Uut tüüpi polüuretaanliim valmistati, kasutades eelpolümeeride valmistamise põhitoorainetena väikemolekulilisi polühappeid ja väikemolekulilisi polüoole. Keti pikendamise protsessi käigus lisati polüuretaanstruktuuri hüperhargnenud polümeere ja HDI-trimeere. Katsetulemused näitavad, et käesolevas uuringus valmistatud liimil on sobiv viskoossus, pikk liimiketta eluiga, see kõveneb kiiresti toatemperatuuril ning sellel on head liimimisomadused, kuumtihendustugevus ja termiline stabiilsus.

Komposiitpainduva pakendi eelised on peen välimus, lai kasutusala, mugav transport ja madalad pakendamiskulud. Alates selle kasutuselevõtust on seda laialdaselt kasutatud toidu-, meditsiini-, igapäevakeemia-, elektroonika- ja muudes tööstusharudes ning tarbijad on seda sügavalt armastanud. Komposiitpainduva pakendi toimivus ei ole seotud ainult kilematerjaliga, vaid sõltub ka komposiitliimi toimivusest. Polüuretaanliimil on palju eeliseid, näiteks kõrge nakketugevus, tugev reguleeritavus ning hügieen ja ohutus. See on praegu komposiitpainduva pakendi peamine tugiliim ja suurte liimitootjate uurimistöö keskmes.

Kõrgel temperatuuril vanandamine on painduva pakendi valmistamisel hädavajalik protsess. Riiklike poliitiliste eesmärkidega nagu "süsinikutipp" ja "süsinikuneutraalsus" on roheline keskkonnakaitse, vähese süsinikuheite vähendamine ning kõrge efektiivsus ja energiasääst muutunud kõigi eluvaldkondade arengueesmärkideks. Vananemistemperatuuril ja -ajal on positiivne mõju komposiitkile koorimistugevusele. Teoreetiliselt, mida kõrgem on vanandustemperatuur ja pikem on vanandusaeg, seda suurem on reaktsiooni lõpuleviimise kiirus ja parem on kõvenemisefekt. Tegelikus tootmisprotsessis, kui vanandustemperatuuri saab alandada ja vanandusaega lühendada, on kõige parem vanandamist mitte nõuda ning lõikamist ja kottidesse pakkimist saab teha pärast masina väljalülitamist. See mitte ainult ei saavuta rohelise keskkonnakaitse ja vähese süsinikuheite vähendamise eesmärke, vaid säästab ka tootmiskulusid ja parandab tootmise efektiivsust.

Selle uuringu eesmärk on sünteesida uut tüüpi polüuretaanliimi, millel on tootmise ja kasutamise ajal sobiv viskoossus ja liimiketta eluiga, mis kõveneb kiiresti madalatel temperatuuridel, eelistatavalt ilma kõrge temperatuurita, ning mis ei mõjuta komposiitpainduva pakendi erinevate näitajate toimivust.

