高度な粘度制御によるホットメルト接着剤（HMA）プロセスの最適化

コンテンツの表

• はじめに
• 2。 業界の概要
• 2.1 ホットメルト接着剤 HMA
• 2.2 HMAの種類
• 2.3 ホットメルト接着剤の製造プロセス
• 2.4 主要な監視パラメータ
• 3. Rheonics インライン粘度計
• 3.1 HMA製造プロセスにおけるSRV粘度計の設置
• 3.2 インライン粘度モニタリングの利点
• 4。 リファレンス

ホットメルト接着剤（HMA）は、ポリマー、樹脂、ワックス、添加剤を複雑に配合することで、独自の特性を発揮します。お客様は、包装、製本、製品の組み立てなど、様々な用途において、接着剤の安定した性能を期待しています。そのため、インラインで接着剤の組成をモニタリングする方法は、品質保証に不可欠です。粘度は、原材料の品質から最終製品の性能、生産効率に至るまで、あらゆる要素に影響を与えるため、HMA生産を監視する上で重要なパラメータです。

ホットメルト接着剤（HMA）または「ホットグルー」は、室温では固体で、加熱によって溶融液体として塗布される熱可塑性ポリマー接着剤の一種です。加熱は通常、ヒートガンなどの装置を用いて行われます。これらの装置により、接着剤は固体から溶融状態または液体状態へと変化し、冷却・固化することで接着が確立されます。この熱損失のみによって硬化するメカニズムは、HMAの基本的な特性であり、溶剤系または水系の接着剤システムでしばしば必要とされる乾燥・硬化工程を省くことができるため、HMAの主な利点となっています[1]。

HMA には、広く使用されている接着剤となる重要な特性があります。

• 高速設定速度： 塗布後数秒以内に結合を形成します。
• 無溶剤組成： 揮発性有機化合物 (VOC) の排出を削減または排除します。
• 基板接着における多用途性: 多孔質（例：紙、木材）および非多孔質の基材（例：プラスチック、金属）。
• 隙間を埋めるのに適しています: 冷却後の収縮は最小限またはゼロ
• 長い貯蔵寿命: HMAは固体であるため、特性を維持するために最小限の要件で簡単に保管および輸送できます。
• さまざまなプレゼンテーション: 一般的にはグルースティックとして使用されますが、ペレット、チップ、ピロー、ブロック、スラットとしてもご利用いただけます。

 

ホットメルト接着剤（HMA）の種類は、主にその性質に基づいて分類され、理解されています。 一次ベースポリマーこれは、ベースポリマーが接着剤の「骨格」を形成し、その基本的な特性、例えば、 強度、柔軟性、さまざまな基材への接着性、熱安定性（高温または低温での性能）、耐薬品性、溶融粘度、コスト、オープンタイム粘着付与剤、ワックス、可塑剤、その他の添加剤は特定の性能特性を微調整するために重要ですが、ベースポリマーは HMA の本来の能力を提供します。

HMAポリマーベース	主な特徴	典型的な溶融粘度範囲（指定温度でのcP）	一般的なアプリケーション温度範囲（°C/°F）	一般的なアプリケーション
EVA（エチレン酢酸ビニル）	低コスト、多用途、セルロース材料への接着性良好、硬化が速い、一般的に加工しやすい	500～5,000 cP（標準、大きく変動）	150〜180°C / 302〜356°F	梱包、木工、製本、組み立て
PE（ポリエチレン）	多孔質基材（カートン）に適しており、熱安定性に優れ、臭いが少なく、防湿性があります。	1,000 - 3,000センチポイズ	160〜190°C / 320〜374°F	包装（カートン封入）
APAO（非晶質ポリアルファオレフィン）	耐熱性が高く、粘着性があり、柔らかく、柔軟性があり、熱安定性に優れ、扱いにくい基材にも接着します。	500 - 15,000 cP以上	160〜190°C / 320〜374°F	衛生製品、自動車、繊維、製品組立（プラスチック、フォーム）
mPO（メタロセンポリオレフィン）	精密な特性、材料使用量の削減、優れた熱安定性、低臭性、糸引きの最小化、極度の温度への対応、一部のグレードでは再生可能なコンテンツを提供。	500 - 5,000センチポイズ	150〜180°C / 302〜356°F	包装（食品、冷凍庫から電子レンジまで）、組み立て、不織布
PA(ポリアミド)	高温耐性、高温用途、耐油性/耐薬品性、金属および一部のプラスチックへの良好な接着性、高価になる可能性がある	2,000 - 10,000 cP以上（多くの場合それ以上）	185～215℃以上 / 365～419°F以上	自動車、電子機器、要求の厳しい木工、フィルター
PUR（ポリウレタン反応性）	非常に強力な接着力、湿気硬化（架橋）、優れた耐熱性/耐薬品性、柔軟性、高価	2,000 - 60,000 cP以上	100〜140°C / 212〜284°F	木工、建設、自動車、電子機器、製本、製品組立
SBC（スチレンブロック共重合体）	ゴムベースで、低温柔軟性に優れ、伸び率が高く、感圧接着剤（PSA）によく使用されます。	500 - 50,000 cP以上（PSAの場合）	150〜180°C / 302〜356°F	テープ、ラベル、衛生用品、弾性アタッチメント

