Nový typ polyuretanového lepidla byl připraven za použití nízkomolekulárních polykyselin a nízkomolekulárních polyolů jako základních surovin pro přípravu prepolymerů. Během procesu prodlužování řetězce byly do polyuretanové struktury zavedeny hyperrozvětvené polymery a HDI trimery. Výsledky testů ukazují, že lepidlo připravené v této studii má vhodnou viskozitu, dlouhou životnost lepidla, lze jej rychle vytvrdit při pokojové teplotě a má dobré spojovací vlastnosti, pevnost při tepelném svařování a tepelnou stabilitu.

Kompozitní flexibilní obaly mají výhody jako vynikající vzhled, široký rozsah použití, pohodlná přeprava a nízké náklady na balení. Od svého uvedení na trh se široce používají v potravinářství, medicíně, denních chemikáliích, elektronice a dalších průmyslových odvětvích a spotřebitelé si je velmi oblíbili. Vlastnosti kompozitních flexibilních obalů nesouvisí pouze s materiálem fólie, ale také s vlastnostmi kompozitního lepidla. Polyuretanové lepidlo má mnoho výhod, jako je vysoká pevnost spoje, silná nastavitelnost a hygiena a bezpečnost. V současné době je hlavním nosným lepidlem pro kompozitní flexibilní obaly a je předmětem výzkumu hlavních výrobců lepidel.

Stárnutí za vysokých teplot je nepostradatelným procesem při přípravě flexibilních obalů. S cíli národní politiky „uhlíkového vrcholu“ a „uhlíkové neutrality“ se ekologická ochrana životního prostředí, snižování emisí uhlíku a vysoká účinnost a úspora energie staly rozvojovými cíli všech oblastí života. Teplota a doba stárnutí mají pozitivní vliv na pevnost kompozitní fólie v odlupování. Teoreticky platí, že čím vyšší je teplota stárnutí a čím delší je doba stárnutí, tím vyšší je rychlost dokončení reakce a tím lepší je vytvrzovací účinek. V reálném výrobním procesu, pokud lze snížit teplotu stárnutí a zkrátit dobu stárnutí, je nejlepší stárnutí nevyžadovat a řezání a balení lze provádět až po vypnutí stroje. Tím se nejen dosáhne cílů ekologické ochrany životního prostředí a snižování emisí uhlíku, ale také se ušetří výrobní náklady a zvýší se efektivita výroby.

Tato studie si klade za cíl syntetizovat nový typ polyuretanového lepidla, které má vhodnou viskozitu a životnost lepidla během výroby a použití, dokáže rychle vytvrdnout za nízkých teplot, nejlépe bez vysokých teplot, a neovlivňuje výkon různých ukazatelů kompozitních flexibilních obalů.