1.1 Eksperimentaalsed materjalid Adipiinhape, sebatsiinhape, etüleenglükool, neopentüülglükool, dietüleenglükool, TDI, HDI trimeer, laboris valmistatud hüperhargnenud polümeer, etüülatsetaat, polüetüleenkile (PE), polüesterkile (PET), alumiiniumfoolium (AL).
1.2 Eksperimentaalsed instrumendid Lauapealne elektriline konstantse temperatuuriga õhkkuivatusahi: DHG-9203A, Shanghai Yiheng Scientific Instrument Co., Ltd.; Pöörlev viskosimeeter: NDJ-79, Shanghai Renhe Keyi Co., Ltd.; Universaalne tõmbekatsete masin: XLW, Labthink; Termogravimeetriline analüsaator: TG209, NETZSCH, Saksamaa; Kuumtihenduse tester: SKZ1017A, Jinan Qingqiang Electromechanical Co., Ltd.
1.3 Sünteesimeetod
1) Prepolümeeri ettevalmistamine: Kuivatage neljakaelaline kolb hoolikalt ja laske sinna N2, seejärel lisage mõõdetud väikemolekuliline polüool ja polühape neljakaelalisse kolbi ja alustage segamist. Kui temperatuur saavutab seatud temperatuuri ja vee väljund on lähedane teoreetilisele vee väljundile, võtke happearvu määramiseks teatud kogus proovi. Kui happearv on ≤20 mg/g, alustage reaktsiooni järgmist etappi; lisage 100×10-6 doseeritud katalüsaatorit, ühendage vaakumtoru ja käivitage vaakumpump, kontrollige alkoholi väljundkiirust vaakumi astme järgi. Kui tegelik alkoholi väljund on lähedane teoreetilisele alkoholi väljundile, võtke hüdroksüülarvu määramiseks teatud kogus proov ja lõpetage reaktsioon, kui hüdroksüülarv vastab kavandatud nõuetele. Saadud polüuretaan-prepolümeer pakendatakse ooterežiimis kasutamiseks.
2) Lahustipõhise polüuretaanliimi valmistamine: Lisage mõõdetud polüuretaanprepolümeer ja etüülester neljakaelakolbi, kuumutage ja segage ühtlaseks jaotumiseks, seejärel lisage mõõdetud TDI neljakaelakolbi, hoidke soojas 1,0 tundi, seejärel lisage laboris omatehtud hüperhargnenud polümeer ja jätkake reageerimist 2,0 tundi, lisage aeglaselt tilkhaaval HDI trimeer neljakaelakolbi, hoidke soojas 2,0 tundi, võtke proovid NCO sisalduse määramiseks, jahutage ja vabastage materjalid pakendamiseks pärast NCO sisalduse kvalifitseerimist.
3) Kuivlamineerimine: Segage etüülatsetaat, põhiaine ja kõvendi teatud vahekorras ja segage ühtlaselt, seejärel kandke ja valmistage proovid kuivlamineerimismasinal.

1.4 Testi iseloomustus
1) Viskoossus: Kasutage pöörlevat viskosimeetrit ja vaadake liimide viskoossuse määramise meetodit standardist GB/T 2794-1995;
2) T-koorimistugevus: testitud universaalse tõmbekatsemasinaga, viidates GB/T 8808-1998 koorimistugevuse katsemeetodile;
3) Kuumtihenduse tugevus: kõigepealt kasutage kuumtihenduse testimiseks kuumtihenduse testerit, seejärel testimiseks universaalset tõmbekatse masinat, vaadake GB/T 22638.7-2016 kuumtihenduse tugevuse katsemeetodit;
4) Termogravimeetriline analüüs (TGA): Katse viidi läbi termogravimeetrilise analüsaatori abil, kuumutamiskiirusega 10 ℃/min ja katsetemperatuuri vahemikus 50–600 ℃.

2.1 Viskoossuse muutused segamisreaktsiooni ajaga Liimi viskoossus ja kummiketta eluiga on toote tootmisprotsessi olulised näitajad. Kui liimi viskoossus on liiga kõrge, on pealekantud liimi kogus liiga suur, mis mõjutab komposiitkile välimust ja katmiskulusid; kui viskoossus on liiga madal, on pealekantud liimi kogus liiga väike ja tint ei imbu tõhusalt sisse, mis mõjutab ka komposiitkile välimust ja nakkumisvõimet. Kui kummiketta eluiga on liiga lühike, suureneb liimipaagis hoitava liimi viskoossus liiga kiiresti, liimi ei saa sujuvalt peale kanda ja kummirulli ei ole kerge puhastada; kui kummiketta eluiga on liiga pikk, mõjutab see komposiitmaterjali esialgset nakkumisvõimet ja nakkumisvõimet ning isegi kõvenemiskiirust, mis omakorda mõjutab toote tootmistõhusust.

