نوع جدیدی از چسب پلی اورتان با استفاده از پلی اسیدهای مولکول کوچک و پلی ال های مولکول کوچک به عنوان مواد اولیه اولیه برای تهیه پیش پلیمرها تهیه شد. در طول فرآیند گسترش زنجیره، پلیمرهای پرشاخه و تریمرهای HDI به ساختار پلی اورتان وارد شدند. نتایج آزمایش نشان می‌دهد که چسب تهیه شده در این مطالعه دارای ویسکوزیته مناسب، طول عمر بالای دیسک چسب، قابلیت پخت سریع در دمای اتاق و خواص اتصال خوب، مقاومت در برابر آب بندی حرارتی و پایداری حرارتی است.

بسته‌بندی انعطاف‌پذیر کامپوزیتی مزایایی از جمله ظاهر زیبا، کاربرد گسترده، حمل و نقل راحت و هزینه بسته‌بندی پایین را دارد. از زمان معرفی، این بسته‌بندی به طور گسترده در صنایع غذایی، دارویی، مواد شیمیایی روزانه، الکترونیک و سایر صنایع مورد استفاده قرار گرفته و عمیقاً مورد توجه مصرف‌کنندگان قرار گرفته است. عملکرد بسته‌بندی انعطاف‌پذیر کامپوزیتی نه تنها به جنس فیلم مربوط می‌شود، بلکه به عملکرد چسب کامپوزیت نیز بستگی دارد. چسب پلی اورتان مزایای بسیاری از جمله استحکام باند بالا، قابلیت تنظیم قوی و بهداشت و ایمنی دارد. در حال حاضر، این چسب، چسب اصلی برای بسته‌بندی انعطاف‌پذیر کامپوزیتی و محور تحقیقات تولیدکنندگان اصلی چسب است.

پیرسازی در دمای بالا یک فرآیند ضروری در تهیه بسته‌بندی‌های انعطاف‌پذیر است. با اهداف سیاست ملی "پیک کربن" و "خنثی‌سازی کربن"، حفاظت از محیط زیست سبز، کاهش انتشار کم کربن و راندمان بالا و صرفه‌جویی در انرژی به اهداف توسعه همه اقشار جامعه تبدیل شده است. دمای پیرسازی و زمان پیرسازی تأثیر مثبتی بر استحکام لایه‌برداری فیلم کامپوزیت دارند. از لحاظ تئوری، هرچه دمای پیرسازی بالاتر و زمان پیرسازی طولانی‌تر باشد، سرعت تکمیل واکنش بیشتر و اثر پخت بهتر است. در فرآیند کاربرد تولید واقعی، اگر بتوان دمای پیرسازی را کاهش داد و زمان پیرسازی را کوتاه کرد، بهتر است نیازی به پیرسازی نباشد و برش و کیسه‌زنی را می‌توان پس از خاموش شدن دستگاه انجام داد. این امر نه تنها می‌تواند به اهداف حفاظت از محیط زیست سبز و کاهش انتشار کم کربن دست یابد، بلکه هزینه‌های تولید را نیز کاهش داده و راندمان تولید را بهبود می‌بخشد.

این مطالعه با هدف سنتز نوع جدیدی از چسب پلی اورتان انجام شده است که دارای ویسکوزیته و طول عمر دیسک چسب مناسب در طول تولید و استفاده باشد، بتواند به سرعت در شرایط دمای پایین، ترجیحاً بدون دمای بالا، عمل آوری شود و بر عملکرد شاخص‌های مختلف بسته‌بندی انعطاف‌پذیر کامپوزیتی تأثیر نگذارد.

