Naudojant mažų molekulių polirūgštis ir mažų molekulių poliolius kaip pagrindines žaliavas prepolimerams gaminti, buvo pagaminti naujo tipo poliuretano klijai. Grandinės prailginimo proceso metu į poliuretano struktūrą buvo įterpti hiperšakotos grandinės polimerai ir HDI trimerai. Bandymų rezultatai rodo, kad šiame tyrime paruošti klijai pasižymi tinkamu klampumu, ilgu klijų disko tarnavimo laiku, gali greitai sukietėti kambario temperatūroje, pasižymi geromis sukibimo savybėmis, terminio sandarumo stiprumu ir terminiu stabilumu.

Kompozitinės lanksčios pakuotės pasižymi išskirtine išvaizda, plačiu pritaikymu, patogiu transportavimu ir mažomis pakavimo sąnaudomis. Nuo pat pasirodymo jos buvo plačiai naudojamos maisto, medicinos, kasdienės chemijos, elektronikos ir kitose pramonės šakose ir yra labai vertinamos vartotojų. Kompozitinių lanksčių pakuočių eksploatacinės savybės priklauso ne tik nuo plėvelės medžiagos, bet ir nuo kompozicinių klijų savybių. Poliuretano klijai turi daug privalumų, tokių kaip didelis sukibimo stiprumas, tvirtas reguliavimas, higiena ir saugumas. Šiuo metu tai yra pagrindiniai kompozitinių lanksčių pakuočių klijai ir pagrindiniai klijų gamintojai juos daugiausia tyrinėja.

Aukštos temperatūros sendinimas yra nepakeičiamas procesas ruošiant lanksčias pakuotes. Atsižvelgiant į nacionalinės politikos tikslus „anglies dioksido kiekio piko“ ir „anglies dioksido neutralumo“, ekologiška aplinkos apsauga, mažai anglies dioksido išmetimo mažinimas, didelis efektyvumas ir energijos taupymas tapo visų gyvenimo sričių vystymosi tikslais. Sendinimo temperatūra ir sendinimo laikas teigiamai veikia kompozicinės plėvelės lupimo stiprumą. Teoriškai, kuo aukštesnė sendinimo temperatūra ir ilgesnis sendinimo laikas, tuo didesnis reakcijos užbaigimo greitis ir geresnis kietėjimo efektas. Faktiniame gamybos procese, jei sendinimo temperatūrą galima sumažinti ir sendinimo laiką sutrumpinti, geriausia nereikalauti sendinimo, o pjaustymą ir pakavimą į maišus galima atlikti išjungus mašiną. Tai ne tik gali pasiekti ekologiškos aplinkos apsaugos ir mažai anglies dioksido išmetimo mažinimo tikslus, bet ir sutaupyti gamybos sąnaudas bei pagerinti gamybos efektyvumą.

Šio tyrimo tikslas – susintetinti naujo tipo poliuretano klijus, kurie gamybos ir naudojimo metu pasižymi tinkamu klampumu ir klijų disko tarnavimo laiku, gali greitai sukietėti žemoje temperatūroje, geriausia ne aukštoje, ir neturi įtakos įvairių kompozicinių lanksčių pakuočių rodiklių veikimui.