Liimide hea kasutamise olulised parameetrid on sobiv viskoossuse kontroll ja liimketta eluiga. Tootmiskogemuse kohaselt reguleeritakse põhiaine, etüülatsetaat ja kõvendi sobivale R väärtusele ja viskoossusele ning liim rullitakse liimipaagis kummirulliga ilma kilele liimi kandmata. Viskoossuse testimiseks võetakse liimiproove erinevatel ajavahemikel. Sobiv viskoossus, liimketta sobiv eluiga ja kiire kõvenemine madalatel temperatuuridel on lahustipõhiste polüuretaanliimide olulised eesmärgid tootmise ja kasutamise ajal.

2.2 Vananemistemperatuuri mõju koorimistugevusele Vananemisprotsess on painduva pakendi puhul kõige olulisem, aeganõudvam, energiamahukam ja ruumimahukam protsess. See mõjutab mitte ainult toote tootmiskiirust, vaid mis veelgi olulisem, komposiitpainduva pakendi välimust ja liimimisvõimet. Valitsuse "süsinikutipu" ja "süsinikuneutraalsuse" eesmärkide ning tiheda turukonkurentsi valguses on madalal temperatuuril vanandamine ja kiire kõvenemine tõhusad viisid madala energiatarbimise, rohelise tootmise ja tõhusa tootmise saavutamiseks.

PET/AL/PE komposiitkilet vanandati toatemperatuuril ning temperatuuridel 40, 50 ja 60 ℃. Toatemperatuuril püsis sisemise kihi AL/PE komposiitstruktuuri koorimistugevus pärast 12-tunnist vanandamist stabiilsena ja kõvenemine oli põhimõtteliselt lõppenud; toatemperatuuril püsis välimise kihi PET/AL kõrge barjääriga komposiitstruktuuri koorimistugevus pärast 12-tunnist vanandamist põhimõtteliselt stabiilsena, mis näitab, et kõrge barjääriga kilematerjal mõjutab polüuretaanliimi kõvenemist; kõvenemistemperatuuride 40, 50 ja 60 ℃ võrdlemisel ei olnud kõvenemiskiiruses ilmseid erinevusi.

Võrreldes praegu turul olevate lahustipõhiste polüuretaanliimidega on kõrgel temperatuuril vananemise aeg üldiselt 48 tundi või isegi pikem. Käesolevas uuringus kasutatav polüuretaanliim suudab toatemperatuuril kõrgtõkkestruktuuri kõvenemise põhimõtteliselt lõpetada 12 tunniga. Arendatud liimil on kiire kõvenemise funktsioon. Omatehtud hüperhargnenud polümeeride ja multifunktsionaalsete isotsüanaatide lisamine liimi, olenemata väliskihi komposiitstruktuurist või sisemise kihi komposiitstruktuurist, ei erine koorumistugevus toatemperatuuril palju koorumistugevusest kõrgel temperatuuril vananemise tingimustes, mis näitab, et väljatöötatud liimil on lisaks kiirele kõvenemisele ka kiire kõvenemise funktsioon ilma kõrge temperatuurita.

2.3 Vananemistemperatuuri mõju kuumtihendustugevusele Materjalide kuumtihendusomadusi ja tegelikku kuumtihendusefekti mõjutavad paljud tegurid, näiteks kuumtihendusseadmed, materjali enda füüsikalised ja keemilised jõudlusparameetrid, kuumtihendusaeg, kuumtihendusrõhk ja kuumtihendustemperatuur jne. Vastavalt tegelikele vajadustele ja kogemustele määratakse mõistlik kuumtihendusprotsess ja -parameetrid ning komposiitkile kuumtihendustugevuse test pärast segamist.

