Nova vrsta poliuretanskog ljepila pripremljena je korištenjem polikiselina malih molekula i poliola malih molekula kao osnovnih sirovina za pripremu prepolimera. Tijekom procesa produljenja lanca, u strukturu poliuretana uvedeni su hiperrazgranati polimeri i HDI trimeri. Rezultati ispitivanja pokazuju da ljepilo pripremljeno u ovoj studiji ima odgovarajuću viskoznost, dug vijek trajanja ljepljivog diska, može se brzo stvrdnjavati na sobnoj temperaturi te ima dobra svojstva lijepljenja, čvrstoću toplinskog brtvljenja i toplinsku stabilnost.

Kompozitna fleksibilna ambalaža ima prednosti izvrsnog izgleda, širokog raspona primjene, praktičnog transporta i niskih troškova ambalaže. Od svog uvođenja, široko se koristi u prehrambenoj, medicinskoj, svakodnevnoj kemijskoj, elektroničkoj i drugim industrijama te je izuzetno popularna među potrošačima. Performanse kompozitne fleksibilne ambalaže nisu povezane samo s materijalom folije, već ovise i o performansama kompozitnog ljepila. Poliuretansko ljepilo ima mnoge prednosti kao što su visoka čvrstoća lijepljenja, snažna prilagodljivost te higijena i sigurnost. Trenutno je to glavno potporno ljepilo za kompozitnu fleksibilnu ambalažu i fokus istraživanja glavnih proizvođača ljepila.

Starenje na visokim temperaturama neizostavan je proces u pripremi fleksibilne ambalaže. S ciljevima nacionalne politike "vrhunca ugljika" i "ugljične neutralnosti", zelena zaštita okoliša, smanjenje emisija s niskom razinom ugljika te visoka učinkovitost i ušteda energije postali su razvojni ciljevi svih sfera života. Temperatura starenja i vrijeme starenja pozitivno utječu na čvrstoću ljuštenja kompozitne folije. Teoretski, što je viša temperatura starenja i dulje vrijeme starenja, to je veća brzina završetka reakcije i bolji učinak stvrdnjavanja. U stvarnom procesu proizvodne primjene, ako se temperatura starenja može sniziti i vrijeme starenja skratiti, najbolje je ne zahtijevati starenje, a rezanje i pakiranje u vreće mogu se obaviti nakon što je stroj isključen. To ne samo da može postići ciljeve zelene zaštite okoliša i smanjenja emisija s niskom razinom ugljika, već i uštedjeti troškove proizvodnje i poboljšati učinkovitost proizvodnje.

Ova studija ima za cilj sintetizirati novu vrstu poliuretanskog ljepila koje ima odgovarajuću viskoznost i vijek trajanja ljepljivog diska tijekom proizvodnje i upotrebe, može se brzo stvrdnjavati u uvjetima niskih temperatura, po mogućnosti bez visokih temperatura, i ne utječe na performanse različitih pokazatelja kompozitne fleksibilne ambalaže.

