Nowy typ kleju poliuretanowego został przygotowany przy użyciu małych cząsteczek polikwasów i małych cząsteczek polioli jako podstawowych surowców do przygotowania prepolimerów. Podczas procesu wydłużania łańcucha do struktury poliuretanu wprowadzono hiperrozgałęzione polimery i trimery HDI. Wyniki testów pokazują, że klej przygotowany w tym badaniu ma odpowiednią lepkość, długą żywotność dysku klejącego, można go szybko utwardzić w temperaturze pokojowej i ma dobre właściwości wiążące, wytrzymałość na zgrzewanie i stabilność termiczną.

Opakowania kompozytowe elastyczne mają zalety wykwintnego wyglądu, szerokiego zakresu zastosowań, wygodnego transportu i niskich kosztów pakowania. Od czasu wprowadzenia na rynek są szeroko stosowane w przemyśle spożywczym, medycznym, chemikaliach codziennego użytku, elektronice i innych gałęziach przemysłu, a konsumenci je uwielbiają. Wydajność opakowań kompozytowych elastycznych nie jest związana tylko z materiałem folii, ale również zależy od wydajności kleju kompozytowego. Klej poliuretanowy ma wiele zalet, takich jak wysoka wytrzymałość wiązania, duża możliwość regulacji oraz higiena i bezpieczeństwo. Obecnie jest głównym klejem pomocniczym do opakowań kompozytowych elastycznych i przedmiotem badań głównych producentów klejów.

Starzenie w wysokiej temperaturze jest niezbędnym procesem w przygotowywaniu elastycznych opakowań. Dzięki krajowym celom polityki „szczytu węglowego” i „neutralności węglowej”, zielona ochrona środowiska, redukcja emisji niskoemisyjnych oraz wysoka wydajność i oszczędność energii stały się celami rozwojowymi wszystkich dziedzin życia. Temperatura starzenia i czas starzenia mają pozytywny wpływ na wytrzymałość folii kompozytowej na odrywanie. Teoretycznie, im wyższa temperatura starzenia i dłuższy czas starzenia, tym wyższy wskaźnik ukończenia reakcji i lepszy efekt utwardzania. W rzeczywistym procesie produkcyjnym, jeśli temperaturę starzenia można obniżyć, a czas starzenia można skrócić, najlepiej nie wymagać starzenia, a cięcie i pakowanie można przeprowadzić po wyłączeniu maszyny. Może to nie tylko osiągnąć cele zielonej ochrony środowiska i redukcji emisji niskoemisyjnych, ale także obniżyć koszty produkcji i poprawić wydajność produkcji.

Celem niniejszego badania jest synteza nowego rodzaju kleju poliuretanowego, który będzie miał odpowiednią lepkość i żywotność krążka klejowego w trakcie produkcji i użytkowania, będzie mógł szybko utwardzać się w warunkach niskiej temperatury, najlepiej bez wysokiej temperatury, i nie będzie wpływał na parametry różnych wskaźników kompozytowych opakowań elastycznych.