۱.۱ مواد آزمایشی: آدیپیک اسید، سباسیک اسید، اتیلن گلیکول، نئوپنتیل گلیکول، دی اتیلن گلیکول، TDI، تریمر HDI، پلیمر پرشاخه آزمایشگاهی، اتیل استات، فیلم پلی اتیلن (PE)، فیلم پلی استر (PET)، فویل آلومینیوم (AL).
۱.۲ ابزارهای تجربی آون خشک‌کن هوای رومیزی برقی با دمای ثابت: DHG-9203A، شرکت ابزار علمی شانگهای یی‌هنگ؛ ویسکومتر چرخشی: NDJ-79، شرکت رنه کی شانگهای؛ دستگاه تست کشش یونیورسال: XLW، شرکت لب‌تینک؛ آنالیزور وزن‌سنجی حرارتی: TG209، شرکت NETZSCH، آلمان؛ دستگاه تست درزگیری حرارتی: SKZ1017A، شرکت الکترومکانیکی جینان چینگ‌چیانگ
۱.۳ روش سنتز
۱) تهیه پیش پلیمر: ارلن چهار دهانه را کاملاً خشک کنید و N2 را به آن اضافه کنید، سپس مولکول کوچک پلی ال و پلی اسید اندازه‌گیری شده را به ارلن چهار دهانه اضافه کنید و شروع به هم زدن کنید. وقتی دما به دمای تنظیم شده رسید و خروجی آب نزدیک به خروجی آب نظری بود، مقدار مشخصی از نمونه را برای آزمایش مقدار اسید بردارید. وقتی مقدار اسید ≤۲۰ میلی‌گرم بر گرم شد، مرحله بعدی واکنش را شروع کنید؛ کاتالیزور متردد ۱۰۰×۱۰-۶ را اضافه کنید، لوله انتهایی خلاء را وصل کنید و پمپ خلاء را روشن کنید، میزان خروجی الکل را با درجه خلاء کنترل کنید، وقتی خروجی واقعی الکل نزدیک به خروجی الکل نظری بود، نمونه مشخصی را برای آزمایش مقدار هیدروکسیل بگیرید و وقتی مقدار هیدروکسیل الزامات طراحی را برآورده کرد، واکنش را خاتمه دهید. پیش پلیمر پلی اورتان بدست آمده برای استفاده آماده به کار بسته بندی می شود.
۲) تهیه چسب پلی اورتان پایه حلال: پیش پلیمر پلی اورتان و اتیل استر اندازه گیری شده را به یک بالن چهار دهانه اضافه کنید، حرارت دهید و هم بزنید تا به طور یکنواخت پراکنده شوند، سپس TDI اندازه گیری شده را به بالن چهار دهانه اضافه کنید، به مدت ۱.۰ ساعت گرم نگه دارید، سپس پلیمر پرشاخه خانگی را در آزمایشگاه اضافه کنید و به مدت ۲.۰ ساعت واکنش را ادامه دهید، به آرامی تریمر HDI را به صورت قطره ای به بالن چهار دهانه اضافه کنید، به مدت ۲.۰ ساعت گرم نگه دارید، نمونه هایی را برای آزمایش محتوای NCO بگیرید، پس از تایید محتوای NCO، مواد را برای بسته بندی آزاد کنید.
۳) لمینت خشک: اتیل استات، عامل اصلی و عامل پخت را به نسبت مشخصی مخلوط کرده و به طور یکنواخت هم بزنید، سپس نمونه‌ها را روی دستگاه لمینت خشک اعمال و آماده کنید.

۱.۴ توصیف تست
۱) ویسکوزیته: از ویسکومتر چرخشی استفاده کنید و برای ویسکوزیته چسب‌ها به GB/T 2794-1995 روش آزمایش مراجعه کنید.
۲) مقاومت به جدایش T: با استفاده از دستگاه تست کشش یونیورسال، مطابق با روش تست مقاومت به جدایش GB/T 8808-1998، آزمایش شده است.
۳) استحکام درزگیری حرارتی: ابتدا از یک دستگاه تست درزگیری حرارتی برای انجام درزگیری حرارتی استفاده کنید، سپس از یک دستگاه تست کشش جهانی برای آزمایش استفاده کنید، به روش تست استحکام درزگیری حرارتی GB/T 22638.7-2016 مراجعه کنید.
۴) آنالیز وزن‌سنجی حرارتی (TGA): این آزمایش با استفاده از یک آنالیزگر وزن‌سنجی حرارتی با نرخ گرمایش ۱۰ درجه سانتی‌گراد در دقیقه و محدوده دمای آزمایش ۵۰ تا ۶۰۰ درجه سانتی‌گراد انجام شد.

