Ένας νέος τύπος κόλλας πολυουρεθάνης παρασκευάστηκε χρησιμοποιώντας πολυοξέα μικρών μορίων και πολυόλες μικρών μορίων ως βασικές πρώτες ύλες για την παρασκευή προπολυμερών. Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας επέκτασης της αλυσίδας, εισήχθησαν υπερδιακλαδωμένα πολυμερή και τριμερή HDI στη δομή πολυουρεθάνης. Τα αποτελέσματα των δοκιμών δείχνουν ότι η κόλλα που παρασκευάστηκε σε αυτή τη μελέτη έχει κατάλληλο ιξώδες, μεγάλη διάρκεια ζωής του συγκολλητικού δίσκου, μπορεί να σκληρυνθεί γρήγορα σε θερμοκρασία δωματίου και έχει καλές ιδιότητες συγκόλλησης, αντοχή στη θερμική σφράγιση και θερμική σταθερότητα.

Η σύνθετη εύκαμπτη συσκευασία έχει τα πλεονεκτήματα της εξαιρετικής εμφάνισης, του ευρέος φάσματος εφαρμογών, της άνετης μεταφοράς και του χαμηλού κόστους συσκευασίας. Από την εισαγωγή της, έχει χρησιμοποιηθεί ευρέως σε τρόφιμα, φάρμακα, χημικά καθημερινής χρήσης, ηλεκτρονικά και άλλες βιομηχανίες και είναι βαθιά αγαπητή από τους καταναλωτές. Η απόδοση της σύνθετης εύκαμπτης συσκευασίας δεν σχετίζεται μόνο με το υλικό της μεμβράνης, αλλά εξαρτάται και από την απόδοση της σύνθετης κόλλας. Η κόλλα πολυουρεθάνης έχει πολλά πλεονεκτήματα, όπως υψηλή αντοχή συγκόλλησης, ισχυρή δυνατότητα προσαρμογής, υγιεινή και ασφάλεια. Είναι επί του παρόντος η κύρια κόλλα υποστήριξης για σύνθετες εύκαμπτες συσκευασίες και το επίκεντρο της έρευνας από τους μεγάλους κατασκευαστές κόλλας.

Η γήρανση σε υψηλή θερμοκρασία είναι μια απαραίτητη διαδικασία στην προετοιμασία εύκαμπτων συσκευασιών. Με τους εθνικούς πολιτικούς στόχους της "κορυφής άνθρακα" και της "ουδετερότητας άνθρακα", η πράσινη προστασία του περιβάλλοντος, η μείωση των χαμηλών εκπομπών άνθρακα, η υψηλή απόδοση και η εξοικονόμηση ενέργειας έχουν γίνει οι αναπτυξιακοί στόχοι όλων των κοινωνικών στρωμάτων. Η θερμοκρασία γήρανσης και ο χρόνος γήρανσης έχουν θετική επίδραση στην αντοχή αποφλοίωσης της σύνθετης μεμβράνης. Θεωρητικά, όσο υψηλότερη είναι η θερμοκρασία γήρανσης και όσο μεγαλύτερος είναι ο χρόνος γήρανσης, τόσο υψηλότερος είναι ο ρυθμός ολοκλήρωσης της αντίδρασης και τόσο καλύτερο είναι το αποτέλεσμα σκλήρυνσης. Στην πραγματική διαδικασία εφαρμογής παραγωγής, εάν η θερμοκρασία γήρανσης μπορεί να μειωθεί και ο χρόνος γήρανσης μπορεί να μειωθεί, είναι καλύτερο να μην απαιτείται γήρανση και η κοπή και η συσκευασία σε σακούλες μπορούν να πραγματοποιηθούν αφού η μηχανή είναι απενεργοποιημένη. Αυτό όχι μόνο μπορεί να επιτύχει τους στόχους της πράσινης προστασίας του περιβάλλοντος και της μείωσης των χαμηλών εκπομπών άνθρακα, αλλά και να εξοικονομήσει κόστος παραγωγής και να βελτιώσει την αποδοτικότητα της παραγωγής.

