تم تحضير نوع جديد من لاصق البولي يوريثان باستخدام بولي أسيدات وبوليولات جزيئات صغيرة كمواد خام أساسية لتحضير البوليمرات الأولية. خلال عملية تمديد السلسلة، أُدخلت بوليمرات متفرعة وثلاثيات HDI في بنية البولي يوريثان. أظهرت نتائج الاختبار أن اللاصق المُحضر في هذه الدراسة يتميز بلزوجة مناسبة، وعمر قرص لاصق طويل، وقابلية تصلب سريعة في درجة حرارة الغرفة، وخصائص ربط جيدة، وقوة عزل حراري، وثبات حراري.

تتميز مواد التغليف المرنة المركبة بمظهرها الرائع، ونطاق استخدامها الواسع، وسهولة نقلها، وانخفاض تكلفة تغليفها. منذ طرحها، استُخدمت على نطاق واسع في صناعات الأغذية والأدوية والمواد الكيميائية اليومية والإلكترونيات وغيرها، وتحظى بإعجاب المستهلكين. لا يقتصر أداء مواد التغليف المرنة المركبة على مادة الغشاء فحسب، بل يعتمد أيضًا على أداء المادة اللاصقة المركبة. يتميز لاصق البولي يوريثان بمزايا عديدة، مثل قوة الالتصاق العالية، وقابلية التعديل العالية، والنظافة والسلامة. وهو حاليًا المادة اللاصقة الداعمة الرئيسية لمواد التغليف المرنة المركبة، ويُعد محور أبحاث كبرى شركات تصنيع المواد اللاصقة.

يُعدّ التعتيق في درجات الحرارة العالية عمليةً أساسيةً في تحضير مواد التغليف المرنة. ومع أهداف السياسة الوطنية المتمثلة في "ذروة الكربون" و"الحياد الكربوني"، أصبحت حماية البيئة الخضراء، وخفض انبعاثات الكربون المنخفضة، والكفاءة العالية وتوفير الطاقة، أهدافًا تنمويةً لجميع مناحي الحياة. تؤثر درجة حرارة التعتيق ومدة التعتيق بشكل إيجابي على قوة تقشير الفيلم المركب. نظريًا، كلما ارتفعت درجة حرارة التعتيق وطول مدة التعتيق، زادت سرعة إتمام التفاعل وتحسنت فعالية المعالجة. في عملية الإنتاج الفعلية، إذا أمكن خفض درجة حرارة التعتيق وتقصير مدة التعتيق، فمن الأفضل عدم الحاجة إلى التعتيق، ويمكن إجراء عمليات التقطيع والتعبئة بعد إيقاف تشغيل الآلة. هذا لا يحقق أهداف حماية البيئة الخضراء وخفض انبعاثات الكربون المنخفضة فحسب، بل يوفر أيضًا تكاليف الإنتاج ويحسّن كفاءته.

تهدف هذه الدراسة إلى تصنيع نوع جديد من لاصق البولي يوريثين الذي يتمتع بلزوجة مناسبة وعمر قرص لاصق أثناء الإنتاج والاستخدام، ويمكن علاجه بسرعة في ظل ظروف درجات الحرارة المنخفضة، ويفضل بدون درجة حرارة عالية، ولا يؤثر على أداء المؤشرات المختلفة للتغليف المرن المركب.