۲.۱ تغییرات ویسکوزیته با زمان واکنش اختلاط ویسکوزیته چسب و عمر دیسک لاستیکی شاخص‌های مهمی در فرآیند تولید محصول هستند. اگر ویسکوزیته چسب خیلی زیاد باشد، مقدار چسب اعمال شده خیلی زیاد خواهد بود و بر ظاهر و هزینه پوشش فیلم کامپوزیت تأثیر می‌گذارد. اگر ویسکوزیته خیلی کم باشد، مقدار چسب اعمال شده خیلی کم خواهد بود و جوهر نمی‌تواند به طور مؤثر نفوذ کند که این امر نیز بر ظاهر و عملکرد اتصال فیلم کامپوزیت تأثیر می‌گذارد. اگر عمر دیسک لاستیکی خیلی کوتاه باشد، ویسکوزیته چسب ذخیره شده در مخزن چسب خیلی سریع افزایش می‌یابد و چسب را نمی‌توان به راحتی اعمال کرد و غلتک لاستیکی به راحتی تمیز نمی‌شود. اگر عمر دیسک لاستیکی خیلی طولانی باشد، بر ظاهر چسبندگی اولیه و عملکرد اتصال مواد کامپوزیت تأثیر می‌گذارد و حتی بر سرعت پخت نیز تأثیر می‌گذارد و در نتیجه بر راندمان تولید محصول تأثیر می‌گذارد.

کنترل ویسکوزیته مناسب و طول عمر دیسک چسب، پارامترهای مهمی برای استفاده خوب از چسب‌ها هستند. طبق تجربه تولید، عامل اصلی، اتیل استات و عامل پخت، با مقدار R و ویسکوزیته مناسب تنظیم می‌شوند و چسب با غلتک لاستیکی بدون اعمال چسب به فیلم، در مخزن چسب غلتانده می‌شود. نمونه‌های چسب در دوره‌های زمانی مختلف برای آزمایش ویسکوزیته گرفته می‌شوند. ویسکوزیته مناسب، طول عمر مناسب دیسک چسب و پخت سریع در شرایط دمای پایین، اهداف مهمی هستند که توسط چسب‌های پلی اورتان پایه حلال در طول تولید و استفاده دنبال می‌شوند.

۲.۲ تأثیر دمای پیرسازی بر استحکام لایه‌برداری فرآیند پیرسازی مهم‌ترین، زمان‌برترین، انرژی‌برترین و فضاگیرترین فرآیند برای بسته‌بندی‌های انعطاف‌پذیر است. این فرآیند نه تنها بر نرخ تولید محصول تأثیر می‌گذارد، بلکه مهم‌تر از آن، بر ظاهر و عملکرد اتصال بسته‌بندی‌های انعطاف‌پذیر کامپوزیتی نیز تأثیر می‌گذارد. در مواجهه با اهداف دولت مبنی بر "اوج کربن" و "خنثی‌سازی کربن" و رقابت شدید بازار، پیرسازی در دمای پایین و پخت سریع، راه‌های مؤثری برای دستیابی به مصرف انرژی کم، تولید سبز و تولید کارآمد هستند.

فیلم کامپوزیت PET/AL/PE در دمای اتاق و در دماهای ۴۰، ۵۰ و ۶۰ درجه سانتیگراد پیرسازی شد. در دمای اتاق، استحکام پوسته‌ای شدن ساختار کامپوزیت AL/PE لایه داخلی پس از پیرسازی به مدت ۱۲ ساعت پایدار ماند و عمل پخت اساساً تکمیل شد؛ در دمای اتاق، استحکام پوسته‌ای شدن ساختار کامپوزیت PET/AL لایه بیرونی با سدگری بالا پس از پیرسازی به مدت ۱۲ ساعت اساساً پایدار ماند، که نشان می‌دهد ماده فیلم با سدگری بالا بر پخت چسب پلی اورتان تأثیر می‌گذارد. با مقایسه شرایط دمای پخت ۴۰، ۵۰ و ۶۰ درجه سانتیگراد، هیچ تفاوت آشکاری در سرعت پخت وجود نداشت.

