Nova vrsta poliuretanskega lepila je bila pripravljena z uporabo nizkomolekularnih polikislin in nizkomolekularnih poliolov kot osnovnih surovin za pripravo predpolimerov. Med postopkom podaljševanja verige so bili v poliuretansko strukturo vneseni hiperrazvejani polimeri in HDI trimeri. Rezultati testov kažejo, da ima lepilo, pripravljeno v tej študiji, primerno viskoznost, dolgo življenjsko dobo lepilne plošče, se lahko hitro strdi pri sobni temperaturi ter ima dobre vezivne lastnosti, trdnost toplotnega varjenja in toplotno stabilnost.

Kompozitna fleksibilna embalaža ima prednosti izvrsten videz, širok spekter uporabe, enostaven transport in nizke stroške embalaže. Od svoje uvedbe se pogosto uporablja v živilski, medicinski, vsakodnevni kemični, elektronski in drugih industrijah ter je med potrošniki zelo priljubljena. Učinkovitost kompozitne fleksibilne embalaže ni povezana le z materialom folije, temveč je odvisna tudi od učinkovitosti kompozitnega lepila. Poliuretansko lepilo ima številne prednosti, kot so visoka trdnost lepljenja, močna prilagodljivost ter higiena in varnost. Trenutno je glavno nosilno lepilo za kompozitno fleksibilno embalažo in je v središču raziskav večjih proizvajalcev lepil.

Staranje pri visokih temperaturah je nepogrešljiv postopek pri pripravi fleksibilne embalaže. Z nacionalnimi političnimi cilji "ogljičnega vrha" in "ogljične nevtralnosti" so zeleno varstvo okolja, zmanjšanje emisij ogljika z nizkimi emisijami ter visoka učinkovitost in varčevanje z energijo postali razvojni cilji vseh družbenih slojev. Temperatura in čas staranja pozitivno vplivata na odpornost kompozitne folije proti luščenju. Teoretično velja, da višja kot je temperatura staranja in daljši kot je čas staranja, višja je stopnja zaključka reakcije in boljši je učinek strjevanja. V dejanskem proizvodnem procesu, če je mogoče znižati temperaturo staranja in skrajšati čas staranja, je najbolje, da staranja sploh ni treba, rezanje in pakiranje v vrečke pa se lahko izvede po izklopu stroja. To ne le doseže cilje zelenega varstva okolja in zmanjšanja emisij ogljika, temveč tudi prihrani proizvodne stroške in izboljša učinkovitost proizvodnje.

Namen te študije je sintetizirati novo vrsto poliuretanskega lepila, ki ima primerno viskoznost in življenjsko dobo lepilne plošče med proizvodnjo in uporabo, se lahko hitro strdi pri nizkih temperaturah, po možnosti brez visoke temperature, in ne vpliva na delovanje različnih kazalnikov kompozitne fleksibilne embalaže.