1.1 المواد التجريبية حمض الأديبيك، حمض السيباسيك، إيثيلين جليكول، نيوبنتيل جليكول، ثنائي إيثيلين جليكول، TDI، ثلاثي HDI، بوليمر متفرع مصنع في المختبر، أسيتات الإيثيل، فيلم البولي إيثيلين (PE)، فيلم البوليستر (PET)، رقائق الألومنيوم (AL).
1.2 الأجهزة التجريبية: فرن تجفيف هواء كهربائي مكتبي بدرجة حرارة ثابتة: DHG-9203A، شركة شنغهاي ييهينغ للأجهزة العلمية المحدودة؛ مقياس اللزوجة الدوراني: NDJ-79، شركة شنغهاي رينه كيي المحدودة؛ جهاز اختبار الشد الشامل: XLW، شركة لابثينك؛ جهاز التحليل الوزني الحراري: TG209، شركة NETZSCH، ألمانيا؛ جهاز اختبار الختم الحراري: SKZ1017A، شركة جينان تشينغتشيانغ الكهروميكانيكية المحدودة.
1.3 طريقة التوليف
١) تحضير البوليمر الأولي: جفف القارورة رباعية الرؤوس جيدًا، ثم مرر غاز النيتروجين فيها، ثم أضف جزيئات البوليول الصغيرة المقاسة والبولي أسيد إلى القارورة رباعية الرؤوس، وابدأ بالتحريك. عندما تصل درجة الحرارة إلى درجة الحرارة المحددة، ويكون خرج الماء قريبًا من خرج الماء النظري، خذ عينة معينة لاختبار قيمة الحمض. عندما تكون قيمة الحمض ≤ ٢٠ ملغ/غ، ابدأ الخطوة التالية من التفاعل؛ أضف ١٠٠ × ١٠-٦ محفزًا مُقاسًا، ثم وصل أنبوب التفريغ وشغّل مضخة التفريغ، وتحكم في معدل خروج الكحول بدرجة التفريغ. عندما يكون خرج الكحول الفعلي قريبًا من خرج الكحول النظري، خذ عينة معينة لاختبار قيمة الهيدروكسيل، وأوقف التفاعل عندما تفي قيمة الهيدروكسيل بمتطلبات التصميم. يُعبأ البوليمر الأولي الناتج من البولي يوريثان للاستخدام الاحتياطي.
2) تحضير لاصق البولي يوريثين القائم على المذيبات: أضف بوليمر البولي يوريثين المقاس وإستر الإيثيل إلى قارورة ذات أربعة أعناق، وقم بالتسخين والتحريك لتوزيعهما بالتساوي، ثم أضف TDI المقاس إلى القارورة ذات الأربعة أعناق، واحتفظ بها دافئة لمدة 1.0 ساعة، ثم أضف البوليمر المتفرع محلي الصنع في المختبر واستمر في التفاعل لمدة 2.0 ساعة، وأضف ثلاثي HDI ببطء قطرة قطرة إلى القارورة ذات الأربعة أعناق، واحتفظ بها دافئة لمدة 2.0 ساعة، وأخذ عينات لاختبار محتوى NCO، ثم قم بتبريدها وإطلاق المواد للتعبئة والتغليف بعد تأهيل محتوى NCO.
3) الترقق الجاف: قم بخلط أسيتات الإيثيل والعامل الرئيسي ومادة المعالجة بنسبة معينة وحركها بالتساوي، ثم قم بتطبيق العينات وإعدادها على آلة الترقق الجاف.

1.4 توصيف الاختبار
1) اللزوجة: استخدم مقياس اللزوجة الدوراني وراجع طريقة اختبار اللزوجة للمواد اللاصقة GB/T 2794-1995؛
2) قوة التقشير على شكل حرف T: تم اختبارها باستخدام آلة اختبار الشد العالمية، بالرجوع إلى طريقة اختبار قوة التقشير GB/T 8808-1998؛
3) قوة ختم الحرارة: استخدم أولاً جهاز اختبار ختم الحرارة لإجراء ختم الحرارة، ثم استخدم آلة اختبار الشد العالمية للاختبار، راجع طريقة اختبار قوة ختم الحرارة GB/T 22638.7-2016؛
4) التحليل الوزني الحراري (TGA): تم إجراء الاختبار باستخدام جهاز تحليل وزني حراري بمعدل تسخين 10 درجة مئوية / دقيقة ونطاق درجة حرارة اختبار يتراوح من 50 إلى 600 درجة مئوية.

2.1 تغيرات اللزوجة مع زمن تفاعل الخلط: تُعد لزوجة المادة اللاصقة وعمر القرص المطاطي مؤشرين مهمين في عملية إنتاج المنتج. فإذا كانت لزوجة المادة اللاصقة عالية جدًا، فإن كمية الغراء المطبقة ستكون كبيرة جدًا، مما يؤثر على مظهر وتكلفة طلاء الفيلم المركب؛ وإذا كانت اللزوجة منخفضة جدًا، فإن كمية الغراء المطبقة ستكون منخفضة جدًا، ولا يمكن اختراق الحبر بشكل فعال، مما يؤثر أيضًا على مظهر وأداء الترابط للفيلم المركب. وإذا كان عمر القرص المطاطي قصيرًا جدًا، فإن لزوجة الغراء المخزنة في خزان الغراء ستزداد بسرعة كبيرة، ولا يمكن تطبيق الغراء بسلاسة، ولا يسهل تنظيف الأسطوانة المطاطية؛ وإذا كان عمر القرص المطاطي طويلًا جدًا، فسيؤثر ذلك على مظهر الالتصاق الأولي وأداء الترابط للمادة المركبة، وحتى يؤثر على معدل المعالجة، مما يؤثر على كفاءة إنتاج المنتج.

