Термоплавкий клей

Термоплавкий клей (также термоклей, клей-расплав, хот-мелт, от англ. hot melt) — это твёрдый при комнатной температуре клеевой состав на основе термопластичных полимеров, который переходит в жидкое (вязкотекучее) состояние при нагревании и отвердевает при охлаждении, образуя прочное соединение. Относится к классу термопластичных адгезивов, не содержащих растворителей и воды.

История

Первые промышленные образцы термоплавких клеев появились в середине XX века. В 1950-х годах компания Eastman Kodak разработала клеи на основе сополимеров этилена и винилацетата (ЭВА), которые стали основой для современных термоклеев. В 1960-х годах технология получила широкое распространение в упаковочной промышленности, где требовалась быстрая фиксация картонных коробок. В 1970-х годах были созданы первые термопистолеты для ручного нанесения, что сделало термоклей доступным для бытового использования. В СССР термоплавкие клеи начали применяться в 1970-х годах в мебельной и обувной промышленности, однако массовое распространение в быту получили только в 1990-х годах с появлением импортных термопистолетов.

Состав и виды

Термоплавкий клей представляет собой многокомпонентную смесь, основу которой составляют термопластичные полимеры. В зависимости от типа полимера различают несколько основных видов:

Клеи на основе этиленвинилацетата (ЭВА)

Наиболее распространённый тип. Состоит из сополимера этилена и винилацетата (40–60 %), смол (канифоль, нефтеполимерные смолы) для повышения адгезии, восков (парафин, полиэтиленовый воск) для регулирования вязкости и антиоксидантов. Температура плавления — 80–120 °C. Применяется для склеивания бумаги, картона, дерева, текстиля, пластмасс (кроме полиэтилена и полипропилена). Характеризуется невысокой термостойкостью (до 60 °C) и влагостойкостью.

Полиолефиновые клеи

На основе полиэтилена (ПЭ) или полипропилена (ПП). Отличаются более высокой температурой плавления (120–180 °C) и термостойкостью (до 100 °C). Устойчивы к воздействию масел и растворителей. Используются в упаковке продуктов питания, в автомобильной промышленности, для склеивания полиолефиновых плёнок.

Полиамидные клеи

На основе термопластичных полиамидов. Имеют высокую температуру плавления (130–200 °C) и отличную адгезию к металлам, стеклу, керамике, коже. Устойчивы к высоким температурам (до 150 °C) и химическим воздействиям. Применяются в электронике, приборостроении, обувной промышленности.

Полиуретановые клеи (реактивные)

Содержат полиуретановые форполимеры, которые после нанесения отверждаются под действием влаги воздуха. Обладают высокой эластичностью, термостойкостью (до 120 °C) и прочностью. Используются для склеивания пластиков, металлов, стекла, в автомобилестроении и строительстве.

Синтетические каучуковые клеи (SIS, SBS)

На основе стирол-изопрен-стирольных или стирол-бутадиен-стирольных блок-сополимеров. Отличаются высокой эластичностью и адгезией к низкоэнергетическим поверхностям (полиэтилен, полипропилен). Применяются в производстве подгузников, гигиенических изделий, упаковки.

Свойства и характеристики

Основные свойства термоплавкого клея определяются его составом и условиями применения:

• Температура плавления — от 60 до 200 °C в зависимости от типа. Для бытовых клеев (ЭВА) — 100–120 °C, для промышленных (полиамидные, полиуретановые) — 150–200 °C.
• Время открытой выдержки — период, в течение которого клей остаётся жидким после нанесения. Для быстрых процессов (упаковка) — 1–5 секунд, для ручного применения — 10–30 секунд.
• Время схватывания — время, необходимое для полного отверждения и достижения начальной прочности. Обычно составляет 5–30 секунд.
• Вязкость — важный параметр для нанесения. Низковязкие клеи (500–2000 мПа·с) используются для тонких швов, высоковязкие (5000–20000 мПа·с) — для заполнения зазоров.
• Термостойкость — максимальная температура, при которой соединение сохраняет прочность. Для ЭВА — 50–60 °C, для полиамидных — до 150 °C.
• Адгезия — способность прилипать к различным материалам. Лучшая адгезия наблюдается к пористым поверхностям (дерево, бумага, ткань), худшая — к гладким и низкоэнергетическим (полиэтилен, тефлон, силикон).

Применение

Термоплавкие клеи используются в широком спектре отраслей благодаря быстрому отверждению, отсутствию растворителей и возможности автоматизации процесса.