1.1 Eksperimentalni materiali Adipinska kislina, sebacinska kislina, etilen glikol, neopentil glikol, dietilen glikol, TDI, HDI trimer, laboratorijsko izdelan hiperrazvejani polimer, etil acetat, polietilenska folija (PE), poliestrska folija (PET), aluminijasta folija (AL).
1.2 Eksperimentalne instrumente Namizna električna sušilna peč na zraku s konstantno temperaturo: DHG-9203A, Shanghai Yiheng Scientific Instrument Co., Ltd.; Rotacijski viskozimeter: NDJ-79, Shanghai Renhe Keyi Co., Ltd.; Univerzalni stroj za natezno testiranje: XLW, Labthink; Termogravimetrični analizator: TG209, NETZSCH, Nemčija; Naprava za preizkušanje toplotnega tesnjenja: SKZ1017A, Jinan Qingqiang Electromechanical Co., Ltd.
1.3 Metoda sinteze
1) Priprava predpolimera: Štirivratno bučko temeljito posušite in vanjo spustite N2, nato v štirivratno bučko dodajte izmerjeno količino poliola z majhnimi molekulami in polikisline ter začnite mešati. Ko temperatura doseže nastavljeno temperaturo in je izhodna količina vode blizu teoretične, odvzemite določeno količino vzorca za preizkus kislinskega števila. Ko je kislinsko število ≤ 20 mg/g, začnite z naslednjim korakom reakcije; dodajte 100 × 10⁻⁶ odmerjenega katalizatorja, priključite vakuumsko cev in zaženite vakuumsko črpalko, nadzorujte hitrost izhoda alkohola s stopnjo vakuuma. Ko je dejanska izhodna količina alkohola blizu teoretične, odvzemite določen vzorec za preizkus hidroksilnega števila in reakcijo zaključijte, ko hidroksilno število doseže zahtevano vrednost. Pridobljeni poliuretanski predpolimer je zapakiran za uporabo v stanju pripravljenosti.
2) Priprava poliuretanskega lepila na osnovi topila: V štirivratno bučko dodajte odmerjeni poliuretanski predpolimer in etil ester, segrejte in mešajte, da se enakomerno dispergirata, nato dodajte odmerjeni TDI v štirivratno bučko in pustite na toplem 1,0 uro, nato dodajte doma narejen hiperrazvejani polimer v laboratoriju in nadaljujte z reakcijo 2,0 uri, počasi po kapljicah dodajte trimer HDI v štirivratno bučko in pustite na toplem 2,0 uri, odvzemite vzorce za testiranje vsebnosti NCO, ohladite in po kvalifikaciji vsebnosti NCO sprostite materiale za pakiranje.
3) Suha laminacija: Zmešajte etil acetat, glavno sredstvo in sredstvo za utrjevanje v določenem razmerju in enakomerno premešajte, nato nanesite in pripravite vzorce na stroju za suho laminiranje.

1.4 Karakterizacija testa
1) Viskoznost: Uporabite rotacijski viskozimeter in glejte GB/T 2794-1995 Preskusna metoda za viskoznost lepil;
2) T-odlupna trdnost: preizkušeno z univerzalnim nateznim preskusnim strojem, ki se nanaša na metodo preskusa odlupne trdnosti GB/T 8808-1998;
3) Trdnost toplotnega tesnjenja: najprej uporabite tester toplotnega tesnjenja za izvedbo toplotnega tesnjenja, nato pa za preskus uporabite univerzalni stroj za preizkušanje natezne trdnosti, glejte metodo preizkušanja trdnosti toplotnega tesnjenja GB/T 22638.7-2016;
4) Termogravimetrična analiza (TGA): Preskus je bil izveden s termogravimetričnim analizatorjem s hitrostjo segrevanja 10 ℃/min in temperaturnim območjem od 50 do 600 ℃.

2.1 Spremembe viskoznosti z reakcijskim časom mešanja Viskoznost lepila in življenjska doba gumijastega diska sta pomembna kazalnika v proizvodnem procesu izdelka. Če je viskoznost lepila previsoka, bo količina nanesenega lepila prevelika, kar bo vplivalo na videz in stroške premaza kompozitne folije; če je viskoznost prenizka, bo količina nanesenega lepila prenizka in črnilo se ne bo moglo učinkovito infiltrirati, kar bo vplivalo tudi na videz in učinkovitost lepljenja kompozitne folije. Če je življenjska doba gumijastega diska prekratka, se bo viskoznost lepila, shranjenega v posodi za lepilo, prehitro povečala, lepila ni mogoče gladko nanesti in gumijastega valja ni enostavno očistiti; če je življenjska doba gumijastega diska predolga, bo to vplivalo na začetni videz oprijema in učinkovitost lepljenja kompozitnega materiala ter celo na hitrost strjevanja, kar bo vplivalo na proizvodno učinkovitost izdelka.

