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綠色膠粘劑

1 前言
    綠色環保在整個商業領域已經成為一個公司的行為準則。環保材料提高了資源如能源、水和材料在膠生產中的利用率，減少了對人類健康和環境的影響。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并提高產量；
    遵守空氣質量標準從而提高公眾和居民的健康標準；
    減少對環境的污染。
    揮發性有機化合物(VOC)有各種來源，如原材料、能源輻射和有害物質。VOC具有高蒸汽壓和低水溶性。VOC因引起感官刺激和中樞神經系統癥狀而被大眾熟知。
    2 綠色膠粘劑
    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于發展綠色粘合劑以響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采取的一些措施。
    通常用于紙張制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于健康的，紙張制造商已經停止使用。漢高推出了新一代不含增塑劑的膠粘劑Adhesin A 78系列，可應用于紙張和包裝行業。Adhesin A 78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于目前的機械上并超越了傳統方法。
    國 民 淀 粉 化 學 公 司 在 包 裝 上 用 新 型 聚 氨 酯FIBRECYCLE K.E.G.來替代傳統的鋼桶。這種纖維質包裝桶可以100%回收再利用，從而減少了廢物貯存場地。它也增加了產品的存儲空間，降低包裝成本，操作簡便，節約能源，形成正向現金流來作為回收紙板的支付款。FIBRECYCLE K.E.G. 纖維桶不會導熱到其表面，因而降低了接觸性燒傷的風險，為員工創造了一個更為安全的環境。
    美國羅門哈斯公司引進了Robond L二代，一種水溶性干粘接層壓膠粘劑，可滿足一般和中等性能范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，并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熱熔性標簽體系。這種技術使裝瓶廠能更好地控制其原料和能量的利用率，也有利于產品的循環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。
    3 綠色原材料
    3.1 松香
    松木化學品用于生產植物甾醇、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占有很大的市場份額，主要用于膠粘劑、印刷油墨、涂料、表面活性劑、橡膠、紙制品和口香糖。在膠粘劑應用方面，松香主要用于包裝及書籍裝幀，隨后是壓敏膠和建筑膠。
    發展中國家對膠粘劑的需求量隨著人民生活水平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。
    由于壓敏膠市場對SIS聚合物需求量很大，制造業正考慮用如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于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，已應用于輻射固化丙烯酸膠。
    3.2 淀粉
    淀粉是一種天然生物聚合物，存在于玉米、小麥、馬鈴薯的根和莖中。其主要應用于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，使淀粉分子分解和降解。聚合物的生物降解性隨著淀粉含量的增大而增加。大約60%的淀粉含量方能有效降解。絕大部分淀粉基的生物降解聚合物，其淀粉含量一般為10% ~90%。若其含量少，淀粉粒子便相當于一個弱鍵而導致生物性破壞。
    淀粉基膠主要應用于包裝工業，尤其是粘接紙制品和多孔基材。瓦楞紙箱制造廠用淀粉膠制造紙箱和紙板。
    易獲得、價格低廉、應用方便和相容性是淀粉基產品的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淀粉基膠的主要優勢。
    淀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。熱塑性淀粉、淀粉-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）等就是幾種淀粉基膠。
    3.3 大豆基膠
    大豆是粘合劑中一種可再生、使用安全的原料，可用于木質復合材料的制造。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，由甲醛和天然氣制成）等原材料價格的增長。甲醛是致癌物，有害于木質復合材料生產者和用戶健康。這些化學品作為膠粘劑應用于碎料板、中密度纖維板、膠合板的制造。盡管由于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，但大豆基膠制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。
    3.4 其他原材料
    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涂料的一種常見原料。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）、過酸或者過氧化氫制備，主要是作為膠粘劑和塑料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酰胺，通常被用做環氧膠粘劑和涂料的固化劑。
    4 綠色膠粘劑的發展趨勢
    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于石油化學衍生品，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，今后對結構膠粘劑進行持續改進、采用生物質產品將成為制造商的工作重點。
    綠色膠粘劑并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制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。
    5 結語
    天然材料的成本有效性、生物相容性、天然易得、VOC的低排放，以及法規和公眾意識是驅動綠色膠粘劑需求上升的主要因素。為可持續發展，公司應該大力發展具有較高性能的綠色膠粘劑。為了實現穩定的質量、高耐熱性，應當進行更深入的研究。正如行業所預測的，天然材料在膠粘劑中對性能起主要作用的粘料、添加劑方面將扮演重要角色。隨著對綠色膠粘劑的深入研究，發展趨勢有可能從消耗性資源向可再生資源轉變。