Un nou tip de adeziv poliuretanic a fost preparat utilizând poliacizi cu molecule mici și polioli cu molecule mici ca materii prime de bază pentru prepararea prepolimerilor. În timpul procesului de extindere a lanțului, polimeri hiperramificați și trimeri HDI au fost introduși în structura poliuretanului. Rezultatele testelor arată că adezivul preparat în acest studiu are o vâscozitate adecvată, o durată lungă de viață a discului adeziv, poate fi întărit rapid la temperatura camerei și are proprietăți bune de lipire, rezistență la termosudare și stabilitate termică.

Ambalajele flexibile compozite au avantajele unui aspect deosebit, unei game largi de aplicații, transportului convenabil și unui cost redus al ambalării. De la introducerea sa, au fost utilizate pe scară largă în industria alimentară, medicală, chimică de zi cu zi, electronică și alte industrii și sunt foarte apreciate de consumatori. Performanța ambalajelor flexibile compozite nu este legată doar de materialul foliei, ci depinde și de performanța adezivului compozit. Adezivul poliuretanic are numeroase avantaje, cum ar fi rezistența ridicată la lipire, ajustabilitatea puternică, igiena și siguranța. În prezent, este adezivul principal de suport pentru ambalajele flexibile compozite și este în centrul cercetărilor majore ale producătorilor de adezivi.

Îmbătrânirea la temperatură înaltă este un proces indispensabil în prepararea ambalajelor flexibile. Având în vedere obiectivele politicii naționale de „vârf de carbon” și „neutralitate a carbonului”, protecția mediului verde, reducerea emisiilor reduse de carbon, precum și eficiența ridicată și economisirea energiei au devenit obiective de dezvoltare pentru toate domeniile vieții. Temperatura și timpul de îmbătrânire au un efect pozitiv asupra rezistenței la decojire a peliculei compozite. Teoretic, cu cât temperatura de îmbătrânire este mai mare și cu cât timpul de îmbătrânire este mai lung, cu atât rata de finalizare a reacției este mai mare și cu atât efectul de întărire este mai bun. În procesul de producție real, dacă temperatura de îmbătrânire poate fi redusă și timpul de îmbătrânire poate fi scurtat, este mai bine să nu fie necesară îmbătrânirea, iar tăierea și ambalarea pot fi efectuate după oprirea mașinii. Acest lucru nu numai că poate atinge obiectivele de protecție a mediului verde și de reducere a emisiilor reduse de carbon, dar și economisește costurile de producție și îmbunătățește eficiența producției.

Acest studiu își propune să sintetizeze un nou tip de adeziv poliuretanic care are o vâscozitate și o durată de viață adecvate a discului adeziv în timpul producției și utilizării, se poate întări rapid în condiții de temperatură scăzută, de preferință fără temperatură ridicată și nu afectează performanța diverșilor indicatori ai ambalajelor flexibile compozite.

