Полиуретановые клеевые композиции *

R-NCO + H₂O — R-NH₂ + CO₂
R-NH₂ + R’-NCO — R-NHCOHN-R’

Как видим, главная проблема ПУР клеёв первого поколения — образование двуокиси углерода при отверждении (в данном случае реакция отверждения является реакцией поликонденсации – прим. перев.), её выделение в виде мельчайших пузырьков, замутнение прозрачных плёнок и непостоянство сроков полимеризации. Проблема особенно актуальна для плёнок с высокими барьерными свойствами. Дефект замутнения и время процесса отверждения зависит от количества влаги, вступающей в контакт с клеем. Традиционный источник влаги — влажный воздух в помещении, но есть также дополнительный источник – распылитель над первичной плёнкой, расположенный между участками нанесения клея и соединения со второй плёнкой. Дополнительная порция влаги ускоряет отверждение клея, но вызывает замутнение, хорошо заметное лишь на прозрачных материалах, при ламинации которых клеи первого поколения не рекомендуется использовать. Тем не менее, они с успехом применяются в композициях, содержащих картон или бумагу.

Составы второго поколения. Двухкомпонентные составы бессольвентных клеев состоят из маловязких полиуретанового преполимера и полиоли. Созданная при комнатной температуре смесь передается на наносящий узел ламинатора через встроенный статический миксер. Особое внимание — пропорциям смешения. Например, американцы рекомендуют работать с избытком изоцианата. Если говорить о популярной там клеевой системе Lamin WD-4120/22, то замешивание изоционата в соотношении 1:1 не обеспечивает должной адгезии и термостойкости ламината. Рецептуры же 2:1 с двойным превышением изоционата сильно растягивают процесс отверждения. Опытным путём выявлено, что смесь с избытком изоционата 1,2:1 (весовое соотношение) делает свойства ламината оптимальными: повышает термостойкость до максимума, а полимеризация завершается через 48 ч. Резку ролей на формат можно начинать через 12-24 ч. Именно эта клеевая система сегодня считается самой «быстрой».

Механизм отверждения двухкомпонентных клеев второго поколения происходит по схеме:

R-NCO + HO-R’ — R-NHCOO-R’

Две основные проблемы — низкая первоначальная вязкость композиции, приводящая к изначально слабому схватыванию, и сравнительно высокий процент остаточных мономеров по завершении полимеризации. Слабое схватывание заставляет усиливать контроль процесса ламинации во избежание «туннелинга». Резка ролей — не ранее чем через 12-48 часов. Наличие остаточных мономеров ведёт к их миграции сквозь мягкие «сварные» плёнки (например, полиэтилен) и реакции с атмосферной влагой. На поверхности плёнки создаётся тончайшее термостойкое полиуретановое покрытие, что значительно затрудняет сварку либо делает ее вообще невозможной. Разумеется, кроме сугубо технических проблем, возникающих из-за образования данного слоя, есть риск попадания мигрирующих молекул изоционата в упакованный продукт. Отметим, что мигрирующие мономеры также вредны для здоровья рабочих, особенно режущих и упаковывающих готовые ламинаты.

Решить проблемы были призваны бессольвентные ПУР-клеи третьего поколения с высоким уровнем первоначального схватывания, постоянным временем отверждения и сравнительно низким процентом содержания остаточных мономеров.

Составы третьего поколения. В основе ПУР-клеёв третьего поколения — полиуретановые полимеры с большим молекулярным весом и большей вязкостью, перерабатываемые при температурах 50-70°С. Повышенная вязкость улучшает первоначальное схватывание: резку ролей можно начинать через 12-24 ч. Уровень остаточных мономеров в смеси (не более 0,08%) достигается за счёт особенностей механизма полимеризации.

Пока самым популярным видом полиуретановых клеев для производства гибкой упаковки в США остаётся системы второго поколения. Смесевые станции далеко не всегда оснащены функцией предварительного подогрева компонентов, а их дооснащение требует дополнительных вложений, что, как правило, и становится основной причиной отказа от перехода на клеи третьего поколения. Компромисс был найден после разработки клея третьего поколения, который может использоваться на смесевых станциях без предварительного подогрева, изначально ориентированных на работу с более жидкими клеями второго поколения.

Заключение

Учитывая глобальную тенденцию сокращения выбросов летучих органических соединений в атмосферу и рост озабоченности состоянием условий труда на предприятиях, использование растворных сольвентных клеёв будет неуклонно сокращаться. Альтернативой им станут полиуретановые и акриловые водные дисперсии, которые при наличии надлежащих связующих (кросслинкеров) обеспечивают высокие адгезию и термостойкость. Единственная область, где пока не найдена альтернатива сольвентным клеям, — триплексные материалы на основе фольги, подвергающиеся тяжёлым температурным воздействиям («ретортная» или стерилизуемая упаковка). Но и здесь идут интенсивные исследования, результатом которых может стать появление уже в следующем году бессольвентных клеёв с более высоким молекулярным весом, выдерживающих высокое давление и разные коэффициенты теплового расширения фольги и полимерных плёнок.

* Статья подготовлена специалистами «Дилор» совместно с экспертами одного из крупнейших мировых производителей полиуретановых клеевых композиций H.B.Fuller. Перевод П. В. Базунова.