1.1 Materiały eksperymentalne Kwas adypinowy, kwas sebacynowy, glikol etylenowy, glikol neopentylowy, glikol dietylenowy, TDI, trimer HDI, laboratoryjnie wytworzony polimer hiperrozgałęziony, octan etylu, folia polietylenowa (PE), folia poliestrowa (PET), folia aluminiowa (AL).
1.2 Przyrządy doświadczalne Stacjonarny elektryczny piec do suszenia powietrzem o stałej temperaturze: DHG-9203A, Shanghai Yiheng Scientific Instrument Co., Ltd.; Wiskozymetr rotacyjny: NDJ-79, Shanghai Renhe Keyi Co., Ltd.; Uniwersalna maszyna do wytrzymałości na rozciąganie: XLW, Labthink; Analizator termograwimetryczny: TG209, NETZSCH, Niemcy; Urządzenie do testowania zgrzewania: SKZ1017A, Jinan Qingqiang Electromechanical Co., Ltd.
1.3 Metoda syntezy
1) Przygotowanie prepolimeru: Dokładnie osusz kolbę czteroszyjną i przepuść przez nią N2, a następnie dodaj odmierzony poliol małocząsteczkowy i polikwas do kolby czteroszyjnej i zacznij mieszać. Gdy temperatura osiągnie ustawioną temperaturę, a wydajność wody będzie bliska teoretycznej wydajności wody, pobierz określoną ilość próbki do testu liczby kwasowej. Gdy wartość kwasowa będzie ≤20 mg/g, rozpocznij następny etap reakcji; dodaj katalizator dozowany 100×10-6, podłącz rurę wydechową próżniową i uruchom pompę próżniową, kontroluj szybkość wydawania alkoholu za pomocą stopnia próżni, gdy rzeczywista wydajność alkoholu będzie bliska teoretycznej wydajności alkoholu, pobierz określoną próbkę do testu wartości hydroksylowej i zakończ reakcję, gdy wartość hydroksylowa spełni wymagania projektowe. Uzyskany prepolimer poliuretanowy jest pakowany do użytku w trybie gotowości.
2) Przygotowanie rozpuszczalnikowego kleju poliuretanowego: Do ​​kolby czteroszyjnej dodać odmierzony prepolimer poliuretanowy i ester etylowy, podgrzać i mieszać do równomiernego rozproszenia, następnie dodać odmierzony TDI do kolby czteroszyjnej, utrzymywać w cieple przez 1,0 godz., po czym dodać domowy polimer hiperrozgałęziony w laboratorium i kontynuować reakcję przez 2,0 godz., powoli dodawać kroplowo trimer HDI do kolby czteroszyjnej, utrzymywać w cieple przez 2,0 godz., pobrać próbki w celu sprawdzenia zawartości NCO, schłodzić i zwolnić materiały do ​​pakowania po określeniu zawartości NCO.
3) Laminowanie na sucho: Zmieszaj octan etylu, środek główny i środek utwardzający w określonych proporcjach, wymieszaj równomiernie, następnie nałóż i przygotuj próbki na urządzeniu do laminowania na sucho.

1.4 Charakterystyka testu
1) Lepkość: należy użyć wiskozymetru rotacyjnego i zapoznać się z metodą badania lepkości klejów GB/T 2794-1995;
2) Wytrzymałość na odrywanie typu T: badana przy użyciu uniwersalnej maszyny do wytrzymałości na rozciąganie, zgodnie z metodą badania wytrzymałości na odrywanie GB/T 8808-1998;
3) Wytrzymałość zgrzewu: najpierw należy użyć testera zgrzewu, aby wykonać zgrzew, a następnie przeprowadzić test za pomocą uniwersalnej maszyny do badania wytrzymałości na rozciąganie, zgodnie z metodą badania wytrzymałości zgrzewu GB/T 22638.7-2016;
4) Analiza termograwimetryczna (TGA): Badanie przeprowadzono przy użyciu analizatora termograwimetrycznego o szybkości nagrzewania 10 ℃/min i zakresie temperatur badania od 50 do 600 ℃.

2.1 Zmiany lepkości wraz z czasem reakcji mieszania Lepkość kleju i żywotność gumowego dysku są ważnymi wskaźnikami w procesie produkcji produktu. Jeśli lepkość kleju jest zbyt wysoka, ilość nałożonego kleju będzie zbyt duża, co wpłynie na wygląd i koszt powłoki folii kompozytowej; jeśli lepkość jest zbyt niska, ilość nałożonego kleju będzie zbyt niska, a tusz nie będzie mógł być skutecznie wchłonięty, co również wpłynie na wygląd i wydajność wiązania folii kompozytowej. Jeśli żywotność gumowego dysku jest zbyt krótka, lepkość kleju przechowywanego w zbiorniku z klejem wzrośnie zbyt szybko, a klej nie będzie mógł być płynnie nałożony, a gumowy wałek nie będzie łatwy do czyszczenia; jeśli żywotność gumowego dysku jest zbyt długa, wpłynie to na początkowy wygląd przyczepności i wydajność wiązania materiału kompozytowego, a nawet wpłynie na szybkość utwardzania, wpływając tym samym na wydajność produkcji produktu.