1.1 Eksperimentalni materijali Adipinska kiselina, sebacinska kiselina, etilen glikol, neopentil glikol, dietilen glikol, TDI, HDI trimer, laboratorijski izrađen hiperrazgranati polimer, etil acetat, polietilenska folija (PE), poliesterska folija (PET), aluminijska folija (AL).
1.2 Eksperimentalni instrumenti Stolna električna sušionica na zraku s konstantnom temperaturom: DHG-9203A, Shanghai Yiheng Scientific Instrument Co., Ltd.; Rotacijski viskozimetar: NDJ-79, Shanghai Renhe Keyi Co., Ltd.; Univerzalni stroj za ispitivanje vlačne čvrstoće: XLW, Labthink; Termogravimetrijski analizator: TG209, NETZSCH, Njemačka; Ispitivač toplinskog brtvljenja: SKZ1017A, Jinan Qingqiang Electromechanical Co., Ltd.
1.3 Metoda sinteze
1) Priprema predpolimera: Temeljito osušite tikvicu s četiri grla i propustite N2 u nju, zatim dodajte izmjereni poliol male molekule i polikiselinu u tikvicu s četiri grla i počnite miješati. Kada temperatura dostigne zadanu temperaturu i izlaz vode je blizu teorijskog izlaza vode, uzmite određenu količinu uzorka za ispitivanje kiselinske vrijednosti. Kada je kiselinska vrijednost ≤20 mg/g, započnite sljedeći korak reakcije; dodajte 100×10-6 odmjerenog katalizatora, spojite vakuumsku ispušnu cijev i pokrenite vakuumsku pumpu, kontrolirajte brzinu izlaza alkohola stupnjem vakuuma, kada je stvarni izlaz alkohola blizu teorijskog izlaza alkohola, uzmite određeni uzorak za ispitivanje hidroksilne vrijednosti i prekinite reakciju kada hidroksilna vrijednost zadovoljava projektne zahtjeve. Dobiveni poliuretanski predpolimer pakira se za pripravnu upotrebu.
2) Priprema poliuretanskog ljepila na bazi otapala: U tikvicu s četiri grla dodati izmjereni poliuretanski prepolimer i etil ester, zagrijati i miješati dok se ravnomjerno ne dispergiraju, zatim dodati izmjereni TDI u tikvicu s četiri grla, držati na toplom 1,0 h, zatim dodati domaći hiperrazgranati polimer u laboratoriju i nastaviti reagirati 2,0 h, polako kap po kap dodati HDI trimer u tikvicu s četiri grla, držati na toplom 2,0 h, uzeti uzorke za testiranje sadržaja NCO-a, ohladiti i pustiti materijale za pakiranje nakon što se kvalificira sadržaj NCO-a.
3) Suha laminacija: Pomiješajte etil acetat, glavno sredstvo i sredstvo za učvršćivanje u određenom omjeru i ravnomjerno promiješajte, zatim nanesite i pripremite uzorke na stroju za suhu laminaciju.

1.4 Karakterizacija testa
1) Viskoznost: Koristite rotacijski viskozimetar i pogledajte GB/T 2794-1995 Metoda ispitivanja viskoznosti ljepila;
2) T-čvrstoća ljuštenja: ispitano univerzalnim strojem za ispitivanje vlačne čvrstoće, u skladu s metodom ispitivanja čvrstoće ljuštenja GB/T 8808-1998;
3) Čvrstoća toplinskog brtvljenja: prvo upotrijebite tester toplinskog brtvljenja za izvođenje toplinskog brtvljenja, a zatim upotrijebite univerzalni stroj za ispitivanje vlačne čvrstoće za ispitivanje, pogledajte metodu ispitivanja čvrstoće toplinskog brtvljenja GB/T 22638.7-2016;
4) Termogravimetrijska analiza (TGA): Ispitivanje je provedeno pomoću termogravimetrijskog analizatora s brzinom zagrijavanja od 10 ℃/min i rasponom temperature ispitivanja od 50 do 600 ℃.

2.1 Promjene viskoznosti s vremenom reakcije miješanja Viskoznost ljepila i vijek trajanja gumenog diska važni su pokazatelji u procesu proizvodnje proizvoda. Ako je viskoznost ljepila previsoka, količina nanesenog ljepila bit će prevelika, što će utjecati na izgled i cijenu premaza kompozitne folije; ako je viskoznost preniska, količina nanesenog ljepila bit će preniska i tinta se neće moći učinkovito infiltrirati, što će također utjecati na izgled i performanse lijepljenja kompozitne folije. Ako je vijek trajanja gumenog diska prekratak, viskoznost ljepila pohranjenog u spremniku ljepila će se prebrzo povećati i ljepilo se neće moći glatko nanositi, a gumeni valjak nije lako očistiti; ako je vijek trajanja gumenog diska predug, to će utjecati na početni izgled prianjanja i performanse lijepljenja kompozitnog materijala, pa čak i na brzinu stvrdnjavanja, što će utjecati na učinkovitost proizvodnje proizvoda.

