Nový typ polyuretánového lepidla bol pripravený s použitím nízkomolekulárnych polykyselín a nízkomolekulárnych polyolov ako základných surovín na prípravu prepolymérov. Počas procesu predlžovania reťazca boli do polyuretánovej štruktúry zavedené hyperrozvetvené polyméry a HDI triméry. Výsledky testov ukazujú, že lepidlo pripravené v tejto štúdii má vhodnú viskozitu, dlhú životnosť lepidla, rýchlo sa vytvrdzuje pri izbovej teplote a má dobré spojovacie vlastnosti, pevnosť pri tepelnom zvarení a tepelnú stabilitu.

Kompozitné flexibilné obaly majú výhody vynikajúceho vzhľadu, širokého spektra použitia, pohodlnej prepravy a nízkych nákladov na balenie. Od svojho uvedenia na trh sa široko používajú v potravinárskom, medicínskom, chemickom, elektronickom a inom priemysle a sú veľmi obľúbené u spotrebiteľov. Výkon kompozitných flexibilných obalov nesúvisí len s materiálom fólie, ale závisí aj od vlastností kompozitného lepidla. Polyuretánové lepidlo má mnoho výhod, ako je vysoká pevnosť spoja, silná nastaviteľnosť a hygiena a bezpečnosť. V súčasnosti je hlavným podporným lepidlom pre kompozitné flexibilné obaly a je predmetom výskumu hlavných výrobcov lepidiel.

Vysokoteplotné starnutie je nevyhnutným procesom pri príprave flexibilných obalov. S cieľmi národnej politiky „uhlíkového vrcholu“ a „uhlíkovej neutrality“ sa ekologická ochrana životného prostredia, znižovanie emisií uhlíka a vysoká účinnosť a úspora energie stali rozvojovými cieľmi všetkých oblastí života. Teplota starnutia a čas starnutia majú pozitívny vplyv na pevnosť kompozitnej fólie v odlupovaní. Teoreticky platí, že čím vyššia je teplota starnutia a čím dlhší je čas starnutia, tým vyššia je rýchlosť dokončenia reakcie a tým lepší je vytvrdzovací účinok. V skutočnom výrobnom procese, ak je možné znížiť teplotu starnutia a skrátiť čas starnutia, je najlepšie starnutie nevyžadovať a rezanie a balenie do vreciek sa môže vykonávať po vypnutí stroja. Tým sa nielen dosiahnu ciele ekologickej ochrany životného prostredia a znižovania emisií uhlíka, ale aj ušetria výrobné náklady a zlepšia efektívnosť výroby.

Cieľom tejto štúdie je syntetizovať nový typ polyuretánového lepidla, ktoré má vhodnú viskozitu a životnosť lepidla počas výroby a používania, dokáže rýchlo vytvrdnúť pri nízkych teplotách, najlepšie bez vysokej teploty, a neovplyvňuje výkonnosť rôznych ukazovateľov kompozitných flexibilných obalov.

