Een nieuw type polyurethaanlijm werd bereid met behulp 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 deze studie bereide lijm een ​​geschikte viscositeit heeft, een lange levensduur van de lijmschijf, snel uithardt bij kamertemperatuur en goede hechteigenschappen, hittebestendigheid en thermische stabiliteit heeft.

Composiet flexibele verpakkingen hebben de voordelen van een prachtige uitstraling, een breed toepassingsbereik, gemakkelijk transport en lage verpakkingskosten. Sinds de introductie ervan wordt het veel gebruikt in de voedingsmiddelen-, farmaceutische, dagelijkse chemische, elektronica- en andere industrieën, en is het zeer geliefd bij consumenten. De prestaties van composiet flexibele verpakkingen hangen niet alleen af ​​van het foliemateriaal, maar ook van de prestaties van de composietlijm. Polyurethaanlijm biedt vele voordelen, zoals een hoge hechtsterkte, een sterke aanpasbaarheid en hygiëne en veiligheid. Het is momenteel de meest gebruikte ondersteunende lijm voor composiet flexibele verpakkingen 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 "koolstofpiek" en "koolstofneutraliteit" zijn groene milieubescherming, een lage CO2-uitstoot en hoge efficiëntie en energiebesparing de ontwikkelingsdoelen geworden voor alle lagen van de bevolking. De verouderingstemperatuur en -tijd hebben een positief effect op de pelsterkte van de composietfolie. Theoretisch geldt: hoe hoger de verouderingstemperatuur en hoe langer de verouderingstijd, hoe hoger de reactiesnelheid en hoe beter het uithardingseffect. In het daadwerkelijke productieproces, als de verouderingstemperatuur kan worden verlaagd en de verouderingstijd kan worden verkort, is het het beste om geen veroudering nodig te hebben en kan het snijden en verpakken worden uitgevoerd nadat de machine is uitgeschakeld. Dit kan niet alleen de doelen van groene milieubescherming en een lage CO2-uitstoot bereiken, maar ook productiekosten besparen en de productie-efficiëntie verbeteren.

Het doel van deze studie is om een ​​nieuw type polyurethaanlijm te synthetiseren dat over een geschikte viscositeit en levensduur van de lijmschijf beschikt tijdens productie en gebruik, snel kan uitharden bij lage temperaturen, bij voorkeur zonder hoge temperaturen, en de prestaties van verschillende indicatoren van samengestelde flexibele verpakkingen niet beïnvloedt.

1.1 Experimentele materialen Adipinezuur, sebacinezuur, ethyleenglycol, neopentylglycol, di-ethyleenglycol, TDI, HDI-trimeer, in het laboratorium gemaakt hypervertakt polymeer, ethylacetaat, polyethyleenfolie (PE), polyesterfolie (PET), aluminiumfolie (AL).
1.2 Experimentele instrumenten Elektrische tafelluchtdroogstoof met constante temperatuur: DHG-9203A, Shanghai Yiheng Scientific Instrument Co., Ltd.; Rotatieviscosimeter: NDJ-79, Shanghai Renhe Keyi Co., Ltd.; Universele trekbank: XLW, Labthink; Thermogravimetrische analysator: TG209, NETZSCH, Duitsland; Hitteafdichtingstester: SKZ1017A, Jinan Qingqiang Electromechanical Co., Ltd.
1.3 Synthesemethode
1) Bereiding van het prepolymeer: ​​Droog de vierhalskolf grondig en giet er N2 in. Voeg vervolgens de afgemeten kleine moleculen polyol en polyzuur toe aan de vierhalskolf en begin met roeren. Wanneer de temperatuur de ingestelde temperatuur bereikt en de wateropbrengst de theoretische wateropbrengst benadert, neem dan een bepaalde hoeveelheid monster voor een zuurwaardetest. Wanneer de zuurwaarde ≤ 20 mg/g is, start dan de volgende reactiestap: voeg 100 × 10-6 katalysator toe, sluit de vacuümuitlaat aan en start de vacuümpomp. Regel de alcoholopbrengst met de vacuümgraad. Wanneer de werkelijke alcoholopbrengst de theoretische alcoholopbrengst benadert, neem dan een bepaald monster voor een hydroxylwaardetest en beëindig de reactie wanneer de hydroxylwaarde aan de ontwerpeisen voldoet. Het verkregen polyurethaanprepolymeer wordt verpakt voor stand-by gebruik.
2) Bereiding van oplosmiddelhoudende polyurethaanlijm: Doe de afgemeten hoeveelheid polyurethaanprepolymeer en ethylester in een vierhalskolf, verwarm en roer tot alles gelijkmatig verdeeld is. Voeg vervolgens de afgemeten hoeveelheid TDI toe aan de vierhalskolf en houd deze 1,0 uur warm. Voeg vervolgens het zelfgemaakte hypervertakte polymeer in het laboratorium toe en laat nog 2,0 uur reageren. Voeg langzaam druppelsgewijs HDI-trimeer toe aan de vierhalskolf, houd deze 2,0 uur warm. Neem monsters om het NCO-gehalte te testen, laat de materialen afkoelen en geef ze vrij voor verpakking nadat het NCO-gehalte is gekwalificeerd.
3) Droog lamineren: Meng ethylacetaat, hoofdbestanddeel en uithardingsmiddel in een bepaalde verhouding en roer gelijkmatig. Breng het vervolgens aan en bereid de monsters voor op een droog lamineermachine.

