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綠色膠粘劑發展趨勢
目前,綠色環保型已成為全球發展趨勢,作為市場需求的一種環保材料,應該提高資源如能源、水和材料在膠生產中的利用率,從而減少對人類健康和環境的影響。
綠色膠粘劑可用多種方法定義,最常見的定義是: 膠粘劑由可持續性原材料生產; 膠粘劑通過環保工藝生產;膠粘劑的VOC排放量低。
最近有些膠粘劑生產廠家致力於發展綠色粘合劑以回應環保法規和履行社會責任。以下為幾個主要膠粘劑生產商採取的一些措施。
通常用於紙張製造行業膠粘劑生產的鄰苯二甲酸二異丁酯(DiBP)增塑劑被懷疑是有害於健康的,紙張製造商已經停止使用。漢高推出了新一代不含增塑劑的膠粘劑AdhesinA78系列,可應用於紙張和包裝行業。AdhesinA78系列產品與早期的市售產品的性能相匹配,他們可以方便地應用於目前的機械上並超越了傳統方法。
美國羅門哈斯公司引進了RobondL二代,一種水溶性幹粘接層壓膠粘劑,可滿足一般和中等性能範圍內包裝層壓品的要求。這種新一代丙烯酸膠粘劑不含有機溶劑、VOC和芳香異氰酸酯,從而使食品包裝更有益健康,工作環境更安全,並減少污染和火災隱患。該膠具有高粘接強度、耐化學性和高剪切強度,從而使立即切割和快捷遞送成為可能。這種新一代膠粘劑對CPP薄膜、鋁箔,以及多種薄膜、薄片和紙張類的基板均具有極佳的粘接性能。
美國諾信公司通過EcoPattern技術引進ParternJet熱熔性標籤體系。這種技術使裝瓶廠能更好地控制其原料和能量的利用率,也有利於產品的迴圈再利用和優化操作效率。非接觸式膠槍可往任何尺寸的容器中注入極細的螺旋狀膠條且幾乎沒有拉絲。與傳統的輪式罐裝相比,該技術能使裝瓶廠節省高達90%粘合劑材料。
原材料綠色是必須的。松木化學品用於生產植物甾醇、松節油、樹脂酸、松香和脂肪酸。他們是源自松樹的可再生能源和天然材料。松香及其衍生物在松木化學品中佔有很大的市場份額,主要用於膠粘劑、印刷油墨、塗料、表面活性劑、橡膠、紙製品和口香糖。在膠粘劑應用方面,松香主要用於包裝及書籍裝幀,隨後是壓敏膠和建築膠。
發展中國家對膠粘劑的需求量隨著人民生活水準和可支配收入的增長而快速增長。在北美洲和西歐這樣的發達地區,膠粘劑的需求量與國內生產總值(GDP)緊密隨動。
由於壓敏膠市場對SIS聚合物需求量很大,製造業正考慮用如SBS和SIBS這樣的替代品。這種趨勢加大了對松香酯和萜烯樹脂的需求量,與聚合物替代品相比,它們具有同樣的相容性,但性能更好。
松香樹脂與聚合物的相容性用於水性膠粘劑使他們與這些新系統能很好地匹配。隨著新的或改進的聚合物持續被引進,必須開發新的水性樹脂以迎接挑戰。一些松木化學品應用在輻射固化體系,但其需求量只占總需求量的極小部分。松木化學品,如松香酯和烯萜酚醛樹脂,已應用於輻射固化丙烯酸膠。
澱粉是一種天然生物聚合物,存在於玉米、小麥、馬鈴薯的根和莖中。其主要應用於改性化學品使之成為熱塑性材料。因其生物降解性和可再生性,可使商業用膠粘劑對環境的污染最小化。
通過酶破壞糖基之間的葡萄糖甙鍵,使澱粉分子分解和降解。聚合物的生物降解性隨著澱粉含量的增大而增加。大約60%的澱粉含量方能有效降解。絕大部分澱粉基的生物降解聚合物,其澱粉含量一般為10%~90%。若其含量少,澱粉粒子便相當於一個弱鍵而導致生物性破壞。
澱粉基膠主要應用於包裝工業,尤其是粘接紙製品和多孔基材。瓦楞紙箱製造廠用澱粉膠製造紙箱和紙板。
易獲得、價格低廉、應用方便和相容性是澱粉基產品的4個主要特點。優良的耐熱性,較慢的固化速度,在油脂類中的不可溶性,無毒,可生物降解被認為是澱粉基膠的主要優勢。
澱粉基膠與各種高性能可生物降解聚合物,如脂肪族聚酯和聚乙烯醇混合以滿足各種應用的需求。熱塑性澱粉、澱粉-聚丁烯琥珀酸酯(PBS),己二酸酯混合物(PBSA)以及聚乙烯醇混合物(PVOH)等就是幾種澱粉基膠。
大豆是粘合劑中一種可再生、使用安全的原料,可用於木質複合材料的製造。
大豆基膠被認為可替代酚醛、脲醛粘合劑。替換的主要原因是考慮苯酚(源自苯)、尿素(氨水和甲醛的產物,由甲醛和天然氣製成)等原材料價格的增長。甲醛是致癌物,有害於木質複合材料生產者和用戶健康。這些化學品作為膠粘劑應用於碎料板、中密度纖維板、膠合板的製造。儘管由於市售膠粘劑價格低廉,尿素和酚醛樹脂尚未完全被大豆基膠所取代,但大豆基膠製造商不斷在開發新技術,以提高膠粘劑的性能,同時也使產品更具有商業競爭力。
膠粘劑的生產中還使用其他生物原料,如酪素,是從牛奶中提取的聚合物;亞麻籽油是合成樹脂和塗料的一種常見原料。大豆和蓖麻油為基料的產品可作為替代原料生產聚氨酯樹脂。環氧油由植物油(大豆和亞麻籽)、過酸或者過氧化氫製備,主要是作為膠粘劑和塑膠的可生物降解增塑劑。由長鏈脂肪酸(源自脂肪酸)與少許過量的伯胺發生反應生成的合成聚醯胺,通常被用做環氧膠粘劑和塗料的固化劑。
膠粘劑的技術進步必將表明天然資源和合成資源具有可比性能。目前的結構型膠粘劑產自於石油化學衍生品,耐久性和較高的粘接性是其重要特性。而所有綠色膠粘劑雖是可生物降解的,但不適合承載負荷。因而,今後對結構膠粘劑進行持續改進、採用生物質產品將成為製造商的工作重點。
當然,綠色膠粘劑並不能完全滿足客戶的需求。傳統膠粘劑應用所遇到的環境阻力、工藝要求、獨特的基材、產品成本和特殊應用是膠粘劑製造業所面臨的一些挑戰。客戶及膠粘劑供應商應該齊心協力來生產出高性能的綠色產品。
有效地利用環保材料為以下各項鋪平了道路:用較少的能源和水資源來降低運營成本並提高產量;遵守空氣品質標準從而提高公眾和居民的健康標準;減少對環境的污染。
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