Es va preparar un nou tipus d'adhesiu de poliuretà utilitzant poliàcids de molècules petites i poliols de molècules petites com a matèries primeres bàsiques per preparar prepolímers. Durant el procés d'extensió de la cadena, es van introduir polímers hiperramificats i trímers HDI a l'estructura de poliuretà. Els resultats de les proves mostren que l'adhesiu preparat en aquest estudi té una viscositat adequada, una llarga vida útil del disc adhesiu, es pot curar ràpidament a temperatura ambient i té bones propietats d'unió, resistència al segellat tèrmic i estabilitat tèrmica.

Els envasos flexibles compostos tenen els avantatges d'un aspecte exquisit, una àmplia gamma d'aplicacions, un transport convenient i un baix cost d'envasament. Des de la seva introducció, s'han utilitzat àmpliament en aliments, medicaments, productes químics d'ús diari, electrònica i altres indústries, i són molt apreciats pels consumidors. El rendiment dels envasos flexibles compostos no només està relacionat amb el material de la pel·lícula, sinó que també depèn del rendiment de l'adhesiu compost. L'adhesiu de poliuretà té molts avantatges, com ara una alta resistència a l'adhesiu, una forta ajustabilitat, i higiene i seguretat. Actualment és l'adhesiu de suport principal per a envasos flexibles compostos i el focus de la investigació dels principals fabricants d'adhesius.

L'envelliment a alta temperatura és un procés indispensable en la preparació d'envasos flexibles. Amb els objectius de la política nacional de "pic de carboni" i "neutralitat de carboni", la protecció ambiental verda, la reducció de baixes emissions de carboni i l'alta eficiència i estalvi d'energia s'han convertit en els objectius de desenvolupament de tots els àmbits de la vida. La temperatura i el temps d'envelliment tenen un efecte positiu en la resistència al pelatge de la pel·lícula composta. Teòricament, com més alta sigui la temperatura d'envelliment i com més llarg sigui el temps d'envelliment, més alta serà la taxa de finalització de la reacció i millor serà l'efecte de curat. En el procés d'aplicació de producció real, si es pot reduir la temperatura d'envelliment i es pot escurçar el temps d'envelliment, és millor no requerir envelliment, i el tall i l'ensacat es poden dur a terme després que la màquina estigui apagada. Això no només pot aconseguir els objectius de protecció ambiental verda i reducció de baixes emissions de carboni, sinó que també pot estalviar costos de producció i millorar l'eficiència de la producció.

Aquest estudi pretén sintetitzar un nou tipus d'adhesiu de poliuretà que tingui una viscositat i una vida útil del disc adhesiu adequades durant la producció i l'ús, que pugui curar ràpidament en condicions de baixa temperatura, preferiblement sense altes temperatures, i que no afecti el rendiment de diversos indicadors d'envasos flexibles compostos.

