Новий тип поліуретанового клею був отриманий з використанням низькомолекулярних полікислот і низькомолекулярних поліолів як основної сировини для отримання преполімерів. Під час процесу подовження ланцюга в структуру поліуретану були введені гіперрозгалужені полімери та тримери HDI. Результати випробувань показують, що клей, отриманий у цьому дослідженні, має відповідну в’язкість, тривалий термін служби клейового диска, може швидко затвердіти при кімнатній температурі та має хороші властивості склеювання, міцність термозварювання та термостабільність.

Композитна гнучка упаковка має такі переваги, як вишуканий зовнішній вигляд, широкий спектр застосування, зручне транспортування та низька вартість упаковки. З моменту появи він широко використовується в харчовій промисловості, медицині, побутовій хімії, електроніці та інших галузях промисловості, і його дуже люблять споживачі. Ефективність композитної гнучкої упаковки залежить не тільки від матеріалу плівки, а й від ефективності композитного клею. Поліуретановий клей має багато переваг, таких як висока міцність з’єднання, сильна можливість регулювання, гігієнічність і безпека. На даний момент це основний допоміжний клей для композитної гнучкої упаковки та центр досліджень великих виробників клеїв.

Високотемпературне старіння є незамінним процесом при виготовленні гнучкої упаковки. Завдяки цілям національної політики «пік вуглецю» та «вуглецевий нейтралітет», екологічний захист навколишнього середовища, скорочення викидів з низьким вмістом вуглецю, а також висока ефективність і енергозбереження стали цілями розвитку для всіх сфер життя. Температура і час старіння позитивно впливають на міцність композитної плівки на відрив. Теоретично, чим вище температура старіння і чим довший час старіння, тим вище швидкість завершення реакції і кращий ефект затвердіння. У фактичному виробничому процесі застосування, якщо температуру старіння можна знизити, а час старіння можна скоротити, найкраще не вимагати старіння, а розрізання та упаковку в мішки можна проводити після вимкнення машини. Це може не тільки досягти цілей екологічного захисту навколишнього середовища та скорочення викидів з низьким вмістом вуглецю, але й заощадити виробничі витрати та підвищити ефективність виробництва.

Це дослідження призначене для синтезу нового типу поліуретанового клею, який має відповідну в’язкість і термін служби клейового диска під час виробництва та використання, може швидко твердіти в умовах низької температури, бажано без високої температури, і не впливає на ефективність різних показників композитної гнучкої упаковки.

1.1 Експериментальні матеріали Адипінова кислота, себацінова кислота, етиленгліколь, неопентилгліколь, діетиленгліколь, TDI, HDI тример, лабораторний гіперрозгалужений полімер, етилацетат, поліетиленова плівка (PE), поліефірна плівка (PET), алюмінієва фольга (AL).
1.2 Експериментальні інструменти Настільна електрична піч для сушіння повітря постійною температурою: DHG-9203A, Shanghai Yiheng Scientific Instrument Co., Ltd.; Ротаційний віскозиметр: NDJ-79, Shanghai Renhe Keyi Co., Ltd.; Універсальна машина для випробувань на розтяг: XLW, Labthink; Термогравіметричний аналізатор: TG209, NETZSCH, Німеччина; Тестер термозварювання: SKZ1017A, Jinan Qingqiang Electromechanical Co., Ltd.
1.3 Метод синтезу
1) Приготування форполімеру: ретельно висушіть чотиригорлу колбу та пропустіть у неї N2, потім додайте відміряну малу молекулу поліолу та полікислоти в чотиригорлу колбу та почніть перемішувати. Коли температура досягне заданої температури, а вихід води буде близький до теоретичного, візьміть певну кількість зразка для перевірки кислотного значення. Коли кислотне число становить ≤20 мг/г, починайте наступний етап реакції; додайте 100 × 10-6 дозованого каталізатора, підключіть вакуумну хвостову трубу та запустіть вакуумний насос, контролюйте швидкість виходу спирту за ступенем вакууму, коли фактичний вихід спирту буде близьким до теоретичного виходу спирту, візьміть певний зразок для перевірки гідроксильного числа та припиніть реакцію, коли гідроксильне число відповідає проектним вимогам. Отриманий поліуретановий преполімер упаковують для використання в режимі очікування.
2) Приготування поліуретанового клею на основі розчинника: додайте відміряний поліуретановий форполімер і етиловий ефір у чотиригорлу колбу, нагрійте та перемішайте, щоб рівномірно розподілити, потім додайте відміряний TDI в чотиригорлу колбу, підтримуйте тепло протягом 1,0 години, потім додайте саморобний гіперрозгалужений полімер у лабораторії та продовжуйте реакцію протягом 2,0 години, повільно додайте HDI тример по краплях у чотиригорлу колбу, витримайте в теплі протягом 2,0 год, відберіть проби для перевірки вмісту NCO, охолодіть і відпустіть матеріали для пакування після визначення вмісту NCO.
3) Сухе ламінування: змішайте етилацетат, основний агент і затверджувач у певній пропорції та рівномірно перемішайте, потім нанесіть та підготуйте зразки на машині для сухого ламінування.