1.1 Materiale experimentale Acid adipic, acid sebacic, etilen glicol, neopentil glicol, dietilen glicol, TDI, trimer HDI, polimer hiperramificat fabricat în laborator, acetat de etil, folie de polietilenă (PE), folie de poliester (PET), folie de aluminiu (AL).
1.2 Instrumente experimentale Cuptor electric de uscare cu aer la temperatură constantă, de birou: DHG-9203A, Shanghai Yiheng Scientific Instrument Co., Ltd.; Viscozimetru rotativ: NDJ-79, Shanghai Renhe Keyi Co., Ltd.; Mașină universală de testare la tracțiune: XLW, Labthink; Analizor termogravimetric: TG209, NETZSCH, Germania; Aparat de testare a etanșării la cald: SKZ1017A, Jinan Qingqiang Electromechanical Co., Ltd.
1.3 Metoda de sinteză
1) Prepararea prepolimerului: Se uscă bine balonul cu patru gâturi și se trece N2 în el, apoi se adaugă poliolul cu moleculă mică măsurat și poliacidul în balonul cu patru gâturi și se începe agitarea. Când temperatura atinge temperatura setată și debitul de apă este apropiat de debitul teoretic de apă, se ia o anumită cantitate de probă pentru testarea valorii acidității. Când valoarea acidității este ≤20 mg/g, se începe următoarea etapă a reacției; se adaugă catalizator dozat 100×10-6, se conectează conducta de evacuare a vidului și se pornește pompa de vid, se controlează debitul de alcool în funcție de gradul de vid, când debitul real de alcool este apropiat de debitul teoretic de alcool, se ia o anumită probă pentru testarea valorii hidroxilului și se termină reacția când valoarea hidroxilului îndeplinește cerințele de proiectare. Prepolimerul poliuretanic obținut este ambalat pentru utilizare în regim de așteptare.
2) Prepararea adezivului poliuretanic pe bază de solvent: Se adaugă prepolimerul poliuretanic măsurat și esterul etilic într-un balon cu patru gâturi, se încălzește și se amestecă pentru a se dispersa uniform, apoi se adaugă TDI măsurat în balonul cu patru gâturi, se menține la cald timp de 1,0 oră, apoi se adaugă polimerul hiperramificat preparat în laborator și se continuă reacția timp de 2,0 ore, se adaugă lent trimerul HDI picătură cu picătură în balonul cu patru gâturi, se menține la cald timp de 2,0 ore, se iau probe pentru a testa conținutul de NCO, se răcește și se eliberează materialele pentru ambalare după ce conținutul de NCO este calificat.
3) Laminare uscată: Amestecați acetatul de etil, agentul principal și agentul de întărire într-o anumită proporție și amestecați uniform, apoi aplicați și pregătiți mostrele pe o mașină de laminare uscată.

1.4 Caracterizarea testului
1) Vâscozitate: Utilizați un viscozimetru rotativ și consultați standardul GB/T 2794-1995 Metoda de testare pentru vâscozitatea adezivilor;
2) Rezistența la decojire în formă de T: testată folosind o mașină universală de testare la tracțiune, conform metodei de testare a rezistenței la decojire GB/T 8808-1998;
3) Rezistența la termosudare: utilizați mai întâi un aparat de testare a termosudarii pentru a efectua termosudarea, apoi utilizați o mașină universală de testare la tracțiune pentru testare, consultați metoda de testare a rezistenței termosudarii GB/T 22638.7-2016;
4) Analiza termogravimetrică (TGA): Testul a fost efectuat utilizând un analizor termogravimetric cu o rată de încălzire de 10 ℃/min și un interval de temperatură de testare cuprins între 50 și 600 ℃.

2.1 Modificări ale vâscozității în funcție de timpul de reacție de amestecare Vâscozitatea adezivului și durata de viață a discului de cauciuc sunt indicatori importanți în procesul de producție a produsului. Dacă vâscozitatea adezivului este prea mare, cantitatea de adeziv aplicată va fi prea mare, afectând aspectul și costul de acoperire al peliculei compozite; dacă vâscozitatea este prea mică, cantitatea de adeziv aplicată va fi prea mică, iar cerneala nu poate fi infiltrată eficient, ceea ce va afecta, de asemenea, aspectul și performanța de lipire a peliculei compozite. Dacă durata de viață a discului de cauciuc este prea scurtă, vâscozitatea adezivului depozitat în rezervorul de adeziv va crește prea repede, iar adezivul nu poate fi aplicat lin, iar rola de cauciuc nu este ușor de curățat; dacă durata de viață a discului de cauciuc este prea lungă, aceasta va afecta aspectul inițial de aderență și performanța de lipire a materialului compozit și chiar va afecta rata de întărire, afectând astfel eficiența producției produsului.