Αυτή η μελέτη αποσκοπεί στη σύνθεση ενός νέου τύπου κόλλας πολυουρεθάνης που έχει κατάλληλο ιξώδες και διάρκεια ζωής του συγκολλητικού δίσκου κατά την παραγωγή και τη χρήση, μπορεί να σκληρύνει γρήγορα σε συνθήκες χαμηλής θερμοκρασίας, κατά προτίμηση χωρίς υψηλή θερμοκρασία, και δεν επηρεάζει την απόδοση διαφόρων δεικτών σύνθετης εύκαμπτης συσκευασίας.

1.1 Πειραματικά υλικά Αδιπικό οξύ, σεβακικό οξύ, αιθυλενογλυκόλη, νεοπεντυλογλυκόλη, διαιθυλενογλυκόλη, TDI, τριμερές HDI, εργαστηριακά κατασκευασμένο υπερδιακλαδωμένο πολυμερές, οξικός αιθυλεστέρας, μεμβράνη πολυαιθυλενίου (PE), μεμβράνη πολυεστέρα (PET), φύλλο αλουμινίου (AL).
1.2 Πειραματικά όργανα Επιτραπέζιος ηλεκτρικός φούρνος ξήρανσης αέρα σταθερής θερμοκρασίας: DHG-9203A, Shanghai Yiheng Scientific Instrument Co., Ltd.· Περιστροφικό ιξωδόμετρο: NDJ-79, Shanghai Renhe Keyi Co., Ltd.· Γενική μηχανή δοκιμής εφελκυσμού: XLW, Labthink· Θερμοβαρυμετρικός αναλυτής: TG209, NETZSCH, Γερμανία· Συσκευή δοκιμής θερμικής σφράγισης: SKZ1017A, Jinan Qingqiang Electromechanical Co., Ltd.
1.3 Μέθοδος σύνθεσης
1) Παρασκευή προπολυμερούς: Στεγνώστε καλά την τετράλαιμη φιάλη και περάστε N2 μέσα σε αυτήν, στη συνέχεια προσθέστε τη μετρημένη μικρομοριακή πολυόλη και το πολυοξύ στην τετράλαιμη φιάλη και ξεκινήστε την ανάδευση. Όταν η θερμοκρασία φτάσει στην καθορισμένη θερμοκρασία και η έξοδος νερού είναι κοντά στην θεωρητική έξοδο νερού, πάρτε μια ορισμένη ποσότητα δείγματος για δοκιμή οξύτητας. Όταν η τιμή οξύτητας είναι ≤20 mg/g, ξεκινήστε το επόμενο βήμα της αντίδρασης. Προσθέστε 100×10-6 μετρημένο καταλύτη, συνδέστε τον σωλήνα εξαγωγής κενού και ξεκινήστε την αντλία κενού, ελέγξτε τον ρυθμό εξόδου αλκοόλης με τον βαθμό κενού, όταν η πραγματική έξοδος αλκοόλης είναι κοντά στην θεωρητική έξοδο αλκοόλης, πάρτε ένα ορισμένο δείγμα για δοκιμή υδροξυλίου και τερματίστε την αντίδραση όταν η τιμή υδροξυλίου πληροί τις απαιτήσεις σχεδιασμού. Το λαμβανόμενο προπολυμερές πολυουρεθάνης συσκευάζεται για χρήση σε αναμονή.
2) Παρασκευή κόλλας πολυουρεθάνης με βάση διαλύτη: Προσθέστε το μετρημένο προπολυμερές πολυουρεθάνης και τον αιθυλεστέρα σε μια τετράλαιμη φιάλη, θερμάνετε και ανακατέψτε για να διασπαρεί ομοιόμορφα, στη συνέχεια προσθέστε το μετρημένο TDI στην τετράλαιμη φιάλη, διατηρήστε το ζεστό για 1,0 ώρα, στη συνέχεια προσθέστε το αυτοσχέδιο υπερδιακλαδωμένο πολυμερές στο εργαστήριο και συνεχίστε την αντίδραση για 2,0 ώρες, προσθέστε αργά τριμερές HDI στάγδην στην τετράλαιμη φιάλη, διατηρήστε το ζεστό για 2,0 ώρες, πάρτε δείγματα για να ελέγξετε την περιεκτικότητα σε NCO, ψύξτε και απελευθερώστε τα υλικά για συσκευασία αφού αξιολογηθεί η περιεκτικότητα σε NCO.
3) Ξηρή πλαστικοποίηση: Αναμίξτε το οξικό αιθυλεστέρα, τον κύριο παράγοντα και τον παράγοντα σκλήρυνσης σε μια ορισμένη αναλογία και ανακατέψτε ομοιόμορφα, στη συνέχεια εφαρμόστε και προετοιμάστε τα δείγματα σε μια μηχανή ξηρής πλαστικοποίησης.

