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裕田霸力 | 反应型热熔聚氨酯PUR的应用

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反应性PUR胶粘剂,具有无溶剂、粘结强度高、快速固定、耐水洗耐老化、少VOC 排放等优点。本论文主要阐述了反应型热熔聚氨酯PUR 在不同行业的应用及发展趋势,如在工业民用行业应用越来越广,包括建材,木工,汽车,纺织,电子,家用电器等等都有广泛应用,并根据反应型热熔聚氨酯的粘结原理设计分析综合得出市场的痛点及研究方向为功能通用化、双重固化、包装多样化等。

 

首先介绍一下反应型热熔聚氨酯(以下简称PUR)。PUR胶粘剂可以看作是聚氨酯的预聚体,由不同的异氰酸酯(种类不同、官能度不同、支链不同等)与不同的多元醇(聚酯型、聚醚型、混合型)反应得到不同分子量的异氰酸基封端聚合物。这些聚合物含有活泼反应性的氨酯基或异氰酸基,具有很强的活性和很强的极性,能与含有活泼氢的材料,如纺织品、纸张、木材、陶瓷、皮革、橡胶、玻璃等以及塑料和金属等表面光滑材料都有良好粘结。聚氨酯大分子链之间或与被粘物之间形成氢键结合,使分子内聚力增强,粘结强度更高,耐磨性,耐溶剂性更好。含有醚键的聚氨酯因醚键比较容易内旋,柔顺性好,则表现出低温性能及耐水解性能好。现根据其对基材的适应性对反应型热熔聚氨酯PUR 的具体应用和研究方向进行介绍。

反应型热熔聚氨酯PUR的粘结原理

 

PUR热熔胶固化过程分为两个阶段,分别为冷却凝聚和湿气固化。在第一个阶段,PUR热熔胶与普通热塑性热熔胶一样,胶黏剂加热熔融,施胶于基材上后,冷却凝聚产生初粘强度;在湿气固化阶段,PUR热熔胶与空气中的湿气发生扩链反应,形成聚氨酯分子链刚性结构,从而使其具有高粘接强度,良好的耐化学性、耐热性、耐水解性,且可胶接物类型多、对油漆面等处理过的表面相容性好。

 

反应型热熔聚氨酯PUR的典型应用行业

1、建材行业

随着家庭装修个性化的要求越来越多,同时现场装修需要更多的人力物力,产生的建筑废弃物也更多,因此定制化家装建材越来越受到欢迎,主要体现在集成墙板和吊顶,而这也正是PUR在建材的主要应用点。建材行业可以说是和木工行业有比较大的关联而且应用场景也比较类似,不同的色彩,图案的PVC 表皮贴合在木塑板上得到各种类型的板材,墙板厂商再按照不同个体毛坯房的要求和尺寸裁切好板材,再把这些板材直接安装在毛坯房即可,替代了刮墙、油漆、木工、墙纸等等。更低的成本,更快的装修速度,更多样化的选择,集成墙板和吊顶是建材行业的一个新趋势,因此也出现了很多的墙板厂商,同样也意味着PUR粘结胶的机会。这种材料应用,现在仍有相当部分厂商使用溶剂型的产品,但PUR无溶剂,粘结强度高,综合成本低的特点将逐步完全取代溶剂胶,行业各厂商都在积极开拓这个市场,在之后几年,这个市场的PUR用量可能出现爆发式增长。

2、木工行业

木工行业是目前国内PUR应用的最主要行业之一,2020年用量预计超过1.5万吨,同时也是国内外PUR厂商最集中竞争最激烈的行业,木工行业的主要应用点包括家具大面的平贴、包覆、铝合金窗框的贴皮,家具封边等,不同应用材料、工艺流程,对PUR提出了不同对要求,主要分为平贴胶和包覆胶,前者对于初始强度的要求比较低,而后者对初始强度要求就很高,两者在价格上也有10%~20%的差异。木工行业PUR用户比较分散,大江南北都有,设备差异、气候差异、材料差异、生产速度差异等等,PUR的要求各不相同而且进入的门槛相对较低,之后的几年木工行业仍是PUR的重点。

3、汽车行业

汽车行业PUR的应用主要是零部件的组装或贴合,包括前大灯外壳组装、顶篷天窗框架粘结、备胎盖板复合、内饰件真空复合、门板结构件粘结等。

前大灯外壳的组装是PUR在汽车行业的一大应用,由于需要在线气密性测试,因此对PUR粘结胶初始强度有很高要求,同时PC灯罩对防雾处理,也会对PUR粘结胶对粘结性能提出要求,而且车灯长期处于外部环境,对PUR粘结胶的耐候性能也提出要求。基于基本粘结以及长期耐候的要求,车灯厂商对粘结胶的选择比较保守。

