熱熔膠粘劑是一種室溫呈固態(tài)，加熱到一定溫度則熔化成液態(tài)，涂布、潤濕被粘物后，經(jīng)壓合、冷卻，能迅速完成膠接的膠粘劑。在大多數(shù)情況下，熱熔膠粘劑不含水或溶劑，是一種100%固含量的膠粘劑。由于其低污染性、高初粘性和速粘性倍受現(xiàn)代自動(dòng)化工業(yè)的歡迎，在書籍無線裝訂、包裝封口、制鞋、紡織等方面獲得廣泛應(yīng)用。熱熔膠按其粘料可分為乙烯-醋酸乙烯酯共聚樹脂類熱熔膠粘劑，聚乙烯及乙烯共聚物熱熔膠粘劑，聚丙烯熱熔膠粘劑，聚酯熱熔膠粘劑，聚酰胺熱熔膠粘劑，聚氨酯熱熔膠粘劑，苯乙烯類熱熔膠粘劑等。
以聚氨酯(PU)為粘料的聚氨酯熱熔膠粘劑與其他類型的熱熔膠相比，具有優(yōu)異的綜合性能，其主要原因是聚氨酯熱熔膠在受熱后會(huì)失去聚氨酯分子中由氫鍵作用而產(chǎn)生的交聯(lián)，變成熔融的粘稠液，冷卻后又恢復(fù)原有物性。因此，聚氨酯類熱熔膠具有優(yōu)秀的彈性和強(qiáng)度，粘接強(qiáng)度高，耐溶劑、耐磨，適用于各種材料的粘接。
PU熱熔膠通常分為兩大類：一類是熱塑性PU彈性體熱熔膠；另一類是反應(yīng)型PU熱熔膠。
熱塑性PU熱熔膠是熱塑性PU彈性體制成的膠膜、膠帶或膠末。PU彈性體是由聚酯多元醇、二異氰酸酯及鏈增長劑加成反應(yīng)生成的線型嵌段共聚物。通過加熱熔融涂膠而后冷卻固化而起到粘接作用，但是它本身無反應(yīng)性基團(tuán)，僅以氫鍵形成分子間作用力，導(dǎo)致粘接強(qiáng)度低，同時(shí)還造成耐熱性、耐溶劑性能差。濕固反應(yīng)型PU熱熔膠粘劑可克服這些缺點(diǎn)，性能可與溶劑型-反應(yīng)型膠粘劑相媲美，因而濕固反應(yīng)型PU熱熔膠粘劑自20世紀(jì)80年代問世以來，日益被世人關(guān)注，成為膠粘劑行業(yè)中的佼佼者。目前，濕固型PU熱熔膠在國內(nèi)的研究開發(fā)剛剛起步，有待于深入、細(xì)致地做好應(yīng)用基礎(chǔ)性研究工作，以推進(jìn)濕固型PU熱熔膠國產(chǎn)化的進(jìn)程。
二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)，美國Ｈｕｎｔｓｍａｎ公司產(chǎn)品；聚醚220(簡稱N220)、聚醚330(Ｎ330)，上海高化三廠產(chǎn)品；EVA，上海威勝包裝材料有限公司提供；石油樹脂C5、萜烯樹脂，上海方田彈性體有限公司提供；古馬隆樹脂，上海焦化廠產(chǎn)品；松香GA90，荒川化學(xué)有限公司產(chǎn)品。涂布機(jī)、加熱反應(yīng)釜均為自制。剝離強(qiáng)度測試儀采用山東濟(jì)南蘭光機(jī)電技術(shù)發(fā)展中心生產(chǎn)的BLD 200Ｓ型電子剝離試驗(yàn)機(jī)。涂布基材采用市售帆布。
按照實(shí)驗(yàn)配方，在三口燒瓶中準(zhǔn)確稱量聚醚，攪拌、加熱，控制溫度在110℃并抽真空，以脫除聚醚中的水份。降溫至50℃，通入Ｎ2氣保護(hù)，加入MDI，反應(yīng)溫度應(yīng)低于100℃，反應(yīng)2ｈ后，抽真空至無氣泡，冷卻、出料。
將增粘樹脂、熱塑性彈性體、抗氧化劑等原料加入反應(yīng)釜中，攪拌、加熱，待增粘樹脂完全熔融后，抽真空，至無氣泡為止，加入按1.2.1制備的MDI預(yù)聚物，攪拌均勻。涂布機(jī)恒溫，將制好的膠樣均勻涂覆在帆布上，壓合,制成MDI基濕固型ＰＵ熱熔膠膠接接頭。置于室溫下，發(fā)生濕固化反應(yīng)。
參照ＧＢ/Ｔ2791-1995，在BLD-200Ｓ型電子剝離試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行膠接接頭Ｔ-剝離強(qiáng)度的測試。試樣尺寸為2×25ｃｍ，拉伸速度為25ｍｍ/ｍｉｎ。
