Нов вид полиуретаново лепило е приготвено чрез използване на нискомолекулни поликиселини и нискомолекулни полиоли като основни суровини за получаване на преполимери. По време на процеса на удължаване на веригата, в структурата на полиуретана са въведени хиперразклонени полимери и HDI тримери. Резултатите от тестовете показват, че лепилото, приготвено в това проучване, има подходящ вискозитет, дълъг живот на лепилния диск, може бързо да се втвърди при стайна температура и има добри свързващи свойства, якост на термично запечатване и термична стабилност.

Композитните гъвкави опаковки имат предимствата на изящен външен вид, широк спектър на приложение, удобно транспортиране и ниска цена на опаковката. От въвеждането си, те се използват широко в хранително-вкусовата, медицинската, ежедневната химическа, електрониката и други индустрии и са силно харесвани от потребителите. Производителността на композитните гъвкави опаковки не е свързана само с материала на фолиото, но и зависи от производителността на композитното лепило. Полиуретановото лепило има много предимства, като висока якост на свързване, силна регулируемост, хигиена и безопасност. В момента то е основното поддържащо лепило за композитни гъвкави опаковки и е фокус на изследванията на големите производители на лепила.

Стареенето при висока температура е незаменим процес при производството на гъвкави опаковки. С целите на националната политика за „въглероден пик“ и „въглеродна неутралност“, опазването на околната среда, намаляването на емисиите на ниски въглеродни емисии, както и високата ефективност и енергоспестяване са се превърнали в цели за развитие на всички сфери на живота. Температурата и времето за стареене имат положителен ефект върху якостта на отлепване на композитното фолио. Теоретично, колкото по-висока е температурата на стареене и колкото по-дълго е времето за стареене, толкова по-висока е скоростта на завършване на реакцията и толкова по-добър е ефектът на втвърдяване. В реалния производствен процес, ако температурата на стареене може да се понижи и времето за стареене може да се съкрати, е най-добре да не се изисква стареене, а нарязването и опаковането в торбички може да се извърши след изключване на машината. Това не само може да постигне целите за опазване на околната среда и намаляване на емисиите на ниски въглеродни емисии, но и да спести производствени разходи и да подобри ефективността на производството.

Това проучване има за цел да синтезира нов тип полиуретаново лепило, което има подходящ вискозитет и живот на лепилния диск по време на производство и употреба, може да се втвърдява бързо при ниски температури, за предпочитане без висока температура, и не влияе върху характеристиките на различни показатели на композитните гъвкави опаковки.

1.1 Експериментални материали Адипинова киселина, себацинова киселина, етиленгликол, неопентилгликол, диетиленгликол, TDI, HDI тример, лабораторно произведен хиперразклонен полимер, етилацетат, полиетиленово фолио (PE), полиестерно фолио (PET), алуминиево фолио (AL).
1.2 Експериментални инструменти Настолна електрическа сушилня с постоянна температура на въздух: DHG-9203A, Shanghai Yiheng Scientific Instrument Co., Ltd.; Ротационен вискозиметър: NDJ-79, Shanghai Renhe Keyi Co., Ltd.; Универсална машина за изпитване на опън: XLW, Labthink; Термогравиметричен анализатор: TG209, NETZSCH, Германия; Тестер за термозапечатване: SKZ1017A, Jinan Qingqiang Electromechanical Co., Ltd.
1.3 Метод на синтез
1) Приготвяне на преполимер: Изсушете добре четиригърлената колба и пропуснете N2 през нея, след което добавете измерените нискомолекулен полиол и поликиселина в четиригърлената колба и започнете да разбърквате. Когато температурата достигне зададената температура и количеството вода е близко до теоретичното количество вода, вземете определено количество проба за определяне на киселинността. Когато киселинността е ≤20 mg/g, започнете следващата стъпка на реакцията; добавете 100×10-6 дозиран катализатор, свържете вакуумната тръба и стартирайте вакуумната помпа, контролирайте скоростта на извеждане на алкохол чрез степента на вакуум. Когато действителното количество алкохол е близко до теоретичното количество алкохол, вземете определена проба за определяне на хидроксилното число и прекратете реакцията, когато хидроксилното число отговаря на проектните изисквания. Полученият полиуретанов преполимер се опакова за готовност за употреба.
2) Приготвяне на полиуретаново лепило на основата на разтворител: Добавете измерения полиуретанов преполимер и етилов естер в четиригърлена колба, загрейте и разбъркайте, за да се разпределят равномерно, след това добавете измерения TDI в четиригърлената колба, дръжте на топло за 1,0 час, след това добавете домашно приготвения хиперразклонен полимер в лабораторията и продължете да реагирате за 2,0 часа, бавно добавете HDI тример на капки в четиригърлената колба, дръжте на топло за 2,0 часа, вземете проби за тестване на съдържанието на NCO, охладете и освободете материалите за опаковане, след като съдържанието на NCO е квалифицирано.
3) Сухо ламиниране: Смесете етилацетат, основен агент и втвърдител в определено съотношение и разбъркайте равномерно, след което нанесете и подгответе пробите върху машина за сухо ламиниране.

