Egy új típusú poliuretán ragasztót állítottak elő kis molekulájú polisavak és kis molekulájú poliolok felhasználásával prepolimerek előállításához. A lánchosszabbítási folyamat során hiperelágazó polimereket és HDI trimereket vittek be a poliuretán szerkezetbe. A vizsgálati eredmények azt mutatják, hogy az ebben a vizsgálatban előállított ragasztó megfelelő viszkozitással, hosszú ragasztókorong-élettartammal rendelkezik, szobahőmérsékleten gyorsan kikeményedik, jó kötési tulajdonságokkal, hőszigetelő szilárdsággal és hőstabilitással rendelkezik.

A kompozit rugalmas csomagolás előnyei a kiváló megjelenés, a széleskörű alkalmazási kör, a kényelmes szállítás és az alacsony csomagolási költség. Bevezetése óta széles körben használják az élelmiszeriparban, az orvostudományban, a napi vegyiparban, az elektronikában és más iparágakban, és a fogyasztók mélyen szeretik. A kompozit rugalmas csomagolás teljesítménye nemcsak a fólia anyagától függ, hanem a kompozit ragasztó teljesítményétől is. A poliuretán ragasztónak számos előnye van, mint például a nagy kötési szilárdság, a jó állíthatóság, valamint a higiénia és a biztonság. Jelenleg ez a kompozit rugalmas csomagolások fő támogató ragasztója, és a főbb ragasztógyártók kutatásainak középpontjában áll.

A magas hőmérsékletű érlelés nélkülözhetetlen folyamat a rugalmas csomagolóanyagok előállításában. A "szén-dioxid-csúcs" és a "szén-dioxid-semlegesség" nemzeti politikai céljaival a zöld környezetvédelem, az alacsony szén-dioxid-kibocsátás csökkentése, valamint a nagy hatékonyság és energiatakarékosság az élet minden területének fejlesztési céljává vált. Az érlelési hőmérséklet és az érlelési idő pozitív hatással van a kompozit film hámlasztási szilárdságára. Elméletileg minél magasabb az öregítési hőmérséklet és minél hosszabb az öregítési idő, annál nagyobb a reakció befejeződési sebessége és annál jobb a kikeményedési hatás. A tényleges gyártási folyamatban, ha az öregítési hőmérséklet csökkenthető és az öregítési idő lerövidíthető, akkor a legjobb, ha nincs szükség érlelésre, és a hasítás és a zsákolás a gép kikapcsolása után végezhető el. Ez nemcsak a zöld környezetvédelem és az alacsony szén-dioxid-kibocsátás csökkentésének céljait érheti el, hanem termelési költségeket is megtakaríthat és javíthatja a termelési hatékonyságot.

Ez a tanulmány egy új típusú poliuretán ragasztó szintézisét célozza, amely megfelelő viszkozitással és ragasztókorong-élettartammal rendelkezik a gyártás és a felhasználás során, gyorsan kikeményedik alacsony hőmérsékleti körülmények között, lehetőleg magas hőmérséklet nélkül, és nem befolyásolja a kompozit rugalmas csomagolás különböző mutatóinak teljesítményét.

