林裕衛(wèi)

(佛山金萬達(dá)科技股份有限公司，廣東 佛山 528000)

近年來，反應(yīng)型熱熔聚氨酯PUR作為一種新型的粘結(jié)膠，具有無溶劑，粘結(jié)強(qiáng)度高，快速固定，耐水洗耐老化等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)民用行業(yè)應(yīng)用越來越廣，包括建材，木工，汽車，紡織，電子，家用電器等等都有廣泛應(yīng)用。首先介紹一下反應(yīng)型熱熔聚氨酯(以下簡稱PUR)。PUR膠粘劑可以看作是聚氨酯的預(yù)聚體，由不同的異氰酸酯(種類不同，官能度不同，支鏈不同等)與不同的多元醇(聚酯型，聚醚型，混合型)反應(yīng)得到不同分子量的異氰酸基封端聚合物[1]。這些聚合物含有活潑反應(yīng)性的氨酯基或異氰酸基，具有很強(qiáng)的活性和很強(qiáng)的極性，能與含有活潑氫的材料，如紡織品，紙張，木材，陶瓷，皮革，橡膠，玻璃等以及塑料和金屬等表面光滑材料都有良好粘結(jié)。聚氨酯大分子鏈之間或與被粘物之間形成氫鍵結(jié)合，使分子內(nèi)聚力增強(qiáng)，粘結(jié)強(qiáng)度更高，耐磨性，耐溶劑性更好。含有醚鍵的聚氨酯因醚鍵比較容易內(nèi)旋，柔順性好，則表現(xiàn)出低溫性能及耐水解性能好?，F(xiàn)根據(jù)其對(duì)基材的適應(yīng)性對(duì)反應(yīng)型熱熔聚氨酯PUR的具體應(yīng)用和研究方向進(jìn)行介紹。

1 反應(yīng)型熱熔聚氨酯PUR的粘結(jié)原理

反應(yīng)型熱熔聚氨酯PUR對(duì)基材形成粘結(jié)，可以通過物理鉚接，吸附理論，擴(kuò)散理論，氫鍵，化學(xué)反應(yīng)等得到，但對(duì)光滑基材而言，浸潤是形成粘結(jié)對(duì)基礎(chǔ)[2]。通常而言，聚氨酯中的氨酯、脲、酯、醚等基團(tuán)易形成氫鍵，對(duì)多種表面都有良好的濕潤性，產(chǎn)生很大的粘合力，對(duì)基材對(duì)表面張力要求大于38達(dá)因，通過合成過程支鏈引入以及配方對(duì)調(diào)配，部分PUR對(duì)基材表面張力可以下降到34達(dá)因甚至更低即可形成粘結(jié)。目前，市面上的粘結(jié)材料應(yīng)用性能對(duì)比如表1所示，下文的應(yīng)用也會(huì)對(duì)材料表面張力進(jìn)行介紹。

表1 不同粘結(jié)材料的應(yīng)有性能對(duì)比

2 反應(yīng)型熱熔聚氨酯PUR的典型應(yīng)用行業(yè)

2.1 電子行業(yè)

隨著手持電子設(shè)備，特別是智能手機(jī)的普及，人們對(duì)大屏幕，材料多樣化等等提出原來越多對(duì)要求，因此PUR的應(yīng)用也越來越廣。由于PUR快速固定，粘結(jié)強(qiáng)度高等特點(diǎn)，自從2005年后PUR在手機(jī)中框粘結(jié)，屏幕粘結(jié)等具體應(yīng)用中逐步取代了膠帶；藍(lán)牙耳塞，便攜式音響等也慢慢使用PUR進(jìn)行組裝。

在這個(gè)領(lǐng)域，由于不同的材料需要，比如手機(jī)中框鎂鋁合金，特種尼龍部件，屏幕涂層等對(duì)粘結(jié)膠提出很高要求，因此有相當(dāng)技術(shù)儲(chǔ)備的PUR廠商如漢高樂泰，3M公司的產(chǎn)品最早得到應(yīng)用，比如漢高的354x系列產(chǎn)品在蘋果手機(jī)的組裝用膠中一直占據(jù)主要份額，美國富樂的PUR產(chǎn)品在VIVO/OPPO等手機(jī)廠商有很大份額；隨著PUR應(yīng)用的推廣，面對(duì)電子行業(yè)PUR產(chǎn)品的高利潤，越來越多的國內(nèi)PUR廠商涌現(xiàn)，包括威爾邦，雅威，漢司，SR等紛紛進(jìn)入電子行業(yè)。

2.2 汽車行業(yè)

汽車行業(yè)PUR的應(yīng)用主要是零部件的組裝或貼合，包括前大燈外殼組裝，頂篷天窗框架粘結(jié)，備胎蓋板復(fù)合，內(nèi)飾件真空復(fù)合，門板結(jié)構(gòu)件粘結(jié)等。