1.4 Testkarakterisering
1) Viscositeit: Gebruik een rotatieviscosimeter en raadpleeg GB/T 2794-1995 Testmethode voor viscositeit van kleefstoffen;
2) T-pelsterkte: getest met behulp van een universele trekbank, met verwijzing naar de GB/T 8808-1998-pelsterktetestmethode;
3) Sterkte van de hitteafdichting: gebruik eerst een hitteafdichtingstester om de hitteafdichting uit te voeren en gebruik vervolgens een universele trekbank om de afdichting te testen. Raadpleeg GB/T 22638.7-2016 voor de testmethode voor de hitteafdichting;
4) Thermogravimetrische analyse (TGA): De test werd uitgevoerd met 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 schijf zijn belangrijke indicatoren in het productproductieproces. Als de viscositeit van de lijm te hoog is, zal de hoeveelheid aangebrachte lijm te groot zijn, wat het uiterlijk en de coatingkosten van de composietfilm beïnvloedt; als de viscositeit te laag is, zal de hoeveelheid aangebrachte lijm te laag zijn en kan de inkt niet effectief worden geïnfiltreerd, wat ook het uiterlijk en de hechtprestaties van de composietfilm zal beïnvloeden. Als de levensduur van de rubberen schijf te kort is, zal de viscositeit van de lijm die in de lijmtank is opgeslagen te snel toenemen, waardoor de lijm niet soepel kan worden aangebracht en de rubberen rol niet gemakkelijk te reinigen is; als de levensduur van de rubberen schijf te lang is, zal dit het initiële hechtingsuiterlijk en de hechtprestaties van het composietmateriaal beïnvloeden en zelfs de uithardingssnelheid beïnvloeden, waardoor de productie-efficiëntie van het product wordt beïnvloed.

Een goede viscositeitsregeling en de levensduur van de lijmschijf zijn belangrijke parameters voor een goed gebruik van lijmen. Volgens productie-ervaring worden het hoofdbestanddeel, ethylacetaat en verharder op de juiste R-waarde en viscositeit ingesteld, en wordt de lijm met een rubberen rol in de lijmtank gerold zonder lijm op de film aan te brengen. De lijmmonsters worden op verschillende tijdstippen genomen voor viscositeitstesten. Een goede viscositeit, een goede levensduur van de lijmschijf en snelle uitharding bij lage temperaturen zijn belangrijke doelstellingen die oplosmiddelhoudende polyurethaanlijmen nastreven tijdens de productie en het gebruik.

2.2 Effect van verouderingstemperatuur op de pelsterkte. Veroudering is het belangrijkste, tijdrovende, energie-intensieve en ruimte-intensieve proces voor flexibele verpakkingen. Het beïnvloedt niet alleen de productiesnelheid van het product, maar, belangrijker nog, het uiterlijk en de hechting van samengestelde flexibele verpakkingen. Gezien de overheidsdoelstellingen van "koolstofpiek" en "koolstofneutraliteit" en de felle marktconcurrentie, zijn veroudering bij lage temperaturen en snelle uitharding effectieve manieren om een ​​laag energieverbruik, groene productie en efficiënte productie te bereiken.

De PET/AL/PE-composietfolie werd verouderd bij kamertemperatuur en bij 40, 50 en 60 °C. Bij kamertemperatuur bleef de pelsterkte van de binnenste laag van de AL/PE-composietstructuur stabiel na 12 uur veroudering en was de uitharding vrijwel voltooid; bij kamertemperatuur bleef de pelsterkte van de buitenste laag van de PET/AL-composietstructuur met hoge barrière na 12 uur veroudering vrijwel stabiel, wat aangeeft dat het materiaal met hoge barrière de uitharding van de polyurethaanlijm beïnvloedt; bij vergelijking van de uithardingstemperaturen van 40, 50 en 60 °C was er geen duidelijk verschil in de uithardingssnelheid.