膠粘劑的剝離強(qiáng)度試驗(yàn)方法是研究膠粘劑膠接性能的重要方法之一，適用于柔性膠接接頭的測試，主要表征的是膠接接頭抵抗裂紋擴(kuò)展能力。影響膠粘劑剝離強(qiáng)度的因素很多，如被粘物的表面處理、固化條件、被粘物的性質(zhì)、膠粘劑的性質(zhì)、剝離速度、剝離角度等。本文主要討論P(yáng)U熱熔膠粘劑本身的性質(zhì)對(duì)剝離強(qiáng)度的影響。
濕固型聚氨酯膠粘劑是以NCO端基預(yù)聚物為基料，配以熱塑性樹脂、增粘樹脂、抗氧劑等制備而成。當(dāng)膠粘劑加熱，熔融成流體，涂布在被涂物表面，將兩個(gè)被涂物貼合，冷卻后膠層凝聚起到粘接作用，之后借助于空氣中或者被粘物表面附著的濕氣與預(yù)聚物端基-NCO發(fā)生反應(yīng)、擴(kuò)鏈，生成聚氨酯-聚脲結(jié)構(gòu)的高分子聚合物，進(jìn)一步起到粘接作用。
氨基甲酸酯鏈節(jié)(NHCOO)、脲鏈節(jié)(NHCONH)極性很高，構(gòu)成聚氨酯分子結(jié)構(gòu)的剛性鏈節(jié)，使膠粘劑具有較高的強(qiáng)度和耐熱性能。
文中所用的異氰酸酯預(yù)聚體是利用聚醚多元醇和MDI的反應(yīng)制得的。N220屬于聚醚二元醇，與MDI反應(yīng)生成線型結(jié)構(gòu)的預(yù)聚物:
本文采用N220、N330的混合物作為多元醇組分制備含-NCO端基的預(yù)聚物，旨在線型預(yù)聚物分子結(jié)構(gòu)中適當(dāng)?shù)匾胍恍┙宦?lián)結(jié)構(gòu)，以改善膠接接頭的物理機(jī)械性能、耐熱性、耐溶劑性等。N330的加入對(duì)預(yù)聚物中-NCO含量的影響見表1。
由表1可以看出：隨著聚醚330用量的增加，預(yù)聚體中-NCO含量減小。這是因?yàn)椋?30是3官能度的聚醚多元醇，它與MDI反應(yīng)形成支化或交聯(lián)結(jié)構(gòu)所造成的。使用不同-NCO含量的MDI預(yù)聚體配制濕固型PU熱熔膠，其剝離強(qiáng)度值見表2。
由表2可以看出MDI-聚醚預(yù)聚體結(jié)構(gòu)對(duì)熱熔膠剝離強(qiáng)度的影響較大。在預(yù)聚體中引入一定量的N330對(duì)熱熔膠的剝離強(qiáng)度有明顯提高，但隨著N330量的進(jìn)一步增加，熱熔膠的剝離強(qiáng)度有所降低。這是由于3官能度的N330能夠與MDI反應(yīng)生成支化或交聯(lián)結(jié)構(gòu)的預(yù)聚物，提高了預(yù)聚物的內(nèi)聚強(qiáng)度和模量，所以使得以其為基料的熱熔膠的膠接接頭的粘附強(qiáng)度增加。若N330加入過多，使交聯(lián)度增加，引起膠接層的脆性增加，剝離強(qiáng)度下降。
使用常見的熱熔膠增粘樹脂，配以熱塑性彈性體EVA，制備濕固型PU熱熔膠，研究增粘樹脂種類對(duì)熱熔膠剝離強(qiáng)度的影響。松香系樹脂是使用最早的增粘劑，也是熱熔膠中應(yīng)用最多的一種增粘劑。從表3可以發(fā)現(xiàn)，松香GA90樹脂對(duì)本熱熔膠體系的增粘效果優(yōu)于萜烯樹脂、古馬隆樹脂。
若使用萜烯樹脂和古馬隆組成的復(fù)合增粘樹脂，則熱熔膠的剝離強(qiáng)度較單獨(dú)使用萜烯樹脂、古馬隆樹脂提高3.7倍。這可能是由于兩個(gè)增粘樹脂對(duì)膠粘劑強(qiáng)度的協(xié)同效應(yīng)所致。從表3中還可以看出，萜烯樹脂對(duì)濕固型PU熱熔膠的增粘效果好于C5石油樹脂。這可能是由于C5石油樹脂是直鏈烴聚合物，而MDI-聚醚預(yù)聚體分子鏈中含有芳烴結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)相似者相溶，因此預(yù)聚物與含苯環(huán)結(jié)構(gòu)的萜烯樹脂的混溶性好，故導(dǎo)致對(duì)本熱熔膠體系，萜烯樹脂的增粘效果優(yōu)于C5石油樹脂。