前大燈外殼的組裝是PUR在汽車行業(yè)對(duì)一大應(yīng)用[3]，大致過程如下：基座(PP)膠槽進(jìn)行等離子處理，機(jī)器人沿著膠槽快速打膠PUR，PC燈罩插入膠槽并固定，然后氣密性測試，測試通過后進(jìn)行下一工序。由于在線氣密性測試，因此對(duì)PUR粘結(jié)膠初始強(qiáng)度有很高要求；同時(shí)PC燈罩對(duì)防霧處理，也會(huì)對(duì)PUR粘結(jié)膠對(duì)粘結(jié)性能提出要求；而且車燈長期處于外部環(huán)境，對(duì)PUR粘結(jié)膠的耐候性能也提出要求?；诨菊辰Y(jié)以及長期耐候的要求，車燈廠商對(duì)粘結(jié)膠的選擇比較保守，歐美系廠商如AL/偉世通/SL等很多仍使用漢高樂泰的PUR產(chǎn)品，而日系廠商如小糸/stanley等仍使用丁基膠產(chǎn)品。

由于PUR粘結(jié)膠強(qiáng)度高以及耐熱性能好，正好滿足頂篷天窗框架對(duì)承重耐熱的需要，國內(nèi)對(duì)頂篷廠商越來越多地采用PUR替換非反應(yīng)性熱熔膠如EVA或PO以及溶劑型氯丁膠。而PUR在汽車行業(yè)另一個(gè)主要應(yīng)用是內(nèi)飾部件的復(fù)合，如門上板，座椅背板，嵌飾板等；這些部件目前國內(nèi)很多采用的是溶劑型的膠水，即使部分廠商也逐步采用了更環(huán)保的水性膠，但其基本工序仍很類似，先是噴膠，再干燥，然后貼合或真空成型，需要很多的人力勞動(dòng)，生產(chǎn)效率也不高；而PUR用于內(nèi)飾部件復(fù)合，大致過程如下，表皮輥涂或刮涂上膠，膠層冷卻收卷，再在較短時(shí)間內(nèi)(通常不超過3 h)放卷在設(shè)備上自動(dòng)成型，這樣一條生產(chǎn)線只需要一個(gè)工人即可。

國外零部件廠商如江森自控早在2005年就使用西卡的PUR產(chǎn)品進(jìn)行自動(dòng)涂膠生產(chǎn)，而國內(nèi)的廠商派閣/華翔/鴻永盛等也在某些項(xiàng)目上使用PUR產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)自動(dòng)或半自動(dòng)生產(chǎn)。

2.3 木工行業(yè)

木工行業(yè)是目前國內(nèi)PUR應(yīng)用的最主要行業(yè)之一，2020年用量預(yù)計(jì)超過1.5萬噸，同時(shí)也是國內(nèi)外PUR廠商最集中競爭最激烈的行業(yè)，國外廠商如漢高，富樂，波士膠，膠王，克力寶等，國內(nèi)廠商如無錫萬力，萊恩，蘇州金槍，廣州極威，浙江華威，廣東欣固圣，廣東中粘等。木工行業(yè)的主要應(yīng)用點(diǎn)包括家具大面的平貼，包覆，鋁合金窗框的貼皮，家具封邊[4]等，不同應(yīng)用材料，工藝流程，對(duì)PUR提出了不同對(duì)要求，主要分為平貼膠和包覆膠，前者對(duì)于初始強(qiáng)度的要求比較低，而后者對(duì)初始強(qiáng)度要求就很高，兩者在價(jià)格上也有10%～20%的差異。木工行業(yè)PUR用戶比較分散，大江南北都有，設(shè)備差異，氣候差異，材料差異，生產(chǎn)速度差異等等，PUR的要求各不相同而且進(jìn)入的門檻相對(duì)較低，可以預(yù)計(jì)之后的幾年木工行業(yè)仍是PUR的重點(diǎn)。

2.4 建材行業(yè)

隨著家庭裝修個(gè)性化的要求越來越多，同時(shí)現(xiàn)場裝修需要更多的人力物力，產(chǎn)生的建筑廢棄物也更多，因此定制化家裝建材越來越受到歡迎，主要體現(xiàn)在集成墻板和吊頂，而這也正是PUR在建材的主要應(yīng)用點(diǎn)。建材行業(yè)可以說是和木工行業(yè)有比較大的關(guān)聯(lián)而且應(yīng)用場景也比較類似，不同的色彩，圖案的PVC表皮貼合在木塑板上得到各種類型的板材，墻板廠商再按照不同個(gè)體毛坯房的要求和尺寸裁切好板材，再把這些板材直接安裝在毛坯房即可，替代了刮墻，油漆，木工，墻紙等等。更低的成本，更快的裝修速度，更多樣化的選擇，集成墻板和吊頂是建材行業(yè)的一個(gè)新趨勢，因此也出現(xiàn)了很多的墻板廠商，同樣也意味著PUR粘結(jié)膠的機(jī)會(huì)。