1.1 Materials experimentals Àcid adípic, àcid sebàcic, etilenglicol, neopentilglicol, dietilenglicol, TDI, trímer HDI, polímer hiperramificat fabricat al laboratori, acetat d'etil, pel·lícula de polietilè (PE), pel·lícula de polièster (PET), làmina d'alumini (AL).
1.2 Instruments experimentals Forn d'assecatge d'aire elèctric a temperatura constant d'escriptori: DHG-9203A, Shanghai Yiheng Scientific Instrument Co., Ltd.; Viscosímetre rotacional: NDJ-79, Shanghai Renhe Keyi Co., Ltd.; Màquina universal d'assaigs de tracció: XLW, Labthink; Analitzador termogravimètric: TG209, NETZSCH, Alemanya; Provador de segellat tèrmic: SKZ1017A, Jinan Qingqiang Electromechanical Co., Ltd.
1.3 Mètode de síntesi
1) Preparació del prepolímer: Assequeu completament el matràs de quatre colls i passeu-hi N2, després afegiu-hi el poliol de molècula petita mesurat i el poliàcid i comenceu a remenar. Quan la temperatura arribi a la temperatura establerta i la sortida d'aigua sigui propera a la sortida teòrica d'aigua, preneu una certa quantitat de mostra per a la prova del valor d'acidesa. Quan el valor d'acidesa sigui ≤20 mg/g, inicieu el següent pas de la reacció; afegiu un catalitzador dosificat de 100 × 10-6, connecteu el tub d'escapament de buit i inicieu la bomba de buit, controleu la taxa de sortida d'alcohol mitjançant el grau de buit, quan la sortida real d'alcohol sigui propera a la sortida teòrica d'alcohol, preneu una certa mostra per a la prova del valor d'hidroxil i finalitzeu la reacció quan el valor d'hidroxil compleixi els requisits de disseny. El prepolímer de poliuretà obtingut s'envasa per a ús en espera.
2) Preparació d'adhesiu de poliuretà a base de dissolvent: afegiu el prepolímer de poliuretà mesurat i l'èster etílic en un matràs de quatre colls, escalfeu i remeneu per dispersar-lo uniformement, després afegiu el TDI mesurat al matràs de quatre colls, manteniu-lo calent durant 1,0 h, després afegiu el polímer hiperramificat casolà al laboratori i continueu reaccionant durant 2,0 h, afegiu lentament el trímer HDI gota a gota al matràs de quatre colls, manteniu-lo calent durant 2,0 h, preneu mostres per provar el contingut de NCO, refredeu i allibereu els materials per a l'envasament després que el contingut de NCO estigui qualificat.
3) Laminació en sec: Barregeu l'acetat d'etil, l'agent principal i l'agent de curat en una proporció determinada i remeneu uniformement, després apliqueu i prepareu les mostres en una màquina de laminació en sec.

1.4 Caracterització de la prova
1) Viscositat: utilitzeu un viscosímetre rotacional i consulteu el mètode d'assaig GB/T 2794-1995 per a la viscositat dels adhesius;
2) Resistència al pelatge en T: provada amb una màquina d'assaig de tracció universal, consultant el mètode de prova de resistència al pelatge GB/T 8808-1998;
3) Resistència del segellat tèrmic: primer utilitzeu un provador de segellat tèrmic per realitzar el segellat tèrmic i, a continuació, utilitzeu una màquina d'assaig de tracció universal per provar-ho; consulteu el mètode de prova de resistència del segellat tèrmic GB/T 22638.7-2016;
4) Anàlisi termogravimètrica (TGA): La prova es va dur a terme mitjançant un analitzador termogravimètric amb una velocitat d'escalfament de 10 ℃/min i un rang de temperatura de prova de 50 a 600 ℃.

2.1 Canvis en la viscositat amb el temps de reacció de mescla La viscositat de l'adhesiu i la vida útil del disc de goma són indicadors importants en el procés de producció del producte. Si la viscositat de l'adhesiu és massa alta, la quantitat de cola aplicada serà massa gran, cosa que afectarà l'aspecte i el cost de recobriment de la pel·lícula composta; si la viscositat és massa baixa, la quantitat de cola aplicada serà massa baixa i la tinta no es podrà infiltrar eficaçment, cosa que també afectarà l'aspecte i el rendiment d'unió de la pel·lícula composta. Si la vida útil del disc de goma és massa curta, la viscositat de la cola emmagatzemada al dipòsit de cola augmentarà massa ràpidament i la cola no es podrà aplicar suaument, i el corró de goma no serà fàcil de netejar; si la vida útil del disc de goma és massa llarga, afectarà l'aspecte inicial d'adhesió i el rendiment d'unió del material compost, i fins i tot afectarà la velocitat de curat, cosa que afectarà l'eficiència de producció del producte.

