Barwienie włókien poliakrylonitrylowych barwnikami kationowymi

Barwienie włókien poliakrylonitrylowych barwnikami kationowymi

Technologia i Jakość Wyrobów 60, 2015
Kleje termotopliwe – charakterystyka
Hotmelts - characteristics
Izabella Jaruga, Iwona Krawczyk-Kłys
Zakład Innowacyjnych Technologii Polimerowych, Instytut Przemysłu Skórzanego w Łodzi, ul. Zgierska 73, 91 – 462 Łódź,
*e-mail: [email protected]
Streszczenie
Kleje termotopliwe, których szkielet stanowi termoplastyczny polimer, cieszą się w ostatnim czasie coraz
większym zainteresowaniem w różnych gałęziach przemysłu. Ich popularność wynika między innymi
z szybkości tworzenia się złącza, prostoty nakładania (na rynku znajdziemy szereg urządzeń
przetwórczych, które ułatwiają ich nanoszenie na różne materiały), braku w ich składzie lotnych
substancji organicznych. Ich charakterystyka, która tłumaczy ich powodzenie, została przedstawiona
w poniższej publikacji.
Summary
A hotmelt adhesives whose main component is a thermoplastic polymer, recently gained huge interest in
various industries. Their popularity is also due to the rate of formation of connections, the simplicity of
applying (the market find a number of processing units, which facilitate their application to different
materials), the absence in the composition of volatile organic compounds. Their characteristics, which
explains their success, is presented in this publication.
Słowa kluczowe: kleje termotopliwe, polimery, termoplasty, EVA, poliolefiny.
Key words: hot melt adhesives, polymers, thermoplastics, EVA, polyolefin .
1. Wstęp
Kleje termotopliwe, z angielskiego hot melts, to
nielotne
materiały
termoplastyczne,
które
w temperaturze pokojowej są ciałami stałymi. Jako
termoplasty są zdolne do wielokrotnego przechodzenia,
pod wpływem ciepła ze stanu stałego w stan plastyczny
lub ciekły oraz odwrotnie bez istotnych zmian
właściwości.
2. Skład klejów termotopliwych
Podstawowym składnikiem kleju termotopliwego jest
polimer. W znaczącej ilości zastosowań jest to EVA
czyli kopolimer etylenu i octanu winylu lub poliolefiny.
EVA może zawierać w swojej strukturze różną
proporcję obu polimerów kształtujących kopolimer.
Proporcja ta będzie wpływała na właściwości EVA, co
pociąga za sobą różne wartości wskaźnika szybkości
płynięcia, który jest jednym z podstawowych
parametrów do opisu tworzyw termoplastycznych.
Najczęściej stosowane kopolimery EVA zawierają od
19% do 28% VA. Większa zawartości VA (octanu
winylu) może powodować większą transparentność,
większą polarność i lepszą zwilżalność podłoża.
Poliolefiny natomiast
są
termoplastami pół-
krystalicznymi. Najważniejszymi przedstawicielami tej
grupy są polietylen (PE) i polipropylen (PP), które
razem tworzą połowę całej produkcji tworzyw
sztucznych.
Tworzywa te, charakteryzują się głównie niską
absorpcją wilgoci, dobrą odpornością chemiczną,
a także dobrymi właściwościami elektroizolacyjnymi.
Kleje na bazie poliolefin (PO) to, w porównaniu
klejami termotopliwymi na bazie EVA, znacznie
większe spektrum wydajności, jak np. wyższa
wytrzymałość termiczna, ulepszona charakterystyka
przyczepności
czy
elastyczność
w
niskich
temperaturach. W zależności od receptury można tu
wybrać między bardzo krótkim i bardzo długim czasem
otwarcia. Grupa klejów termotopliwych na bazie PO
jest przy tym najczęściej stosowana do klejenia
w sprayowej metodzie nakładania [1].
Dla porównania, poniżej przedstawiono tabelę, która
zestawia zalety i wady zastosowania obu typów
polimerów jako podstawowego składnika kleju
termotopliwego.
W tym miejscu należy również zwrócić uwagę na kleje
termotopliwe na bazie poliamidu i poliestru. Klej na
bazie poliestru jest wykorzystywany w obszarze
56
Technologia i Jakość Wyrobów 60, 2015
laminowania tkanin, ze względu na to, że jego
połączenie wykazuje odporność na czyszczenie i mycie.