Ustrezen nadzor viskoznosti in življenjska doba lepilne plošče sta pomembna parametra za dobro uporabo lepil. Glede na proizvodne izkušnje se glavno sredstvo, etil acetat in trdilec, prilagodita ustrezni vrednosti R in viskoznosti, lepilo pa se v posodi za lepilo valja z gumijastim valjčkom, ne da bi se lepilo nanašalo na film. Vzorci lepila se odvzamejo v različnih časovnih obdobjih za testiranje viskoznosti. Ustrezna viskoznost, ustrezna življenjska doba lepilne plošče in hitro strjevanje pri nizkih temperaturah so pomembni cilji, ki jih zasledujejo poliuretanska lepila na osnovi topil med proizvodnjo in uporabo.

2.2 Vpliv temperature staranja na trdnost luščenja Postopek staranja je najpomembnejši, časovno potraten, energetsko intenziven in prostorsko intenziven postopek za fleksibilno embalažo. Ne vpliva le na hitrost proizvodnje izdelka, temveč, kar je še pomembneje, na videz in učinkovitost lepljenja kompozitne fleksibilne embalaže. Soočeni z vladnimi cilji "ogljičnega vrha" in "ogljične nevtralnosti" ter ostro tržno konkurenco sta staranje pri nizkih temperaturah in hitro strjevanje učinkovita načina za doseganje nizke porabe energije, zelene in učinkovite proizvodnje.

Kompozitna folija PET/AL/PE je bila starana pri sobni temperaturi ter pri 40, 50 in 60 °C. Pri sobni temperaturi je trdnost luščenja notranje plasti kompozitne strukture AL/PE po 12 urah staranja ostala stabilna in strjevanje je bilo v bistvu končano; pri sobni temperaturi je trdnost luščenja zunanje plasti visoko pregradne kompozitne strukture PET/AL po 12 urah staranja ostala v bistvu stabilna, kar kaže, da bo visoko pregradni filmski material vplival na strjevanje poliuretanskega lepila; pri primerjavi temperaturnih pogojev strjevanja pri 40, 50 in 60 °C ni bilo očitne razlike v hitrosti strjevanja.

V primerjavi z običajnimi poliuretanskimi lepili na osnovi topil, ki so trenutno na trgu, je čas staranja pri visoki temperaturi običajno 48 ur ali celo daljši. Poliuretansko lepilo v tej študiji lahko v bistvu zaključi strjevanje visoko pregradne strukture v 12 urah pri sobni temperaturi. Razvito lepilo ima funkcijo hitrega strjevanja. Z uvedbo doma izdelanih hiperrazvejanih polimerov in večfunkcijskih izocianatov v lepilo, ne glede na kompozitno strukturo zunanje ali notranje plasti, se trdnost luščenja pri sobni temperaturi ne razlikuje bistveno od trdnosti luščenja pri pogojih staranja pri visoki temperaturi, kar kaže, da ima razvito lepilo ne le funkcijo hitrega strjevanja, ampak tudi funkcijo hitrega strjevanja brez visoke temperature.

2.3 Vpliv temperature staranja na trdnost toplotnega tesnjenja Na značilnosti toplotnega tesnjenja materialov in dejanski učinek toplotnega tesnjenja vpliva veliko dejavnikov, kot so oprema za toplotno tesnjenje, fizikalni in kemijski parametri delovanja samega materiala, čas toplotnega tesnjenja, tlak toplotnega tesnjenja in temperatura toplotnega tesnjenja itd. Glede na dejanske potrebe in izkušnje se določi razumen postopek in parametri toplotnega tesnjenja ter se po mešanju izvede preizkus trdnosti toplotnega tesnjenja kompozitne folije.