1.4 Χαρακτηρισμός Δοκιμών
1) Ιξώδες: Χρησιμοποιήστε περιστροφικό ιξωδόμετρο και ανατρέξτε στη μέθοδο δοκιμής GB/T 2794-1995 για το ιξώδες των συγκολλητικών ουσιών.
2) Αντοχή σε σχήμα Τ-φλοιού: δοκιμασμένη χρησιμοποιώντας μια καθολική μηχανή δοκιμής εφελκυσμού, αναφερόμενη στη μέθοδο δοκιμής αντοχής σε φλοιό GB/T 8808-1998.
3) Αντοχή στη θερμική σφράγιση: χρησιμοποιήστε πρώτα έναν ελεγκτή θερμικής σφράγισης για να εκτελέσετε τη θερμική σφράγιση και, στη συνέχεια, χρησιμοποιήστε μια γενική μηχανή δοκιμής εφελκυσμού για να τη δοκιμάσετε. Ανατρέξτε στη μέθοδο δοκιμής αντοχής στη θερμική σφράγιση GB/T 22638.7-2016.
4) Θερμοβαρυμετρική ανάλυση (TGA): Η δοκιμή πραγματοποιήθηκε χρησιμοποιώντας θερμοβαρυμετρικό αναλυτή με ρυθμό θέρμανσης 10 ℃ /min και εύρος θερμοκρασίας δοκιμής από 50 έως 600 ℃.

2.1 Αλλαγές στο ιξώδες με τον χρόνο αντίδρασης ανάμειξης Το ιξώδες της κόλλας και η διάρκεια ζωής του ελαστικού δίσκου είναι σημαντικοί δείκτες στη διαδικασία παραγωγής του προϊόντος. Εάν το ιξώδες της κόλλας είναι πολύ υψηλό, η ποσότητα κόλλας που εφαρμόζεται θα είναι πολύ μεγάλη, επηρεάζοντας την εμφάνιση και το κόστος επίστρωσης της σύνθετης μεμβράνης. Εάν το ιξώδες είναι πολύ χαμηλό, η ποσότητα κόλλας που εφαρμόζεται θα είναι πολύ χαμηλή και το μελάνι δεν μπορεί να διεισδύσει αποτελεσματικά, γεγονός που θα επηρεάσει επίσης την εμφάνιση και την απόδοση συγκόλλησης της σύνθετης μεμβράνης. Εάν η διάρκεια ζωής του ελαστικού δίσκου είναι πολύ μικρή, το ιξώδες της κόλλας που αποθηκεύεται στη δεξαμενή κόλλας θα αυξηθεί πολύ γρήγορα και η κόλλα δεν θα μπορεί να εφαρμοστεί ομαλά και ο ελαστικός κύλινδρος δεν θα καθαρίζεται εύκολα. Εάν η διάρκεια ζωής του ελαστικού δίσκου είναι πολύ μεγάλη, θα επηρεάσει την αρχική εμφάνιση πρόσφυσης και την απόδοση συγκόλλησης του σύνθετου υλικού, ακόμη και θα επηρεάσει τον ρυθμό σκλήρυνσης, επηρεάζοντας έτσι την αποδοτικότητα παραγωγής του προϊόντος.

