Ein umfassender Leitfaden zu Polyurethan-(PU-)Heißschmelzklebstoffen

Was sind Polyurethan-(PU)-Heißschmelzklebstoffe?

Polyurethan-Schmelzklebstoff, häufig als PUR bezeichnet, ist eine Art Schmelzklebstoff, der aus Polyurethanharz oder -prepolymer als Hauptmaterial sowie aus verschiedenen Additiven (wie Verdickungsmitteln, Katalysatoren, Antioxidantien und Füllstoffen) hergestellt wird. Nach Verarbeitungsverfahren wie Mischen und Spritzgießen kann er bei Raumtemperatur in Form von Bändern, Partikeln, Pulvern, Folien usw. vorliegen.

Polyurethan-Schmelzklebstoffe zeichnen sich durch hervorragende Elastizität und hohe Klebkraft sowie durch Beständigkeit gegen Lösungsmittel, hohe Temperaturen, Alterung und Abrieb aus. Sie eignen sich für das Verkleben einer breiten Palette von Werkstoffen und sind insbesondere für Anwendungen in der Verpackungsindustrie, in der industriellen Montage, im Bauwesen sowie beim Verkleben von Automobilkomponenten bestens geeignet.

Zwei Klassifizierungen von Polyurethan-(PU-)Heißschmelzklebstoffen

Polyurethan-Schmelzklebstoffe lassen sich in zwei Kategorien unterteilen: zum einen in thermoplastische Polyurethan-Elastomer-Schmelzklebstoffe (TPU), die auch als Heißschmelz-Polyurethan-Schmelzklebstoffe bezeichnet werden; zum anderen in reaktive Polyurethan-Schmelzklebstoffe. Je nach Reaktionsmechanismus können reaktive Polyurethan-Schmelzklebstoffe in feucht aushärtende Typen und geschlossene Typen unterteilt werden.

TPU-Schmelzklebstoffe

Was ist TPU-Heißschmelzklebstoff?

TPU ist ein lineares Blockcopolymer, das durch die Polymerisation von Diolen, Diisocyanaten und Kettenverlängerern synthetisiert wird. Durch die Beimischung von Additiven – wie Farbstoffen, Weichmachern und Stabilisatoren – zu TPU lassen sich Schmelzklebstoffe in verschiedenen Formen herstellen, darunter Folien, Bänder oder Pulver. Als Synthesemethoden kommen die Massenpolymerisation und die Lösungspolymerisation zum Einsatz.

Zwei TPU-Schmelzklebstoffformulierungen

Formulierung 1: Poly(ethylenadipat) – 1,4-Butandiol – MDI-Schmelzklebstoff

1. Herstellung der Klebefolie. Poly(ethylenadipat) (Molekulargewicht ≈ 2000), 1,4-Butandiol , und MDI werden verwendet, wobei die Ausgangsstoffe im molaren Verhältnis 1:2:3 zugeführt werden.

2. Die Auswirkungen des Rohstoffverhältnisses und der Vorheiztemperatur auf die Eigenschaften von Klebefolien

a. Einfluss des Rohstoffverhältnisses auf die Leistung der Klebefolie

Die Gewährleistung der Genauigkeit der Stoffzufuhr während der Reaktion ist von größter Bedeutung; folglich muss das Molekulargewicht des Polyesterpolyols präzise bestimmt werden. Ist das Polyester im Überschuss vorhanden, weist der Klebstoff einen niedrigen Erweichungspunkt auf und bildet nur schwer Filme; ist hingegen das MDI im Überschuss, neigt der Klebstofffilm zur Vernetzung.

b. Einfluss der Vorwärmtemperatur von Polyesterpolyol auf das Reaktionsverhalten

Die Vorwärmtemperatur der Rohstoffe muss angemessen sein. Da Polyesterpolyol in einem höheren Anteil als die anderen Komponenten eingesetzt wird, übt seine Vorwärmtemperatur den größten Einfluss auf die Gesamtreaktion aus und spielt eine entscheidende Rolle. Wie die Daten in der Tabelle zeigen, steigt die maximale Reaktionstemperatur mit zunehmender Vorwärmtemperatur des Polyesterpolyols von 100 °C auf 120 °C progressiv von 158 °C auf 170 °C; eine Temperatur von 105 °C wird als optimal eingestuft.

