Een nieuw type polyurethaanlijm werd bereid door gebruik te maken van polyzuren en polyolen met kleine moleculen als basisgrondstoffen voor de bereiding van prepolymeren. Tijdens het ketenverlengingsproces werden hypervertakte polymeren en HDI-trimeren in de polyurethaanstructuur geïntroduceerd. De testresultaten tonen aan dat de in dit onderzoek bereide lijm een ​​geschikte viscositeit heeft, een lange levensduur van de lijmschijf, snel uithardt bij kamertemperatuur en goede hechteigenschappen, hittebestendigheid en thermische stabiliteit bezit.

Flexibele composietverpakkingen hebben als voordelen een fraai uiterlijk, een breed toepassingsgebied, gemakkelijk transport en lage verpakkingskosten. Sinds hun introductie worden ze veelvuldig gebruikt in de voedingsmiddelen-, farmaceutische, chemische en elektronica-industrie en zijn ze zeer geliefd bij consumenten. De prestaties van flexibele composietverpakkingen hangen niet alleen af ​​van het foliemateriaal, maar ook van de eigenschappen van de composietlijm. Polyurethaanlijm heeft vele voordelen, zoals een hoge hechtsterkte, goede verstelmogelijkheden en hygiëne en veiligheid. Het is momenteel de meest gebruikte lijm voor flexibele composietverpakkingen en een belangrijk onderzoeksgebied voor grote lijmfabrikanten.

Veroudering bij hoge temperaturen is een onmisbaar proces bij de productie van flexibele verpakkingen. Met de nationale beleidsdoelen van "koolstofpiek" en "koolstofneutraliteit" zijn groene milieubescherming, lage CO2-uitstootreductie en hoge efficiëntie en energiebesparing ontwikkelingsdoelen geworden voor alle sectoren. De verouderingstemperatuur en -tijd hebben een positief effect op de afpelsterkte van de composietfolie. Theoretisch gezien geldt: hoe hoger de verouderingstemperatuur en hoe langer de verouderingstijd, hoe hoger de reactiesnelheid en hoe beter het uithardingsresultaat. In de praktijk is het echter vaak zo dat, indien mogelijk, een lagere verouderingstemperatuur en een kortere verouderingstijd veroudering overbodig maken. In dat geval kunnen het snijden en verpakken direct na het uitschakelen van de machine worden uitgevoerd. Dit draagt ​​niet alleen bij aan groene milieubescherming en lage CO2-uitstootreductie, maar bespaart ook productiekosten en verbetert de productie-efficiëntie.

Deze studie heeft als doel een nieuw type polyurethaanlijm te synthetiseren met een geschikte viscositeit en een geschikte hechtingslevensduur tijdens productie en gebruik, die snel uithardt bij lage temperaturen (bij voorkeur zonder hoge temperaturen) en die de prestaties van diverse indicatoren van flexibele composietverpakkingen niet beïnvloedt.