1.1 Kísérleti anyagok Adipinsav, szebacinsav, etilénglikol, neopentil-glikol, dietilénglikol, TDI, HDI trimer, laboratóriumban előállított hiperelágazó polimer, etil-acetát, polietilén fólia (PE), poliészter fólia (PET), alumíniumfólia (AL).
1.2 Kísérleti eszközök Asztali elektromos állandó hőmérsékletű levegőszárító kemence: DHG-9203A, Shanghai Yiheng Scientific Instrument Co., Ltd.; Rotációs viszkozitásmérő: NDJ-79, Shanghai Renhe Keyi Co., Ltd.; Univerzális szakítóvizsgáló gép: XLW, Labthink; Termogravimetriás analizátor: TG209, NETZSCH, Németország; Hőzárásvizsgáló: SKZ1017A, Jinan Qingqiang Electromechanical Co., Ltd.
1.3 Szintézismódszer
1) Prepolimer előállítása: A négynyakú lombikot alaposan szárítsa meg, és nitrogént engedjen bele, majd adja hozzá a mért kis molekulájú poliolt és polisavat a négynyakú lombikba, és kezdje el a keverést. Amikor a hőmérséklet eléri a beállított hőmérsékletet, és a vízhozam közel van az elméleti vízhozamhoz, vegyen ki egy bizonyos mennyiségű mintát a savérték-vizsgálathoz. Amikor a savérték ≤20 mg/g, indítsa el a reakció következő lépését; adjon hozzá 100×10-6 adagolt katalizátort, csatlakoztassa a vákuumcsövet és indítsa el a vákuumszivattyút, szabályozza az alkoholkibocsátás sebességét a vákuumfokkal, amikor a tényleges alkoholhozam közel van az elméleti alkoholhoz, vegyen egy bizonyos mintát a hidroxilérték-vizsgálathoz, és állítsa le a reakciót, amikor a hidroxilérték megfelel a tervezési követelményeknek. A kapott poliuretán prepolimert készenléti használatra csomagolják.
2) Oldószeralapú poliuretán ragasztó előkészítése: Adja a kimért poliuretán prepolimert és az etilésztert egy négynyakú lombikba, melegítse és keverje, amíg egyenletesen el nem diszpergálódik, majd adja hozzá a kimért TDI-t a négynyakú lombikba, tartsa melegen 1,0 órán át, majd adja hozzá a laboratóriumban készített, hiperelágazó polimert, és folytassa a reakciót 2,0 órán át. Lassan, cseppenként adjon hozzá HDI trimert a négynyakú lombikba, tartsa melegen 2,0 órán át, vegyen mintákat az NCO-tartalom vizsgálatához, hagyja lehűlni, és az NCO-tartalom minősítése után engedje fel az anyagokat csomagolásra.
3) Száraz laminálás: Keverjük össze az etil-acetátot, a fő hatóanyagot és a térhálósítószert bizonyos arányban, és keverjük egyenletesen, majd vigyük fel és készítsük elő a mintákat egy száraz lamináló gépen.

1.4 A teszt jellemzése
1) Viszkozitás: Használjon rotációs viszkozitásmérőt, és lásd a GB/T 2794-1995 szabványt a ragasztók viszkozitásának vizsgálati módszeréről;
2) T-leválasztási szilárdság: univerzális szakítóvizsgáló géppel tesztelve, a GB/T 8808-1998 szabvány szerinti leválasztási szilárdságvizsgálati módszerrel;
3) Hőzárási szilárdság: először hőzárási teszterrel végezze el a hőzárást, majd univerzális szakítóvizsgáló géppel tesztelje, lásd a GB/T 22638.7-2016 hőzárási szilárdsági vizsgálati módszert;
4) Termogravimetriás analízis (TGA): A vizsgálatot termogravimetriás analizátorral végezték, 10 ℃/perc fűtési sebességgel és 50–600 ℃ vizsgálati hőmérséklet-tartományban.

2.1 A viszkozitás változása a keverési reakcióidő függvényében A ragasztó viszkozitása és a gumikorong élettartama fontos mutatók a termékgyártási folyamatban. Ha a ragasztó viszkozitása túl magas, a felvitt ragasztó mennyisége túl nagy lesz, ami befolyásolja a kompozit film megjelenését és a bevonat költségét; ha a viszkozitás túl alacsony, a felvitt ragasztó mennyisége túl alacsony lesz, és a tinta nem tud hatékonyan beépülni, ami szintén befolyásolja a kompozit film megjelenését és kötési teljesítményét. Ha a gumikorong élettartama túl rövid, a ragasztótartályban tárolt ragasztó viszkozitása túl gyorsan növekszik, a ragasztó nem vihető fel simán, és a gumihenger nem könnyen tisztítható; ha a gumikorong élettartama túl hosszú, az befolyásolja a kompozit anyag kezdeti tapadási megjelenését és kötési teljesítményét, sőt a kikeményedési sebességet is, ezáltal befolyásolva a termék gyártási hatékonyságát.