Odpowiednia kontrola lepkości i żywotność krążka klejącego to ważne parametry dobrego wykorzystania klejów. Zgodnie z doświadczeniem produkcyjnym, główny środek, octan etylu i środek utwardzający są dostosowywane do odpowiedniej wartości R i lepkości, a klej jest wałkowany w zbiorniku kleju za pomocą gumowego wałka bez nakładania kleju na folię. Próbki kleju są pobierane w różnych okresach czasu w celu przeprowadzenia testu lepkości. Odpowiednia lepkość, odpowiednia żywotność krążka klejącego i szybkie utwardzanie w warunkach niskiej temperatury to ważne cele, do których dążą kleje poliuretanowe na bazie rozpuszczalników podczas produkcji i użytkowania.

2.2 Wpływ temperatury starzenia na wytrzymałość na odrywanie Proces starzenia jest najważniejszym, czasochłonnym, energochłonnym i zajmującym dużo miejsca procesem w przypadku opakowań elastycznych. Wpływa nie tylko na tempo produkcji produktu, ale co ważniejsze, wpływa na wygląd i wydajność wiązania kompozytowych opakowań elastycznych. W obliczu rządowych celów „szczytu węglowego” i „neutralności węglowej” oraz zaciętej konkurencji rynkowej, starzenie w niskiej temperaturze i szybkie utwardzanie są skutecznymi sposobami na osiągnięcie niskiego zużycia energii, zielonej produkcji i wydajnej produkcji.

Kompozytowa folia PET/AL/PE była starzona w temperaturze pokojowej oraz w temperaturze 40, 50 i 60 ℃. W temperaturze pokojowej wytrzymałość na odrywanie wewnętrznej warstwy kompozytowej AL/PE pozostała stabilna po starzeniu przez 12 godzin, a utwardzanie zostało zasadniczo zakończone; w temperaturze pokojowej wytrzymałość na odrywanie zewnętrznej warstwy kompozytowej PET/AL o wysokiej barierowości pozostała zasadniczo stabilna po starzeniu przez 12 godzin, co wskazuje, że materiał folii o wysokiej barierowości wpłynie na utwardzanie kleju poliuretanowego; porównując warunki temperatury utwardzania wynoszące 40, 50 i 60 ℃, nie było wyraźnej różnicy w szybkości utwardzania.

W porównaniu z głównymi rozpuszczalnikowymi klejami poliuretanowymi na obecnym rynku, czas starzenia w wysokiej temperaturze wynosi zazwyczaj 48 godzin lub nawet dłużej. Klej poliuretanowy w tym badaniu może zasadniczo zakończyć utwardzanie struktury o wysokiej barierze w ciągu 12 godzin w temperaturze pokojowej. Opracowany klej ma funkcję szybkiego utwardzania. Wprowadzenie domowych polimerów hiperrozgałęzionych i wielofunkcyjnych izocyjanianów do kleju, niezależnie od struktury kompozytowej warstwy zewnętrznej lub struktury kompozytowej warstwy wewnętrznej, wytrzymałość na odrywanie w warunkach temperatury pokojowej nie różni się znacznie od wytrzymałości na odrywanie w warunkach starzenia w wysokiej temperaturze, co wskazuje, że opracowany klej ma nie tylko funkcję szybkiego utwardzania, ale także funkcję szybkiego utwardzania bez wysokiej temperatury.

2.3 Wpływ temperatury starzenia na wytrzymałość zgrzewu Na charakterystykę zgrzewu materiałów i rzeczywisty efekt zgrzewu wpływa wiele czynników, takich jak sprzęt do zgrzewu, parametry fizyczne i chemiczne samego materiału, czas zgrzewu, ciśnienie zgrzewu i temperatura zgrzewu itp. Zgodnie z rzeczywistymi potrzebami i doświadczeniem ustala się rozsądny proces i parametry zgrzewu, a następnie przeprowadza się test wytrzymałości zgrzewu folii kompozytowej po połączeniu.