 

由于PUR粘结胶强度高以及耐热性能好,正好满足顶篷天窗框架对承重耐热的需要,国内对顶篷厂商越来越多地采用PUR替换非反应性热熔胶如EVA或PO以及溶剂型氯丁胶。而PUR在汽车行业另一个主要应用是内饰部件的复合,如门上板、座椅背板、嵌饰板等。这些部件目前国内很多采用的是溶剂型的胶水,即使部分厂商也逐步采用了更环保的水性胶,但其基本工序仍很类似,先是喷胶,再干燥,然后贴合或真空成型,需要很多的人力劳动,生产效率也不高,而PUR用于内饰部件复合,只需放卷在设备上自动成型,这样一条生产线只需要一个工人即可。

4、家电行业

随着家电行业的竞争加剧,家电厂商也越来越集中,很多的小厂商已经倒闭,而大厂商出于成本考虑,也削减了生产线的人力投入而在自动化生产方面加大了力度。传统的胶带粘结方式或其他固定方式对人力要求很多,而PUR的出现满足了家电厂商对自动化的要求。家电粘结的基材主要是玻璃面板和ABS框架的粘结,因此用PUR的应用点包括空调面板、洗衣机盖板玻璃、饮水器玻璃面板、油烟机控制面板等等。比如国内空调、壁挂机面板、空调、饮水机、油烟机等几乎都采用了PUR粘结。家电使用PUR产品不仅仅是胶粘剂的替换,更是生产工艺的进步,可以预计家电用PUR将越来越广泛。

5、纺织行业

纺织行业也是PUR应用比较早的行业之一,早在上个世纪末已经有很多纺织企业将PUR用于面料贴合,包括冲锋衣的泼水面料贴合透气膜、不同布料的贴合、女性内衣面料贴合、潜水衣面料贴合等等。纺织行业虽然应用PUR比较早,但由于纺织企业种类多,产量小分散等原因,一直都是溶剂胶PUR并存等局面,直到现在仍有相当部分企业使用溶剂型胶水。

6、电子行业

随着近些年手持电子设备,特别是智能手机的发展,人们对大屏幕,材料多样化等等提出原来越多对要求,因此PUR的应用也越来越广。由于PUR快速固定、粘结强度高等特点PUR在手机中框粘结、屏幕粘结等具体应用中逐步取代了胶带,蓝牙耳塞、便携式音响等也使用PUR进行组装。

反应型聚氨酯的研究方向

根据上述对反应型聚氨酯PUR在多个领域中的应用分析,根据各个市场的痛点及需求,PUR的研究方向也随着不断提升的性能要求、环保要求,以及对其他溶剂型胶水的替换要求不断的深入,功能不断通用化,应用也在不断的扩大。主要为以下几个方面。

1、功能通用化

PUR虽然是一种新型的粘结胶,但是在不同行业由于各方面因素影响的不同,不同的表皮表面张力不同也要多种PUR产品来适应等等,多样而量小是目前PUR行业的一个痛点,开发一款或几款通用性好/基材适应性广的PUR产品是目前的一个研究方向。

PUR产品通过冷却物理交联得到初始强度,而后续的湿气固化形成其他方式的粘结交联并得到最终强度,但初期的冷却物理粘结强度不高而达不到要求,同样后续湿气固化太慢也会影响生产效率。因PUR厂商根据不同行业的痛点难点,研究开发双重固化的PUR产品,比如紫外固化+湿气固化,施工后通过紫外辐射可以瞬间加速PUR固化而达到一定操作强度。也有采用加热熔化的时候同时产生反应,在冷却后除了湿气固化帮助外,也瞬间达到粘结强度,此为热固化型单组分PUR胶,室温下是稳定的,加热时内部发生化学反应而固化,没有副产物产生,粘结强度格外高,稳定性能好,具有两相体系,掩蔽活性氢和掩蔽异氰酸酯三种类型。

随着中国全面小康化,幸福健康生活成为人民日益追求的标,社会发展不能以牺牲环境为代价,国家及社会对环保、安全的重视、去溶剂化、去VOC排放,尤其是在欧美洲市场的带动下,非溶剂胶粘剂获得极大发展。反应型热熔聚氨酯PUR作为新型的粘结胶,将会在更多的行业和领域得到推广和应用。