1.1 Experimentálne materiály Kyselina adipová, kyselina sebaková, etylénglykol, neopentylglykol, dietylénglykol, TDI, HDI trimér, laboratórne vyrobený hyperrozvetvený polymér, etylacetát, polyetylénová fólia (PE), polyesterová fólia (PET), hliníková fólia (AL).
1.2 Experimentálne prístroje Stolová elektrická sušiareň s konštantnou teplotou na vzduchu: DHG-9203A, Shanghai Yiheng Scientific Instrument Co., Ltd.; Rotačný viskozimeter: NDJ-79, Shanghai Renhe Keyi Co., Ltd.; Univerzálny stroj na ťahové skúšky: XLW, Labthink; Termogravimetrický analyzátor: TG209, NETZSCH, Nemecko; Tester tepelného zvaru: SKZ1017A, Jinan Qingqiang Electromechanical Co., Ltd.
1.3 Metóda syntézy
1) Príprava prepolyméru: Štvorhrdlovú banku dôkladne osušte a prepustite do nej N2, potom pridajte odmerané množstvo polyolu s nízkou molekulovou hmotnosťou a polykyseliny do štvorhrdlovej banky a začnite miešať. Keď teplota dosiahne nastavenú teplotu a výstup vody sa blíži k teoretickému výstupu vody, odoberte určité množstvo vzorky na stanovenie čísla kyslosti. Keď je číslo kyslosti ≤ 20 mg/g, začnite ďalší krok reakcie; pridajte 100 × 10-6 odmeraný katalyzátor, pripojte vákuovú koncovku a spustite vákuové čerpadlo, regulujte rýchlosť výstupu alkoholu stupňom vákua. Keď sa skutočný výstup alkoholu blíži k teoretickému výstupu alkoholu, odoberte určitú vzorku na stanovenie hydroxylového čísla a reakciu ukončite, keď hydroxylové číslo spĺňa konštrukčné požiadavky. Získaný polyuretánový prepolymér sa zabalí do pohotovostného stavu.
2) Príprava polyuretánového lepidla na báze rozpúšťadla: Do štvorhrdlovej banky pridajte odmeraný polyuretánový prepolymér a etylester, zahrejte a miešajte, aby sa rovnomerne rozptýlili, potom pridajte odmeraný TDI do štvorhrdlovej banky, udržiavajte v teple 1,0 hodinu, potom pridajte domáci hyperrozvetvený polymér v laboratóriu a pokračujte v reakcii 2,0 hodiny, pomaly po kvapkách pridajte HDI trimér do štvorhrdlovej banky, udržiavajte v teple 2,0 hodiny, odoberte vzorky na testovanie obsahu NCO, nechajte vychladnúť a po stanovení obsahu NCO uvoľnite materiály na balenie.
3) Suchá laminácia: Zmiešajte etylacetát, hlavné činidlo a vytvrdzovacie činidlo v určitom pomere a rovnomerne premiešajte, potom naneste a pripravte vzorky na suchom laminovacom stroji.

1.4 Charakterizácia testu
1) Viskozita: Použite rotačný viskozimeter a pozrite si GB/T 2794-1995 Skúšobná metóda pre viskozitu lepidiel;
2) Pevnosť v odlupovaní v tvare T: testovaná pomocou univerzálneho stroja na skúšanie ťahu podľa metódy testovania pevnosti v odlupovaní podľa normy GB/T 8808-1998;
3) Pevnosť tepelného zvaru: najprv použite tester tepelného zvaru na vykonanie tepelného zvaru a potom na skúšku použite univerzálny stroj na skúšku ťahom, pozri metódu skúšky pevnosti tepelného zvaru GB/T 22638.7-2016;
4) Termogravimetrická analýza (TGA): Test sa vykonal pomocou termogravimetrického analyzátora s rýchlosťou ohrevu 10 ℃/min a rozsahom testovacej teploty od 50 do 600 ℃.

2.1 Zmeny viskozity s reakčným časom miešania Viskozita lepidla a životnosť gumového kotúča sú dôležitými ukazovateľmi v procese výroby produktu. Ak je viskozita lepidla príliš vysoká, množstvo naneseného lepidla bude príliš veľké, čo ovplyvní vzhľad a náklady na povlakovanie kompozitnej fólie; ak je viskozita príliš nízka, množstvo naneseného lepidla bude príliš nízke a farba sa nebude môcť účinne infiltrovať, čo tiež ovplyvní vzhľad a vlastnosti lepenia kompozitnej fólie. Ak je životnosť gumového kotúča príliš krátka, viskozita lepidla uloženého v nádrži na lepidlo sa bude príliš rýchlo zvyšovať, lepidlo sa nebude dať nanášať hladko a gumový valec sa nebude ľahko čistiť; ak je životnosť gumového kotúča príliš dlhá, ovplyvní to počiatočný vzhľad a vlastnosti lepenia kompozitného materiálu a dokonca ovplyvní rýchlosť vytvrdzovania, čím sa ovplyvní výrobná účinnosť produktu.

Vhodná kontrola viskozity a životnosť lepidla sú dôležitými parametrami pre správne použitie lepidiel. Podľa skúseností z výroby sa hlavné činidlo, etylacetát a vytvrdzovacie činidlo, nastavia na vhodnú hodnotu R a viskozitu a lepidlo sa v nádrži na lepidlo valčekom nanáša bez nanášania lepidla na fóliu. Vzorky lepidla sa odoberajú v rôznych časových intervaloch na testovanie viskozity. Vhodná viskozita, vhodná životnosť lepidla a rýchle vytvrdzovanie pri nízkych teplotách sú dôležitými cieľmi, ktoré sledujú polyuretánové lepidlá na báze rozpúšťadiel počas výroby a používania.