A ragasztók megfelelő viszkozitásszabályozása és a ragasztókorong élettartama fontos paraméterek a ragasztók megfelelő felhasználásához. A gyártási tapasztalatok szerint a fő hatóanyagot, az etil-acetátot és a térhálósítószert a megfelelő R értékre és viszkozitásra állítják be, majd a ragasztót gumihengerrel hengerelik a ragasztótartályban anélkül, hogy ragasztót vinnének a fóliára. A viszkozitásvizsgálathoz a ragasztómintákat különböző időközönként veszik. A megfelelő viszkozitás, a ragasztókorong megfelelő élettartama és a gyors kikeményedés alacsony hőmérsékleti körülmények között a oldószeres poliuretán ragasztók fontos céljai a gyártás és a felhasználás során.

2.2 Az öregítési hőmérséklet hatása a hámlási szilárdságra Az öregítési folyamat a rugalmas csomagolások legfontosabb, időigényesebb, energiaigényesebb és helyigényesebb folyamata. Nemcsak a termék gyártási sebességét befolyásolja, hanem ami még fontosabb, a kompozit rugalmas csomagolások megjelenését és ragasztási teljesítményét is. A kormányzati „szén-dioxid-csúcs” és „szén-dioxid-semlegesség” célkitűzésekkel, valamint az erős piaci versennyel szembesülve az alacsony hőmérsékletű öregítés és a gyors kikeményítés hatékony módja az alacsony energiafogyasztás, a zöld termelés és a hatékony termelés elérésének.

A PET/AL/PE kompozit fóliát szobahőmérsékleten, valamint 40, 50 és 60 ℃-on érlelték. Szobahőmérsékleten a belső réteg AL/PE kompozit szerkezetének hámlasztási szilárdsága 12 óra öregítés után is stabil maradt, és a kikeményedés lényegében befejeződött; szobahőmérsékleten a külső réteg PET/AL nagy záróképességű kompozit szerkezetének hámlasztási szilárdsága 12 óra öregítés után is lényegében stabil maradt, ami arra utal, hogy a nagy záróképességű fóliaanyag befolyásolja a poliuretán ragasztó kikeményedését; a 40, 50 és 60 ℃-os kikeményedési hőmérsékletek összehasonlításakor nem volt egyértelmű különbség a kikeményedési sebességben.

A jelenlegi piacon kapható oldószeralapú poliuretán ragasztókkal összehasonlítva a magas hőmérsékletű öregítési idő általában 48 óra vagy akár hosszabb is. A vizsgálatban szereplő poliuretán ragasztó alapvetően 12 óra alatt képes befejezni a nagy záróképességű szerkezet kikeményedését szobahőmérsékleten. A kifejlesztett ragasztó a gyors kikeményedés funkciójával rendelkezik. A házilag előállított hiperelágazó polimerek és multifunkcionális izocianátok ragasztóba való bevitelének köszönhetően, függetlenül a külső vagy a belső réteg kompozit szerkezetétől, a szobahőmérsékleten mért hámlasztási szilárdság nem különbözik nagyban a magas hőmérsékleten mért hámlasztási szilárdságtól, ami azt jelzi, hogy a kifejlesztett ragasztó nemcsak a gyors kikeményedés funkciójával rendelkezik, hanem a magas hőmérséklet nélküli gyors kikeményedés funkciójával is.

2.3 Az öregítési hőmérséklet hatása a hőzárási szilárdságra Az anyagok hőzárási tulajdonságait és a tényleges hőzárási hatást számos tényező befolyásolja, mint például a hőzáró berendezés, az anyag fizikai és kémiai teljesítményparaméterei, a hőzárási idő, a hőzárási nyomás és a hőzárási hőmérséklet stb. A tényleges igényeknek és tapasztalatoknak megfelelően ésszerű hőzárási folyamatot és paramétereket határoznak meg, és elvégzik a kompozit fólia hőzárási szilárdsági vizsgálatát a kompaundálás után.

