Um novo tipo de adesivo de poliuretano foi preparado utilizando poliácidos e polióis de pequenas moléculas como matérias-primas básicas para a preparação de pré-polímeros. Durante o processo de extensão da cadeia, polímeros hiperramificados e trímeros de HDI foram introduzidos na estrutura do poliuretano. Os resultados dos testes demonstram que o adesivo preparado neste estudo apresenta viscosidade adequada, longa vida útil do disco adesivo, cura rápida à temperatura ambiente e boas propriedades de ligação, resistência à selagem a quente e estabilidade térmica.

As embalagens flexíveis compostas apresentam as vantagens de aparência requintada, ampla gama de aplicações, transporte conveniente e baixo custo de embalagem. Desde o seu lançamento, têm sido amplamente utilizadas nas indústrias alimentícia, farmacêutica, química de uso diário, eletrônica e outras, sendo profundamente apreciadas pelos consumidores. O desempenho das embalagens flexíveis compostas não está relacionado apenas ao material do filme, mas também depende do desempenho do adesivo composto. O adesivo de poliuretano apresenta inúmeras vantagens, como alta resistência de colagem, forte capacidade de ajuste e higiene e segurança. Atualmente, é o principal adesivo de suporte para embalagens flexíveis compostas e o foco de pesquisa dos principais fabricantes de adesivos.

O envelhecimento em alta temperatura é um processo indispensável na preparação de embalagens flexíveis. Com as metas políticas nacionais de "pico de carbono" e "neutralidade de carbono", a proteção ambiental verde, a redução de baixas emissões de carbono e a alta eficiência e economia de energia tornaram-se objetivos de desenvolvimento para todos os públicos. A temperatura e o tempo de envelhecimento têm um efeito positivo na resistência à descamação do filme composto. Teoricamente, quanto maior a temperatura e o tempo de envelhecimento, maior a taxa de conclusão da reação e melhor o efeito de cura. No processo de aplicação da produção real, se a temperatura de envelhecimento puder ser reduzida e o tempo de envelhecimento puder ser encurtado, é melhor não exigir o envelhecimento, e o corte e o ensacamento podem ser realizados após a máquina estar desligada. Isso não só pode atingir os objetivos de proteção ambiental verde e redução de baixas emissões de carbono, mas também economizar custos de produção e melhorar a eficiência da produção.

Este estudo tem como objetivo sintetizar um novo tipo de adesivo de poliuretano que tenha viscosidade e vida útil do disco adesivo adequadas durante a produção e o uso, possa curar rapidamente em condições de baixa temperatura, de preferência sem alta temperatura, e não afete o desempenho de vários indicadores de embalagens flexíveis compostas.

1.1 Materiais experimentais Ácido adípico, ácido sebácico, etilenoglicol, neopentilglicol, dietilenoglicol, TDI, trímero de HDI, polímero hiperramificado de laboratório, acetato de etila, filme de polietileno (PE), filme de poliéster (PET), papel alumínio (AL).
1.2 Instrumentos experimentais Forno elétrico de secagem a ar de temperatura constante de mesa: DHG-9203A, Shanghai Yiheng Scientific Instrument Co., Ltd.; Viscosímetro rotacional: NDJ-79, Shanghai Renhe Keyi Co., Ltd.; Máquina universal de teste de tração: XLW, Labthink; Analisador termogravimétrico: TG209, NETZSCH, Alemanha; Testador de selagem térmica: SKZ1017A, Jinan Qingqiang Electromechanical Co., Ltd.
1.3 Método de síntese
1) Preparação do pré-polímero: Seque bem o balão de quatro gargalos e passe N2 nele, em seguida, adicione o poliol de molécula pequena medido e o poliácido no balão de quatro gargalos e comece a agitar. Quando a temperatura atingir a temperatura definida e a saída de água estiver próxima da saída teórica de água, retire uma certa quantidade de amostra para teste de valor de acidez. Quando o valor de acidez for ≤20 mg/g, inicie a próxima etapa da reação; adicione 100×10-6 catalisador medido, conecte o tubo de escape de vácuo e ligue a bomba de vácuo, controle a taxa de saída de álcool pelo grau de vácuo, quando a saída de álcool real estiver próxima da saída teórica de álcool, retire uma certa amostra para teste de valor de hidroxila e encerre a reação quando o valor de hidroxila atender aos requisitos de projeto. O pré-polímero de poliuretano obtido é embalado para uso em espera.
2) Preparação do adesivo de poliuretano à base de solvente: adicione o pré-polímero de poliuretano medido e o éster etílico em um balão de quatro gargalos, aqueça e mexa para dispersar uniformemente, depois adicione o TDI medido no balão de quatro gargalos, mantenha aquecido por 1,0 h, adicione o polímero hiperramificado caseiro no laboratório e continue a reagir por 2,0 h, adicione lentamente o trímero de HDI gota a gota no balão de quatro gargalos, mantenha aquecido por 2,0 h, colete amostras para testar o conteúdo de NCO, resfrie e libere os materiais para embalagem após o conteúdo de NCO ser qualificado.
3) Laminação a seco: misture acetato de etila, agente principal e agente de cura em uma determinada proporção e mexa uniformemente, depois aplique e prepare amostras em uma máquina de laminação a seco.