Odgovarajuća kontrola viskoznosti i vijek trajanja ljepljivog diska važni su parametri za dobru upotrebu ljepila. Prema iskustvu u proizvodnji, glavno sredstvo, etil acetat i sredstvo za učvršćivanje podešavaju se na odgovarajuću R vrijednost i viskoznost, a ljepilo se valja u spremniku za ljepilo gumenim valjkom bez nanošenja ljepila na film. Uzorci ljepila uzimaju se u različitim vremenskim razdobljima za ispitivanje viskoznosti. Odgovarajuća viskoznost, odgovarajući vijek trajanja ljepljivog diska i brzo stvrdnjavanje pri niskim temperaturama važni su ciljevi koje teže poliuretanska ljepila na bazi otapala tijekom proizvodnje i upotrebe.

2.2 Utjecaj temperature starenja na čvrstoću ljuštenja Proces starenja je najvažniji, vremenski zahtjevan, energetski i prostorno intenzivan proces za fleksibilnu ambalažu. Ne utječe samo na brzinu proizvodnje proizvoda, već, što je još važnije, utječe na izgled i performanse lijepljenja kompozitne fleksibilne ambalaže. Suočeni s vladinim ciljevima "vrhunca ugljika" i "ugljične neutralnosti" te žestokom tržišnom konkurencijom, starenje na niskim temperaturama i brzo stvrdnjavanje učinkoviti su načini za postizanje niske potrošnje energije, zelene proizvodnje i učinkovite proizvodnje.

Kompozitna folija PET/AL/PE je odležavana na sobnoj temperaturi te na 40, 50 i 60 ℃. Na sobnoj temperaturi, čvrstoća ljuštenja unutarnjeg sloja AL/PE kompozitne strukture ostala je stabilna nakon starenja od 12 sati, a stvrdnjavanje je u osnovi završeno; na sobnoj temperaturi, čvrstoća ljuštenja vanjskog sloja PET/AL visokobarijerne kompozitne strukture ostala je u osnovi stabilna nakon starenja od 12 sati, što ukazuje na to da će visokobarijerni film utjecati na stvrdnjavanje poliuretanskog ljepila; uspoređujući uvjete temperature stvrdnjavanja od 40, 50 i 60 ℃, nije bilo očite razlike u brzini stvrdnjavanja.

U usporedbi s glavnim poliuretanskim ljepilima na bazi otapala na trenutnom tržištu, vrijeme starenja na visokim temperaturama općenito je 48 sati ili čak i dulje. Poliuretansko ljepilo u ovoj studiji može u osnovi dovršiti stvrdnjavanje visokobarijerne strukture za 12 sati na sobnoj temperaturi. Razvijeno ljepilo ima funkciju brzog stvrdnjavanja. Uvođenjem domaćih hiperrazgranatih polimera i multifunkcionalnih izocijanata u ljepilo, bez obzira na kompozitnu strukturu vanjskog sloja ili kompozitnu strukturu unutarnjeg sloja, čvrstoća ljuštenja na sobnoj temperaturi ne razlikuje se puno od čvrstoće ljuštenja na visokim temperaturama, što ukazuje na to da razvijeno ljepilo ne samo da ima funkciju brzog stvrdnjavanja, već ima i funkciju brzog stvrdnjavanja bez visoke temperature.

2.3 Utjecaj temperature starenja na čvrstoću toplinskog brtvljenja Na karakteristike toplinskog brtvljenja materijala i stvarni učinak toplinskog brtvljenja utječu mnogi čimbenici, kao što su oprema za toplinsko brtvljenje, fizikalni i kemijski parametri samog materijala, vrijeme toplinskog brtvljenja, tlak toplinskog brtvljenja i temperatura toplinskog brtvljenja itd. Prema stvarnim potrebama i iskustvu, određuju se razuman postupak i parametri toplinskog brtvljenja te se provodi ispitivanje čvrstoće toplinskog brtvljenja kompozitne folije nakon miješanja.