1.1 Eksperimentinės medžiagos Adipo rūgštis, sebaco rūgštis, etilenglikolis, neopentilglikolis, dietilenglikolis, TDI, HDI trimeras, laboratorijoje pagamintas hiperšakotas polimeras, etilo acetatas, polietileno plėvelė (PE), poliesterio plėvelė (PET), aliuminio folija (AL).
1.2 Eksperimentiniai prietaisai Stalinė elektrinė pastovios temperatūros oro džiovinimo krosnelė: DHG-9203A, „Shanghai Yiheng Scientific Instrument Co., Ltd.“; Rotacinis viskozimetras: NDJ-79, „Shanghai Renhe Keyi Co., Ltd.“; Universalus tempimo bandymo įrenginys: XLW, „Labthink“; Termogravimetrinis analizatorius: TG209, NETZSCH, Vokietija; Terminio sandarumo bandymo įrenginys: SKZ1017A, „Jinan Qingqiang Electromechanical Co., Ltd.“
1.3 Sintezės metodas
1) Prepolimero paruošimas: kruopščiai išdžiovinkite keturkaklę kolbą ir į ją įpilkite N2, tada į keturkaklę kolbą supilkite išmatuotą mažų molekulių poliolį ir polirūgštį ir pradėkite maišyti. Kai temperatūra pasiekia nustatytą temperatūrą ir vandens išeiga artima teoriniam vandens išeigai, paimkite tam tikrą mėginio kiekį rūgštingumo vertės nustatymui. Kai rūgštingumo vertė yra ≤20 mg/g, pradėkite kitą reakcijos etapą; įpilkite 100×10-6 dozuoto katalizatoriaus, prijunkite vakuuminį vamzdį ir paleiskite vakuuminį siurblį, kontroliuokite alkoholio išeigą pagal vakuumo laipsnį, kai faktinis alkoholio išeiga artima teoriniam alkoholio išeigai, paimkite tam tikrą mėginį hidroksilo vertės nustatymui ir nutraukite reakciją, kai hidroksilo vertė atitinka projektavimo reikalavimus. Gautas poliuretano prepolimeras supakuojamas naudoti budėjimo režimu.
2) Tirpiklio pagrindo poliuretano klijų paruošimas: Į keturkaklę kolbą suberkite išmatuotą poliuretano prepolimerą ir etilo esterį, pakaitinkite ir išmaišykite, kad tolygiai pasiskirstytų, tada į keturkaklę kolbą suberkite išmatuotą TDI, palaikykite šiltai 1,0 val., tada laboratorijoje suberkite naminį hiperšakotą polimerą ir toliau reaguokite 2,0 val., į keturkaklę kolbą lėtai lašinkite HDI trimerį, palaikykite šiltai 2,0 val., paimkite mėginius NCO kiekiui nustatyti, atvėsinkite ir, įvertinus NCO kiekį, išleiskite medžiagas pakuoti.
3) Sausas laminavimas: sumaišykite etilo acetatą, pagrindinę medžiagą ir kietinimo priemonę tam tikru santykiu ir tolygiai išmaišykite, tada užtepkite ir paruoškite mėginius sauso laminavimo aparatu.

1.4 Bandymo apibūdinimas
1) Klampumas: naudokite rotacinį viskozimetrą ir žr. GB/T 2794-1995 klijų klampumo bandymo metodą;
2) T formos lupimo stipris: išbandytas naudojant universalų tempimo bandymo įrenginį, remiantis GB/T 8808-1998 lupimo stiprio bandymo metodu;
3) Terminio sandarinimo stiprumas: pirmiausia naudokite terminio sandarinimo testerį terminiam sandarinimui atlikti, tada naudokite universalų tempimo bandymo įrenginį bandymui atlikti, žr. GB/T 22638.7-2016 terminio sandarinimo stiprumo bandymo metodą;
4) Termogravimetrinė analizė (TGA): Bandymas buvo atliktas naudojant termogravimetrinį analizatorių, kurio kaitinimo greitis buvo 10 ℃/min., o bandymo temperatūros diapazonas – nuo ​​50 iki 600 ℃.

2.1 Klampos pokyčiai priklausomai nuo maišymo reakcijos laiko. Klijų klampumas ir guminio volelio tarnavimo laikas yra svarbūs produkto gamybos proceso rodikliai. Jei klijų klampumas per didelis, užtepto klijų kiekio bus per daug, o tai turės įtakos kompozicinės plėvelės išvaizdai ir dengimo sąnaudoms; jei klampumas per mažas, užtepto klijų kiekio bus per mažai, o dažai negalės efektyviai įsigerti, o tai taip pat turės įtakos kompozicinės plėvelės išvaizdai ir sukibimo savybėms. Jei guminio volelio tarnavimo laikas per trumpas, klijų talpykloje laikomų klijų klampumas padidės per greitai, klijai negalės sklandžiai teptis, o guminį volelį bus sunku valyti; jei guminio volelio tarnavimo laikas per ilgas, tai turės įtakos pradinei kompozicinės medžiagos sukibimo išvaizdai ir sukibimo savybėms, netgi turės įtakos kietėjimo greičiui, o tai turės įtakos produkto gamybos efektyvumui.