1.4 Caracterização do Teste
1) Viscosidade: Utilize um viscosímetro rotacional e consulte o método de teste GB/T 2794-1995 para viscosidade de adesivos;
2) Resistência ao descascamento em T: testada usando uma máquina de teste de tração universal, consultando o método de teste de resistência ao descascamento GB/T 8808-1998;
3) Resistência da vedação térmica: primeiro use um testador de vedação térmica para realizar a vedação térmica e, em seguida, use uma máquina universal de teste de tração para testar, consulte o método de teste de resistência da vedação térmica GB/T 22638.7-2016;
4) Análise termogravimétrica (TGA): O teste foi realizado usando um analisador termogravimétrico com uma taxa de aquecimento de 10 ℃ /min e uma faixa de temperatura de teste de 50 a 600 ℃.

2.1 Mudanças na viscosidade com o tempo de reação da mistura A viscosidade do adesivo e a vida útil do disco de borracha são indicadores importantes no processo de produção do produto. Se a viscosidade do adesivo for muito alta, a quantidade de cola aplicada será muito grande, afetando a aparência e o custo do revestimento do filme composto; se a viscosidade for muito baixa, a quantidade de cola aplicada será muito baixa e a tinta não poderá ser infiltrada efetivamente, o que também afetará a aparência e o desempenho de colagem do filme composto. Se a vida útil do disco de borracha for muito curta, a viscosidade da cola armazenada no tanque de cola aumentará muito rapidamente, e a cola não poderá ser aplicada suavemente, e o rolo de borracha não será fácil de limpar; se a vida útil do disco de borracha for muito longa, isso afetará a aparência inicial de adesão e o desempenho de colagem do material composto, e até mesmo afetará a taxa de cura, afetando assim a eficiência da produção do produto.

O controle adequado da viscosidade e a vida útil do disco adesivo são parâmetros importantes para o bom uso de adesivos. De acordo com a experiência de produção, o agente principal, acetato de etila e o agente de cura, são ajustados para o valor R e a viscosidade adequados, e o adesivo é enrolado no tanque de adesivo com um rolo de borracha sem aplicação de cola no filme. As amostras de adesivo são coletadas em diferentes períodos para testes de viscosidade. Viscosidade adequada, vida útil adequada do disco adesivo e cura rápida em condições de baixa temperatura são objetivos importantes buscados por adesivos de poliuretano à base de solvente durante a produção e o uso.

2.2 Efeito da temperatura de envelhecimento na resistência à descamação. O processo de envelhecimento é o mais importante, demorado, intensivo em energia e em espaço para embalagens flexíveis. Ele não afeta apenas a velocidade de produção do produto, mas, mais importante, afeta a aparência e o desempenho de colagem das embalagens flexíveis compostas. Diante das metas governamentais de "pico de carbono" e "neutralidade de carbono" e da acirrada competição do mercado, o envelhecimento em baixa temperatura e a cura rápida são maneiras eficazes de alcançar baixo consumo de energia, produção sustentável e produção eficiente.

O filme composto de PET/AL/PE foi envelhecido à temperatura ambiente e a 40, 50 e 60 °C. À temperatura ambiente, a resistência ao descascamento da estrutura composta de AL/PE da camada interna permaneceu estável após 12 h de envelhecimento, e a cura foi basicamente concluída. À temperatura ambiente, a resistência ao descascamento da estrutura composta de alta barreira de PET/AL da camada externa permaneceu basicamente estável após 12 h de envelhecimento, indicando que o material do filme de alta barreira afetará a cura do adesivo de poliuretano. Comparando as temperaturas de cura de 40, 50 e 60 °C, não houve diferença óbvia na taxa de cura.

Comparado com os adesivos de poliuretano à base de solvente convencionais no mercado atual, o tempo de envelhecimento em alta temperatura é geralmente de 48 horas ou até mais. O adesivo de poliuretano neste estudo pode basicamente completar a cura da estrutura de alta barreira em 12 horas à temperatura ambiente. O adesivo desenvolvido tem a função de cura rápida. A introdução de polímeros hiperramificados caseiros e isocianatos multifuncionais no adesivo, independentemente da estrutura composta da camada externa ou da estrutura composta da camada interna, fez com que a resistência ao descascamento em condições de temperatura ambiente não fosse muito diferente da resistência ao descascamento em condições de envelhecimento em alta temperatura, indicando que o adesivo desenvolvido não só tem a função de cura rápida, mas também a função de cura rápida sem alta temperatura.