Controlul adecvat al vâscozității și durata de viață a discului adeziv sunt parametri importanți pentru buna utilizare a adezivilor. Conform experienței în producție, agentul principal, acetatul de etil și agentul de întărire sunt ajustate la valoarea R și vâscozitatea corespunzătoare, iar adezivul este rulat în rezervorul de adeziv cu o rolă de cauciuc fără a aplica lipici pe peliculă. Probele de adeziv sunt prelevate la diferite perioade de timp pentru testarea vâscozității. Vâscozitatea adecvată, durata de viață corespunzătoare a discului adeziv și întărirea rapidă în condiții de temperatură scăzută sunt obiective importante urmărite de adezivii poliuretanici pe bază de solvent în timpul producției și utilizării.

2.2 Efectul temperaturii de îmbătrânire asupra rezistenței la decojire Procesul de îmbătrânire este cel mai important, consumator de timp, energie și spațiu pentru ambalajele flexibile. Nu numai că afectează rata de producție a produsului, dar, mai important, afectează aspectul și performanța de lipire a ambalajelor flexibile compozite. Având în vedere obiectivele guvernamentale de „vârf al emisiilor de carbon” și „neutralitate a emisiilor de carbon” și concurența acerbă de pe piață, îmbătrânirea la temperatură scăzută și întărirea rapidă sunt modalități eficiente de a obține un consum redus de energie, o producție ecologică și o producție eficientă.

Pelicula compozită PET/AL/PE a fost îmbătrânită la temperatura camerei și la 40, 50 și 60 ℃. La temperatura camerei, rezistența la decojire a structurii compozite AL/PE din stratul interior a rămas stabilă după o îmbătrânire de 12 ore, iar întărirea a fost practic completă; la temperatura camerei, rezistența la decojire a structurii compozite PET/AL din stratul exterior a rămas practic stabilă după o îmbătrânire de 12 ore, indicând faptul că materialul peliculei cu barieră înaltă va afecta întărirea adezivului poliuretanic; comparând condițiile de temperatură de întărire de 40, 50 și 60 ℃, nu a existat nicio diferență evidentă în ceea ce privește viteza de întărire.

Comparativ cu adezivii poliuretanici pe bază de solvent principali de pe piața actuală, timpul de îmbătrânire la temperatură înaltă este în general de 48 de ore sau chiar mai mult. Adezivul poliuretanic utilizat în acest studiu poate finaliza practic întărirea structurii cu barieră înaltă în 12 ore la temperatura camerei. Adezivul dezvoltat are funcția de întărire rapidă. Prin introducerea polimerilor hiperramificați de casă și a izocianaților multifuncționali în adeziv, indiferent de structura compozită a stratului exterior sau a stratului interior, rezistența la exfoliere în condiții de temperatură camerei nu este mult diferită de rezistența la exfoliere în condiții de îmbătrânire la temperatură înaltă, ceea ce indică faptul că adezivul dezvoltat nu numai că are funcția de întărire rapidă, ci și funcția de întărire rapidă fără temperatură ridicată.

2.3 Efectul temperaturii de îmbătrânire asupra rezistenței sigilării termice Caracteristicile de sigilare termică ale materialelor și efectul real de sigilare termică sunt afectate de mulți factori, cum ar fi echipamentul de sigilare termică, parametrii de performanță fizică și chimică ai materialului în sine, timpul de sigilare termică, presiunea de sigilare termică și temperatura de sigilare termică etc. În funcție de nevoile și experiența reală, se stabilesc un proces și parametri de sigilare termică rezonabili, iar testul de rezistență a sigilării termice a peliculei compozite după compoundare se efectuează.