這種材料應(yīng)用，現(xiàn)在仍有相當(dāng)部分廠商使用溶劑型的產(chǎn)品(重慶韓拓的溶劑產(chǎn)品占據(jù)了絕大部分的市場份額)，但PUR無溶劑，粘結(jié)強(qiáng)度高，綜合成本低的特點(diǎn)將逐步完全取代溶劑膠，包括重慶韓拓在內(nèi)的廠商也在推廣PUR，湖南天希，廣州極威等廠商都在積極開拓這個(gè)市場，在之后幾年，這個(gè)市場的PUR用量可能出現(xiàn)爆發(fā)式增長。

2.5 家電行業(yè)

隨著家電行業(yè)的競爭加劇，家電廠商也越來越集中，很多的小廠商已經(jīng)倒閉，而大廠商出于成本考慮，也削減了生產(chǎn)線的人力投入而在自動(dòng)化生產(chǎn)方面加大了力度。傳統(tǒng)的膠帶粘結(jié)方式或其他固定方式對(duì)人力要求很多，而PUR的出現(xiàn)正好滿足了家電廠商對(duì)自動(dòng)化的要求?？紤]到自動(dòng)化降低成本，以及消費(fèi)者對(duì)玻璃面板的喜愛，家電粘結(jié)的基材主要是玻璃面板和ABS框架的粘結(jié)，因此用PUR的應(yīng)用點(diǎn)包括空調(diào)面板，洗衣機(jī)蓋板玻璃，飲水器玻璃面板，油煙機(jī)控制面板等等。

比如國內(nèi)空調(diào)壁掛機(jī)面板、空調(diào)，飲水機(jī)，油煙機(jī)等幾乎都采用了PUR粘結(jié)，PUR廠商漢高、富樂和西卡采用送設(shè)備的方式綁定客戶，基本占據(jù)了全部份額。同時(shí)自家的機(jī)器人能很大程度降低了改造生產(chǎn)線的成本；格蘭仕微波爐也應(yīng)用PUR在玻璃粘結(jié)的應(yīng)用；西門子，格力空調(diào)，TCL空調(diào)等等都在使用或測試PUR……家電使用PUR產(chǎn)品不僅僅是膠粘劑的替換，更是生產(chǎn)工藝的進(jìn)步，可以預(yù)計(jì)家電用PUR將越來越廣泛。

2.6 紡織行業(yè)

紡織行業(yè)也是PUR應(yīng)用比較早的行業(yè)之一[5]，早在上個(gè)世紀(jì)末已經(jīng)有很多紡織企業(yè)將PUR用于面料貼合，包括沖鋒衣的潑水面料貼合透氣膜，不同布料的貼合，女性內(nèi)衣面料貼合，潛水衣面料貼合等等。紡織行業(yè)雖然應(yīng)用PUR比較早，但由于紡織企業(yè)種類多，產(chǎn)量小分散等原因，一直都是溶劑膠/PUR并存等局面，直到現(xiàn)在仍有相當(dāng)部分企業(yè)使用溶劑型膠水。

對(duì)于紡織行業(yè)PUR粘結(jié)膠，低表面能(潑水處理)粘結(jié)，柔軟，耐水洗是通常要求，對(duì)于特種面料對(duì)消防衣面料更提出了阻燃要求。紡織用PUR固化后比較柔軟，初始強(qiáng)度也比較低，固化較慢，使用的比較是聚醚型的聚氨酯，成本較低，對(duì)濕氣的敏感程度也相對(duì)較低，因此，國內(nèi)廠商比較早進(jìn)入這個(gè)領(lǐng)域。目前國內(nèi)紡織行業(yè)PUR利潤較低，但用量很大，2020年預(yù)計(jì)超過1萬噸，因此也吸引了包括富樂，波士膠，克力寶，西卡，金槍，巴德富，萬力等國內(nèi)外廠商。

反應(yīng)型熱熔聚氨酯PUR還在其他行業(yè)，如鞋業(yè)，工藝品組裝等逐步推廣，特別是鞋業(yè)，如果反應(yīng)型熱熔聚氨酯PUR廠商克服了粘結(jié)性能以及施工方面的問題，PUR將取代溶劑膠在鞋業(yè)的位置。