Un control adequat de la viscositat i la vida útil del disc adhesiu són paràmetres importants per al bon ús dels adhesius. Segons l'experiència de producció, l'agent principal, l'acetat d'etil i l'agent de curat s'ajusten al valor R i la viscositat adequats, i l'adhesiu s'enrotlla al dipòsit d'adhesiu amb un corró de goma sense aplicar cola a la pel·lícula. Les mostres d'adhesiu es prenen en diferents períodes de temps per a les proves de viscositat. La viscositat adequada, la vida útil adequada del disc adhesiu i el curat ràpid en condicions de baixa temperatura són objectius importants que persegueixen els adhesius de poliuretà a base de dissolvents durant la producció i l'ús.

2.2 Efecte de la temperatura d'envelliment sobre la resistència al pelament El procés d'envelliment és el procés més important, que requereix més temps, energia i espai per als envasos flexibles. No només afecta la taxa de producció del producte, sinó que, el que és més important, afecta l'aspecte i el rendiment d'unió dels envasos flexibles compostos. Davant dels objectius governamentals de "pic de carboni" i "neutralitat de carboni" i la ferotge competència del mercat, l'envelliment a baixa temperatura i el curat ràpid són maneres efectives d'aconseguir un baix consum d'energia, una producció verda i una producció eficient.

La pel·lícula composta de PET/AL/PE es va envellir a temperatura ambient i a 40, 50 i 60 ℃. A temperatura ambient, la resistència al pelatge de l'estructura composta d'AL/PE de la capa interior es va mantenir estable després d'un envelliment de 12 h, i el curat es va completar bàsicament; a temperatura ambient, la resistència al pelatge de l'estructura composta d'alta barrera de la capa exterior PET/AL es va mantenir bàsicament estable després d'un envelliment de 12 h, cosa que indica que el material de la pel·lícula d'alta barrera afectarà el curat de l'adhesiu de poliuretà; comparant les condicions de temperatura de curat de 40, 50 i 60 ℃, no hi va haver cap diferència òbvia en la velocitat de curat.

En comparació amb els adhesius de poliuretà basats en dissolvents principals del mercat actual, el temps d'envelliment a alta temperatura és generalment de 48 hores o fins i tot més. L'adhesiu de poliuretà d'aquest estudi bàsicament pot completar el curat de l'estructura d'alta barrera en 12 hores a temperatura ambient. L'adhesiu desenvolupat té la funció de curat ràpid. La introducció de polímers hiperramificats casolans i isocianats multifuncionals a l'adhesiu, independentment de l'estructura composta de la capa exterior o de l'estructura composta de la capa interior, la resistència al pelat en condicions de temperatura ambient no és gaire diferent de la resistència al pelat en condicions d'envelliment a alta temperatura, cosa que indica que l'adhesiu desenvolupat no només té la funció de curat ràpid, sinó que també té la funció de curat ràpid sense altes temperatures.

2.3 Efecte de la temperatura d'envelliment sobre la resistència del segellat tèrmic Les característiques del segellat tèrmic dels materials i l'efecte real del segellat tèrmic es veuen afectats per molts factors, com ara l'equip de segellat tèrmic, els paràmetres de rendiment físic i químic del material en si, el temps de segellat tèrmic, la pressió del segellat tèrmic i la temperatura del segellat tèrmic, etc. Segons les necessitats i l'experiència reals, es fixen un procés i uns paràmetres de segellat tèrmic raonables, i es realitza la prova de resistència del segellat tèrmic de la pel·lícula composta després de la composició.

