Se preparó un nuevo tipo de adhesivo de poliuretano utilizando poliácidos y polioles de molécula pequeña como materias primas básicas para la elaboración de prepolímeros. Durante el proceso de extensión de cadena, se incorporaron polímeros hiperramificados y trímeros de HDI a la estructura del poliuretano. Los resultados de las pruebas demuestran que el adhesivo preparado presenta una viscosidad adecuada, una larga vida útil del disco adhesivo, un curado rápido a temperatura ambiente y buenas propiedades de unión, resistencia al termosellado y estabilidad térmica.

El embalaje flexible compuesto ofrece ventajas como una apariencia elegante, una amplia gama de aplicaciones, un transporte sencillo y un bajo costo de empaque. Desde su introducción, se ha utilizado ampliamente en las industrias alimentaria, farmacéutica, química, electrónica y otras, y goza de gran aceptación entre los consumidores. El rendimiento del embalaje flexible compuesto no solo depende del material de la película, sino también del adhesivo utilizado. El adhesivo de poliuretano presenta numerosas ventajas, como una alta fuerza de unión, gran adaptabilidad, higiene y seguridad. Actualmente, es el adhesivo de soporte principal para el embalaje flexible compuesto y el foco de investigación de los principales fabricantes de adhesivos.

El envejecimiento a alta temperatura es un proceso indispensable en la preparación de envases flexibles. Con los objetivos de política nacional de "pico de carbono" y "neutralidad de carbono", la protección del medio ambiente, la reducción de emisiones de carbono y la alta eficiencia y ahorro de energía se han convertido en objetivos de desarrollo para todos los sectores. La temperatura y el tiempo de envejecimiento influyen positivamente en la resistencia al despegue de la película compuesta. Teóricamente, cuanto mayor sea la temperatura y el tiempo de envejecimiento, mayor será la tasa de finalización de la reacción y mejor el efecto de curado. En el proceso de producción real, si se puede reducir la temperatura y el tiempo de envejecimiento, lo ideal es no requerirlo, y el corte y el embolsado se pueden realizar después de apagar la máquina. Esto no solo permite alcanzar los objetivos de protección del medio ambiente y reducción de emisiones de carbono, sino que también ahorra costes de producción y mejora la eficiencia.

Este estudio tiene como objetivo sintetizar un nuevo tipo de adhesivo de poliuretano que posea una viscosidad y una vida útil adecuadas durante la producción y el uso, que pueda curar rápidamente en condiciones de baja temperatura, preferiblemente sin altas temperaturas, y que no afecte el rendimiento de los diversos indicadores del embalaje flexible compuesto.

1.1 Materiales experimentales Ácido adípico, ácido sebácico, etilenglicol, neopentilglicol, dietilenglicol, TDI, trímero de HDI, polímero hiperramificado de laboratorio, acetato de etilo, película de polietileno (PE), película de poliéster (PET), papel de aluminio (AL).
1.2 Instrumentos experimentales Horno de secado de aire eléctrico de temperatura constante de sobremesa: DHG-9203A, Shanghai Yiheng Scientific Instrument Co., Ltd.; Viscosímetro rotacional: NDJ-79, Shanghai Renhe Keyi Co., Ltd.; Máquina universal de ensayo de tracción: XLW, Labthink; Analizador termogravimétrico: TG209, NETZSCH, Alemania; Probador de sellado térmico: SKZ1017A, Jinan Qingqiang Electromechanical Co., Ltd.
1.3 Método de síntesis
1) Preparación del prepolímero: Seque completamente el matraz de cuatro bocas y haga pasar N2 en él, luego agregue el poliol de molécula pequeña y el poliácido medidos al matraz de cuatro bocas y comience a agitar. Cuando la temperatura alcance la temperatura establecida y la salida de agua sea cercana a la salida de agua teórica, tome una cierta cantidad de muestra para la prueba del índice de acidez. Cuando el índice de acidez sea ≤20 mg/g, comience el siguiente paso de la reacción; agregue 100×10-6 catalizador medido, conecte el tubo de cola de vacío y encienda la bomba de vacío, controle la tasa de salida de alcohol por el grado de vacío, cuando la salida de alcohol real sea cercana a la salida de alcohol teórica, tome una cierta muestra para la prueba del índice de hidroxilo, y finalice la reacción cuando el índice de hidroxilo cumpla con los requisitos de diseño. El prepolímero de poliuretano obtenido se envasa para su uso de reserva.
2) Preparación del adhesivo de poliuretano a base de solvente: Agregue la cantidad medida de prepolímero de poliuretano y éster etílico en un matraz de cuatro bocas, caliente y agite para dispersar uniformemente, luego agregue la cantidad medida de TDI en el matraz de cuatro bocas, manténgalo caliente durante 1,0 h, luego agregue el polímero hiperramificado casero en el laboratorio y continúe reaccionando durante 2,0 h, agregue lentamente el trímero de HDI gota a gota en el matraz de cuatro bocas, manténgalo caliente durante 2,0 h, tome muestras para analizar el contenido de NCO, enfríe y libere los materiales para el empaque una vez que el contenido de NCO sea satisfactorio.
3) Laminación en seco: Mezcle acetato de etilo, agente principal y agente de curado en una proporción determinada y revuelva uniformemente, luego aplique y prepare muestras en una máquina de laminación en seco.