Упаковочная промышленность

Основная область применения. Клеи-расплавы используются для заклейки картонных коробок, склеивания гофрокартона, этикетирования, производства многослойных упаковочных материалов. Обеспечивают высокую скорость производственных линий (до 1000 коробок в минуту).

Мебельная промышленность

Применяются для оклейки кромок мебельных щитов (кромкооблицовочные станки), склеивания шпона, фиксации декоративных элементов. Используются полиамидные и ЭВА-клеи с высокой термостойкостью.

Автомобильная промышленность

Для склеивания салонных элементов (обивка, панели, коврики), фиксации изоляционных материалов, герметизации швов. Применяются полиолефиновые и полиуретановые клеи.

Электроника и приборостроение

Для фиксации компонентов на печатных платах, герметизации разъёмов, заливки катушек индуктивности. Используются полиамидные и реактивные полиуретановые клеи, обеспечивающие диэлектрические свойства.

Строительство

Для приклеивания теплоизоляционных плит (пенополистирол, минеральная вата), гидроизоляционных мембран, напольных покрытий (линолеум, ковролин). Применяются битумно-полимерные и полиолефиновые клеи.

Текстильная и обувная промышленность

Для фиксации подкладки, приклеивания аппликаций, страз, при производстве обуви (вкладные стельки, задники). Используются ЭВА- и полиамидные клеи.

Бытовое использование

В виде клеевых стержней для термопистолетов. Применяется для склеивания поделок, мелкого ремонта (пластик, дерево, керамика, ткань), фиксации декора.

Оборудование для нанесения

Для нанесения термоплавкого клея используется специализированное оборудование, которое обеспечивает нагрев, подачу и дозирование расплава.

Термопистолеты (ручные)

Наиболее распространённый тип для бытового и полупрофессионального использования. Состоят из нагревательного элемента, механизма подачи (курок) и сопла. Стержни диаметром 7–11 мм. Температура нагрева — 100–200 °C. Бывают проводные и аккумуляторные.

Промышленные клеенаносящие системы

Включают плавильный бак (резервуар с нагревателем), насос, шланг с подогревом и наносящую головку (сопло, валик, распылитель). Применяются на автоматических линиях. Обеспечивают точное дозирование и высокую производительность.

Роликовые и валиковые устройства

Используются для нанесения клея на плоские поверхности (кромкооблицовка, ламинирование). Клей наносится на вращающийся валик, который переносит его на материал.

Достоинства и недостатки

Достоинства

• Быстрое отверждение (от 1 до 30 секунд), что позволяет сразу продолжать обработку деталей.
• Отсутствие растворителей и воды — экологичность, нет усадки при высыхании.
• Возможность склеивания непористых и влагостойких материалов.
• Длительный срок хранения (неограниченный при комнатной температуре).
• Возможность автоматизации процесса.

Недостатки

• Низкая термостойкость большинства типов (особенно ЭВА) — соединение разрушается при нагреве выше 60–80 °C.
• Ограниченная адгезия к низкоэнергетическим поверхностям (полиэтилен, полипропилен, силикон).
• Необходимость специального оборудования для нагрева.
• Клей может оставлять нити (тянучки) при нанесении, особенно при высокой вязкости.
• Соединение не является эластичным при низких температурах (хрупкость).

Интересные факты

• Первый патент на термоплавкий клей был получен в 1940 году в США.
• Термоклей используется в производстве подгузников для фиксации впитывающего слоя — это одно из самых массовых применений.
• В России термоплавкие клеи производятся на нескольких предприятиях, в том числе в Нижнем Новгороде, Москве, Санкт-Петербурге.
• Некоторые термоклеи (полиуретановые) после отверждения становятся термореактивными и не плавятся при повторном нагреве.
• В быту термопистолет часто называют «клеевой пистолет» — это неофициальное, но распространённое название.

Источники

• ГОСТ 28780-90 «Клеи полимерные. Классификация и обозначения».
• «Клеи и герметики» / под ред. Д. А. Кардашова, М.: Химия, 1998.
• «Технология клеевых материалов» / В. И. Коваленко, СПб.: Профессия, 2005.
• «Hot Melt Adhesives: Technology and Applications» / J. W. Gooch, Springer, 2011.
• Материалы сайта «Химия и жизнь» (статья «Клеи-расплавы», 2015).
• Технические описания производителей клеев (Henkel, Bostik, Jowat).