Tabela 1. Porównanie właściwości klejów termotopliwych na bazie EVA i poliolefin.
Właściwości
EVA
Poliolefiny
główny składnik
(poli(etylen-co-octan winylu)
Polietylen polipropylen
adhezja kleju do papieru/celulozy
dobra
znakomita
łatwość/różnorodność formowania
szeroki zakres
ograniczona
łatwość obróbki mechanicznej
umiarkowana
znakomita
zapach
charakterystyczny
brak
lepkość w temperaturze roboczej optymalna dla procesu klejenia optymalna dla procesu klejenia
właściwości wytrzymałościowe
dobre
znakomite
zakres temperatur
umiarkowany
szeroki
bardzo dobra, ale do
cena
dobra
podstawowych zastosowań
Natomiast klej na bazie poliamidu bardzo dobrze
sprawdza się m.in. w przemyśle obuwniczym
i tekstylnym.
Reasumując, polimer podstawowy jest bardzo ważnym
składnikiem kleju ponieważ ma duży wpływ na:
 adhezję, czyli siłę przyczepności kleju do
powierzchni klejonej;
 kleistość, czyli taką własność kleju, która
umożliwia utworzenie połączenia klejowego
o wymiernej wytrzymałości bezpośrednio po
kontakcie kleju z detalem klejonym pod
niewielkim obciążeniem;
 zdolność zwilżania powierzchni klejonej przez
klej, czyli kolokwialnie mówiąc zdolność do
dokładnego „rozlewania się” się po niej;
 czas wiązania.
Drugi składnik kleju, to rozcieńczalnik. Pod tą ogólną
nazwą kryje się mieszanina związków typu woski,
zmiękczacze,
żywice.
Rozcieńczalnik
spełnia
następujące zadania:
 zmniejsza lepkość kleju,
 zwiększa zwilżalność i przyczepność kleju,
 wpływa na kleistość kleju,
 wpływa na sztywność i elastyczność polimeru [2].
Poniżej opisano, jaką rolę spełniają poszczególne
komponenty.
Żywice, poprawiają zwilżalność i adhezję kleju, a także
nadają im kleistość i elastyczność.
Przykłady żywic:
 alifatyczne węglowodory C5,
 aromatyczne węglowodory C9,
 estry kalafonii,
 terpeny,
 modyfikowane terpeny.
Woski, zmniejszają lepkość klejów, regulują szybkość
twardnienia, poprawiają właściwości barierowe, mogą
poprawić odporność na wysoką temperaturę oraz
obniżają koszt kleju.
Przykłady wosków:
 woski syntetyczne,
 mikrokrystaliczne środki roślinne i syntetyczne.
Oleje, podobnie jak woski, zmniejszają lepkość klejów i
ich odporność na wysoką temperaturę, oraz obniżają
koszty kleju.
Przykłady olejów:
 parafinowe,
 naftenowe.
Oprócz powyżej opisanych komponentów klejów, do
ich wytwarzania stosuje się również dodatkowy
składnik – napełniacz, którego głównym zadaniem jest
po prostu obniżenie kosztów produkcji kleju –
napełniacz. Zazwyczaj są to talki, baryty, glinki, kreda.
Natomiast dodatek antyutleniacza, dodatkowo będzie
przeciwdziałał degradacji kleju. Związkami, mogącymi
pełnić tę funkcję, są głównie pochodne fenoli z
podstawnikami o dużej objętości.
Modyfikując/optymalizując skład klejów możemy
uzyskać
całą
gamę
klejów
termotopliwych
o pożądanych właściwościach, w zależności od
istniejącego zapotrzebowania.
Przedstawiony skład klejów termotopliwych wpływa na
dobór ich praktycznych właściwości, których
znajomość
umożliwia
ich
przetwarzanie
i modyfikowanie pod konkretne zastosowanie.
3. Właściwości klejów termotopliwych
Lepkość, czas otwarty, czas wiązania, wskaźnik
płynięcia i temperatura robocza to podstawowe
parametry cechujące kleje, zmieniające się wraz z ich
składem.
Lepkość to parametr kleju, od którego zależy
zwilżalność powierzchni – zdolność do wnikania w
zagłębienia powierzchni klejonych. Na jej wartość
wpływa zawartość i ciężar cząsteczkowy polimeru
podstawowego – szkieletu kleju.