Când pelicula compozită este imediat scoasă de pe mașină, rezistența la sigilare termică este relativ scăzută, doar 17 N/(15 mm). În acest moment, adezivul abia a început să se solidifice și nu poate oferi o forță de lipire suficientă. Rezistența testată în acest moment este rezistența la sigilare termică a peliculei PE; pe măsură ce timpul de îmbătrânire crește, rezistența la sigilare termică crește brusc. Rezistența la sigilare termică după o îmbătrânire de 12 ore este practic aceeași cu cea după 24 și 48 de ore, ceea ce indică faptul că întărirea este practic finalizată în 12 ore, asigurând o lipire suficientă pentru diferite pelicule, rezultând o rezistență crescută la sigilare termică. Din curba de modificare a rezistenței la sigilare termică la diferite temperaturi, se poate observa că, în aceleași condiții de timp de îmbătrânire, nu există o diferență semnificativă în ceea ce privește rezistența la sigilare termică între îmbătrânirea la temperatura camerei și condițiile de 40, 50 și 60 ℃. Îmbătrânirea la temperatura camerei poate obține complet efectul îmbătrânirii la temperatură înaltă. Structura de ambalaj flexibil compozită cu acest adeziv dezvoltat are o rezistență bună la sigilare termică în condiții de îmbătrânire la temperatură înaltă.

2.4 Stabilitatea termică a foliei întărite În timpul utilizării ambalajelor flexibile, sunt necesare sigilarea termică și confecționarea pungilor. Pe lângă stabilitatea termică a materialului foliei în sine, stabilitatea termică a foliei poliuretanice întărite determină performanța și aspectul produsului finit de ambalaj flexibil. Acest studiu utilizează metoda analizei gravimetrice termice (TGA) pentru a analiza stabilitatea termică a foliei poliuretanice întărite.

Pelicula de poliuretan întărită prezintă două vârfuri evidente de pierdere în greutate la temperatura de testare, corespunzătoare descompunerii termice a segmentului dur și a segmentului moale. Temperatura de descompunere termică a segmentului moale este relativ ridicată, iar pierderea termică în greutate începe să aibă loc la 264°C. La această temperatură, poate îndeplini cerințele de temperatură ale procesului actual de termosigilare a ambalajelor moi și poate îndeplini cerințele de temperatură pentru producția de ambalaje sau umplere automată, transportul containerelor pe distanțe lungi și procesul de utilizare; temperatura de descompunere termică a segmentului dur este mai mare, ajungând la 347°C. Adezivul fără întărire la temperatură înaltă dezvoltat are o bună stabilitate termică. Amestecul asfaltic AC-13 cu zgură de oțel a crescut cu 2,1%.

3) Când conținutul de zgură de oțel atinge 100%, adică atunci când dimensiunea particulelor individuale de 4,75 până la 9,5 mm înlocuiește complet calcarul, valoarea stabilității reziduale a amestecului asfaltic este de 85,6%, ceea ce este cu 0,5% mai mare decât cea a amestecului asfaltic AC-13 fără zgură de oțel; raportul de rezistență la despicare este de 80,8%, ceea ce este cu 0,5% mai mare decât cel al amestecului asfaltic AC-13 fără zgură de oțel. Adăugarea unei cantități adecvate de zgură de oțel poate îmbunătăți eficient stabilitatea reziduală și raportul de rezistență la despicare al amestecului asfaltic de zgură de oțel AC-13 și poate îmbunătăți eficient stabilitatea la apă a amestecului asfaltic.

1) În condiții normale de utilizare, vâscozitatea inițială a adezivului poliuretanic pe bază de solvent preparat prin introducerea de polimeri hiperramificați de casă și poliizocianați multifuncționali este de aproximativ 1500 mPa·s, ceea ce are o vâscozitate bună; durata de viață a discului adeziv ajunge la 60 de minute, ceea ce poate îndeplini pe deplin cerințele de timp de funcționare ale companiilor de ambalaje flexibile în procesul de producție.

2) Din rezistența la dezlipire și rezistența la sigilare la cald se poate observa că adezivul preparat se poate întări rapid la temperatura camerei. Nu există o diferență mare în viteza de întărire la temperatura camerei și la 40, 50 și 60 ℃ și nici în rezistența la lipire. Acest adeziv poate fi complet întărit fără temperaturi ridicate și se poate întări rapid.

3) Analiza TGA arată că adezivul are o bună stabilitate termică și poate îndeplini cerințele de temperatură în timpul producției, transportului și utilizării.