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裕田霸力 | 反应型热熔聚氨酯PUR的应用

浏览量

反应性PUR胶粘剂,具有无溶剂、粘结强度高、快速固定、耐水洗耐老化、少VOC 排放等优点。本论文主要阐述了反应型热熔聚氨酯PUR 在不同行业的应用及发展趋势,如在工业民用行业应用越来越广,包括建材,木工,汽车,纺织,电子,家用电器等等都有广泛应用,并根据反应型热熔聚氨酯的粘结原理设计分析综合得出市场的痛点及研究方向为功能通用化、双重固化、包装多样化等。

 

首先介绍一下反应型热熔聚氨酯(以下简称PUR)。PUR胶粘剂可以看作是聚氨酯的预聚体,由不同的异氰酸酯(种类不同、官能度不同、支链不同等)与不同的多元醇(聚酯型、聚醚型、混合型)反应得到不同分子量的异氰酸基封端聚合物。这些聚合物含有活泼反应性的氨酯基或异氰酸基,具有很强的活性和很强的极性,能与含有活泼氢的材料,如纺织品、纸张、木材、陶瓷、皮革、橡胶、玻璃等以及塑料和金属等表面光滑材料都有良好粘结。聚氨酯大分子链之间或与被粘物之间形成氢键结合,使分子内聚力增强,粘结强度更高,耐磨性,耐溶剂性更好。含有醚键的聚氨酯因醚键比较容易内旋,柔顺性好,则表现出低温性能及耐水解性能好。现根据其对基材的适应性对反应型热熔聚氨酯PUR 的具体应用和研究方向进行介绍。

反应型热熔聚氨酯PUR的粘结原理

 

PUR热熔胶固化过程分为两个阶段,分别为冷却凝聚和湿气固化。在第一个阶段,PUR热熔胶与普通热塑性热熔胶一样,胶黏剂加热熔融,施胶于基材上后,冷却凝聚产生初粘强度;在湿气固化阶段,PUR热熔胶与空气中的湿气发生扩链反应,形成聚氨酯分子链刚性结构,从而使其具有高粘接强度,良好的耐化学性、耐热性、耐水解性,且可胶接物类型多、对油漆面等处理过的表面相容性好。

 

反应型热熔聚氨酯PUR的典型应用行业

1、建材行业

随着家庭装修个性化的要求越来越多,同时现场装修需要更多的人力物力,产生的建筑废弃物也更多,因此定制化家装建材越来越受到欢迎,主要体现在集成墙板和吊顶,而这也正是PUR在建材的主要应用点。建材行业可以说是和木工行业有比较大的关联而且应用场景也比较类似,不同的色彩,图案的PVC 表皮贴合在木塑板上得到各种类型的板材,墙板厂商再按照不同个体毛坯房的要求和尺寸裁切好板材,再把这些板材直接安装在毛坯房即可,替代了刮墙、油漆、木工、墙纸等等。更低的成本,更快的装修速度,更多样化的选择,集成墙板和吊顶是建材行业的一个新趋势,因此也出现了很多的墙板厂商,同样也意味着PUR粘结胶的机会。这种材料应用,现在仍有相当部分厂商使用溶剂型的产品,但PUR无溶剂,粘结强度高,综合成本低的特点将逐步完全取代溶剂胶,行业各厂商都在积极开拓这个市场,在之后几年,这个市场的PUR用量可能出现爆发式增长。

2、木工行业

木工行业是目前国内PUR应用的最主要行业之一,2020年用量预计超过1.5万吨,同时也是国内外PUR厂商最集中竞争最激烈的行业,木工行业的主要应用点包括家具大面的平贴、包覆、铝合金窗框的贴皮,家具封边等,不同应用材料、工艺流程,对PUR提出了不同对要求,主要分为平贴胶和包覆胶,前者对于初始强度的要求比较低,而后者对初始强度要求就很高,两者在价格上也有10%~20%的差异。木工行业PUR用户比较分散,大江南北都有,设备差异、气候差异、材料差异、生产速度差异等等,PUR的要求各不相同而且进入的门槛相对较低,之后的几年木工行业仍是PUR的重点。

3、汽车行业

汽车行业PUR的应用主要是零部件的组装或贴合,包括前大灯外壳组装、顶篷天窗框架粘结、备胎盖板复合、内饰件真空复合、门板结构件粘结等。

前大灯外壳的组装是PUR在汽车行业的一大应用,由于需要在线气密性测试,因此对PUR粘结胶初始强度有很高要求,同时PC灯罩对防雾处理,也会对PUR粘结胶对粘结性能提出要求,而且车灯长期处于外部环境,对PUR粘结胶的耐候性能也提出要求。基于基本粘结以及长期耐候的要求,车灯厂商对粘结胶的选择比较保守。