در مقایسه با چسب‌های پلی‌یورتان پایه حلال رایج در بازار فعلی، زمان پیرسازی در دمای بالا عموماً ۴۸ ساعت یا حتی بیشتر است. چسب پلی‌یورتان مورد استفاده در این مطالعه اساساً می‌تواند پخت ساختار با مانعیت بالا را در ۱۲ ساعت در دمای اتاق تکمیل کند. چسب توسعه‌یافته دارای عملکرد پخت سریع است. با معرفی پلیمرهای پرشاخه خانگی و ایزوسیانات‌های چندمنظوره در چسب، صرف نظر از ساختار کامپوزیت لایه بیرونی یا ساختار کامپوزیت لایه داخلی، مقاومت در برابر پوسته شدن در شرایط دمای اتاق تفاوت چندانی با مقاومت در برابر پوسته شدن در شرایط پیرسازی در دمای بالا ندارد، که نشان می‌دهد چسب توسعه‌یافته نه تنها عملکرد پخت سریع را دارد، بلکه عملکرد پخت سریع بدون دمای بالا را نیز دارد.

۲.۳ تأثیر دمای پیرسازی بر استحکام درزگیری حرارتی ویژگی‌های درزگیری حرارتی مواد و اثر واقعی درزگیری حرارتی تحت تأثیر عوامل زیادی مانند تجهیزات درزگیری حرارتی، پارامترهای عملکرد فیزیکی و شیمیایی خود ماده، زمان درزگیری حرارتی، فشار درزگیری حرارتی و دمای درزگیری حرارتی و غیره قرار می‌گیرد. بر اساس نیازها و تجربه واقعی، یک فرآیند و پارامترهای درزگیری حرارتی معقول تعیین می‌شود و آزمایش استحکام درزگیری حرارتی فیلم کامپوزیت پس از ترکیب انجام می‌شود.

وقتی فیلم کامپوزیت تازه از دستگاه خارج شده است، مقاومت درزگیری حرارتی نسبتاً کم است، فقط 17 نیوتن بر (15 میلی‌متر). در این زمان، چسب تازه شروع به سفت شدن کرده و نمی‌تواند نیروی اتصال کافی را فراهم کند. مقاومت آزمایش شده در این زمان، مقاومت درزگیری حرارتی فیلم PE است. با افزایش زمان پیرسازی، مقاومت درزگیری حرارتی به شدت افزایش می‌یابد. مقاومت درزگیری حرارتی پس از پیرسازی به مدت 12 ساعت اساساً مشابه مقاومت درزگیری حرارتی پس از 24 و 48 ساعت است که نشان می‌دهد عمل‌آوری اساساً در 12 ساعت تکمیل شده است و اتصال کافی را برای فیلم‌های مختلف فراهم می‌کند و در نتیجه مقاومت درزگیری حرارتی افزایش می‌یابد. از منحنی تغییر مقاومت درزگیری حرارتی در دماهای مختلف، می‌توان دریافت که در شرایط زمان پیرسازی یکسان، تفاوت زیادی در مقاومت درزگیری حرارتی بین پیرسازی در دمای اتاق و شرایط 40، 50 و 60 درجه سانتیگراد وجود ندارد. پیرسازی در دمای اتاق می‌تواند به طور کامل اثر پیرسازی در دمای بالا را ایجاد کند. ساختار بسته‌بندی انعطاف‌پذیر ترکیب شده با این چسب توسعه‌یافته، مقاومت درزگیری حرارتی خوبی در شرایط پیرسازی در دمای بالا دارد.

