一、引言
聚氨酯(PUR)膠粘劑是指分子鏈中含有氨基甲酸酯基團(-NHCOO-)或異氰酸酯基(-NCO-)的一類膠粘劑。由于其分子鏈中-NCO可以和多種含活潑氫的官能團反應，形成界面化學鍵結合，對多種材料具有極強的粘附性能，具有膠膜堅韌，耐沖擊、撓曲性好，剝離強度高，良好的耐超低溫性、耐油和耐磨性等特點。熱熔膠粘劑(簡稱熱熔膠)是一類無溶劑的以熱塑性聚合物為基料的固體膠粘劑，受熱熔化成液態，以熔體形式應用到基材表面進行粘合。熱熔膠具有粘接迅速、無毒無污染、節能環保、貯運和使用方便、成本低、應用面廣等優點，主要包括EVA、PE、無規PP、聚氨酯等。聚氨酯熱熔膠可分為兩類：一類是反應型熱熔膠，它又可分為端異氰酸酯基預聚物型(濕固化型)和含封閉的異氰酸酯基預聚物型(潛固化型);另一類是熱塑性聚氨酯彈性體熱熔膠，是利用組成中的氫鍵作用發生交聯，從而使其具有優異的彈性和強度。前者受熱熔融后，遇濕發生反應交聯固化;而后者固化過程主要是利用氫鍵作用發生物理交聯，再次受熱又會削弱氫鍵作用，變為粘稠液體，因此可反復加熱——冷卻固化，產品可回收或二次使用，屬于環境友好材料。
二、聚氨酯熱熔膠固化反應機理簡介
PUR樹脂分子鏈末端有反應型的NCO官能基，由于此官能團中的碳氮雙鍵活性非常高，會與空氣或是基材表面的水氣反應生成胺基，同時釋放出C02，胺基再與其它的NCO基反應形成具有urea(尿素)官能團的結構。由于在urea結構中仍具有活性氫，因而還會再與未反應完的NCO基作進一步的反應而生成縮二脲結構，完成所謂的交聯反應。其與濕氣的反應機理如下：
-NCO+H2O→NH2+CO2→-NH-CO-NH
-NH-CO-NH-+OCN-→NH-CO-N-CO-NH-
從上面可見，PUR膠粘劑粘接固化是作為反應型固化方式，與一般的EVA型熱熔膠劑、水性膠粘劑的固化有本質的區別。根據粘接理論學說，認為有機械理論、吸附理論、擴散理論、靜電理論、化學鍵理論等粘接機理。相對而言，化學鍵粘接比其粘接方式會獲得更高強度的粘力。一般的EVA熱熔膠，存在機械、吸附、擴散等粘接理論;而PUR膠粘劑更多存在的是化學鍵理論粘接，它與基材反應形成一個“不可分割的整體”，所以PUR固化后能產生的優異的粘接強度。
三、熱熔膠在書本裝訂中的應用及其優缺點
1.在書本裝訂中的應用
隨著人們環境意識和健康意識日益提高的今天，社會不再僅僅關注于膠粘劑的功能和應用，對膠粘劑的環保問題的要求愈加嚴格，發展符合“環保、健康、安全”三大要求的環保型綠色膠粘劑已勢在必行。人們的生活水平不斷提高，特別是歐美國家，人們追求的印刷產品趨向時尚、新穎、個性化，從而使得生產工序越來越繁復，產品質量要求越來越高。PUR熱熔膠粘劑作為一類新型的膠粘劑，具有不含溶劑揮發性、耐熱耐寒性、耐溶劑性、耐疲勞性等特點。這些符合當前社會發展的需要。
在印刷包裝行業中，PUR熱熔膠粘劑被應用于書本裝訂，印刷品塑一塑、紙一塑覆合，塑料盒制造等方面。
PUR熱熔膠是帶有活性終端團的PUR預聚物，對于印刷紙材來說，當活性終端團曝露在潮濕的空氣或紙張達到一定的濕度時，就會發生交聯反應。預聚物被濕潤后，可以很好地滲透進入紙張中，與紙材中纖維分子發生交聯反應，達到較高的粘性和較高的紙張拉力。近20年來，得益于無線裝訂工藝的發展，熱熔膠在書籍裝訂方面的應用獲得了迅猛發展。EVA熱熔膠具有良好的粘接性和彈性，目前國內市場上的書籍裝訂熱熔膠絕大部分為EVA型熱熔膠。但EVA型熱熔膠價格昂貴，且具有記憶性等缺點，因此想打開書時它傾向于合上，想合上時又傾向于打開、書籍被閱讀時在裝訂處形成凹槽或書本突然合上。聚氨酯熱熔膠生產工藝簡單，成本低廉，可彌補以上缺陷。該膠粘劑彈性、韌性好，粘接強度高，膠粘劑可以反復熔化使用，產品利用率高，具有廣闊的應用前景。
2.主要應用優勢
在書本裝訂應用方面，與傳統EVA熱熔膠相比，PUR熱熔膠具有快速固化、使用簡便、施膠溫度較低、耐沖擊耐疲勞、翻平性好、經久耐用、粘接力強、環保等優勢。