 

由于PUR粘结胶强度高以及耐热性能好,正好满足顶篷天窗框架对承重耐热的需要,国内对顶篷厂商越来越多地采用PUR替换非反应性热熔胶如EVA或PO以及溶剂型氯丁胶。而PUR在汽车行业另一个主要应用是内饰部件的复合,如门上板、座椅背板、嵌饰板等。这些部件目前国内很多采用的是溶剂型的胶水,即使部分厂商也逐步采用了更环保的水性胶,但其基本工序仍很类似,先是喷胶,再干燥,然后贴合或真空成型,需要很多的人力劳动,生产效率也不高,而PUR用于内饰部件复合,只需放卷在设备上自动成型,这样一条生产线只需要一个工人即可。

4、家电行业

随着家电行业的竞争加剧,家电厂商也越来越集中,很多的小厂商已经倒闭,而大厂商出于成本考虑,也削减了生产线的人力投入而在自动化生产方面加大了力度。传统的胶带粘结方式或其他固定方式对人力要求很多,而PUR的出现满足了家电厂商对自动化的要求。家电粘结的基材主要是玻璃面板和ABS框架的粘结,因此用PUR的应用点包括空调面板、洗衣机盖板玻璃、饮水器玻璃面板、油烟机控制面板等等。比如国内空调、壁挂机面板、空调、饮水机、油烟机等几乎都采用了PUR粘结。家电使用PUR产品不仅仅是胶粘剂的替换,更是生产工艺的进步,可以预计家电用PUR将越来越广泛。

5、纺织行业

纺织行业也是PUR应用比较早的行业之一,早在上个世纪末已经有很多纺织企业将PUR用于面料贴合,包括冲锋衣的泼水面料贴合透气膜、不同布料的贴合、女性内衣面料贴合、潜水衣面料贴合等等。纺织行业虽然应用PUR比较早,但由于纺织企业种类多,产量小分散等原因,一直都是溶剂胶PUR并存等局面,直到现在仍有相当部分企业使用溶剂型胶水。

6、电子行业

随着近些年手持电子设备,特别是智能手机的发展,人们对大屏幕,材料多样化等等提出原来越多对要求,因此PUR的应用也越来越广。由于PUR快速固定、粘结强度高等特点PUR在手机中框粘结、屏幕粘结等具体应用中逐步取代了胶带,蓝牙耳塞、便携式音响等也使用PUR进行组装。

反应型聚氨酯的研究方向

根据上述对反应型聚氨酯PUR在多个领域中的应用分析,根据各个市场的痛点及需求,PUR的研究方向也随着不断提升的性能要求、环保要求,以及对其他溶剂型胶水的替换要求不断的深入,功能不断通用化,应用也在不断的扩大。主要为以下几个方面。

1、功能通用化

PUR虽然是一种新型的粘结胶,但是在不同行业由于各方面因素影响的不同,不同的表皮表面张力不同也要多种PUR产品来适应等等,多样而量小是目前PUR行业的一个痛点,开发一款或几款通用性好/基材适应性广的PUR产品是目前的一个研究方向。

PUR产品通过冷却物理交联得到初始强度,而后续的湿气固化形成其他方式的粘结交联并得到最终强度,但初期的冷却物理粘结强度不高而达不到要求,同样后续湿气固化太慢也会影响生产效率。因PUR厂商根据不同行业的痛点难点,研究开发双重固化的PUR产品,比如紫外固化+湿气固化,施工后通过紫外辐射可以瞬间加速PUR固化而达到一定操作强度。也有采用加热熔化的时候同时产生反应,在冷却后除了湿气固化帮助外,也瞬间达到粘结强度,此为热固化型单组分PUR胶,室温下是稳定的,加热时内部发生化学反应而固化,没有副产物产生,粘结强度格外高,稳定性能好,具有两相体系,掩蔽活性氢和掩蔽异氰酸酯三种类型。

随着中国全面小康化,幸福健康生活成为人民日益追求的标,社会发展不能以牺牲环境为代价,国家及社会对环保、安全的重视、去溶剂化、去VOC排放,尤其是在欧美洲市场的带动下,非溶剂胶粘剂获得极大发展。反应型热熔聚氨酯PUR作为新型的粘结胶,将会在更多的行业和领域得到推广和应用。