1.4 Caracterización de la prueba
1) Viscosidad: Utilice un viscosímetro rotacional y consulte el método de ensayo GB/T 2794-1995 para la viscosidad de los adhesivos;
2) Resistencia al despegue en T: probada utilizando una máquina universal de ensayo de tracción, de acuerdo con el método de ensayo de resistencia al despegue GB/T 8808-1998;
3) Resistencia del sellado térmico: primero utilice un probador de sellado térmico para realizar el sellado térmico, luego utilice una máquina de ensayo de tracción universal para realizar la prueba, consulte el método de prueba de resistencia del sellado térmico GB/T 22638.7-2016;
4) Análisis termogravimétrico (TGA): La prueba se llevó a cabo utilizando un analizador termogravimétrico con una velocidad de calentamiento de 10 ℃ /min y un rango de temperatura de prueba de 50 a 600 ℃.

2.1 Cambios en la viscosidad con el tiempo de reacción de mezcla La viscosidad del adhesivo y la vida útil del disco de caucho son indicadores importantes en el proceso de producción del producto. Si la viscosidad del adhesivo es demasiado alta, la cantidad de pegamento aplicada será excesiva, lo que afectará la apariencia y el costo de recubrimiento de la película compuesta; si la viscosidad es demasiado baja, la cantidad de pegamento aplicada será insuficiente y la tinta no podrá infiltrarse eficazmente, lo que también afectará la apariencia y el rendimiento de unión de la película compuesta. Si la vida útil del disco de caucho es demasiado corta, la viscosidad del pegamento almacenado en el tanque de pegamento aumentará demasiado rápido, el pegamento no podrá aplicarse de manera uniforme y el rodillo de caucho será difícil de limpiar; si la vida útil del disco de caucho es demasiado larga, afectará la apariencia de adhesión inicial y el rendimiento de unión del material compuesto, e incluso afectará la tasa de curado, afectando así la eficiencia de producción del producto.

Un control adecuado de la viscosidad y la vida útil del disco adhesivo son parámetros importantes para el buen uso de los adhesivos. Según la experiencia de producción, el agente principal, el acetato de etilo y el agente de curado se ajustan al valor R y la viscosidad adecuados, y el adhesivo se aplica en el tanque con un rodillo de goma sin aplicar pegamento a la película. Se toman muestras de adhesivo en diferentes intervalos de tiempo para realizar pruebas de viscosidad. Una viscosidad adecuada, una vida útil apropiada del disco adhesivo y un curado rápido a bajas temperaturas son objetivos importantes que se persiguen con los adhesivos de poliuretano a base de solventes durante su producción y uso.

2.2 Efecto de la temperatura de envejecimiento en la resistencia al despegue El proceso de envejecimiento es el más importante, el que consume más tiempo, energía y espacio para los envases flexibles. No solo afecta la tasa de producción del producto, sino que, más importante aún, afecta la apariencia y el rendimiento de la unión de los envases flexibles compuestos. Ante los objetivos gubernamentales de "pico de carbono" y "neutralidad de carbono" y la feroz competencia del mercado, el envejecimiento a baja temperatura y el curado rápido son formas efectivas de lograr un bajo consumo de energía, una producción verde y una producción eficiente.

La película compuesta de PET/AL/PE se sometió a envejecimiento a temperatura ambiente y a 40, 50 y 60 ℃. A temperatura ambiente, la resistencia al despegue de la estructura compuesta de AL/PE de la capa interna se mantuvo estable después de 12 h de envejecimiento, y el curado se completó prácticamente por completo; a temperatura ambiente, la resistencia al despegue de la estructura compuesta de alta barrera de PET/AL de la capa externa se mantuvo prácticamente estable después de 12 h de envejecimiento, lo que indica que el material de la película de alta barrera afectará al curado del adhesivo de poliuretano; al comparar las condiciones de temperatura de curado de 40, 50 y 60 ℃, no se observaron diferencias significativas en la velocidad de curado.

En comparación con los adhesivos de poliuretano a base de solventes convencionales del mercado actual, el tiempo de envejecimiento a alta temperatura suele ser de 48 horas o incluso más. El adhesivo de poliuretano de este estudio puede completar el curado de la estructura de alta barrera en tan solo 12 horas a temperatura ambiente. El adhesivo desarrollado presenta un curado rápido. La incorporación de polímeros hiperramificados de fabricación propia e isocianatos multifuncionales en el adhesivo, independientemente de la estructura compuesta de la capa externa o interna, no muestra diferencias significativas en la resistencia al despegue a temperatura ambiente con respecto a la resistencia al despegue a alta temperatura. Esto indica que el adhesivo desarrollado no solo presenta un curado rápido, sino que también lo presenta sin necesidad de altas temperaturas.