1.4 Характеристика тесту
1) В'язкість: використовуйте ротаційний віскозиметр і зверніться до GB/T 2794-1995 Метод випробування в'язкості клеїв;
2) Т-подібна міцність на відрив: перевірено за допомогою універсальної машини для випробування на розтяг, посилаючись на метод випробування міцності на розрив GB/T 8808-1998;
3) Міцність термозварювання: спочатку використовуйте тестер для термозварювання, щоб виконати термозварювання, а потім використовуйте універсальну машину для випробування на розтяг, зверніться до GB/T 22638.7-2016, метод випробування міцності термозварювання;
4) Термогравіметричний аналіз (TGA): Тест проводився за допомогою термогравіметричного аналізатора зі швидкістю нагрівання 10 ℃/хв і діапазоном температур випробування від 50 до 600 ℃.

2.1 Зміни в'язкості з часом реакції змішування В'язкість клею та термін служби гумового диска є важливими показниками в процесі виробництва продукту. Якщо в'язкість клею занадто висока, кількість нанесеного клею буде занадто великою, що вплине на зовнішній вигляд і вартість покриття композитної плівки; якщо в’язкість занадто низька, кількість нанесеного клею буде занадто малою, і чорнило не зможе ефективно просочитися, що також вплине на зовнішній вигляд і ефективність склеювання композитної плівки. Якщо термін служби гумового диска занадто короткий, в’язкість клею, що зберігається в ємності для клею, збільшиться надто швидко, і клей не наноситиметься гладко, а гумовий валик непросто очистити; якщо термін служби гумового диска надто довгий, це вплине на початковий вигляд адгезії та ефективність зчеплення композитного матеріалу та навіть вплине на швидкість затвердіння, тим самим впливаючи на ефективність виробництва виробу.

Відповідний контроль в'язкості та термін служби клейового диска є важливими параметрами для ефективного використання клеїв. Згідно з виробничим досвідом, основний агент, етилацетат і затверджувач доводять до відповідного значення R і в'язкості, а клей прокочують у резервуарі для клею гумовим валиком без нанесення клею на плівку. Зразки клею відбирають у різні періоди часу для тестування на в’язкість. Відповідна в’язкість, належний термін служби клейового диска та швидке затвердіння за умов низької температури є важливими цілями, які переслідують поліуретанові клеї на основі розчинників під час виробництва та використання.

2.2 Вплив температури старіння на міцність на розрив Процес старіння є найважливішим, трудомістким, енергоємним і просторовим процесом для гнучкої упаковки. Це не тільки впливає на швидкість виробництва продукту, але, що більш важливо, впливає на зовнішній вигляд і ефективність склеювання композитної гнучкої упаковки. Зіштовхнувшись із урядовими цілями щодо «піку викидів вуглецю» та «вуглецевої нейтральності», а також жорсткої конкуренції на ринку, старіння при низьких температурах і швидке затвердіння є ефективними способами досягнення низького споживання енергії, екологічного та ефективного виробництва.

Композитна плівка PET/AL/PE була витримана при кімнатній температурі та при 40, 50 і 60 ℃. При кімнатній температурі міцність на відрив композитної структури внутрішнього шару AL/PE залишалася стабільною після старіння протягом 12 годин, і затвердіння було в основному завершено; при кімнатній температурі міцність на відрив зовнішнього шару PET/AL високобар’єрної композитної структури залишалася в основному стабільною після старіння протягом 12 годин, що вказує на те, що високобар’єрний плівковий матеріал впливатиме на затвердіння поліуретанового клею; Порівнюючи температурні умови затвердіння 40, 50 і 60 ℃, не було очевидної різниці у швидкості затвердіння.

У порівнянні з основними поліуретановими клеями на основі розчинників на поточному ринку, час старіння при високій температурі зазвичай становить 48 годин або навіть більше. Поліуретановий клей у цьому дослідженні може в основному завершити затвердіння структури з високим бар’єром за 12 годин при кімнатній температурі. Розроблений клей має функцію швидкого затвердіння. Введення в клей саморобних гіперрозгалужених полімерів і багатофункціональних ізоціанатів, незалежно від композитної структури зовнішнього шару або композитної структури внутрішнього шару, міцність на відрив в умовах кімнатної температури не сильно відрізняється від міцності на відрив в умовах високотемпературного старіння, що вказує на те, що розроблений клей не тільки має функцію швидкого затвердіння, але також має функцію швидкого затвердіння без високої температури.