Gdy folia kompozytowa jest tuż poza maszyną, wytrzymałość zgrzewu jest stosunkowo niska, tylko 17 N/(15 mm). W tym momencie klej dopiero zaczyna krzepnąć i nie może zapewnić wystarczającej siły wiązania. Testowana w tym momencie wytrzymałość to wytrzymałość zgrzewu folii PE; w miarę wydłużania się czasu starzenia, wytrzymałość zgrzewu gwałtownie wzrasta. Wytrzymałość zgrzewu po starzeniu przez 12 godzin jest zasadniczo taka sama jak po 24 i 48 godzinach, co wskazuje, że utwardzanie jest zasadniczo zakończone w ciągu 12 godzin, zapewniając wystarczające wiązanie dla różnych folii, co skutkuje zwiększoną wytrzymałością zgrzewu. Z krzywej zmian wytrzymałości zgrzewu w różnych temperaturach można zauważyć, że w tych samych warunkach czasu starzenia nie ma dużej różnicy w wytrzymałości zgrzewu między starzeniem w temperaturze pokojowej a warunkami 40, 50 i 60 ℃. Starzenie w temperaturze pokojowej może całkowicie osiągnąć efekt starzenia w wysokiej temperaturze. Elastyczna struktura opakowania skomponowana z tym opracowanym klejem ma dobrą wytrzymałość zgrzewu w warunkach starzenia w wysokiej temperaturze.

2.4 Stabilność termiczna utwardzonej folii Podczas stosowania elastycznych opakowań wymagane jest zgrzewanie i produkcja toreb. Oprócz stabilności termicznej samego materiału folii, stabilność termiczna utwardzonej folii poliuretanowej decyduje o wydajności i wyglądzie gotowego elastycznego produktu opakowaniowego. W niniejszym badaniu zastosowano metodę analizy termograwimetrycznej (TGA) w celu analizy stabilności termicznej utwardzonej folii poliuretanowej.

Utwardzona folia poliuretanowa ma dwa wyraźne szczyty utraty wagi w temperaturze testowej, odpowiadające rozkładowi termicznemu twardego segmentu i miękkiego segmentu. Temperatura rozkładu termicznego miękkiego segmentu jest stosunkowo wysoka, a utrata masy termicznej zaczyna występować w temperaturze 264°C. W tej temperaturze może ona spełniać wymagania temperaturowe obecnego procesu zgrzewania opakowań miękkich i może spełniać wymagania temperaturowe produkcji automatycznego pakowania lub napełniania, transportu kontenerów na duże odległości i procesu użytkowania; temperatura rozkładu termicznego twardego segmentu jest wyższa i osiąga 347°C. Opracowany klej bez utwardzania w wysokiej temperaturze ma dobrą stabilność termiczną. Mieszanka asfaltowa AC-13 z żużlem stalowym wzrosła o 2,1%.

3) Gdy zawartość żużla stalowniczego osiągnie 100%, tj. gdy pojedyncza wielkość cząstek 4,75 do 9,5 mm całkowicie zastąpi wapień, wartość stabilności resztkowej mieszanki asfaltowej wynosi 85,6%, co jest o 0,5% więcej niż w przypadku mieszanki asfaltowej AC-13 bez żużla stalowniczego; współczynnik wytrzymałości na rozłupanie wynosi 80,8%, co jest o 0,5% więcej niż w przypadku mieszanki asfaltowej AC-13 bez żużla stalowniczego. Dodanie odpowiedniej ilości żużla stalowniczego może skutecznie poprawić stabilność resztkową i współczynnik wytrzymałości na rozłupanie mieszanki asfaltowej AC-13 z żużlem stalowniczym i może skutecznie poprawić stabilność wodną mieszanki asfaltowej.

1) W normalnych warunkach użytkowania początkowa lepkość rozpuszczalnikowego kleju poliuretanowego przygotowanego przez wprowadzenie domowych polimerów hiperrozgałęzionych i wielofunkcyjnych poliizocyjanianów wynosi około 1500 mPa·s, co oznacza dobrą lepkość; żywotność krążka klejowego sięga 60 minut, co w pełni spełnia wymagania czasowe firm produkujących elastyczne opakowania w procesie produkcyjnym.

2) Z wytrzymałości na odrywanie i wytrzymałości na zgrzewanie wynika, że ​​przygotowany klej może szybko utwardzać się w temperaturze pokojowej. Nie ma dużej różnicy w szybkości utwardzania w temperaturze pokojowej i w temperaturze 40, 50 i 60 ℃, a także nie ma dużej różnicy w sile wiązania. Ten klej może być całkowicie utwardzony bez wysokiej temperatury i może utwardzać się szybko.

3) Analiza TGA wykazuje, że klej ma dobrą stabilność termiczną i może spełniać wymagania temperaturowe podczas produkcji, transportu i użytkowania.