Ο κατάλληλος έλεγχος του ιξώδους και η διάρκεια ζωής του αυτοκόλλητου δίσκου είναι σημαντικές παράμετροι για την καλή χρήση των συγκολλητικών ουσιών. Σύμφωνα με την εμπειρία παραγωγής, ο κύριος παράγοντας, ο οξικός αιθυλεστέρας και ο παράγοντας σκλήρυνσης ρυθμίζονται στην κατάλληλη τιμή R και ιξώδες και η κόλλα τυλίγεται στη δεξαμενή κόλλας με έναν ελαστικό κύλινδρο χωρίς να εφαρμόζεται κόλλα στην μεμβράνη. Τα δείγματα κόλλας λαμβάνονται σε διαφορετικές χρονικές περιόδους για δοκιμή ιξώδους. Το κατάλληλο ιξώδες, η κατάλληλη διάρκεια ζωής του αυτοκόλλητου δίσκου και η ταχεία σκλήρυνση υπό συνθήκες χαμηλής θερμοκρασίας είναι σημαντικοί στόχοι που επιδιώκονται από τις κόλλες πολυουρεθάνης με βάση διαλύτες κατά την παραγωγή και τη χρήση.

2.2 Επίδραση της θερμοκρασίας γήρανσης στην αντοχή αποφλοίωσης Η διαδικασία γήρανσης είναι η πιο σημαντική, χρονοβόρα, ενεργοβόρα και χωροταξική διαδικασία για εύκαμπτες συσκευασίες. Δεν επηρεάζει μόνο τον ρυθμό παραγωγής του προϊόντος, αλλά, το πιο σημαντικό, επηρεάζει την εμφάνιση και την απόδοση συγκόλλησης των σύνθετων εύκαμπτων συσκευασιών. Αντιμέτωποι με τους στόχους της κυβέρνησης για «κορυφή άνθρακα» και «ουδετερότητα άνθρακα» και τον έντονο ανταγωνισμό της αγοράς, η γήρανση σε χαμηλή θερμοκρασία και η ταχεία σκλήρυνση είναι αποτελεσματικοί τρόποι για την επίτευξη χαμηλής κατανάλωσης ενέργειας, πράσινης παραγωγής και αποτελεσματικής παραγωγής.

Η σύνθετη μεμβράνη PET/AL/PE παλαιώθηκε σε θερμοκρασία δωματίου και στους 40, 50 και 60 ℃. Σε θερμοκρασία δωματίου, η αντοχή αποφλοίωσης της εσωτερικής στρώσης σύνθετης δομής AL/PE παρέμεινε σταθερή μετά από γήρανση 12 ωρών και η σκλήρυνση ολοκληρώθηκε ουσιαστικά. Σε θερμοκρασία δωματίου, η αντοχή αποφλοίωσης της εξωτερικής στρώσης σύνθετης δομής υψηλής φραγής PET/AL παρέμεινε ουσιαστικά σταθερή μετά από γήρανση 12 ωρών, υποδεικνύοντας ότι το υλικό της μεμβράνης υψηλής φραγής θα επηρεάσει τη σκλήρυνση της κόλλας πολυουρεθάνης. Συγκρίνοντας τις συνθήκες θερμοκρασίας σκλήρυνσης των 40, 50 και 60 ℃, δεν υπήρξε εμφανής διαφορά στον ρυθμό σκλήρυνσης.

Σε σύγκριση με τις συνηθισμένες κόλλες πολυουρεθάνης με βάση διαλύτες στην τρέχουσα αγορά, ο χρόνος γήρανσης σε υψηλή θερμοκρασία είναι γενικά 48 ώρες ή και περισσότερο. Η κόλλα πολυουρεθάνης σε αυτή τη μελέτη μπορεί ουσιαστικά να ολοκληρώσει τη σκλήρυνση της δομής υψηλής φραγής σε 12 ώρες σε θερμοκρασία δωματίου. Η αναπτυγμένη κόλλα έχει τη λειτουργία της ταχείας σκλήρυνσης. Με την εισαγωγή αυτοσχέδιων υπερδιακλαδισμένων πολυμερών και πολυλειτουργικών ισοκυανικών στην κόλλα, ανεξάρτητα από τη δομή του σύνθετου εξωτερικού στρώματος ή του σύνθετου εσωτερικού στρώματος, η αντοχή αποφλοίωσης σε συνθήκες θερμοκρασίας δωματίου δεν διαφέρει πολύ από την αντοχή αποφλοίωσης σε συνθήκες γήρανσης σε υψηλή θερμοκρασία, υποδεικνύοντας ότι η αναπτυγμένη κόλλα όχι μόνο έχει τη λειτουργία της ταχείας σκλήρυνσης, αλλά έχει και τη λειτουργία της ταχείας σκλήρυνσης χωρίς υψηλή θερμοκρασία.