2.3 Вплив температури старіння на міцність термозварювання На характеристики термозварювання матеріалів і фактичний ефект термозварювання впливає багато факторів, таких як обладнання для термозварювання, фізичні та хімічні параметри самого матеріалу, час термозварювання, тиск і температура термозварювання тощо. Згідно з реальними потребами та досвідом фіксується прийнятний процес і параметри термозварювання, а також проводиться випробування на міцність термозварювання композитної плівки після компаундування.

Коли композитну плівку тільки що знімають з машини, міцність термозварювання відносно низька, лише 17 Н/(15 мм). У цей час клей тільки почав застигати і не може забезпечити достатню силу склеювання. Міцність, перевірена в цей час, є міцністю термозварювання поліетиленової плівки; зі збільшенням часу старіння міцність термозварювання різко зростає. Міцність термозварювання після старіння протягом 12 годин в основному така ж, як через 24 і 48 годин, що вказує на те, що затвердіння в основному завершується через 12 годин, забезпечуючи достатнє з’єднання для різних плівок, що призводить до підвищення міцності термозварювання. З кривої зміни міцності термозварювання при різних температурах можна побачити, що за однакових умов часу старіння немає великої різниці в міцності термозварювання між старінням при кімнатній температурі та умовами 40, 50 і 60 ℃. Витримка при кімнатній температурі дозволяє повністю досягти ефекту високотемпературного старіння. Гнучка структура упаковки, створена за допомогою цього розробленого адгезиву, має гарну міцність термозварювання в умовах високотемпературного старіння.

2.4 Термічна стабільність затверділої плівки Під час використання гнучкої упаковки необхідне термозварювання та виготовлення пакетів. На додаток до термічної стабільності самого матеріалу плівки, термостабільність затверділої поліуретанової плівки визначає продуктивність і зовнішній вигляд готового гнучкого пакувального продукту. У цьому дослідженні використовується метод термогравіметричного аналізу (TGA) для аналізу термічної стабільності затверділої поліуретанової плівки.

Затверділа поліуретанова плівка має два очевидних піки втрати ваги при температурі випробування, що відповідає термічному розкладанню твердого сегмента та м’якого сегмента. Температура термічного розкладання м'якого сегмента є відносно високою, і термічна втрата ваги починає відбуватися при 264°C. При цій температурі він може відповідати температурним вимогам поточного процесу термозварювання м’якої упаковки, а також може відповідати температурним вимогам виробництва автоматичного пакування або наповнення, транспортування контейнерів на великі відстані та процесу використання; температура термічного розкладання твердого сегмента вища, досягаючи 347°C. Розроблений клей без високотемпературного затвердіння має гарну термічну стабільність. Асфальтобетонна суміш АС-13 зі сталевим шлаком подорожчала на 2,1%.

3) Коли вміст сталевого шлаку досягає 100%, тобто коли єдиний розмір частинок від 4,75 до 9,5 мм повністю замінює вапняк, значення залишкової стабільності асфальтової суміші становить 85,6%, що на 0,5% вище, ніж у асфальтової суміші AC-13 без сталевого шлаку; коефіцієнт міцності на розщеплення становить 80,8%, що на 0,5% вище, ніж у асфальтобетонної суміші АС-13 без сталевого шлаку. Додавання відповідної кількості сталевого шлаку може ефективно покращити залишкову стабільність і коефіцієнт міцності на розщеплення асфальтобетонної суміші сталевого шлаку AC-13, а також може ефективно покращити водостійкість асфальтової суміші.

1) За нормальних умов використання початкова в’язкість поліуретанового клею на основі розчинника, отриманого шляхом введення саморобних гіперрозгалужених полімерів і багатофункціональних поліізоціанатів, становить близько 1500 мПа·с, що має хорошу в’язкість; Термін служби клейкого диска досягає 60 хв, що може повністю задовольнити вимоги щодо часу роботи компаній, що виготовляють гнучку упаковку, у процесі виробництва.

2) З міцності на відрив і міцності термозварювання видно, що підготовлений клей може швидко затвердіти при кімнатній температурі. Немає великої різниці в швидкості затвердіння при кімнатній температурі та при 40, 50 і 60 ℃, а також немає великої різниці в міцності склеювання. Цей клей можна повністю затвердіти без високої температури та швидко затвердіти.

3) Аналіз TGA показує, що клей має хорошу термічну стабільність і може відповідати вимогам температури під час виробництва, транспортування та використання.