Tinkama klampumo kontrolė ir klijų disko tarnavimo laikas yra svarbūs parametrai, lemiantys tinkamą klijų naudojimą. Remiantis gamybos patirtimi, pagrindinė medžiaga, etilo acetatas ir kietiklis sureguliuojami pagal atitinkamą R vertę ir klampumą, o klijai klijų talpykloje voluojami guminiu voleliu, netepant klijų ant plėvelės. Klijų mėginiai klampumo bandymui imami skirtingu laiku. Tinkamas klampumas, tinkamas klijų disko tarnavimo laikas ir greitas kietėjimas žemoje temperatūroje yra svarbūs tirpiklių pagrindu pagamintų poliuretano klijų tikslai gamybos ir naudojimo metu.

2.2 Senėjimo temperatūros įtaka lupimo stiprumui Senėjimo procesas yra svarbiausias, daugiausiai laiko, energijos ir vietos reikalaujantis lanksčiųjų pakuočių gamybos procesas. Jis turi įtakos ne tik produkto gamybos greičiui, bet, dar svarbiau, kompozicinių lanksčiųjų pakuočių išvaizdai ir sukibimo savybėms. Susidūrus su vyriausybės „anglies dioksido išmetimo piko“ ir „anglies dioksido neutralumo“ tikslais bei aršia konkurencija rinkoje, sendinimas žemoje temperatūroje ir greitas kietėjimas yra veiksmingi būdai pasiekti mažą energijos suvartojimą, ekologišką gamybą ir efektyvią gamybą.

PET/AL/PE kompozicinė plėvelė buvo brandinama kambario temperatūroje ir 40, 50 bei 60 ℃ temperatūrose. Kambario temperatūroje vidinio AL/PE kompozicinės struktūros sluoksnio lupimo stipris išliko stabilus po 12 val. sendinimo, o kietėjimas iš esmės buvo baigtas; kambario temperatūroje išorinio PET/AL didelio barjero kompozicinės struktūros sluoksnio lupimo stipris išliko iš esmės stabilus po 12 val. sendinimo, o tai rodo, kad didelio barjero plėvelės medžiaga turės įtakos poliuretano klijų kietėjimui; lyginant 40, 50 ir 60 ℃ kietėjimo temperatūras, akivaizdaus skirtumo kietėjimo greičiuose nebuvo.

Palyginti su šiuo metu rinkoje esančiais pagrindiniais tirpiklių pagrindu pagamintais poliuretano klijais, jų senėjimo aukštoje temperatūroje laikas paprastai yra 48 valandos ar net ilgesnis. Šiame tyrime naudoti poliuretano klijai gali iš esmės užbaigti didelio barjero struktūros kietėjimą per 12 valandų kambario temperatūroje. Sukurti klijai turi greito kietėjimo funkciją. Į klijus įterpus naminių šakotųjų polimerų ir daugiafunkcinių izocianatų, nepriklausomai nuo išorinio ar vidinio kompozitinės struktūros sluoksnio, lupimo stipris kambario temperatūros sąlygomis nedaug skiriasi nuo lupimo stiprio sendinimo aukštoje temperatūroje, o tai rodo, kad sukurti klijai turi ne tik greito kietėjimo funkciją, bet ir greito kietėjimo be aukštos temperatūros funkciją.

2.3 Senėjimo temperatūros įtaka terminio sandarinimo stiprumui Medžiagų terminio sandarinimo savybėms ir faktiniam terminio sandarinimo efektui įtakos turi daugelis veiksnių, tokių kaip terminio sandarinimo įranga, pačios medžiagos fizikiniai ir cheminiai parametrai, terminio sandarinimo laikas, terminio sandarinimo slėgis ir terminio sandarinimo temperatūra ir kt. Atsižvelgiant į faktinius poreikius ir patirtį, nustatomas tinkamas terminio sandarinimo procesas ir parametrai, o po sumaišymo atliekamas kompozicinės plėvelės terminio sandarinimo stiprumo bandymas.