2.2 Vplyv teploty starnutia na pevnosť v odlupovaní Proces starnutia je najdôležitejším, časovo, energeticky a priestorovo najnáročnejším procesom pre flexibilné obaly. Ovplyvňuje nielen rýchlosť výroby produktu, ale čo je dôležitejšie, ovplyvňuje vzhľad a vlastnosti lepenia kompozitných flexibilných obalov. Vzhľadom na vládne ciele „uhlíkového vrcholu“ a „uhlíkovej neutrality“ a tvrdú konkurenciu na trhu sú nízkoteplotné starnutie a rýchle vytvrdzovanie účinnými spôsobmi na dosiahnutie nízkej spotreby energie, zelenej výroby a efektívnej výroby.

Kompozitná fólia PET/AL/PE bola podrobená starnutiu pri izbovej teplote a pri teplotách 40, 50 a 60 °C. Pri izbovej teplote zostala pevnosť v odlupovaní vnútornej vrstvy kompozitnej štruktúry AL/PE po 12 hodinách starnutia stabilná a vytvrdzovanie bolo v podstate ukončené; pri izbovej teplote zostala pevnosť v odlupovaní vonkajšej vrstvy vysokobariérovej kompozitnej štruktúry PET/AL po 12 hodinách starnutia v podstate stabilná, čo naznačuje, že vysokobariérový filmový materiál ovplyvní vytvrdzovanie polyuretánového lepidla; pri porovnaní teplotných podmienok vytvrdzovania 40, 50 a 60 °C nebol zjavný žiadny rozdiel v rýchlosti vytvrdzovania.

V porovnaní s bežnými polyuretánovými lepidlami na báze rozpúšťadiel, ktoré sú v súčasnosti na trhu, je doba zrenia pri vysokej teplote zvyčajne 48 hodín alebo aj dlhšie. Polyuretánové lepidlo v tejto štúdii dokáže v podstate dokončiť vytvrdnutie vysokobariérovej štruktúry za 12 hodín pri izbovej teplote. Vyvinuté lepidlo má funkciu rýchleho vytvrdzovania. Zavedením domácich hyperrozvetvených polymérov a multifunkčných izokyanátov do lepidla, bez ohľadu na vonkajšiu alebo vnútornú kompozitnú štruktúru vrstvy, sa pevnosť v odlupovaní pri izbovej teplote veľmi nelíši od pevnosti v odlupovaní pri podmienkach starnutia pri vysokej teplote, čo naznačuje, že vyvinuté lepidlo má nielen funkciu rýchleho vytvrdzovania, ale aj funkciu rýchleho vytvrdzovania bez vysokej teploty.

2.3 Vplyv teploty starnutia na pevnosť tepelného zvaru Vlastnosti tepelného zvaru materiálov a skutočný účinok tepelného zvaru sú ovplyvnené mnohými faktormi, ako sú zariadenie na tepelné zvarenie, fyzikálne a chemické parametre samotného materiálu, čas tepelného zvaru, tlak tepelného zvaru a teplota tepelného zvaru atď. Podľa skutočných potrieb a skúseností sa stanoví primeraný proces a parametre tepelného zvaru a po zmiešaní sa vykoná skúška pevnosti tepelného zvaru kompozitnej fólie.