HMAの製造工程は、必要な接着剤の種類によって異なります。図3は、タンク内で接着剤を混合し、溶融した材料を単軸押出機に送り込み、ダイで最終形状に成形する製造工程の例を示しています。HMAは最終的にウォーターバスで冷却され、必要な長さに切断されます。次に、主な工程について説明します。

原料の準備

ホットメルト接着剤の配合に応じて、特定の原材料を慎重に選定し、正確に計量します。用途と求められる性能特性に基づき、固体状態の様々なポリマー、粘着付与剤、ワックス、添加剤が選択されます。

溶解と混合

固形原料は、必要な融点に達するまで、混合容器またはジャケット付き反応容器に移されます。あるいは、二軸スクリュー押出機で混合を行い、その後、最終的な押出も行います。

混合プロセスでは、材料は特定の温度（通常は100℃～235℃、配合によって異なります）まで加熱されます。加熱されると、ポリマー鎖を結合させている分子間力が弱まり、材料が流動性を持つようになります。その結果、溶融流動状態、いわゆる液化材料となります。[3] この材料状態から、生産品質を確保するための重要なプロセスパラメータが取得、評価、特性評価されます。

撹拌機または押出機のスクリューは、すべての成分を徹底的かつ均一に混合します。この溶融・混合工程は、最終製品の品質、粘度、機能性の一貫性を確保するために不可欠です。

重要：ホットメルト接着剤（HMA）は、 100%固体 の三脚と 水や溶剤をキャリアとして使用しないでくださいこれは大きな利点であり、乾燥や硬化の工程が不要になり、揮発性有機化合物（VOC）に関連する環境への懸念を軽減します。これは熱可塑性ポリマーであり、加熱すると可塑性または展性になり、冷却すると固化します。

注: ほとんどのホットメルト接着剤は 　つまり、高温になると液体になり、低温になると固まります。また、可逆性があり、十分に加熱すると再び溶けて内部強度を失います。

高温で接着強度が失われるのを避けるために（可逆性を意図しない限り）、接着剤のポリマー分子は 化学的に架橋された 硬化後に架橋することで、接着はより永続的になり、耐熱性も高まります。これは、 特定の反応性成分 混合中に接着剤配合物に混入する。冷却後にこの化学反応を起こすホットメルトは、 反応性ホットメルト接着剤ポリウレタン反応性 (PUR) ホットメルトは、反応性 HMA の一例です。

脱気

場合によっては、特に気泡が性能に悪影響を与える可能性のある用途では、脱ガス工程が含まれます。これは、容器内の溶融接着剤混合物を真空状態にし、閉じ込められた空気や揮発性成分を除去する工程です。

ろ過

溶融接着剤は濾過システムを通過させることができます。これにより、不純物、未溶解粒子、異物などが除去され、最終製品の純度と品質が確保されます。

押し出しと冷却

溶融した接着剤はダイを通して押し出され、ペレット、チップ、ブロック、スティック、シートなどの所望の形状に成形されます。成形後すぐに、ホットメルト接着剤は冷却ベルトやウォーターバスを用いて急速に冷却されます。この急速冷却により、接着剤は固体へと固化します。

パッケージング

ホットメルト接着剤がすべての品質管理チェックに合格すると、エンドユーザーのニーズに応じて、バッグ、ドラム、カートリッジ、その他の特殊な形状など、配布や適用に適したさまざまな容器にパッケージ化されます。