Amikor a kompozit fólia éppen csak leszáll a gépről, a hőzárási szilárdsága viszonylag alacsony, mindössze 17 N/(15 mm). Ekkor a ragasztóanyag éppen csak elkezdett megszilárdulni, és nem tud elegendő kötési erőt biztosítani. Az ekkor mért szilárdság a PE fólia hőzárási szilárdsága; az öregítési idő növekedésével a hőzárási szilárdság meredeken növekszik. A 12 órás öregítés utáni hőzárási szilárdság lényegében megegyezik a 24 és 48 óra utáni értékkel, ami azt jelzi, hogy a kikeményedés lényegében 12 óra alatt befejeződik, így a különböző fóliák esetében megfelelő kötés jön létre, ami megnöveli a hőzárási szilárdságot. A különböző hőmérsékleteken mért hőzárási szilárdság változási görbéjéből látható, hogy azonos öregítési idő mellett nincs nagy különbség a hőzárási szilárdságban a szobahőmérsékleten történő öregítés és a 40, 50 és 60 ℃-os körülmények között. Szobahőmérsékleten történő öregítéssel teljes mértékben elérhető a magas hőmérsékletű öregítés hatása. Az ezzel a kifejlesztett ragasztóval kompozitált rugalmas csomagolószerkezet jó hőzárási szilárdsággal rendelkezik magas hőmérsékletű öregítési körülmények között.

2.4 A kikeményedett fólia hőstabilitása A rugalmas csomagolóanyagok használata során hőzárás és zacskókészítés szükséges. A fóliaanyag hőstabilitása mellett a kikeményedett poliuretán fólia hőstabilitása is meghatározza a kész rugalmas csomagolóanyag teljesítményét és megjelenését. Ez a tanulmány a termogravimetriás analízis (TGA) módszert alkalmazza a kikeményedett poliuretán fólia hőstabilitásának elemzésére.

A kikeményedett poliuretán fólia két egyértelmű tömegveszteségi csúcsot mutat a vizsgálati hőmérsékleten, amelyek a kemény és a lágy szegmens hőbomlásának felelnek meg. A lágy szegmens hőbomlási hőmérséklete viszonylag magas, és a hőveszteség 264°C-on kezdődik. Ezen a hőmérsékleten megfelel a jelenlegi lágy csomagolási hőzárási eljárás hőmérsékleti követelményeinek, valamint az automatikus csomagolás vagy töltés gyártásának, a távolsági konténerszállításnak és a felhasználási folyamatnak; a kemény szegmens hőbomlási hőmérséklete magasabb, eléri a 347°C-ot. A kifejlesztett magas hőmérsékletű, kikeményedésmentes ragasztó jó hőstabilitással rendelkezik. Az AC-13 aszfaltkeverék acélsalakjával 2,1%-kal nőtt.

3) Amikor az acélsalak-tartalom eléri a 100%-ot, azaz amikor a 4,75–9,5 mm-es egyedi szemcseméret teljesen helyettesíti a mészkövet, az aszfaltkeverék maradék stabilitási értéke 85,6%, ami 0,5%-kal magasabb, mint az acélsalak nélküli AC-13 aszfaltkeveréké; a hasítószilárdsági arány 80,8%, ami 0,5%-kal magasabb, mint az acélsalak nélküli AC-13 aszfaltkeveréké. Megfelelő mennyiségű acélsalak hozzáadása hatékonyan javíthatja az AC-13 acélsalak aszfaltkeverék maradék stabilitását és hasítószilárdsági arányát, valamint hatékonyan javíthatja az aszfaltkeverék vízállóságát.

1) Normál használati körülmények között a házilag előállított, hiperelágazó polimerek és multifunkcionális poliizocianátok hozzáadásával előállított oldószeralapú poliuretán ragasztó kezdeti viszkozitása körülbelül 1500 mPa·s, ami jó viszkozitással rendelkezik; a ragasztókorong élettartama eléri a 60 percet, ami teljes mértékben megfelel a rugalmas csomagolóanyagokat gyártó vállalatok üzemidő-követelményeinek a gyártási folyamatban.

2) A tépőerőből és a hőzárási szilárdságból látható, hogy az elkészített ragasztó szobahőmérsékleten gyorsan kikeményedik. Nincs nagy különbség a kikeményedési sebességben szobahőmérsékleten, illetve 40, 50 és 60 ℃-on, és a kötési szilárdságban sincs nagy különbség. Ez a ragasztó magas hőmérséklet nélkül is teljesen kikeményedik, és gyorsan kikeményedik.

3) A TGA elemzés azt mutatja, hogy a ragasztó jó hőstabilitással rendelkezik, és megfelel a gyártás, szállítás és felhasználás során felmerülő hőmérsékleti követelményeknek.