1.1 Experimentele materialen: adipinezuur, sebacinezuur, ethyleenglycol, neopentylglycol, diethyleenglycol, TDI, HDI-trimeer, in het laboratorium vervaardigd hypervertakt polymeer, ethylacetaat, polyethyleenfolie (PE), polyesterfolie (PET), aluminiumfolie (AL).
1.2 Experimentele instrumenten Elektrische tafelmodel heteluchtdroogoven met constante temperatuur: DHG-9203A, Shanghai Yiheng Scientific Instrument Co., Ltd.; Rotatieviscometer: NDJ-79, Shanghai Renhe Keyi Co., Ltd.; Universele trekbank: XLW, Labthink; Thermogravimetrische analysator: TG209, NETZSCH, Duitsland; Warmteafdichtingstestapparaat: SKZ1017A, Jinan Qingqiang Electromechanical Co., Ltd.
1.3 Synthesemethode
1) Bereiding van het prepolymeer: ​​Droog de vierhalskolf grondig en leid er stikstof doorheen. Voeg vervolgens de afgemeten kleine moleculaire polyol en polyzuur toe aan de vierhalskolf en begin met roeren. Wanneer de temperatuur de ingestelde temperatuur bereikt en de waterproductie de theoretische waterproductie benadert, neem dan een bepaalde hoeveelheid monster voor een zuurwaardebepaling. Wanneer de zuurwaarde ≤ 20 mg/g is, start dan de volgende reactiestap: voeg 100 × 10⁻⁶ afgemeten katalysator toe, sluit de vacuümslang aan en start de vacuümpomp. Regel de alcoholproductie door de vacuümgraad aan te passen. Wanneer de werkelijke alcoholproductie de theoretische alcoholproductie benadert, neem dan een bepaalde hoeveelheid monster voor een hydroxylwaardebepaling. Beëindig de reactie wanneer de hydroxylwaarde aan de ontwerpeisen voldoet. Het verkregen polyurethaanprepolymeer wordt verpakt voor gebruik.
2) Bereiding van oplosmiddelgebaseerde polyurethaanlijm: Voeg de afgemeten hoeveelheid polyurethaanprepolymeer en ethylester toe aan een vierhalskolf, verwarm en roer tot een gelijkmatige verdeling, voeg vervolgens de afgemeten hoeveelheid TDI toe aan de vierhalskolf en houd deze 1,0 uur warm. Voeg daarna het in het laboratorium zelfgemaakte hypervertakte polymeer toe en laat dit nog 2,0 uur reageren. Voeg vervolgens langzaam, druppelsgewijs, HDI-trimeer toe aan de vierhalskolf en houd deze nog 2,0 uur warm. Neem monsters om het NCO-gehalte te testen, laat het mengsel afkoelen en geef het materiaal vrij voor verpakking nadat het NCO-gehalte is goedgekeurd.
3) Drooglamineren: Meng ethylacetaat, het hoofdbestanddeel en het uithardingsmiddel in een bepaalde verhouding en roer goed door. Breng het mengsel vervolgens aan en bereid de monsters voor op een drooglamineringsmachine.

1.4 Testkarakterisering
1) Viscositeit: Gebruik een rotatieviscometer en raadpleeg GB/T 2794-1995 Testmethode voor de viscositeit van kleefstoffen;
2) T-afpelsterkte: getest met behulp van een universele trekbank, volgens de GB/T 8808-1998 afpelsterktetestmethode;
3) Sterkte van de hitteverzegeling: voer eerst een hitteverzegelingstester uit en test vervolgens de hitteverzegeling met een universele trekbank. Raadpleeg hiervoor de testmethode voor de sterkte van de hitteverzegeling volgens GB/T 22638.7-2016.
4) Thermogravimetrische analyse (TGA): De test werd uitgevoerd met behulp van een thermogravimetrische analysator met een verwarmingssnelheid van 10 ℃/min en een testtemperatuurbereik van 50 tot 600 ℃.

2.1 Veranderingen in viscositeit met de mengreactietijd De viscositeit van de lijm en de levensduur van de rubberen rol zijn belangrijke indicatoren in het productieproces. Als de viscositeit van de lijm te hoog is, is er te veel lijm nodig, wat de uitstraling en de coatingkosten van de composietfolie beïnvloedt. Als de viscositeit te laag is, is er te weinig lijm nodig en kan de inkt niet effectief in de folie doordringen, wat ook de uitstraling en de hechting van de composietfolie beïnvloedt. Als de levensduur van de rubberen rol te kort is, neemt de viscositeit van de lijm in de lijmtank te snel toe, waardoor de lijm niet soepel kan worden aangebracht en de rubberen rol moeilijk schoon te maken is. Als de levensduur van de rubberen rol te lang is, beïnvloedt dit de initiële hechting en de hechting van het composietmateriaal, en zelfs de uithardingssnelheid, waardoor de productie-efficiëntie van het product afneemt.