Kai kompozicinė plėvelė ką tik išimama iš mašinos, terminio sandarinimo stipris yra santykinai mažas – tik 17 N/(15 mm). Šiuo metu klijai tik pradeda stingti ir negali užtikrinti pakankamos sukibimo jėgos. Šiuo metu išbandytas stiprumas yra PE plėvelės terminio sandarinimo stipris; ilgėjant sendinimo laikui, terminio sandarinimo stipris smarkiai didėja. Terminio sandarinimo stipris po 12 valandų sendinimo iš esmės yra toks pat kaip po 24 ir 48 valandų, o tai rodo, kad kietėjimas iš esmės užbaigiamas per 12 valandų, užtikrinant pakankamą skirtingų plėvelių sukibimą, todėl padidėja terminio sandarinimo stipris. Iš terminio sandarinimo stiprumo kitimo kreivės skirtingose ​​temperatūrose matyti, kad esant toms pačioms sendinimo laiko sąlygoms, terminio sandarinimo stiprumo skirtumas tarp sendinimo kambario temperatūroje ir 40, 50 ir 60 ℃ sąlygomis nėra didelis. Sendinimas kambario temperatūroje gali visiškai pasiekti aukšto temperatūros sendinimo efektą. Lanksti pakuotės struktūra, pagaminta iš šių sukurtų klijų, pasižymi geru terminio sandarinimo stiprumu esant aukštoms temperatūros sendinimo sąlygoms.

2.4 Sukietėjusios plėvelės terminis stabilumas Naudojant lanksčią pakuotę, reikalingas terminis sandarinimas ir maišelių gamyba. Be pačios plėvelės medžiagos terminio stabilumo, sukietėjusios poliuretano plėvelės terminis stabilumas lemia gatavo lanksčios pakuotės gaminio savybes ir išvaizdą. Šiame tyrime naudojamas terminės gravimetrinės analizės (TGA) metodas sukietėjusios poliuretano plėvelės terminiam stabilumui analizuoti.

Sukietėjusi poliuretano plėvelė bandymo temperatūroje turi du akivaizdžius svorio netekimo pikas, atitinkančius kietojo ir minkštojo segmentų terminį skilimą. Minkštojo segmento terminio skilimo temperatūra yra gana aukšta, o terminis svorio netekimas prasideda esant 264 °C. Esant šiai temperatūrai, ji gali atitikti dabartinio minkštųjų pakuočių terminio sandarinimo proceso temperatūros reikalavimus, taip pat automatinio pakavimo ar užpildymo gamybos, konteinerių gabenimo dideliais atstumais ir naudojimo proceso temperatūros reikalavimus; kietojo segmento terminio skilimo temperatūra yra aukštesnė ir siekia 347 °C. Sukurti aukštos temperatūros klijai be kietėjimo pasižymi geru terminiu stabilumu. AC-13 asfalto mišinio su plieno šlaku kiekis padidėjo 2,1 %.

3) Kai plieno šlako kiekis pasiekia 100 %, t. y. kai 4,75–9,5 mm dydžio dalelės visiškai pakeičia kalkakmenį, asfalto mišinio liekamasis stabilumas yra 85,6 %, tai yra 0,5 % daugiau nei AC-13 asfalto mišinio be plieno šlako; skilimo stiprumo santykis yra 80,8 %, tai yra 0,5 % daugiau nei AC-13 asfalto mišinio be plieno šlako. Tinkamas plieno šlako kiekis gali veiksmingai pagerinti AC-13 plieno šlako asfalto mišinio liekamąjį stabilumą ir skilimo stiprumo santykį, taip pat gali veiksmingai pagerinti asfalto mišinio stabilumą vandenyje.

1) Įprastomis naudojimo sąlygomis pradinis tirpiklių pagrindu pagamintų poliuretano klijų, paruoštų įterpiant naminių hiperšakotųjų polimerų ir daugiafunkcinių poliizocianatų, klampumas yra apie 1500 mPa·s, o tai pasižymi geru klampumu; klijų disko tarnavimo laikas siekia 60 min., o tai gali visiškai atitikti lanksčių pakuočių įmonių darbo laiko reikalavimus gamybos procese.

2) Iš lupimo stiprumo ir terminio sandarinimo stiprumo matyti, kad paruošti klijai gali greitai sukietėti kambario temperatūroje. Kietėjimo greitis kambario temperatūroje ir 40, 50 bei 60 ℃ temperatūroje didelio skirtumo nėra, taip pat nėra didelio sukibimo stiprumo skirtumo. Šie klijai gali būti visiškai sukietėję be aukštos temperatūros ir greitai sukietėja.

3) TGA analizė rodo, kad klijai pasižymi geru terminiu stabilumu ir gali atitikti temperatūros reikalavimus gamybos, transportavimo ir naudojimo metu.