Kada je kompozitna folija odmah izvan stroja, čvrstoća toplinskog brtvljenja je relativno niska, samo 17 N/(15 mm). U ovom trenutku ljepilo se tek počelo stvrdnjavati i ne može osigurati dovoljnu silu lijepljenja. Čvrstoća testirana u ovom trenutku je čvrstoća toplinskog brtvljenja PE folije; kako se vrijeme starenja povećava, čvrstoća toplinskog brtvljenja naglo raste. Čvrstoća toplinskog brtvljenja nakon starenja od 12 sati je u osnovi ista kao i nakon 24 i 48 sati, što ukazuje na to da je stvrdnjavanje u osnovi završeno za 12 sati, osiguravajući dovoljno lijepljenje za različite folije, što rezultira povećanom čvrstoćom toplinskog brtvljenja. Iz krivulje promjene čvrstoće toplinskog brtvljenja na različitim temperaturama može se vidjeti da pod istim uvjetima vremena starenja nema velike razlike u čvrstoći toplinskog brtvljenja između starenja na sobnoj temperaturi i uvjeta na 40, 50 i 60 ℃. Starenje na sobnoj temperaturi može u potpunosti postići učinak starenja na visokoj temperaturi. Fleksibilna struktura pakiranja kompozitna s ovim razvijenim ljepilom ima dobru čvrstoću toplinskog brtvljenja pod uvjetima starenja na visokoj temperaturi.

2.4 Toplinska stabilnost očvrsnule folije Tijekom upotrebe fleksibilne ambalaže potrebno je toplinsko brtvljenje i izrada vrećica. Osim toplinske stabilnosti samog materijala folije, toplinska stabilnost očvrsnule poliuretanske folije određuje performanse i izgled gotovog fleksibilnog pakiranja. Ova studija koristi metodu toplinske gravimetrijske analize (TGA) za analizu toplinske stabilnosti očvrsnule poliuretanske folije.

Očvrsnuta poliuretanska folija ima dva očita vrha gubitka težine na temperaturi ispitivanja, što odgovara toplinskoj razgradnji tvrdog i mekog segmenta. Temperatura toplinske razgradnje mekog segmenta je relativno visoka, a toplinski gubitak težine počinje se javljati na 264 °C. Na toj temperaturi može zadovoljiti temperaturne zahtjeve trenutnog procesa toplinskog zatvaranja mekog pakiranja i može zadovoljiti temperaturne zahtjeve proizvodnje automatskog pakiranja ili punjenja, prijevoza kontejnera na velike udaljenosti i procesa upotrebe; temperatura toplinske razgradnje tvrdog segmenta je viša i doseže 347 °C. Razvijeno ljepilo bez stvrdnjavanja na visokim temperaturama ima dobru toplinsku stabilnost. Asfaltna mješavina AC-13 sa čeličnom zgurom povećala se za 2,1%.

3) Kada udio čelične zgure dosegne 100%, tj. kada veličina pojedinačnih čestica od 4,75 do 9,5 mm u potpunosti zamijeni vapnenac, vrijednost preostale stabilnosti asfaltne smjese iznosi 85,6%, što je 0,5% više od asfaltne smjese AC-13 bez čelične zgure; omjer čvrstoće cijepanja iznosi 80,8%, što je 0,5% više od asfaltne smjese AC-13 bez čelične zgure. Dodavanje odgovarajuće količine čelične zgure može učinkovito poboljšati preostalu stabilnost i omjer čvrstoće cijepanja asfaltne smjese AC-13 s čeličnom zgurom te može učinkovito poboljšati stabilnost asfaltne smjese u vodi.

1) U normalnim uvjetima upotrebe, početna viskoznost poliuretanskog ljepila na bazi otapala, pripremljenog uvođenjem domaćih hiperrazgranatih polimera i multifunkcionalnih poliizocijanata, iznosi oko 1500 mPa·s, što ima dobru viskoznost; vijek trajanja ljepljivog diska doseže 60 minuta, što u potpunosti zadovoljava zahtjeve za vremenom rada tvrtki za fleksibilnu ambalažu u proizvodnom procesu.

2) Iz čvrstoće ljuštenja i čvrstoće toplinskog brtvljenja može se vidjeti da se pripremljeno ljepilo može brzo stvrdnjavati na sobnoj temperaturi. Nema velike razlike u brzini stvrdnjavanja na sobnoj temperaturi i na 40, 50 i 60 ℃, a nema ni velike razlike u čvrstoći lijepljenja. Ovo ljepilo se može potpuno stvrdnjavati bez visoke temperature i brzo se stvrdnjava.

3) TGA analiza pokazuje da ljepilo ima dobru toplinsku stabilnost i može zadovoljiti temperaturne zahtjeve tijekom proizvodnje, transporta i upotrebe.