3 反應(yīng)型聚氨酯的研究方向

根據(jù)上述對(duì)反應(yīng)型聚氨酯PUR在多個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用分析，根據(jù)各個(gè)市場的痛點(diǎn)及需求，PUR的研究方向也隨著不斷提升的性能要求，環(huán)保要求，以及對(duì)其他溶劑型膠水的替換要求不斷的深入，功能不斷通用化，應(yīng)用也在不斷的擴(kuò)大。主要為以下幾個(gè)方面。

3.1 功能通用化

PUR雖然是一種新型的粘結(jié)膠，但是在木工建材家電等行業(yè)，由于應(yīng)用/基材/區(qū)域氣候環(huán)境/設(shè)備等不同，需要多種不同等產(chǎn)品型號(hào)來滿足不同應(yīng)用等需要，比如在木工行業(yè)，即使同樣是PVC貼木板的應(yīng)用，北方和南方就需要不同的型號(hào)，自動(dòng)化程度不同也要有差異化的產(chǎn)品，不同廠商的表皮表面張力不同也要多種PUR產(chǎn)品來適應(yīng)等等，多樣而量小是目前PUR行業(yè)的一個(gè)痛點(diǎn)，開發(fā)一款或幾款通用性好/基材適應(yīng)性廣的PUR產(chǎn)品是目前的一個(gè)研究方向。

3.2 雙重固化方式

PUR產(chǎn)品通過冷卻物理交聯(lián)得到初始強(qiáng)度，而后續(xù)的濕氣固化形成其他方式的粘結(jié)交聯(lián)并得到最終強(qiáng)度[6]，但初期的冷卻物理粘結(jié)強(qiáng)度不高而達(dá)不到要求，同樣后續(xù)濕氣固化太慢也會(huì)影響生產(chǎn)效率。比如在電子行業(yè)，手機(jī)中框屏幕等粘結(jié)，PUR施工后需要2小時(shí)或者以上的才能達(dá)到一定強(qiáng)度而拆卸壓合模具，再進(jìn)行下一工序，這樣不但需要大量的壓合模具同時(shí)也大大降低整個(gè)生產(chǎn)流程。因此PUR廠商根據(jù)不同行業(yè)的痛點(diǎn)難點(diǎn)，研究開發(fā)雙重固化的PUR產(chǎn)品，比如紫外固化+濕氣固化，施工后通過紫外輻射可以瞬間加速PUR固化而達(dá)到一定操作強(qiáng)度。

也有采用加熱熔化的時(shí)候同時(shí)產(chǎn)生反應(yīng)，在冷卻后除了濕氣固化幫助外，也瞬間達(dá)到粘結(jié)強(qiáng)度，此為熱固化型單組分PUR膠，室溫下是穩(wěn)定的，加熱時(shí)內(nèi)部發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而固化，沒有副產(chǎn)物產(chǎn)生，粘結(jié)強(qiáng)度格外高，穩(wěn)定性能好，具有兩相體系，掩蔽活性氫和掩蔽異氰酸酯三種類型[7]。

3.3 施工方式包裝多樣化

PUR作為熱熔膠的一個(gè)種類，以固體或粘稠液體的形式存在于密封的包裝里面，PUR通常的包裝方式有55加侖，5加侖，2 kg，300 mL，30 mL等，不同的包裝方式有不同的施工方式和施工設(shè)備；但不管包裝形式怎樣，都經(jīng)歷加熱融化然后以膠條，點(diǎn)狀，刮膠，輥涂，噴涂等方式施工，由于PUR濕氣敏感，上述的施工方式都對(duì)施工設(shè)備的整個(gè)膠體流動(dòng)管路的氣密性提出要求，因此專業(yè)的設(shè)備以及操作流程大大限制了PUR的應(yīng)用場景。研究PUR的包裝形式多樣化，施工設(shè)備民用化能大大拓展PUR的應(yīng)用廣度，比如50 mL金屬管包裝和小型膠槍，克力寶150 mL的鋁管包裝及對(duì)應(yīng)的膠槍，200 g鐵罐包裝以及相應(yīng)噴涂設(shè)備，研發(fā)不同包裝以及相應(yīng)的施工工具設(shè)備，使施工簡易化，民用化也是目前PUR膠粘劑推廣的一個(gè)方向。

4 結(jié) 語

隨著中國全面小康化，幸福健康生活成為人民日益追求的目標(biāo)，社會(huì)發(fā)展不能以犧牲環(huán)境為代價(jià)，國家及社會(huì)對(duì)環(huán)保、安全的重視，去溶劑化，去VOC排放，尤其是在歐美洲市場的帶動(dòng)下 ，非溶劑膠粘劑獲得極大發(fā)展。反應(yīng)型熱熔聚氨酯PUR作為新型的粘結(jié)膠，將會(huì)在更多的行業(yè)和領(lǐng)域得到推廣和應(yīng)用。