2.3 Efeito da temperatura de envelhecimento na resistência do selo térmico As características do selo térmico dos materiais e o efeito real do selo térmico são afetados por muitos fatores, como equipamento de selo térmico, parâmetros de desempenho físico e químico do próprio material, tempo de selo térmico, pressão e temperatura do selo térmico, etc. De acordo com as necessidades e a experiência reais, um processo e parâmetros razoáveis ​​de selo térmico são fixados, e o teste de resistência do selo térmico do filme composto após a composição é realizado.

Quando o filme composto acaba de sair da máquina, a resistência da selagem a quente é relativamente baixa, apenas 17 N/(15 mm). Nesse momento, o adesivo apenas começou a solidificar e não consegue fornecer força de ligação suficiente. A resistência testada nesse momento é a resistência da selagem a quente do filme de PE; à medida que o tempo de envelhecimento aumenta, a resistência da selagem a quente aumenta acentuadamente. A resistência da selagem a quente após 12 horas de envelhecimento é basicamente a mesma que após 24 e 48 horas, indicando que a cura é basicamente concluída em 12 horas, proporcionando ligação suficiente para diferentes filmes, resultando em maior resistência da selagem a quente. A partir da curva de variação da resistência da selagem a quente em diferentes temperaturas, pode-se observar que, sob as mesmas condições de tempo de envelhecimento, não há muita diferença na resistência da selagem a quente entre o envelhecimento em temperatura ambiente e as condições de 40, 50 e 60 ℃. O envelhecimento em temperatura ambiente pode atingir completamente o efeito do envelhecimento em alta temperatura. A estrutura de embalagem flexível composta com este adesivo desenvolvido apresenta boa resistência da selagem a quente sob condições de envelhecimento em alta temperatura.

2.4 Estabilidade térmica do filme curado Durante o uso de embalagens flexíveis, são necessárias a selagem a quente e a fabricação de sacos. Além da estabilidade térmica do próprio material do filme, a estabilidade térmica do filme de poliuretano curado determina o desempenho e a aparência do produto final da embalagem flexível. Este estudo utiliza o método de análise termogravimétrica (TGA) para analisar a estabilidade térmica do filme de poliuretano curado.

O filme de poliuretano curado apresenta dois picos de perda de peso evidentes na temperatura de teste, correspondendo à decomposição térmica do segmento rígido e do segmento macio. A temperatura de decomposição térmica do segmento macio é relativamente alta, e a perda de peso térmica começa a ocorrer a 264 °C. Nessa temperatura, ele pode atender aos requisitos de temperatura do atual processo de selagem a quente de embalagens macias e pode atender aos requisitos de temperatura da produção de embalagens ou envase automáticos, transporte de contêineres de longa distância e do processo de uso; a temperatura de decomposição térmica do segmento rígido é mais alta, atingindo 347 °C. O adesivo livre de cura em alta temperatura desenvolvido apresenta boa estabilidade térmica. A mistura asfáltica AC-13 com escória de aço aumentou 2,1%.

3) Quando o teor de escória de aço atinge 100%, ou seja, quando o tamanho de partícula única de 4,75 a 9,5 mm substitui completamente o calcário, a estabilidade residual da mistura asfáltica é de 85,6%, 0,5% superior à da mistura asfáltica AC-13 sem escória de aço; a resistência à ruptura é de 80,8%, 0,5% superior à da mistura asfáltica AC-13 sem escória de aço. A adição de uma quantidade adequada de escória de aço pode melhorar efetivamente a estabilidade residual e a resistência à ruptura da mistura asfáltica de escória de aço AC-13, além de melhorar efetivamente a estabilidade da mistura asfáltica em água.

1) Em condições normais de uso, a viscosidade inicial do adesivo de poliuretano à base de solvente preparado pela introdução de polímeros hiperramificados caseiros e poliisocianatos multifuncionais é de cerca de 1500 mPa·s, o que tem boa viscosidade; a vida útil do disco adesivo chega a 60 minutos, o que pode atender totalmente aos requisitos de tempo de operação das empresas de embalagens flexíveis no processo de produção.

2) A resistência ao descascamento e à selagem a quente demonstra que o adesivo preparado pode curar rapidamente à temperatura ambiente. Não há grande diferença na velocidade de cura à temperatura ambiente e a 40, 50 e 60 ℃, e não há grande diferença na resistência da colagem. Este adesivo pode ser completamente curado sem alta temperatura e pode curar rapidamente.

3) A análise TGA mostra que o adesivo tem boa estabilidade térmica e pode atender aos requisitos de temperatura durante a produção, transporte e uso.