Ko je kompozitna folija tik pred iztiskom iz stroja, je trdnost toplotnega varjenja relativno nizka, le 17 N/(15 mm). V tem času se lepilo šele začne strjevati in ne more zagotoviti zadostne vezi. Trdnost, ki se v tem času preizkusi, je trdnost toplotnega varjenja PE folije; s povečevanjem časa staranja se trdnost toplotnega varjenja močno poveča. Trdnost toplotnega varjenja po staranju 12 ur je v bistvu enaka kot po 24 in 48 urah, kar kaže, da je strjevanje v bistvu končano v 12 urah, kar zagotavlja zadostno vezavo za različne folije, kar ima za posledico povečano trdnost toplotnega varjenja. Iz krivulje spremembe trdnosti toplotnega varjenja pri različnih temperaturah je razvidno, da pri enakih pogojih staranja ni velike razlike v trdnosti toplotnega varjenja med staranjem pri sobni temperaturi in pogoji 40, 50 in 60 ℃. Staranje pri sobni temperaturi lahko v celoti doseže učinek staranja pri visoki temperaturi. Fleksibilna embalažna struktura, sestavljena s tem razvitim lepilom, ima dobro trdnost toplotnega varjenja pri pogojih staranja pri visoki temperaturi.

2.4 Termična stabilnost strjene folije Med uporabo fleksibilne embalaže sta potrebna toplotno tesnjenje in izdelava vrečk. Poleg toplotne stabilnosti samega materiala folije toplotna stabilnost strjene poliuretanske folije določa delovanje in videz končnega izdelka fleksibilne embalaže. Ta študija uporablja metodo termične gravimetrične analize (TGA) za analizo toplotne stabilnosti strjene poliuretanske folije.

Strjena poliuretanska folija ima pri preskusni temperaturi dva očitna vrhova izgube teže, ki ustrezata toplotnemu razpadu trdega in mehkega segmenta. Temperatura toplotnega razpada mehkega segmenta je relativno visoka, toplotna izguba teže pa se začne pri 264 °C. Pri tej temperaturi lahko izpolnjuje temperaturne zahteve trenutnega postopka toplotnega varjenja mehke embalaže in lahko izpolnjuje temperaturne zahteve za proizvodnjo avtomatskega pakiranja ali polnjenja, prevoz kontejnerjev na dolge razdalje in postopek uporabe; temperatura toplotnega razpada trdega segmenta je višja in doseže 347 °C. Razvito visokotemperaturno lepilo brez strjevanja ima dobro toplotno stabilnost. Asfaltna mešanica AC-13 z jekleno žlindro se je povečala za 2,1 %.

3) Ko vsebnost jeklene žlindre doseže 100 %, torej ko velikost posameznih delcev od 4,75 do 9,5 mm popolnoma nadomesti apnenec, je vrednost preostale stabilnosti asfaltne mešanice 85,6 %, kar je 0,5 % več kot pri asfaltni mešanici AC-13 brez jeklene žlindre; razmerje cepitvene trdnosti je 80,8 %, kar je 0,5 % več kot pri asfaltni mešanici AC-13 brez jeklene žlindre. Dodatek ustrezne količine jeklene žlindre lahko učinkovito izboljša preostalo stabilnost in razmerje cepitvene trdnosti asfaltne mešanice AC-13 z jekleno žlindro ter učinkovito izboljša stabilnost asfaltne mešanice v vodi.

1) V normalnih pogojih uporabe je začetna viskoznost poliuretanskega lepila na osnovi topila, pripravljenega z uvedbo doma izdelanih hiperrazvejanih polimerov in večfunkcijskih poliizocianatov, približno 1500 mPa·s, kar pomeni dobro viskoznost; življenjska doba lepilne plošče doseže 60 minut, kar lahko v celoti izpolni zahteve glede obratovalnega časa podjetij za fleksibilno embalažo v proizvodnem procesu.

2) Iz trdnosti luščenja in trdnosti toplotnega varjenja je razvidno, da se pripravljeno lepilo hitro strdi pri sobni temperaturi. Ni velike razlike v hitrosti strjevanja pri sobni temperaturi in pri 40, 50 in 60 ℃, prav tako ni velike razlike v trdnosti lepljenja. To lepilo se lahko popolnoma strdi brez visoke temperature in se hitro strdi.

3) TGA analiza kaže, da ima lepilo dobro toplotno stabilnost in lahko izpolnjuje temperaturne zahteve med proizvodnjo, transportom in uporabo.