1.1 Experimentální materiály Kyselina adipová, kyselina sebaková, ethylenglykol, neopentylglykol, diethylenglykol, TDI, HDI trimer, laboratorně vyrobený hyperrozvětvený polymer, ethylacetát, polyethylenová fólie (PE), polyesterová fólie (PET), hliníková fólie (AL).
1.2 Experimentální přístroje Stolní elektrická sušárna s konstantní teplotou: DHG-9203A, Shanghai Yiheng Scientific Instrument Co., Ltd.; Rotační viskozimetr: NDJ-79, Shanghai Renhe Keyi Co., Ltd.; Univerzální tahový zkušební stroj: XLW, Labthink; Termogravimetrický analyzátor: TG209, NETZSCH, Německo; Tester tepelného spoje: SKZ1017A, Jinan Qingqiang Electromechanical Co., Ltd.
1.3 Metoda syntézy
1) Příprava prepolymeru: Čtyřhrdlou baňku důkladně osušte a nechte do ní protéct N2, poté do čtyřhrdlé baňky přidejte odměřené množství nízkomolekulárního polyolu a polykyseliny a začněte míchat. Jakmile teplota dosáhne nastavené teploty a výstup vody se blíží teoretickému výstupu vody, odeberte určité množství vzorku pro stanovení čísla kyselosti. Pokud je číslo kyselosti ≤ 20 mg/g, začněte další krok reakce; přidejte 100×10-6 odměřený katalyzátor, připojte vakuové potrubí a spusťte vakuové čerpadlo, regulujte rychlost výstupu alkoholu stupněm vakua. Jakmile se skutečný výstup alkoholu blíží teoretickému výstupu alkoholu, odeberte určitý vzorek pro stanovení hydroxylového čísla a ukončete reakci, když hydroxylové číslo splňuje konstrukční požadavky. Získaný polyuretanový prepolymer se zabalí pro pohotovostní použití.
2) Příprava polyuretanového lepidla na bázi rozpouštědla: Do čtyřhrdlé baňky se přidá odměřený polyuretanový prepolymer a ethylester, zahřeje se a míchá se do rovnoměrného rozptýlení, poté se do čtyřhrdlé baňky přidá odměřený TDI, udržuje se v teple po dobu 1,0 hodiny, poté se v laboratoři přidá domácí hyperrozvětvený polymer a pokračuje se v reakci po dobu 2,0 hodin, do čtyřhrdlé baňky se pomalu po kapkách přidává HDI trimer, udržuje se v teple po dobu 2,0 hodin, odeberou se vzorky pro testování obsahu NCO, nechají se ochladit a po stanovení obsahu NCO se materiály uvolní k balení.
3) Suchá laminace: Smíchejte ethylacetát, hlavní činidlo a vytvrzovací činidlo v určitém poměru a rovnoměrně promíchejte, poté naneste a připravte vzorky na suchém laminovacím stroji.

1.4 Charakterizace testu
1) Viskozita: Použijte rotační viskozimetr a řiďte se GB/T 2794-1995 Zkušební metoda pro viskozitu lepidel;
2) Pevnost v odlupování ve tvaru T: zkoušeno univerzálním tahovým zkušebním strojem podle metody zkoušení pevnosti v odlupování podle normy GB/T 8808-1998;
3) Pevnost tepelného svaru: nejprve použijte tester tepelného svaru k provedení tepelného svaru a poté otestujte univerzálním tahovým zkušebním strojem, viz metoda zkoušení pevnosti tepelného svaru GB/T 22638.7-2016;
4) Termogravimetrická analýza (TGA): Zkouška byla provedena pomocí termogravimetrického analyzátoru s rychlostí ohřevu 10 °C/min a rozsahem testovacích teplot 50 až 600 °C.

2.1 Změny viskozity s dobou reakce míchání Viskozita lepidla a životnost pryžového kotouče jsou důležitými ukazateli v procesu výroby produktu. Pokud je viskozita lepidla příliš vysoká, množství naneseného lepidla bude příliš velké, což ovlivní vzhled a náklady na povlak kompozitní fólie; pokud je viskozita příliš nízká, množství naneseného lepidla bude příliš malé a barva se nemůže účinně infiltrovat, což také ovlivní vzhled a vlastnosti lepení kompozitní fólie. Pokud je životnost pryžového kotouče příliš krátká, viskozita lepidla uloženého v nádrži na lepidlo se bude příliš rychle zvyšovat, lepidlo se nebude nanášet hladce a pryžový válec se nebude snadno čistit; pokud je životnost pryžového kotouče příliš dlouhá, ovlivní to počáteční vzhled a vlastnosti lepení kompozitního materiálu a dokonce i rychlost vytvrzování, což ovlivní efektivitu výroby produktu.