2.3 Επίδραση της θερμοκρασίας γήρανσης στην αντοχή της θερμικής σφράγισης Τα χαρακτηριστικά θερμικής σφράγισης των υλικών και το πραγματικό αποτέλεσμα της θερμικής σφράγισης επηρεάζονται από πολλούς παράγοντες, όπως ο εξοπλισμός θερμικής σφράγισης, οι φυσικές και χημικές παράμετροι απόδοσης του ίδιου του υλικού, ο χρόνος θερμικής σφράγισης, η πίεση θερμικής σφράγισης και η θερμοκρασία θερμικής σφράγισης κ.λπ. Σύμφωνα με τις πραγματικές ανάγκες και την εμπειρία, καθορίζεται μια λογική διαδικασία και παράμετροι θερμικής σφράγισης και πραγματοποιείται η δοκιμή αντοχής θερμικής σφράγισης της σύνθετης μεμβράνης μετά την ανάμειξη.

Όταν η σύνθετη μεμβράνη μόλις αφαιρεθεί από το μηχάνημα, η αντοχή στη θερμική σφράγιση είναι σχετικά χαμηλή, μόνο 17 N/(15 mm). Σε αυτό το σημείο, η κόλλα έχει μόλις αρχίσει να στερεοποιείται και δεν μπορεί να παρέχει επαρκή δύναμη συγκόλλησης. Η αντοχή που δοκιμάζεται σε αυτό το σημείο είναι η αντοχή στη θερμική σφράγιση της μεμβράνης PE. Καθώς αυξάνεται ο χρόνος γήρανσης, η αντοχή στη θερμική σφράγιση αυξάνεται απότομα. Η αντοχή στη θερμική σφράγιση μετά από γήρανση 12 ωρών είναι βασικά η ίδια με αυτήν μετά από 24 και 48 ώρες, υποδεικνύοντας ότι η σκλήρυνση ολοκληρώνεται ουσιαστικά σε 12 ώρες, παρέχοντας επαρκή συγκόλληση για διαφορετικές μεμβράνες, με αποτέλεσμα την αυξημένη αντοχή στη θερμική σφράγιση. Από την καμπύλη αλλαγής της αντοχής στη θερμική σφράγιση σε διαφορετικές θερμοκρασίες, μπορεί να φανεί ότι υπό τις ίδιες συνθήκες χρόνου γήρανσης, δεν υπάρχει μεγάλη διαφορά στην αντοχή στη θερμική σφράγιση μεταξύ της γήρανσης σε θερμοκρασία δωματίου και των συνθηκών 40, 50 και 60 ℃. Η γήρανση σε θερμοκρασία δωματίου μπορεί να επιτύχει πλήρως το αποτέλεσμα της γήρανσης σε υψηλή θερμοκρασία. Η εύκαμπτη δομή συσκευασίας που συντίθεται με αυτήν την αναπτυγμένη κόλλα έχει καλή αντοχή στη θερμική σφράγιση υπό συνθήκες γήρανσης σε υψηλή θερμοκρασία.

2.4 Θερμική σταθερότητα σκληρυμένης μεμβράνης Κατά τη χρήση εύκαμπτης συσκευασίας, απαιτείται θερμική σφράγιση και κατασκευή σακούλας. Εκτός από τη θερμική σταθερότητα του ίδιου του υλικού της μεμβράνης, η θερμική σταθερότητα της σκληρυμένης μεμβράνης πολυουρεθάνης καθορίζει την απόδοση και την εμφάνιση του τελικού προϊόντος εύκαμπτης συσκευασίας. Αυτή η μελέτη χρησιμοποιεί τη μέθοδο θερμικής βαρυμετρικής ανάλυσης (TGA) για την ανάλυση της θερμικής σταθερότητας της σκληρυμένης μεμβράνης πολυουρεθάνης.