ホットメルト接着剤のいくつかの性能特性は、円滑で効率的な製造プロセスを確保し、所望の接着品質を実現するために重要です。製造における主要なパラメータは液状材料の状態で測定され、その他の試験は固形原料と最終的な接着剤を用いて行われます。これらは選択基準パラメータと呼ばれます[3]。

温度：
混合温度は、すべての成分が均一に溶融・混合されるために非常に重要です。溶融温度とは、押出または包装直前の溶融接着剤の温度であり、最終的な粘度と作業性に影響を与えます。

粘度： 溶融接着剤の流動抵抗として定義される粘度は、極めて重要です。粘度は、接着剤のポンプによる吐出・塗布のしやすさ、基材表面への濡れ性（良好な接着性）、そしてビードサイズやスプレーパターンの制御を左右します。粘度は温度に大きく依存し、温度上昇は通常、粘度の低下につながります。混合中および押出直前の粘度が制御不能、あるいは規格外になると、塗布ムラから接着不良に至るまで、多くの生産ラインの問題の主原因となります。

混合速度/せん断: 混合の強度は均一性にとって非常に重要であるため、せん断に敏感なポリマーを劣化させることなく成分が均一に分散されるように制御する必要があります。

圧力： 押出機や混合容器内でのスムーズな流れを確保し、詰まりを防止するために監視します。真空が必要な場合、真空圧が重要になります。

最終製品では、押し出し後に次のような追加のパラメータが評価されます。

軟化点: これは、固体HMAが軟化して流動化し、可塑性を示す温度です。これは主にベースポリマーの種類と、配合中のワックスの量と種類によって決まります。軟化点は塗布最低温度を決定し、最終的な接着アセンブリの耐熱性に影響を与えます。

開館時間: これは、溶融接着剤を第一の基材に塗布した後、第二の基材を接触させて良好な接着を形成するために許容される最大時間を指します[4]。オープンタイムは、組立工程の速度と機構に合わせて慎重に調整する必要があります。短すぎると、濡れ性が悪く、接着力が弱くなります。長すぎると、生産速度が低下したり、接着が固まる前に部品がずれたりする可能性があります。

設定時間（設定速度）： これは、HMAが十分に冷却・固化し、許容できる強度の接合部を形成するのに必要な時間です。これにより、組み立てられた部品を取り扱う、あるいは次の製造工程に移すことができるようになります。HMAの硬化時間の短さはHMAの主な利点の一つであり、高い生産速度に貢献します。

ポットライフ安定性: この特性は、HMAが塗布装置のタンクまたはリザーバー内で溶融状態で長期間保持された際に、指定された特性（例：粘度、色、炭化やゲル化の不在）を維持する能力を表します。ポットライフが短いと接着剤の劣化につながり、ノズルの詰まり、塗布品質のばらつき、装置のメンテナンスの増加につながる可能性があります。ポットライフの安定性を向上させるため、HMA配合には通常、酸化防止剤が含まれています。

Rheonics SRV 広範囲の粘度と温度をリアルタイムで測定するインラインプロセス粘度計です。混合タンクや貯蔵タンク、パイプラインに設置してプロセス流体を連続的に測定するのに適しています。 Rheonics SRV は高速混合プロセスと互換性があり、流体内の気泡や外部の振動の影響を受けません。

Rheonics センサーは特許取得済みのバランス型ねじり共振器 (BTR) 技術に基づいており、プローブは小型で軽量でありながら産業環境に耐える堅牢性を備え、高温アプリケーション (最大 285°C)、真空、高圧アプリケーションとの互換性を備えています。 Rheonics SRV には可動部品がなく、ステンレス鋼 316L の接液材料で提供される密閉プローブです。

SRVセンサーは、長さやプロセス接続が異なる様々なプローブバリエーションで提供されており、あらゆるアプリケーションへの設置を容易にします。すべてのSRVプローブは同じセンシング素子を使用しているため、生産プロセスにおける拡張性を容易に実現します。

前述の通り、粘度とは 重要なパラメータ HMAの場合、加工性、アプリケーションパフォーマンス、そして最終的な接着強度に直接影響するため、 Rheonics SRV インライン粘度計は、粘度と温度の両方をインラインで監視できるため、図 3.t に示すように、混合および押し出しプロセス中に特に推奨されます。