Vhodná kontrola viskozity a životnost lepicího kotouče jsou důležitými parametry pro správné použití lepidel. Podle zkušeností z výroby se hlavní činidlo, ethylacetát a tvrdidlo, upraví na vhodnou hodnotu R a viskozitu a lepidlo se v nádrži na lepidlo nanáší gumovým válečkem bez nanášení lepidla na film. Vzorky lepidla se odebírají v různých časových intervalech pro testování viskozity. Vhodná viskozita, vhodná životnost lepicího kotouče a rychlé vytvrzení za nízkých teplot jsou důležitými cíli, které sledují polyuretanová lepidla na bázi rozpouštědel během výroby a použití.

2.2 Vliv teploty stárnutí na pevnost v odlupování Proces stárnutí je nejdůležitějším, časově, energeticky a prostorově nejnáročnějším procesem pro flexibilní obaly. Ovlivňuje nejen rychlost výroby produktu, ale především vzhled a vlastnosti spojů kompozitních flexibilních obalů. Vzhledem k vládním cílům „uhlíkového vrcholu“ a „uhlíkové neutrality“ a tvrdé konkurenci na trhu jsou stárnutí za nízkých teplot a rychlé vytvrzování účinnými způsoby, jak dosáhnout nízké spotřeby energie, zelené výroby a efektivní výroby.

Kompozitní fólie PET/AL/PE byla podrobena stárnutí při pokojové teplotě a při 40, 50 a 60 °C. Při pokojové teplotě zůstala pevnost v odlupování vnitřní vrstvy kompozitní struktury AL/PE po 12 hodinách stárnutí stabilní a vytvrzování bylo v podstatě dokončeno; při pokojové teplotě zůstala pevnost v odlupování vnější vrstvy kompozitní struktury PET/AL s vysokou bariérou po 12 hodinách stárnutí v podstatě stabilní, což naznačuje, že materiál fólie s vysokou bariérou ovlivňuje vytvrzování polyuretanového lepidla; při porovnání teplot vytvrzování 40, 50 a 60 °C nebyl zjištěn žádný zjevný rozdíl v rychlosti vytvrzování.

Ve srovnání s běžnými polyuretanovými lepidly na bázi rozpouštědel, která jsou v současné době na trhu, je doba zrání při vysokých teplotách obvykle 48 hodin nebo i déle. Polyuretanové lepidlo v této studii dokáže v podstatě dokončit vytvrzení vysoce bariérové ​​struktury za 12 hodin při pokojové teplotě. Vyvinuté lepidlo má funkci rychlého vytvrzování. Díky zavedení domácích hyperrozvětvených polymerů a multifunkčních isokyanátů do lepidla se bez ohledu na kompozitní strukturu vnější nebo vnitřní vrstvy pevnost v odlupování za podmínek pokojové teploty příliš neliší od pevnosti v odlupování za podmínek stárnutí při vysokých teplotách, což naznačuje, že vyvinuté lepidlo má nejen funkci rychlého vytvrzování, ale také funkci rychlého vytvrzování bez vysoké teploty.

2.3 Vliv teploty stárnutí na pevnost tepelného svaru Vlastnosti tepelného svaru materiálů a skutečný účinek tepelného svaru jsou ovlivněny mnoha faktory, jako je zařízení pro tepelné svařování, fyzikální a chemické parametry samotného materiálu, doba tepelného svařování, tlak tepelného svařování a teplota tepelného svařování atd. Podle skutečných potřeb a zkušeností se stanoví přiměřený proces a parametry tepelného svařování a po smíchání se provede zkouška pevnosti tepelného svaru kompozitní fólie.