Quan la pel·lícula composta està just fora de la màquina, la resistència del segellat tèrmic és relativament baixa, només 17 N/(15 mm). En aquest moment, l'adhesiu tot just ha començat a solidificar-se i no pot proporcionar una força d'unió suficient. La resistència provada en aquest moment és la resistència del segellat tèrmic de la pel·lícula de PE; a mesura que augmenta el temps d'envelliment, la resistència del segellat tèrmic augmenta bruscament. La resistència del segellat tèrmic després d'un envelliment durant 12 hores és bàsicament la mateixa que després de 24 i 48 hores, cosa que indica que el curat es completa bàsicament en 12 hores, proporcionant una unió suficient per a diferents pel·lícules, resultant en una major resistència del segellat tèrmic. A partir de la corba de canvi de la resistència del segellat tèrmic a diferents temperatures, es pot veure que, en les mateixes condicions de temps d'envelliment, no hi ha gaire diferència en la resistència del segellat tèrmic entre l'envelliment a temperatura ambient i les condicions de 40, 50 i 60 ℃. L'envelliment a temperatura ambient pot aconseguir completament l'efecte de l'envelliment a alta temperatura. L'estructura d'envasament flexible composta amb aquest adhesiu desenvolupat té una bona resistència del segellat tèrmic en condicions d'envelliment a alta temperatura.

2.4 Estabilitat tèrmica de la pel·lícula curada Durant l'ús d'envasos flexibles, cal el segellat tèrmic i la fabricació de bosses. A més de l'estabilitat tèrmica del material de la pel·lícula en si, l'estabilitat tèrmica de la pel·lícula de poliuretà curada determina el rendiment i l'aspecte del producte d'envasament flexible acabat. Aquest estudi utilitza el mètode d'anàlisi gravimètrica tèrmica (TGA) per analitzar l'estabilitat tèrmica de la pel·lícula de poliuretà curada.

La pel·lícula de poliuretà curat té dos pics evidents de pèrdua de pes a la temperatura de prova, corresponents a la descomposició tèrmica del segment dur i del segment tou. La temperatura de descomposició tèrmica del segment tou és relativament alta i la pèrdua de pes tèrmic comença a produir-se a 264 °C. A aquesta temperatura, pot complir els requisits de temperatura del procés actual de segellat tèrmic d'envasos tous i pot complir els requisits de temperatura de la producció d'envasos o ompliments automàtics, el transport de contenidors de llarga distància i el procés d'ús; la temperatura de descomposició tèrmica del segment dur és més alta, arribant als 347 °C. L'adhesiu sense curat d'alta temperatura desenvolupat té una bona estabilitat tèrmica. La barreja d'asfalt AC-13 amb escòria d'acer va augmentar un 2,1%.

3) Quan el contingut d'escòria d'acer arriba al 100%, és a dir, quan la mida de partícula individual de 4,75 a 9,5 mm substitueix completament la pedra calcària, el valor d'estabilitat residual de la barreja d'asfalt és del 85,6%, que és un 0,5% superior al de la barreja d'asfalt AC-13 sense escòria d'acer; la relació de resistència a la divisió és del 80,8%, que és un 0,5% superior a la de la barreja d'asfalt AC-13 sense escòria d'acer. L'addició d'una quantitat adequada d'escòria d'acer pot millorar eficaçment l'estabilitat residual i la relació de resistència a la divisió de la barreja d'asfalt d'escòria d'acer AC-13 i pot millorar eficaçment l'estabilitat a l'aigua de la barreja d'asfalt.

1) En condicions d'ús normals, la viscositat inicial de l'adhesiu de poliuretà a base de dissolvent preparat mitjançant la introducció de polímers hiperramificats casolans i poliisocianats multifuncionals és d'uns 1500 mPa·s, que té una bona viscositat; la vida útil del disc adhesiu arriba als 60 minuts, cosa que pot satisfer plenament els requisits de temps de funcionament de les empreses d'envasos flexibles en el procés de producció.

2) A partir de la resistència al pelat i la resistència del segellat tèrmic, es pot veure que l'adhesiu preparat pot curar ràpidament a temperatura ambient. No hi ha una gran diferència en la velocitat de curat a temperatura ambient i a 40, 50 i 60 ℃, i no hi ha cap gran diferència en la força d'unió. Aquest adhesiu es pot curar completament sense altes temperatures i pot curar ràpidament.

3) L'anàlisi TGA mostra que l'adhesiu té una bona estabilitat tèrmica i pot complir els requisits de temperatura durant la producció, el transport i l'ús.