Een goede viscositeitsregeling en de levensduur van de kleefschijf zijn belangrijke parameters voor een optimaal gebruik van kleefstoffen. Volgens de praktijkervaring worden het hoofdbestanddeel, ethylacetaat, en het uithardingsmiddel aangepast aan de juiste R-waarde en viscositeit. De kleefstof wordt vervolgens met een rubberen rol in de lijmtank aangebracht, zonder dat er lijm op de folie wordt aangebracht. Op verschillende tijdstippen worden monsters van de kleefstof genomen voor viscositeitsmetingen. Een geschikte viscositeit, een geschikte levensduur van de kleefschijf en een snelle uitharding bij lage temperaturen zijn belangrijke doelstellingen bij de productie en het gebruik van oplosmiddelgebaseerde polyurethaankleefstoffen.

2.2 Effect van verouderingstemperatuur op de hechtsterkte Het verouderingsproces is het belangrijkste, tijdrovende, energie-intensieve en ruimteverslindende proces voor flexibele verpakkingen. Het beïnvloedt niet alleen de productiesnelheid, maar vooral ook het uiterlijk en de hechtingseigenschappen van flexibele composietverpakkingen. Gezien de overheidsdoelstellingen van "koolstofpiek" en "koolstofneutraliteit" en de hevige concurrentie op de markt, zijn veroudering bij lage temperaturen en snelle uitharding effectieve manieren om een ​​laag energieverbruik, groene productie en efficiënte productie te realiseren.

De PET/AL/PE-composietfilm werd verouderd bij kamertemperatuur en bij 40, 50 en 60 ℃. Bij kamertemperatuur bleef de afpelsterkte van de binnenste laag van de AL/PE-composietstructuur stabiel na 12 uur veroudering en was de uitharding in principe voltooid; bij kamertemperatuur bleef de afpelsterkte van de buitenste laag van de PET/AL-hoogbarrièrecomposietstructuur in principe stabiel na 12 uur veroudering, wat aangeeft dat het hoogbarrièrefilmmateriaal de uitharding van de polyurethaanlijm beïnvloedt; bij vergelijking van de uithardingstemperaturen van 40, 50 en 60 ℃ was er geen significant verschil in de uithardingssnelheid.

Vergeleken met de gangbare oplosmiddelgebaseerde polyurethaanlijmen op de huidige markt, bedraagt ​​de uithardingstijd bij hoge temperaturen doorgaans 48 uur of zelfs langer. De polyurethaanlijm in dit onderzoek kan de uitharding van de hoogbarrièrestructuur in principe binnen 12 uur bij kamertemperatuur voltooien. De ontwikkelde lijm heeft dus de eigenschap van snelle uitharding. Door de introductie van zelfgemaakte hypervertakte polymeren en multifunctionele isocyanaten in de lijm, is de afpelsterkte bij kamertemperatuur, ongeacht of de buitenlaag of de binnenlaag is samengesteld, niet veel anders dan de afpelsterkte bij hoge temperaturen. Dit wijst erop dat de ontwikkelde lijm niet alleen snel uithardt, maar ook snel uithardt zonder hoge temperaturen.

2.3 Effect van verouderingstemperatuur op de hitteverzegelingssterkte De hitteverzegelingseigenschappen van materialen en het daadwerkelijke hitteverzegelingseffect worden beïnvloed door vele factoren, zoals de hitteverzegelingsapparatuur, de fysische en chemische eigenschappen van het materiaal zelf, de hitteverzegelingstijd, de hitteverzegelingsdruk en de hitteverzegelingstemperatuur, enz. Op basis van de feitelijke behoeften en ervaring worden een redelijk hitteverzegelingsproces en -parameters vastgesteld, waarna de hitteverzegelingssterkte van de composietfilm na het samenstellen wordt getest.