タンクへの設置

Rheonics SRVは、タンクの底部、壁面、または上部から設置できます。設置場所は、タンクの設計（サイズ、ジャケット壁、ミキシングシャフトの干渉など）と、アクセス性や設置の容易さといったユーザーの好みによって異なります。

HMA の生産監視用にタンクに SRV センサーを正しく設置するには、次の推奨事項に従う必要があります。

• 検知素子が溶融材料に接触していることを確認してください。タンク上部からの設置の場合は、 長い挿入SRV壁面や底面への設置では、検知エリアに影響を与える停滞領域につながるデッドゾーンを避けてください（図5を参照）。
• SRV プローブがタンク内の混合シャフトによって損傷されないことを確認してください。

  

   

ライン内設置

ホットメルト接着剤を混合タンクから押出機へ輸送するラインは、一定の流動特性を維持するために高温・高圧を維持する必要があります。これを実現するために、配管にはジャケットが取り付けられ、ギアポンプやピストンポンプなどの容積式ポンプが使用されます。ギアポンプはスムーズで連続的な流れを確保するのに適しており、ピストンポンプはライン内で高圧を維持できますが、わずかに脈動する流れが発生します。

Rheonics SRVは、高温・高圧下でもインライン設置に適しています。SRVは静止流体および流動流体の両方で動作し、脈動流でも問題なく作動します。HMA（高流量マニホールド）のパイプラインでは、SRVをエルボ内に設置し、プローブを流体の流れ方向と逆向きに設置することをお勧めします。

小容量またはバイパスラインへの設置

ホットメルト接着剤の製造では、サンプル採取や流体のレオロジー特性の調査のために、メインラインに接続された小径ラインやバイパスラインを使用するのが一般的です。これらのラインでは、流体の圧力と温度を一定に保つことが重要です。

このシナリオでは、 Rheonics 次のようなアクセサリを提供します:

1. フローセル: すべてのSRVインラインフローセルを見る.
2. 加熱室： Rheonics STCM-IFP は、温度制御と良好な温度分離を可能にし、流体の温度をそのまま維持するインライン チャンバーです。

   

• リアルタイムのフィードバックと制御:

  結果が遅れて出るオフラインのラボテストとは異なり、 Rheonics インラインSRV粘度計は 瞬間的かつ継続的なデータこれにより、オペレーターは原料の添加と混合時に粘度がどのように変化するかを正確に把握できます。これにより、 即時調整 温度、混合速度、さらには原材料の供給速度などのパラメータを処理します。

• 簡単なデータ統合:

  Rheonics SRVは、 SMEこのデバイスはセンサープローブからの読み取り値を取得し、粘度と温度の測定値を出力します。また、Modbus、Profinet、Ethernet/IPなど、複数の産業用通信プロトコルをネイティブに実行します。 HARTなど、ローカル監視および制御システムとの統合を可能にします。

• 製品の一貫性と品質の向上:

  製造中に粘度をより厳密に管理することで、メーカーは大幅に バッチ間のばらつきを減らすこれにより、製品品質の一貫性が向上し、規格外のバッチが減り、最終的には顧客満足度が向上します。

• 最適化された生産効率:

  逸脱を早期に検出することで、バッチ全体が台無しになる前に問題を修正できます。 廃棄物の削減 高価な原材料とエネルギーを消費します。

  エネルギーの最適化: 正確な粘度を知ることで、混合エネルギー入力と加熱を最適化でき、エネルギーを節約できる可能性があります。

• プロセスの理解とトラブルシューティング:

  Rheonics SRVは 包括的な歴史記録 HMAの粘度と温度。このデータは、プロセスの最適化、傾向の特定、そして生産上の問題が発生した場合の根本原因の迅速な診断に非常に役立ちます。

• 手動介入の削減と安全性:

  自動化されたインライン測定により、溶融HMAの高温下では危険を伴う可能性のある手作業によるサンプリングの必要性が軽減されます。また、人員を他の作業に充てることができます。

[1]：ホットメルト接着剤の特性、種類、用途

[2]：ホットメルト接着剤

[3]： https://www.klebstoffe.com/wp-content/uploads/2020/04/TKH_4_englisch.pdf

[4]： ホットメルト接着剤 (HMA) とは何ですか?