘合剂的反应速率影响较大。对于反应物本身的性质一级催化剂体系来说:配方固定,反应物本身的性质已经确定,催化剂不论是存在还是不存在,数目种类都是确定的,因此反应速度主要来自外界其它因素的影响。

1、温度

在熟化室温度确定的情况下,如果是单片较小的两张薄膜,用无溶剂聚氨酯复合粘合剂复合完成粘接,熟化速度(反应速率)基本没有影响。

但是,无溶剂聚氨酯复合粘合剂,作为软包装复合用粘合剂,需要涂布在薄膜上,然后与另外一层薄膜复合,收卷成大的膜卷,膜卷的直径一般在600~800mm左右,薄膜宽度一般在500~1000mm左右,这么大的膜卷在熟化室里完成熟化。冬季膜卷的温度低,在熟化室里需要很长的预热时间才能达到熟化室的温度。

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2、湿度

湿度即空气中的含水量,冬季湿度小,空气中的含水量低。一是水的浓度降低,异氰酸酯与水反应速度降低从而固化反应速度降低,二是异氰酸酯过量,需要水渗入膜卷的胶层,才能完成固化,导致熟化慢。

无溶剂聚氨酯复合粘合剂,在配方和配比固定的情况下,NCO/OH有个特定的比例才能保证粘合剂固化。

NCO/OH=粘合剂中异氰酸酯的摩尔数/OH的摩尔数

(OH= 粘合剂中羟基和水+空气中的水+薄膜、油墨、镀铝、铝箔中的水、醇以及其他可与NCO反应的物质)

固定了NCO/OH的聚氨酯粘合剂,在冬季湿度小、水含量小的情况下,NCO相对较多,需要更长的时间有足够水与胶反应才能完成固化;反之,夏季湿度大,水含量大,NCO消耗多,容易出现NCO不足,造成固化不完全。


(作者:田立云,全文已刊于《包装前沿》2018年第一期,更多技术内容详见《包装前沿》或www.pack168.com包装前沿信息网,有不同意见,欢迎到www.pack168.com继续讨论,提供更多解决方法的朋友可获得网站技术文章阅读积分。)


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