Vergeleken met de gangbare oplosmiddelhoudende polyurethaanlijmen op de huidige markt, bedraagt ​​de verouderingstijd bij hoge temperaturen doorgaans 48 uur of zelfs langer. De polyurethaanlijm in deze studie kan de uitharding van de hoge barrièrestructuur in principe binnen 12 uur bij kamertemperatuur voltooien. De ontwikkelde lijm heeft een snelle uithardingsfunctie. Door de introductie van zelfgemaakte hypervertakte polymeren en multifunctionele isocyanaten in de lijm, ongeacht de composietstructuur van de buitenste laag of de composietstructuur van de binnenste laag, verschilt de pelsterkte onder kamertemperatuur niet veel van de pelsterkte onder hoge temperaturen. Dit geeft aan dat de ontwikkelde lijm niet alleen snel uithardt, maar ook snel uithardt zonder hoge temperaturen.

2.3 Effect van verouderingstemperatuur op de hittesealsterkte De hittesealeigenschappen van materialen en het daadwerkelijke hittesealeffect worden beïnvloed door veel factoren, zoals hittesealapparatuur, fysieke en chemische prestatieparameters van het materiaal zelf, hittesealtijd, hittesealdruk en hittesealtemperatuur, enz. Op basis van de werkelijke behoeften en ervaring worden een redelijk hittesealproces en parameters vastgesteld en wordt de hittesealsterktetest van de composietfilm na het compounderen uitgevoerd.

Wanneer de composietfolie net van de machine komt, is de hittesealsterkte relatief laag, slechts 17 N/(15 mm). Op dit moment is de lijm net begonnen te stollen en kan deze niet voldoende hechtkracht bieden. De geteste sterkte is dan de hittesealsterkte van de PE-folie; naarmate de verouderingstijd toeneemt, neemt de hittesealsterkte sterk toe. De hittesealsterkte na 12 uur veroudering is in principe hetzelfde als die na 24 en 48 uur, wat aangeeft dat de uitharding in principe binnen 12 uur is voltooid, wat zorgt voor voldoende hechting voor verschillende folies, wat resulteert in een verhoogde hittesealsterkte. Uit de veranderingscurve van de hittesealsterkte bij verschillende temperaturen blijkt dat er onder dezelfde verouderingsomstandigheden niet veel verschil is in hittesealsterkte tussen veroudering bij kamertemperatuur en 40, 50 en 60 ℃. Veroudering bij kamertemperatuur kan het effect van veroudering bij hoge temperaturen volledig bereiken. De flexibele verpakkingsstructuur die is samengesteld met deze ontwikkelde lijm heeft een goede hittesealsterkte onder veroudering bij hoge temperaturen.

2.4 Thermische stabiliteit van uitgeharde folie. Bij het gebruik van flexibele verpakkingen zijn warmtesealen 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 afgewerkte flexibele verpakkingsproduct. In deze studie wordt de thermische gravimetrische analyse (TGA) gebruikt om de thermische stabiliteit van de uitgeharde polyurethaanfolie te analyseren.

De uitgeharde polyurethaanfolie vertoont twee duidelijke pieken in gewichtsverlies bij de testtemperatuur, die overeenkomen met de thermische ontleding van het harde segment en het zachte segment. De thermische ontledingstemperatuur van het zachte segment is relatief hoog en het thermische gewichtsverlies begint op te treden bij 264 °C. Bij deze temperatuur voldoet de folie aan de temperatuurvereisten van het huidige warmtesealproces voor zachte verpakkingen en aan de temperatuurvereisten van de productie van automatische verpakkingen of vulmachines, containertransport over lange afstanden en het gebruiksproces; de thermische ontledingstemperatuur van het harde segment is hoger en bereikt 347 °C. De ontwikkelde lijm, die niet uithardt bij hoge temperaturen, heeft een goede thermische stabiliteit. De AC-13 asfaltmix met staalslak steeg met 2,1%.

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

1) Onder normale gebruiksomstandigheden bedraagt ​​de initiële viscositeit van de oplosmiddelhoudende polyurethaanlijm, bereid door de toevoeging van zelfgemaakte hypervertakte polymeren en multifunctionele polyisocyanaten, ongeveer 1500 mPa·s, wat een goede viscositeit heeft. De levensduur van de lijmschijf bedraagt ​​60 min, wat volledig voldoet aan de bedrijfstijdvereisten van flexibele verpakkingsbedrijven in het productieproces.

2) Uit de pelsterkte en de hittelassterkte blijkt dat de bereide lijm snel kan uitharden bij kamertemperatuur. Er is geen groot verschil in de uithardingssnelheid bij kamertemperatuur en bij 40, 50 en 60 °C, en er is geen groot verschil in de hechtsterkte. Deze lijm kan volledig uitharden zonder hoge temperaturen en kan snel uitharden.

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