БЕЗСОЛВЕНТНЫЕ КЛЕЕВЫЕ КОМПОЗИЦИИ СО 100% СУХИМ ОСТАТКОМ

Клеи первого поколения

Первые появившиеся на рынке безрастворные полиуретановые клеи отверждались под воздействием влаги. Эти клеи производятся и сейчас и используются, главным образом, в тех структурах, которые содержат в себе влагу (бумага, картон, ПА), и которые не являются прозрачными. Они состоят из преполимеров изоционатов и обладают высокой вязкостью, что обеспечивает хорошее первоначальное схватывание. Одним из недостатков этих клеев является высокая температура нанесения, 90-100°С. Клей подается на поверхность материала тонкой пленкой и избыточный изоционат реагирует с атмосферной влагой, в ходе чего в нем начинают образовываться перекрестные молекулярные связи. Затем, прикатывается второй материал (происходит ламинирование) и реакция отверждения продолжается уже в готовом роле. Резку этого роля на требуемую ширину рекомендуется начинать не ранее, чем через 24-72 часа. Схематично реакция полимеризации клея первого поколения может быть представлена пошагово формулой:

R-NCO + H2O ---- R-NH2 + CO2
R-NH2 + R'-NCO ---- R-NHCOHN-R'

Основные проблемы, связанные с использованием клеев первого поколения - это, как видно из указанной выше формулы, образование двуокиси углерода в процессе полимеризации, и ее выделение в виде мельчайших пузырьков, а также появление замутнения на прозрачных пленках и непостоянство сроков полимеризации. Проблема образования пузырьков углекислого газа встает особенно резко при использовании высокобарьерных пленок. Дефект замутнения пленки и непостоянство времени протекания реакции возникает и зависит от количества влаги, которая вступает в контакт с клеем. Влага обычно подается через распылитель на первичную пленку после нанесения на нее клея и непосредственно перед соединением со второй пленкой. Дополнительная порция влаги естественно ускоряет процесс отверждения клея, но ведет к появлению замутнения, которое хорошо заметно только на прозрачных пленках. Именно поэтому клеи первого поколения не рекомендуются к использованию в прозрачных структурах, но с успехом применяются в структурах, содержащих картон или бумагу.

Клеи второго поколения

Следующим большим шагом в развитии технологии безсолвентных клеев стало появление двух-компонентных клеевых составов. Такая система традиционно состоит из полиуретанового преполимера и полиоли. Оба вещества имеют довольно низкую вязкость. Их смешение осуществляется при комнатной температуре, и, затем, смесь закачивается на наносящий узел ламинатора через встроенный статический миксер. Хотелось бы отметить, что в двух-компонентных системах следует уделять повышенное внимание правильности пропорций смешения. Например, в США специалисты традиционно рекомендуют работать с "избытком" изоционата. Говоря о популярной там клеевой системе Lamin WD-4120/22 пропорция изоционата в смеси 1:1 не обеспечивает должной адгезии и, как следствие, термостойкости готового ламината.

Пропорция 2:1 (двойное превышение изоционата) сильно растягивает во времени процесс отверждения. Поэтому опытным путем на основе лабораторных анализов было выявлено, что пропорция смешения с избытком изоционата 1,2:1 (весовое соотношение) делает свойства смеси WD-4120/22 оптимальными: термостойкость готового ламината находится на максимуме, а процесс полимеризации полностью завершается через 48 часов. При этом, операцию резки готовых ролей на требуемый формат можно начинать через 12-24 часа. Именно это клеевая система считается сейчас самой "быстрой" на рынке.

Механизм отверждения двух-компонентных клеев представляет собой следующий процесс:

R-NCO + HO-R' ---- R-NHCOO-R'

Двумя основными проблемами этих продуктов является низкая первоначальная вязкость композиции и, как следствие, низкое первоначальное схватывание и сравнительно высокий уровень остаточных мономеров после завершения процесса полимеризации. Низкое схватывание создает необходимость повышенного контроля процесса ламинации, чтобы избегать "туннелинга". Резка готовых ролей может производиться не ранее чем через 12-48 часов. Высокое содержание остаточных мономеров ведет к их миграции сквозь мягкие "сварные" пленки типа полиэтилена и их реакции с атмосферной влагой.

Таким образом, на поверхности мягкой пленки создается тончайшее термостойкое полиуретановое покрытие, которое либо значительно затрудняет процесс сварки, либо делает его вообще невозможным. Естественно, кроме сугубо технических проблем, возникающих в связи с образованием данного слоя, возникает потенциальный риск попадания молекул изоционата в упакованный продукт. Следует отметить, что мигрирующие мономеры также создают риск для здоровья рабочих в цеху, в особенности тех из них, кто осуществляет резку и упаковку готовых ламинатов.

Для устранения указанных проблем были разработаны клеи третьего поколения, которые обладают высоким первоначальным схватыванием, постоянством процесса отверждения и имеют сравнительно низкий уровень остаточных мономеров.

Клеи третьего поколения

Клеи третьего поколения основаны на полиуретановых полимерах с большим молекулярным весом и соответственно большей вязкостью и перерабатываются при температурах 50-70°С. Повышенная вязкость таких клеев улучшает свойство их первоначального схватывания и операцию по резке на требуемый формат можно начинать через 12-24 часа. Уровень остаточных мономеров в смеси не превышает 0,08%, что достигается за счет особенностей механизма полимеризации.

Наиболее популярным видом полиуретановых клеев для производства гибкой упаковки в США по-прежнему остаются клеи второго поколения. Смесевые станции далеко не всегда оснащены предварительным подогревом компонентов, а их дооснащение требует дополнительных вложений. Это, как правило, и становится основной причиной отказа от перехода на клеи третьего поколения. Именно по этой причине был разработан клей 3-его поколения, который может использоваться на смесевых станциях, не имеющих предварительного подогрева, предназначенных для более жидких клеев 2-ого поколения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В заключение хочется сказать, что, учитывая общую тенденцию в мире, направленную на сокращение выбросов вредных летучих органических соединений в атмосферу и рост озабоченности состоянием условий труда на предприятиях, в перспективе использование растворных клеев будет неуклонно сокращаться. Альтернативой им могут стать полиуретановые и акриловые водные дисперсии, которые при применении подходящих "кросс-линкеров" позволяют получать высокие значения адгезии и термостойкости.

Сейчас, пожалуй, единственной областью, где пока не найдена альтернатива солвентным клеям является область изготовления триплексов с фольгой, которые подвергаются тяжелым температурным воздействиям. Речь идет о "реторной" упаковке и упаковке, которая проходит процесс стерилизации. Однако и в этой области идут интенсивные исследования, результатом которых может стать появление уже в следующем году безсолвентных клеев с более высоким молекулярным весом, способных выдержать высокое давление и разницу теплового расширения фольги и полимерных пленок.

С ситуацией на российском рынке гибкой печатной упаковки можно познакомиться в отчете Академии Конъюнктуры Промышленных Рынков «Рынок многослойных ламинированных упаковочных материалов в России

www.polymery.ru