Direct na het persen is de hitteverzegelingssterkte van de composietfolie relatief laag, slechts 17 N/(15 mm). Op dat moment begint de lijm net uit te harden en kan deze onvoldoende hechtkracht leveren. De gemeten sterkte is de hitteverzegelingssterkte van de PE-folie; naarmate de uithardingstijd toeneemt, neemt de hitteverzegelingssterkte sterk toe. De hitteverzegelingssterkte na 12 uur uitharding is vrijwel gelijk aan die na 24 en 48 uur, wat aangeeft dat de uitharding in principe na 12 uur voltooid is. Dit zorgt voor voldoende hechting tussen de verschillende folies, wat resulteert in een hogere hitteverzegelingssterkte. Uit de curve van de hitteverzegelingssterkte bij verschillende temperaturen blijkt dat er onder dezelfde uithardingstijd weinig verschil is in hitteverzegelingssterkte tussen uitharding bij kamertemperatuur en uitharding bij 40, 50 en 60 °C. Uitharding bij kamertemperatuur kan het effect van uitharding bij hoge temperatuur volledig evenaren. De flexibele verpakkingsstructuur, samengesteld met deze ontwikkelde lijm, heeft een goede hitteverzegelingssterkte onder omstandigheden van uitharding bij hoge temperatuur.

2.4 Thermische stabiliteit van uitgeharde folie Bij het gebruik van flexibele verpakkingen zijn hitteverzegeling en het maken van zakken vereist. Naast de thermische stabiliteit van het foliemateriaal zelf, bepaalt de thermische stabiliteit van de uitgeharde polyurethaanfolie de prestaties en het uiterlijk van het uiteindelijke flexibele verpakkingsproduct. In deze studie wordt de thermische stabiliteit van de uitgeharde polyurethaanfolie geanalyseerd met behulp van thermogravimetrische analyse (TGA).

De uitgeharde polyurethaanfilm vertoont twee duidelijke pieken in gewichtsverlies bij de testtemperatuur, overeenkomend met de thermische ontbinding van het harde en het zachte segment. De thermische ontbindingstemperatuur van het zachte segment is relatief hoog en het thermische gewichtsverlies begint bij 264 °C. Bij deze temperatuur voldoet het aan de temperatuureisen van het huidige hitteverzegelingsproces voor zachte verpakkingen en aan de temperatuureisen voor de productie van automatische verpakkingen of vullingen, transport over lange afstanden en het gebruiksproces. De thermische ontbindingstemperatuur van het harde segment is hoger en bereikt 347 °C. De ontwikkelde hittebestendige, niet-uithardende lijm heeft een goede thermische stabiliteit. Het AC-13 asfaltmengsel met staalslak is met 2,1% toegenomen.

3) Wanneer het staalslakgehalte 100% bereikt, dat wil zeggen wanneer de deeltjesgrootte van 4,75 tot 9,5 mm het kalksteen volledig vervangt, bedraagt ​​de reststabiliteitswaarde van het asfaltmengsel 85,6%, wat 0,5% hoger is dan die van het AC-13-asfaltmengsel zonder staalslak; de splijtsterkteverhouding is 80,8%, wat 0,5% hoger is dan die van het AC-13-asfaltmengsel zonder staalslak. De toevoeging van een geschikte hoeveelheid staalslak kan de reststabiliteit en de splijtsterkteverhouding van het AC-13-asfaltmengsel met staalslak effectief verbeteren en kan tevens de waterbestendigheid van het asfaltmengsel verbeteren.

1) Onder normale gebruiksomstandigheden bedraagt ​​de initiële viscositeit van de oplosmiddelgebaseerde polyurethaanlijm, bereid door de introductie van zelfgemaakte hypervertakte polymeren en multifunctionele polyisocyanaten, ongeveer 1500 mPa·s, wat een goede viscositeit oplevert; de levensduur van de lijmschijf bedraagt ​​60 minuten, wat ruimschoots voldoet aan de eisen van flexibele verpakkingsbedrijven in het productieproces.

2) Uit de afpelsterkte en de hitteverzegelingssterkte blijkt dat de bereide lijm snel uithardt bij kamertemperatuur. Er is geen groot verschil in uithardingssnelheid bij kamertemperatuur en bij 40, 50 en 60 ℃, en ook de hechtsterkte verschilt niet significant. Deze lijm kan volledig uitharden zonder hoge temperaturen en hardt snel uit.

3) Uit de TGA-analyse blijkt dat de lijm een ​​goede thermische stabiliteit heeft en aan de temperatuureisen tijdens productie, transport en gebruik kan voldoen.