對印后書本裝訂而言，PUR熱熔膠6小時后即可達到普通EVA熱熔膠釘裝的強度，而48小時后則可達到最強的粘接效果。紙張的涂布以及油墨、清漆涂層、UV固化層、塑料薄膜等表面性質差異大的材料，都不會對PUR熱熔膠的裝訂性質造成很大的影響，相比于傳統的EVA膠粘劑，成品功能性測試(如書本拉頁、揭頁測試)結果會高出60%以上。傳統的EVA熱熔膠書本裝訂施膠溫度約為160-180℃，PUR熱熔膠施膠溫度較低，只需120-150℃，非常適合于對高溫敏感、易變型材質的應用，既可以節約能耗，并且可增加工人的操作安全性。對于厚度較大平裝書，傳統的EVA熱熔膠對書籍需要鎖線加工，而PUR熱熔膠可以減少此工序，節約成本，縮短生產貨期。PUR熱熔膠膠層柔軟，可使書籍的翻閱與折合極為方便，作為網狀交聯化合物，它耐沖擊振動、耐疲勞表現出優異的性能，對于一些長期使用的書籍如參考書、手冊、教課書、烹飪書等所要求書本的翻平性(將書籍翻開的程度)，PUR熱熔膠裝訂無疑是最好的選擇。由于PUR熱熔膠化學交聯反應使得具有高的耐熱性、耐低溫性、耐溶劑性、耐水性等優異的粘合性能，對于一些長期保存的書籍如寫真集、圖片年鑒、高檔的文物字畫、圣經書籍等，PUR熱熔膠能完全滿足這些書籍的要求。PUR熱熔膠具有極佳的粘接力，用膠量比傳統的EVA熱熔膠少約50%或更少。EVA熱熔膠要達到一定的強度(書背施膠厚度根據紙張情況和書本的不同厚度)膠層控制在0.6～2mm之間。在相同情況下PUR膠層可不分書本厚薄不分紙張情況，一般在0.3mm左右就可達到同EVA熱熔膠一樣的強度。PUR熱熔膠組成中不含溶劑，固化過程不會造成揮發性溶劑的污染，為環保型膠粘劑未來的發展目標。
3.主要應用缺點
盡管聚氨酯熱熔膠的性能特點非常突出，但目前仍存在一些技術問題需要解決，如：降低熔融溫度和熔融粘度;提高初粘力;增強產品的柔韌性、耐熱性和阻燃性等。PUR熱熔膠操作性、操作工藝比傳統EVA膠粘劑要求更高，要盡量避免膠粘劑與空氣中的水分接觸，因此預熱熔膠箱內應有氮氣作保護。由于PUR熱熔膠釘裝施膠量可以同比EVA熱熔膠少，對機臺運行穩定性要求比較高。PUR熱熔膠加熱使用過程中，可能產生少量有害刺激氣體(異氰酸鹽)揮發，對熔膠溫度控制、通風系統要求高。
當PUR熱熔膠熔解施膠冷卻發生交聯反應固化后，不可以重新加熱熔融再次使用，而EVA熱熔膠作為可塑性樹脂可以反復加熱使用。
四、書本裝訂用聚氨酯熱熔膠的發展趨勢
聚氨酯熱熔膠自20世紀30年代研究成功以來，到2007年聚氨酯熱熔膠市場需求年平均增長率達到11%以上，成為繼水性膠粘劑、EVA熱熔膠粘劑第三增長最快的膠粘劑。
對用于書本裝訂的PUR熱熔膠發展也十分迅速。自80年代末90年代初，第一代PUR熱熔膠開始使用于書本裝訂，但當時書本施膠后三到六天才達到最佳性能，才可進行書本切邊、后加工和運輸等，但局限于當時的合成技術，在熔膠操作過程中，較大量的異味(MDI、TDI)殘留異氰酸酯單體揮發，對操作工人刺激比較大。到了90年代中后期，第二代PUR熱熔膠固化速度縮短到三天，異氰酸酯殘留單體得到有效的控制。踏入21世紀，第三代的濕氣固化聚氨酯PUR熱熔膠得到進一步的完善，書本施膠裝訂后30分鐘可以切書邊，6-16小時內得到固化，達到最佳的粘接效果。
高速發展的今天，追求更高的生產效能、安全性。顯然第三代的PUR熱熔膠仍然未能滿足生產的需要。一些國際知名的大公司，為縮短PUR熱熔膠固化時間做出不斷的努力�！癠V紫外線加濕氣”雙固化的PUR熱熔膠的概念被提出，并開始批量用于實際生產中。這種熱熔膠是在合成生產的過程中，在PUR分子鏈上接枝一些能與UV反應的單體成分。當書本施膠后，利用在裝訂設備上安裝的UV能量燈，引發PUR熱熔膠內的UV單體成分發生交聯反應，令PUR熱熔膠初步得到固化，然后再與空氣水分進一步發生反應直到完全固化。這種PUR熱熔膠可以配合設備聯機生產、切書邊操作，在3分鐘內固化程度達到滿意效果，與普通EVA熱熔膠固化速度相當，甚至，此類型的PUR熱熔膠也可以適用于圓脊精裝書的裝訂上。目前，由于此類膠粘劑價格比較貴，仍然未能推廣應用。但相信不久的將來，技術的進步，工藝的成熟，必將帶給人們更便宜、質量更高的新型PUR熱熔膠。
隨社會的進步，人們對文化享受、品味追求越來越高，書本、讀物、雜志等趨向時尚性、個性化、耐用性、耐收藏性、翻平性、安全性更高的檔次。到目前為止，要符合人們的需求，PUR熱熔膠裝訂技術是一個最好的選擇�？梢灶A測的是，降低PUR熱熔膠的價格，提高PUR的易使用性能，擴寬適用性至精裝裝訂工藝是PUR推廣使用的最重要的關鍵所在。