2.3 Efecto de la temperatura de envejecimiento en la resistencia del sellado térmico Las características de sellado térmico de los materiales y el efecto real del sellado térmico se ven afectados por muchos factores, como el equipo de sellado térmico, los parámetros de rendimiento físico y químico del propio material, el tiempo de sellado térmico, la presión de sellado térmico y la temperatura de sellado térmico, etc. De acuerdo con las necesidades reales y la experiencia, se fijan un proceso y parámetros de sellado térmico razonables, y se lleva a cabo la prueba de resistencia del sellado térmico de la película compuesta después del proceso de composición.

Cuando la película compuesta acaba de salir de la máquina, la resistencia del sellado térmico es relativamente baja, solo 17 N/(15 mm). En este momento, el adhesivo apenas ha comenzado a solidificarse y no puede proporcionar una fuerza de unión suficiente. La resistencia probada en este momento es la resistencia del sellado térmico de la película de PE; a medida que aumenta el tiempo de envejecimiento, la resistencia del sellado térmico aumenta bruscamente. La resistencia del sellado térmico después de 12 horas de envejecimiento es básicamente la misma que después de 24 y 48 horas, lo que indica que el curado se completa prácticamente en 12 horas, proporcionando una unión suficiente para diferentes películas, lo que resulta en una mayor resistencia del sellado térmico. A partir de la curva de cambio de la resistencia del sellado térmico a diferentes temperaturas, se puede ver que bajo las mismas condiciones de tiempo de envejecimiento, no hay mucha diferencia en la resistencia del sellado térmico entre el envejecimiento a temperatura ambiente y las condiciones de 40, 50 y 60 ℃. El envejecimiento a temperatura ambiente puede lograr completamente el efecto del envejecimiento a alta temperatura. La estructura de embalaje flexible compuesta con este adhesivo desarrollado tiene una buena resistencia del sellado térmico en condiciones de envejecimiento a alta temperatura.

2.4 Estabilidad térmica de la película curada. Durante el uso de envases flexibles, se requiere termosellado y fabricación de bolsas. Además de la estabilidad térmica del material de la película, la estabilidad térmica de la película de poliuretano curada determina el rendimiento y la apariencia del producto final. Este estudio utiliza el método de análisis termogravimétrico (TGA) para analizar la estabilidad térmica de la película de poliuretano curada.

La película de poliuretano curada presenta dos picos de pérdida de peso evidentes a la temperatura de ensayo, correspondientes a la descomposición térmica del segmento duro y del segmento blando. La temperatura de descomposición térmica del segmento blando es relativamente alta, y la pérdida de peso térmica comienza a producirse a 264 °C. A esta temperatura, cumple con los requisitos de temperatura del proceso actual de termosellado de envases blandos, así como con los requisitos de temperatura para la producción de envases o llenado automáticos, el transporte de contenedores de larga distancia y el proceso de uso; la temperatura de descomposición térmica del segmento duro es más alta, alcanzando los 347 °C. El adhesivo desarrollado, que no requiere curado a alta temperatura, presenta una buena estabilidad térmica. La mezcla asfáltica AC-13 con escoria de acero aumentó un 2,1 %.

3) Cuando el contenido de escoria de acero alcanza el 100%, es decir, cuando el tamaño de partícula individual de 4,75 a 9,5 mm reemplaza completamente la caliza, el valor de estabilidad residual de la mezcla asfáltica es del 85,6%, un 0,5% superior al de la mezcla asfáltica AC-13 sin escoria de acero; la relación de resistencia a la tracción indirecta es del 80,8%, un 0,5% superior a la de la mezcla asfáltica AC-13 sin escoria de acero. La adición de una cantidad adecuada de escoria de acero puede mejorar eficazmente la estabilidad residual y la relación de resistencia a la tracción indirecta de la mezcla asfáltica AC-13 con escoria de acero, y puede mejorar eficazmente la estabilidad al agua de la mezcla asfáltica.

1) En condiciones normales de uso, la viscosidad inicial del adhesivo de poliuretano a base de solvente preparado mediante la introducción de polímeros hiperramificados de fabricación propia y poliisocianatos multifuncionales es de alrededor de 1500 mPa·s, lo que indica una buena viscosidad; la vida útil del disco adhesivo alcanza los 60 minutos, lo que cumple plenamente con los requisitos de tiempo de operación de las empresas de embalaje flexible en el proceso de producción.

2) Como se puede observar en la resistencia al despegue y al sellado térmico, el adhesivo preparado cura rápidamente a temperatura ambiente. No se aprecian grandes diferencias en la velocidad de curado entre la temperatura ambiente y las temperaturas de 40, 50 y 60 °C, ni en la fuerza de adhesión. Este adhesivo cura completamente sin necesidad de altas temperaturas y lo hace rápidamente.

3) El análisis TGA muestra que el adhesivo tiene buena estabilidad térmica y puede cumplir con los requisitos de temperatura durante la producción, el transporte y el uso.