③Anwendung von Klebefolien. Der Heißschmelzklebstoff aus Poly(ethylenglykoladipat)-1,4-Butandiol-MDI kann eine Vielzahl von Materialien verbinden, darunter sowohl glatte als auch raue Oberflächen wie Glas, Textilien und Metalle. Zudem eignet er sich für die Verbindung von Flüssigkristallkomponenten in elektronischen Geräten sowie für nahtlose Verklebungen von Textilien.

Formulierung 2: Poly(ethylenadipat) – Neopentylglykol – HDI-Schmelzklebstoff

1,6-Hexandiol CAS 629-11-8

Polyester-Polyol

①Herstellung von Klebepellets. Dieser Polyurethan-Schmelzklebstoff wird durch Mischen von 39,3 Teilen HDI, 13,2 Teilen 1,6-Hexandiol , 7,8 Teile Neopentylglykol und 39,7 Teile Polyesterpolyol .

Reaktive Polyurethan-Schmelzklebstoffe

Was ist reaktiver Polyurethan-Schmelzklebstoff?

Die Hauptkomponente reaktiver Polyurethan-Schmelzklebstoffe ist ein mit Isocyanat endgelagertes Polyurethan-Prepolymer, das aus Polyester- oder Polyether-Polyolen und Polyisocyanaten synthetisiert wird.

Bei der Applikation des Schmelzklebstoffs erfolgt eine rasche Aushärtung des Prepolymers, wodurch eine gewisse Anfangsbindungsfestigkeit erreicht wird; anschließend reagieren die terminalen Isocyanatgruppen unter Feuchtigkeitsaufnahme zu Harnstoff-, Biuret- und Allophanatbindungen, wodurch ein vernetztes makromolekulares Netzwerk aufgebaut wird, das eine ideale Wärme- und Lösungsmittelbeständigkeit aufweist.

Reaktive Polyurethan-Schmelzklebstoffe basieren auf isocyanat-terminierten Prepolymeren, die mit thermoplastischen Harzen, Tackifizierungsmitteln, Antioxidantien, Katalysatoren, Füllstoffen und anderen Additiven formuliert sind – wobei diese Harze nicht mit Isocyanaten reagieren.

Die Dissoziationstemperatur des Dichtmittels in geschlossenen Heißschmelzklebstoffen kann über 100 °C betragen, was zur Bildung von Blasen in der Klebstoffschicht führen kann. Das Vorheizen des Dichtmittels vor dem Einsatz erhöht die Prozesskomplexität und den Energieverbrauch; zudem kann es durch die Verdampfung des Dichtmittels zu Umweltbelastungen kommen, was seine Anwendung einschränkt.

Nasshärtender Polyurethan-Schmelzklebstoff ist ein einkomponentiger, lösungsmittelfreier Klebstoff, der den Umweltschutzvorschriften entspricht, einfach zu handhaben ist und eine Leistung aufweist, die mit der von lösungsmittelreaktiven Klebstoffen vergleichbar ist. Daher sind seine Entwicklungsaussichten vielversprechend. Eine typische Formulierung kann sich auf die folgenden Beispiele beziehen.

Zwei Formulierungen für reaktive Polyurethan-Schmelzklebstoffe

Formulierung 1: Polyurethan-Hotmelt-Klebstoff für Nylongewebe und Polyesterfolien

100 g von Polytetrahydrofuran (molekulare Masse: 1000) und 45 g MDI (Methylendiphenyldiisocyanat) werden in einen Reaktor gegeben. Die Mischung wird unter Rühren auf 80 °C erwärmt und über mehrere Stunden umgesetzt, um ein Prepolymer herzustellen, das bei 25 °C eine Viskosität von 5000 mPa·s aufweist. Dieses Prepolymer wird mit Polystyrol-Oligomer gemischt, um den feuchtigkeitsaushärtbaren reaktiven Polyurethan-Schmelzklebstoff zu erhalten.

Formulierung 2: Polyurethan-Hotmelt-Klebstoff für Holzbearbeitungsanwendungen

Polyoxypropylenpolyol (Molekulargewicht 400) reagiert mit MDI zu einem isocyanat-terminierten Prepolymer, das bei Raumtemperatur flüssig ist. 850 g dieses Prepolymers werden gleichmäßig mit 94 g eines weiteren Prepolymers gemischt, das aus Polyoxypropylen (Molekulargewicht 4000) und MDI bei etwa 120 °C hergestellt wurde, um einen feuchtigkeitshärtenden reaktiven Polyurethan-Schmelzklebstoff zu erhalten. Dieser Klebstoff eignet sich für die Holzverklebung und weist bei 130 °C eine Viskosität von 1200 mPa·s auf.

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