1.4 Характеризиране на теста
1) Вискозитет: Използвайте ротационен вискозиметър и вижте GB/T 2794-1995 Метод за изпитване на вискозитет на лепила;
2) Т-якост на отлепване: тествана с помощта на универсална машина за изпитване на опън, съгласно метода за изпитване на якост на отлепване GB/T 8808-1998;
3) Якост на термично запечатване: първо използвайте тестер за термично запечатване, за да извършите термично запечатване, след това използвайте универсална машина за изпитване на опън, вижте метода за изпитване на якостта на термично запечатване GB/T 22638.7-2016;
4) Термогравиметричен анализ (TGA): Тестът е проведен с помощта на термогравиметричен анализатор със скорост на нагряване 10 ℃/мин и температурен диапазон на теста от 50 до 600 ℃.

2.1 Промени във вискозитета с времето за реакция на смесване. Вискозитетът на лепилото и животът на гумения диск са важни показатели в производствения процес на продукта. Ако вискозитетът на лепилото е твърде висок, количеството нанесено лепило ще бъде твърде голямо, което ще повлияе на външния вид и цената на покритието на композитното фолио; ако вискозитетът е твърде нисък, количеството нанесено лепило ще бъде твърде малко и мастилото не може да се инфилтрира ефективно, което също ще повлияе на външния вид и слепващите свойства на композитното фолио. Ако животът на гумения диск е твърде кратък, вискозитетът на лепилото, съхранявано в резервоара за лепило, ще се увеличи твърде бързо и лепилото не може да се нанесе гладко, а гуменият валяк не е лесен за почистване; ако животът на гумения диск е твърде дълъг, това ще повлияе на първоначалния вид на адхезия и слепващите свойства на композитния материал и дори ще повлияе на скоростта на втвърдяване, като по този начин ще повлияе на производствената ефективност на продукта.

Подходящият контрол на вискозитета и животът на лепилния диск са важни параметри за доброто използване на лепилата. Според производствения опит, основният агент, етилацетатът и втвърдителят се регулират до подходяща R стойност и вискозитет, а лепилото се търкаля в резервоара за лепило с гумен валяк, без да се нанася лепило върху филма. Пробите от лепилото се вземат в различни периоди от време за тестване на вискозитета. Подходящият вискозитет, подходящият живот на лепилния диск и бързото втвърдяване при ниски температури са важни цели, преследвани от полиуретановите лепила на основата на разтворители по време на производството и употребата им.

2.2 Влияние на температурата на стареене върху якостта на отлепване Процесът на стареене е най-важният, отнемащ време, енергия и пространство процес за гъвкави опаковки. Той не само влияе върху скоростта на производство на продукта, но по-важното е, че влияе върху външния вид и слепващите свойства на композитните гъвкави опаковки. Изправени пред целите на правителството за „въглероден пик“ и „въглеродна неутралност“ и ожесточената пазарна конкуренция, стареенето при ниски температури и бързото втвърдяване са ефективни начини за постигане на ниска консумация на енергия, зелено производство и ефикасно производство.

Композитното фолио PET/AL/PE беше подложено на стареене при стайна температура и при 40, 50 и 60 ℃. При стайна температура якостта на отлепване на вътрешния слой AL/PE композитна структура остава стабилна след стареене в продължение на 12 часа и втвърдяването е почти завършено; при стайна температура якостта на отлепване на външния слой PET/AL високобариерна композитна структура остава почти стабилна след стареене в продължение на 12 часа, което показва, че високобариерният филмов материал ще повлияе на втвърдяването на полиуретановото лепило; сравнявайки температурните условия на втвърдяване от 40, 50 и 60 ℃, няма очевидна разлика в скоростта на втвърдяване.

В сравнение с масовите полиуретанови лепила на базата на разтворители, предлагани на пазара в момента, времето за стареене при висока температура обикновено е 48 часа или дори повече. Полиуретановото лепило в това проучване може основно да завърши втвърдяването на високобариерната структура за 12 часа при стайна температура. Разработеното лепило има функция за бързо втвърдяване. Въвеждането на домашно приготвени хиперразклонени полимери и многофункционални изоцианати в лепилото, независимо от композитната структура на външния слой или композитната структура на вътрешния слой, якостта на отлепване при условия на стайна температура не се различава много от якостта на отлепване при условия на стареене при висока температура, което показва, че разработеното лепило не само има функция за бързо втвърдяване, но и има функция за бързо втвърдяване без висока температура.