57
Technologia i Jakość Wyrobów 60, 2015
Czas otwarty to czas między nałożeniem kleju
topliwego, a jego zestaleniem. Następstwem zestalenia
jest już niemożliwość zwilżania przez niego
powierzchni. Czas ten waha się od kilku do
kilkudziesięciu sekund. Należy w tym miejscu zwrócić
uwagę na fakt, że dłuższy czas otwarty kleju wpływa na
pogorszenie jego właściwości – staje się on bardziej
miękki i słabszy. Natomiast czas wiązania, to czas, po
upływie którego spoina osiąga pełną wytrzymałość.
Temperatura, w której klej występuje w postaci ciekłej,
nosi miano temperatury roboczej. Lepkość w tej fazie
kleju jest niewielka. Zaobserwowano, że wraz z
obniżaniem się temperatury lepkość zaczyna rosnąć
asymptotycznie, a klej osiąga coraz bardziej plastyczny
stan, aż do momentu zestalenia. Moment zestalenia
kończy czas trwania temperatury roboczej. Z zależność
lepkości od temperatury roboczej możliwe jest
wyznaczenie takiej wartości lepkości kleju, która
z punktu widzenia przetwórstwa daje najlepsze
rezultaty.
Znając już podstawowe cechy i właściwości klejów
termotopliwych możemy wywnioskować jakie są ich
wady i zalety.
Na ich przewagę nad innymi rodzajami klejów składa
się:
 długi okres trwałości,
 minimalne ilości tworzących się odpadów (nie
zawierają one lotnych związków organicznych),
 szybki czas utwardzania,
 brak zmiany w grubości spoiny klejowej po
utwardzeniu [4].
Istotne jest również to, że aplikatory do klejów
termotopliwych są proste w użyciu i stosunkowo tanie.
Występują jednak pewne ograniczenia w stosowaniu
klejów termotopliwych ze względu na występowanie
pewnego zakresu wytrzymałość przy zachowaniu
lepkości, która jest dopuszczalna z punktu widzenia
przetwórstwa [5]. Dodatkowo należy tu wymienić
zawężoną:
 odporność na ciepło oraz
 przyczepność do metali.
Należy także zachować ostrożność przy pracy z klejami
topliwymi, gdyż temperatura stopionego kleju jest
bardzo wysoka – powyżej 100°C.
organicznych. Gałęziami przemysłu, w których
dotychczas znalazły zastosowanie są:
 opakowaniowy;
 budowlano-montażowy;
 introligatorski;
 elektroniczny;
 florystyczny;
 obuwniczy [3].
Mnogość zastosowań wpłynęła również na mnogość
form w jakiej te kleje występują. Żyłki, granulki, pręty,
pałeczki
umożliwiają
wygodę
stosowania
i
uwzględniają
zastosowanie
różnych
urządzeń
produkcyjnych [6].
Zastosowanie klejów termoplastycznych wydaje się być
ograniczone jedynie przez ludzką wyobraźnię i może
być interesującym obiektem badań w świecie nauki.
5. Literatura
1. http://www.buehnen.pl/kleje/kleje-na-baziepoliolefiny.html
2. Charles V. Cagle: Kleje i klejenie.
Wydawnictwa Naukowo – Techniczne.
Warszawa, 1977, 218-252.
3. L. Prawdzińska, H. Zygmund: Kleje
informator. Biuro Wydawnicze „Chemia”.
Warszawa, 1976.
4. http://www.bond-tech-industries.com/benefitsuses-hot-melt-glue-sticks/
5. Young-Jun Park, Hyo-Sook Joo, Hyun-Joong
Kim: Adhesion and rheological properties of
EVA-based hot-melt adhesives. International
Journal of Adhesion and Adhesives Volume
26, Issue 8, December 2006, Pages 571–576
6. http://www.adhesives.org/
4. Podsumowanie
Kleje topliwe mają bardzo szerokie spektrum
zastosowania w stosunku do innych rodzajów kleju, w
ramach ograniczeń wymienionych powyżej. Stosowane
są do łączenia papieru, drewna, ceramiki, plastiku,
tkanin, szkła, styropianu, metalu i podłoży
58