Keď je kompozitná fólia hneď po vybalení zo stroja, pevnosť tepelného zvaru je relatívne nízka, iba 17 N/(15 mm). V tomto čase lepidlo práve začalo tuhnúť a nedokáže zabezpečiť dostatočnú spojovaciu silu. Testovaná pevnosť v tomto čase je pevnosť tepelného zvaru PE fólie; s predlžujúcim sa časom starnutia sa pevnosť tepelného zvaru prudko zvyšuje. Pevnosť tepelného zvaru po 12 hodinách starnutia je v podstate rovnaká ako po 24 a 48 hodinách, čo naznačuje, že vytvrdzovanie je v podstate dokončené za 12 hodín, čo poskytuje dostatočné spojenie pre rôzne fólie, čo vedie k zvýšenej pevnosti tepelného zvaru. Z krivky zmeny pevnosti tepelného zvaru pri rôznych teplotách je zrejmé, že za rovnakých podmienok času starnutia nie je veľký rozdiel v pevnosti tepelného zvaru medzi starnutím pri izbovej teplote a podmienkami 40, 50 a 60 ℃. Starnutie pri izbovej teplote môže úplne dosiahnuť efekt starnutia pri vysokej teplote. Flexibilná obalová štruktúra zložená s týmto vyvinutým lepidlom má dobrú pevnosť tepelného zvaru za podmienok starnutia pri vysokej teplote.

2.4 Tepelná stabilita vytvrdenej fólie Počas používania flexibilných obalov je potrebné tepelné zváranie a výroba vreciek. Okrem tepelnej stability samotného fóliového materiálu určuje tepelná stabilita vytvrdenej polyuretánovej fólie aj výkon a vzhľad hotového flexibilného obalového produktu. Táto štúdia využíva metódu tepelnej gravimetrickej analýzy (TGA) na analýzu tepelnej stability vytvrdenej polyuretánovej fólie.

Vytvrdená polyuretánová fólia má pri testovacej teplote dva zjavné vrcholy úbytku hmotnosti, ktoré zodpovedajú tepelnému rozkladu tvrdého a mäkkého segmentu. Teplota tepelného rozkladu mäkkého segmentu je relatívne vysoká a tepelný úbytok hmotnosti začína pri 264 °C. Pri tejto teplote dokáže splniť teplotné požiadavky súčasného procesu tepelného zvárania mäkkých obalov a môže splniť teplotné požiadavky výroby automatického balenia alebo plnenia, prepravy kontajnerov na dlhé vzdialenosti a procesu používania; teplota tepelného rozkladu tvrdého segmentu je vyššia a dosahuje 347 °C. Vyvinuté vysokoteplotné lepidlo bez vytvrdzovania má dobrú tepelnú stabilitu. Asfaltová zmes AC-13 s oceľovou troskou sa zvýšila o 2,1 %.

3) Keď obsah oceľovej trosky dosiahne 100 %, t. j. keď veľkosť jednotlivých častíc 4,75 až 9,5 mm úplne nahradí vápenec, hodnota zvyškovej stability asfaltovej zmesi je 85,6 %, čo je o 0,5 % viac ako u asfaltovej zmesi AC-13 bez oceľovej trosky; pomer pevnosti v štiepení je 80,8 %, čo je o 0,5 % viac ako u asfaltovej zmesi AC-13 bez oceľovej trosky. Pridanie vhodného množstva oceľovej trosky môže účinne zlepšiť zvyškovú stabilitu a pomer pevnosti v štiepení asfaltovej zmesi oceľovej trosky AC-13 a môže účinne zlepšiť stabilitu asfaltovej zmesi vo vode.

1) Za normálnych podmienok používania je počiatočná viskozita polyuretánového lepidla na báze rozpúšťadla, pripraveného zavedením domácich hyperrozvetvených polymérov a multifunkčných polyizokyanátov, okolo 1500 mPa·s, čo má dobrú viskozitu; životnosť lepidla dosahuje 60 minút, čo môže plne spĺňať požiadavky na prevádzkový čas spoločností zaoberajúcich sa flexibilnými obalmi vo výrobnom procese.

2) Z pevnosti v odlupovaní a pevnosti tepelného spoja je zrejmé, že pripravené lepidlo dokáže rýchlo vytvrdnúť pri izbovej teplote. Nie je veľký rozdiel v rýchlosti vytvrdzovania pri izbovej teplote a pri 40, 50 a 60 ℃ a nie je veľký rozdiel ani v pevnosti spoja. Toto lepidlo sa dá úplne vytvrdnúť bez vysokej teploty a rýchlo vytvrdne.

3) TGA analýza ukazuje, že lepidlo má dobrú tepelnú stabilitu a dokáže splniť teplotné požiadavky počas výroby, prepravy a používania.