Když je kompozitní fólie hned po vyjmutí ze stroje, je pevnost tepelného svaru relativně nízká, pouze 17 N/(15 mm). V tomto okamžiku lepidlo teprve začíná tuhnout a nemůže poskytnout dostatečnou spojovací sílu. Pevnost testovaná v tomto okamžiku je pevnost tepelného svaru PE fólie; s prodlužující se dobou stárnutí se pevnost tepelného svaru prudce zvyšuje. Pevnost tepelného svaru po stárnutí po dobu 12 hodin je v podstatě stejná jako po 24 a 48 hodinách, což naznačuje, že vytvrzování je v podstatě dokončeno za 12 hodin, což zajišťuje dostatečné spojení pro různé fólie a vede ke zvýšené pevnosti tepelného svaru. Z křivky změny pevnosti tepelného svaru při různých teplotách je patrné, že za stejných podmínek doby stárnutí není velký rozdíl v pevnosti tepelného svaru mezi stárnutím při pokojové teplotě a podmínkami 40, 50 a 60 °C. Stárnutí při pokojové teplotě může plně dosáhnout efektu stárnutí při vysokých teplotách. Flexibilní obalová struktura složená z tohoto vyvinutého lepidla má dobrou pevnost tepelného svaru za podmínek stárnutí při vysokých teplotách.

2.4 Tepelná stabilita vytvrzené fólie Během používání flexibilních obalů je nutné tepelné svařování a výroba sáčků. Kromě tepelné stability samotného fóliového materiálu určuje tepelná stabilita vytvrzené polyuretanové fólie vlastnosti a vzhled hotového flexibilního obalového produktu. Tato studie využívá metodu tepelné gravimetrické analýzy (TGA) k analýze tepelné stability vytvrzené polyuretanové fólie.

Vytvrzená polyuretanová fólie má při zkušební teplotě dva zřetelné vrcholy úbytku hmotnosti, které odpovídají tepelnému rozkladu tvrdého a měkkého segmentu. Teplota tepelného rozkladu měkkého segmentu je relativně vysoká a tepelný úbytek hmotnosti začíná při 264 °C. Při této teplotě splňuje teplotní požadavky současného procesu tepelného svařování měkkých obalů a splňuje teplotní požadavky pro výrobu automatického balení nebo plnění, přepravu kontejnerů na dlouhé vzdálenosti a proces použití; teplota tepelného rozkladu tvrdého segmentu je vyšší a dosahuje 347 °C. Vyvinuté vysokoteplotní lepidlo bez vytvrzování má dobrou tepelnou stabilitu. Asfaltová směs AC-13 s ocelovou struskou se zvýšila o 2,1 %.

3) Když obsah ocelové strusky dosáhne 100 %, tj. když velikost jednotlivých částic o velikosti 4,75 až 9,5 mm zcela nahradí vápenec, je hodnota zbytkové stability asfaltové směsi 85,6 %, což je o 0,5 % více než u asfaltové směsi AC-13 bez ocelové strusky; poměr štěpné pevnosti je 80,8 %, což je o 0,5 % více než u asfaltové směsi AC-13 bez ocelové strusky. Přidání vhodného množství ocelové strusky může účinně zlepšit zbytkovou stabilitu a poměr štěpné pevnosti asfaltové směsi AC-13 s ocelovou struskou a může účinně zlepšit stabilitu asfaltové směsi ve vodě.

1) Za normálních podmínek použití je počáteční viskozita polyuretanového lepidla na bázi rozpouštědla, připraveného zavedením domácích hyperrozvětvených polymerů a multifunkčních polyisokyanátů, přibližně 1500 mPa·s, což má dobrou viskozitu; životnost lepicího kotouče dosahuje 60 minut, což plně splňuje požadavky na provozní dobu společností vyrábějících flexibilní obaly ve výrobním procesu.

2) Z pevnosti v odlupování a pevnosti tepelného svaru je patrné, že připravené lepidlo dokáže rychle vytvrdnout při pokojové teplotě. Není velký rozdíl v rychlosti vytvrzování při pokojové teplotě a při 40, 50 a 60 °C a není velký rozdíl ani v pevnosti spoje. Toto lepidlo lze zcela vytvrdit bez vysoké teploty a rychle vytvrdne.

3) TGA analýza ukazuje, že lepidlo má dobrou tepelnou stabilitu a splňuje teplotní požadavky během výroby, přepravy a použití.