Kui komposiitkile on masinast just väljunud, on kuumtihendustugevus suhteliselt madal, vaid 17 N/(15 mm). Sel ajal on liim alles hakanud tahkuma ega suuda enam piisavat nakkejõudu tagada. Sel ajal testitud tugevus on PE-kile kuumtihendustugevus; vananemisaja pikenedes suureneb kuumtihendustugevus järsult. Kuumtihendustugevus pärast 12-tunnist vananemist on põhimõtteliselt sama, mis 24 ja 48 tunni pärast, mis näitab, et kõvenemine on 12 tunniga põhimõtteliselt lõppenud, tagades erinevate kilede jaoks piisava nakkuvuse, mille tulemuseks on suurem kuumtihendustugevus. Kuumtihendustugevuse muutuskõveralt erinevatel temperatuuridel on näha, et sama vananemisaja tingimustes ei ole toatemperatuuril vananemise ja 40, 50 ja 60 ℃ tingimuste vahel kuumtihendustugevuses suurt erinevust. Toatemperatuuril vananemine võimaldab täielikult saavutada kõrgel temperatuuril vananemise efekti. Selle väljatöötatud liimiga komposiitmaterjalist painduv pakendistruktuur omab kõrgel temperatuuril vananemise tingimustes head kuumtihendustugevust.

2.4 Kõvastunud kile termiline stabiilsus Paindliku pakendi kasutamisel on vaja kuumtihendamist ja koti valmistamist. Lisaks kilematerjali enda termilisele stabiilsusele määrab kõvenenud polüuretaankile termiline stabiilsus valmis painduva pakenditoote toimivuse ja välimuse. Käesolevas uuringus kasutatakse kõvenenud polüuretaankile termilise stabiilsuse analüüsimiseks termogravimeetrilist analüüsi (TGA) meetodit.

Kõvenenud polüuretaankilel on katsetemperatuuril kaks ilmset kaalukaotuse tippu, mis vastavad kõva ja pehme segmendi termilisele lagunemisele. Pehme segmendi termilise lagunemise temperatuur on suhteliselt kõrge ja termiline kaalukaotus algab temperatuuril 264 °C. Sellel temperatuuril vastab see praeguse pehme pakendi kuumtihendamisprotsessi temperatuurinõuetele ning automaatse pakendamise või täitmise, konteinerite pikamaaveo ja kasutusprotsessi temperatuurinõuetele; kõva segmendi termilise lagunemise temperatuur on kõrgem, ulatudes 347 °C-ni. Arendatud kõrgel temperatuuril kõvenemisvabal liimil on hea termiline stabiilsus. AC-13 asfaldisegu terasräbuga suurenes 2,1%.

3) Kui terasräbu sisaldus saavutab 100%, st kui üksikosakeste suurus 4,75–9,5 mm asendab täielikult lubjakivi, on asfaldisegu jääkstabiilsus 85,6%, mis on 0,5% kõrgem kui terasräbuta AC-13 asfaldisegul; lõhenemistugevuse suhe on 80,8%, mis on 0,5% kõrgem kui terasräbuta AC-13 asfaldisegul. Sobiva koguse terasräbu lisamine võib tõhusalt parandada AC-13 terasräbuga asfaldisegu jääkstabiilsust ja lõhenemistugevuse suhet ning asfaldisegu veekindlust.

1) Tavapäraste kasutustingimuste korral on lahustipõhise polüuretaanliimi, mis on valmistatud omatehtud hüperhargnenud polümeeride ja multifunktsionaalsete polüisotsüanaatide lisamise teel, algviskoossus umbes 1500 mPa·s, millel on hea viskoossus; liimiketta eluiga ulatub 60 minutini, mis vastab täielikult paindlike pakendiettevõtete tööaja nõuetele tootmisprotsessis.

2) Koorimistugevuse ja kuumtihendustugevuse põhjal on näha, et valmistatud liim kõveneb toatemperatuuril kiiresti. Kõvenemiskiiruses toatemperatuuril ja temperatuuridel 40, 50 ja 60 ℃ ei ole suurt erinevust ning ka liimimistugevuses ei ole suurt erinevust. See liim kõveneb täielikult ilma kõrge temperatuurita ja kiiresti.

3) TGA analüüs näitab, et liimil on hea termiline stabiilsus ja see vastab temperatuurinõuetele tootmise, transportimise ja kasutamise ajal.