2.3 Влияние на температурата на стареене върху якостта на термозапечатването Характеристиките на термозапечатването на материалите и действителният ефект на термозапечатването се влияят от много фактори, като например оборудване за термозапечатване, физични и химични параметри на самия материал, време на термозапечатване, налягане на термозапечатването и температура на термозапечатването и др. В зависимост от реалните нужди и опита се определя разумен процес и параметри на термозапечатване и се извършва изпитване за якост на термозапечатването на композитното фолио след смесване.

Когато композитното фолио е току-що излязло от машината, якостта на термичното запечатване е сравнително ниска, само 17 N/(15 mm). По това време лепилото току-що е започнало да се втвърдява и не може да осигури достатъчна сила на свързване. Изпитваната по това време якост е якостта на термичното запечатване на PE фолиото; с увеличаване на времето за стареене, якостта на термичното запечатване се увеличава рязко. Якостта на термичното запечатване след стареене в продължение на 12 часа е почти същата като тази след 24 и 48 часа, което показва, че втвърдяването е основно завършено за 12 часа, осигурявайки достатъчно свързване за различните фолиа, което води до повишена якост на термичното запечатване. От кривата на промяна на якостта на термичното запечатване при различни температури може да се види, че при едни и същи условия на стареене няма голяма разлика в якостта на термичното запечатване между стареенето при стайна температура и условията на 40, 50 и 60 ℃. Стареенето при стайна температура може напълно да постигне ефекта на стареене при висока температура. Гъвкавата опаковъчна структура, композитна с това разработено лепило, има добра якост на термично запечатване при условия на стареене при висока температура.

2.4 Термична стабилност на втвърдено фолио По време на употребата на гъвкави опаковки е необходимо термично запечатване и изработване на торбички. В допълнение към термичната стабилност на самия филмов материал, термичната стабилност на втвърденото полиуретаново фолио определя характеристиките и външния вид на готовия гъвкав опаковъчен продукт. Това изследване използва метода на термичен гравиметричен анализ (TGA), за да анализира термичната стабилност на втвърденото полиуретаново фолио.

Втвърденият полиуретанов филм има два очевидни пика на загуба на тегло при температурата на изпитване, съответстващи на термичното разлагане на твърдия и мекия сегмент. Температурата на термично разлагане на мекия сегмент е сравнително висока и термичната загуба на тегло започва да се наблюдава при 264°C. При тази температура той може да отговори на температурните изисквания на настоящия процес на термично запечатване на меки опаковки и може да отговори на температурните изисквания за производство на автоматично опаковане или пълнене, транспортиране на контейнери на дълги разстояния и процес на употреба; температурата на термично разлагане на твърдия сегмент е по-висока, достигайки 347°C. Разработеното високотемпературно лепило без втвърдяване има добра термична стабилност. Асфалтовата смес AC-13 със стоманена шлака се е увеличила с 2,1%.

3) Когато съдържанието на стоманена шлака достигне 100%, т.е. когато размерът на единичните частици от 4,75 до 9,5 мм напълно замести варовика, стойността на остатъчната стабилност на асфалтовата смес е 85,6%, което е с 0,5% по-високо от това на асфалтова смес AC-13 без стоманена шлака; коефициентът на якост на цепене е 80,8%, което е с 0,5% по-високо от това на асфалтова смес AC-13 без стоманена шлака. Добавянето на подходящо количество стоманена шлака може ефективно да подобри остатъчната стабилност и коефициента на якост на цепене на асфалтовата смес AC-13 със стоманена шлака и може ефективно да подобри водоустойчивостта на асфалтовата смес.

1) При нормални условия на употреба, началният вискозитет на полиуретановото лепило на основата на разтворител, приготвено чрез въвеждане на домашно приготвени хиперразклонени полимери и многофункционални полиизоцианати, е около 1500 mPa·s, което е добър вискозитет; животът на лепилния диск достига 60 минути, което може напълно да отговори на изискванията за работно време на компаниите за гъвкави опаковки в производствения процес.

2) От якостта на отлепване и якостта на термично запечатване може да се види, че приготвеното лепило може да се втвърди бързо при стайна температура. Няма голяма разлика в скоростта на втвърдяване при стайна температура и при 40, 50 и 60 ℃, както и няма голяма разлика в якостта на свързване. Това лепило може да се втвърди напълно без висока температура и да се втвърди бързо.

3) TGA анализът показва, че лепилото има добра термична стабилност и може да отговори на температурните изисквания по време на производство, транспортиране и употреба.