Η σκληρυμένη μεμβράνη πολυουρεθάνης έχει δύο εμφανείς κορυφές απώλειας βάρους στη θερμοκρασία δοκιμής, που αντιστοιχούν στη θερμική αποσύνθεση του σκληρού και του μαλακού τμήματος. Η θερμοκρασία θερμικής αποσύνθεσης του μαλακού τμήματος είναι σχετικά υψηλή και η θερμική απώλεια βάρους αρχίζει να συμβαίνει στους 264°C. Σε αυτή τη θερμοκρασία, μπορεί να ικανοποιήσει τις απαιτήσεις θερμοκρασίας της τρέχουσας διαδικασίας θερμικής σφράγισης μαλακών συσκευασιών και μπορεί να ικανοποιήσει τις απαιτήσεις θερμοκρασίας της παραγωγής αυτόματης συσκευασίας ή πλήρωσης, της μεταφοράς εμπορευματοκιβωτίων μεγάλων αποστάσεων και της διαδικασίας χρήσης. Η θερμοκρασία θερμικής αποσύνθεσης του σκληρού τμήματος είναι υψηλότερη, φτάνοντας τους 347°C. Η αναπτυγμένη κόλλα χωρίς σκλήρυνση σε υψηλή θερμοκρασία έχει καλή θερμική σταθερότητα. Το ασφαλτικό μείγμα AC-13 με σκωρία χάλυβα αυξήθηκε κατά 2,1%.

3) Όταν η περιεκτικότητα σε σκωρία χάλυβα φτάσει το 100%, δηλαδή όταν το μέγεθος μεμονωμένων σωματιδίων από 4,75 έως 9,5 mm αντικαθιστά πλήρως τον ασβεστόλιθο, η τιμή υπολειμματικής σταθερότητας του ασφαλτικού μείγματος είναι 85,6%, η οποία είναι 0,5% υψηλότερη από αυτή του ασφαλτικού μείγματος AC-13 χωρίς σκωρία χάλυβα. Ο λόγος αντοχής σε σχάση είναι 80,8%, ο οποίος είναι 0,5% υψηλότερος από αυτόν του ασφαλτικού μείγματος AC-13 χωρίς σκωρία χάλυβα. Η προσθήκη κατάλληλης ποσότητας σκωρίας χάλυβα μπορεί να βελτιώσει αποτελεσματικά την υπολειμματική σταθερότητα και τον λόγο αντοχής σε σχάση του ασφαλτικού μείγματος σκωρίας χάλυβα AC-13 και μπορεί να βελτιώσει αποτελεσματικά τη σταθερότητα του ασφαλτικού μείγματος στο νερό.

1) Υπό κανονικές συνθήκες χρήσης, το αρχικό ιξώδες της κόλλας πολυουρεθάνης με βάση διαλύτη που παρασκευάζεται με την εισαγωγή αυτοσχέδιων υπερδιακλαδωμένων πολυμερών και πολυλειτουργικών πολυισοκυανικών είναι περίπου 1500mPa·s, το οποίο έχει καλό ιξώδες. Η διάρκεια ζωής του συγκολλητικού δίσκου φτάνει τα 60 λεπτά, γεγονός που μπορεί να καλύψει πλήρως τις απαιτήσεις χρόνου λειτουργίας των εταιρειών εύκαμπτων συσκευασιών στη διαδικασία παραγωγής.

2) Από την αντοχή αποφλοίωσης και την αντοχή θερμικής σφράγισης είναι φανερό ότι η παρασκευασμένη κόλλα μπορεί να σκληρυνθεί γρήγορα σε θερμοκρασία δωματίου. Δεν υπάρχει μεγάλη διαφορά στην ταχύτητα σκλήρυνσης σε θερμοκρασία δωματίου και στους 40, 50 και 60 ℃, και δεν υπάρχει μεγάλη διαφορά στην αντοχή συγκόλλησης. Αυτή η κόλλα μπορεί να σκληρυνθεί πλήρως χωρίς υψηλή θερμοκρασία και μπορεί να σκληρυνθεί γρήγορα.

3) Η ανάλυση TGA δείχνει ότι η κόλλα έχει καλή θερμική σταθερότητα και μπορεί να καλύψει τις απαιτήσεις θερμοκρασίας κατά την παραγωγή, τη μεταφορά και τη χρήση.