۲.۴ پایداری حرارتی فیلم پخت شده در طول استفاده از بسته‌بندی‌های انعطاف‌پذیر، درزگیری حرارتی و ساخت کیسه مورد نیاز است. علاوه بر پایداری حرارتی خود ماده فیلم، پایداری حرارتی فیلم پلی اورتان پخت شده، عملکرد و ظاهر محصول بسته‌بندی انعطاف‌پذیر نهایی را تعیین می‌کند. این مطالعه از روش آنالیز وزن‌سنجی حرارتی (TGA) برای تجزیه و تحلیل پایداری حرارتی فیلم پلی اورتان پخت شده استفاده می‌کند.

فیلم پلی اورتان پخت شده در دمای آزمایش، دو پیک کاهش وزن آشکار دارد که مربوط به تجزیه حرارتی بخش سخت و بخش نرم است. دمای تجزیه حرارتی بخش نرم نسبتاً بالا است و کاهش وزن حرارتی در دمای 264 درجه سانتیگراد شروع می‌شود. در این دما، می‌تواند الزامات دمایی فرآیند آب‌بندی حرارتی بسته‌بندی نرم فعلی را برآورده کند و همچنین می‌تواند الزامات دمایی تولید بسته‌بندی یا پر کردن خودکار، حمل و نقل کانتینر در مسافت‌های طولانی و فرآیند استفاده را برآورده کند. دمای تجزیه حرارتی بخش سخت بالاتر است و به 347 درجه سانتیگراد می‌رسد. چسب بدون پخت در دمای بالا که توسعه داده شده است، پایداری حرارتی خوبی دارد. مخلوط آسفالت AC-13 با سرباره فولاد 2.1٪ افزایش یافته است.

۳) هنگامی که میزان سرباره فولاد به ۱۰۰٪ می‌رسد، یعنی زمانی که اندازه ذرات منفرد ۴.۷۵ تا ۹.۵ میلی‌متر به طور کامل جایگزین سنگ آهک می‌شود، مقدار پایداری باقیمانده مخلوط آسفالت ۸۵.۶٪ است که ۰.۵٪ بیشتر از مخلوط آسفالت AC-۱۳ بدون سرباره فولاد است. نسبت مقاومت به شکافت ۸۰.۸٪ است که ۰.۵٪ بیشتر از مخلوط آسفالت AC-۱۳ بدون سرباره فولاد است. افزودن مقدار مناسب سرباره فولاد می‌تواند به طور مؤثر پایداری باقیمانده و نسبت مقاومت به شکافت مخلوط آسفالت سرباره فولاد AC-۱۳ را بهبود بخشد و می‌تواند به طور مؤثر پایداری مخلوط آسفالت در برابر آب را بهبود بخشد.

۱) در شرایط استفاده عادی، ویسکوزیته اولیه چسب پلی اورتان پایه حلال که با معرفی پلیمرهای پرشاخه خانگی و پلی ایزوسیانات‌های چند منظوره تهیه می‌شود، حدود ۱۵۰۰ میلی پاسکال بر ثانیه است که ویسکوزیته خوبی دارد؛ عمر دیسک چسب به ۶۰ دقیقه می‌رسد که می‌تواند به طور کامل الزامات زمان کار شرکت‌های بسته‌بندی انعطاف‌پذیر را در فرآیند تولید برآورده کند.

۲) از مقاومت در برابر جدا شدن و مقاومت در برابر حرارت می‌توان دریافت که چسب آماده شده می‌تواند به سرعت در دمای اتاق خشک شود. تفاوت زیادی در سرعت خشک شدن در دمای اتاق و در دماهای ۴۰، ۵۰ و ۶۰ درجه سانتیگراد وجود ندارد و تفاوت زیادی در استحکام اتصال نیز وجود ندارد. این چسب می‌تواند بدون دمای بالا کاملاً خشک شود و به سرعت خشک شود.

۳) آنالیز TGA نشان می‌دهد که این چسب از پایداری حرارتی خوبی برخوردار است و می‌تواند نیازهای دمایی را در طول تولید، حمل و نقل و استفاده برآورده کند.