يُعدّ ضبط اللزوجة المناسب وعمر القرص اللاصق معيارين مهمين لضمان الاستخدام الأمثل للمواد اللاصقة. بناءً على تجربة الإنتاج، يتم ضبط العامل الرئيسي، أسيتات الإيثيل، ومادة المعالجة، على قيمة R واللزوجة المناسبتين، ويُدحرج اللاصق في خزان اللاصق باستخدام بكرة مطاطية دون وضع الغراء على الغشاء. تُؤخذ عينات من اللاصق على فترات زمنية مختلفة لاختبار اللزوجة. تُعدّ اللزوجة المناسبة، وعمر القرص اللاصق المناسب، والتصلب السريع في درجات حرارة منخفضة، أهدافًا مهمة تسعى إليها مواد البولي يوريثان اللاصقة القائمة على المذيبات أثناء الإنتاج والاستخدام.

٢.٢ تأثير درجة حرارة التعتيق على متانة التقشير: تُعد عملية التعتيق من أهم العمليات وأكثرها استهلاكًا للوقت والطاقة والمساحة في مجال التغليف المرن. فهي لا تؤثر فقط على معدل إنتاج المنتج، بل والأهم من ذلك، أنها تؤثر على مظهر التغليف المرن المركب وأداء الترابط فيه. في ظل أهداف الحكومة المتمثلة في "ذروة الكربون" و"الحياد الكربوني" والمنافسة الشرسة في السوق، يُعدّ التعتيق في درجات حرارة منخفضة والمعالجة السريعة وسيلتين فعالتين لتحقيق استهلاك منخفض للطاقة، وإنتاج صديق للبيئة، وكفاءة عالية في الإنتاج.

عُمِّق غشاء مركب PET/AL/PE في درجة حرارة الغرفة عند 40 و50 و60 درجة مئوية. عند درجة حرارة الغرفة، حافظت قوة تقشير الطبقة الداخلية من مركب AL/PE على ثباتها بعد 12 ساعة من التعتيق، واكتملت عملية المعالجة تقريبًا. أما عند درجة حرارة الغرفة، فقد حافظت قوة تقشير الطبقة الخارجية من مركب PET/AL عالي الحاجز على ثباتها بعد 12 ساعة من التعتيق، مما يشير إلى أن مادة الغشاء عالي الحاجز ستؤثر على معالجة لاصق البولي يوريثان. عند مقارنة ظروف درجات حرارة المعالجة عند 40 و50 و60 درجة مئوية، لم يكن هناك فرق واضح في معدل المعالجة.

بالمقارنة مع لاصقات البولي يوريثان القائمة على المذيبات السائدة في السوق الحالية، فإن زمن التقادم في درجات الحرارة العالية يبلغ عادةً 48 ساعة أو حتى أطول. يمكن للمادة اللاصقة البولي يوريثان في هذه الدراسة إكمال معالجة البنية عالية الحاجز في 12 ساعة في درجة حرارة الغرفة. تتميز المادة اللاصقة المطورة بخاصية المعالجة السريعة. باستخدام البوليمرات المتفرعة محليًا والإيزوسيانات متعددة الوظائف في المادة اللاصقة، بغض النظر عن بنية الطبقة الخارجية أو الداخلية، فإن قوة التقشير في ظروف درجة حرارة الغرفة لا تختلف كثيرًا عن قوة التقشير في ظروف التقادم في درجات الحرارة العالية، مما يشير إلى أن المادة اللاصقة المطورة لا تتميز فقط بوظيفة المعالجة السريعة، بل تتمتع أيضًا بوظيفة المعالجة السريعة دون درجة حرارة عالية.

2.3 تأثير درجة حرارة الشيخوخة على قوة الختم الحراري تتأثر خصائص الختم الحراري للمواد وتأثير الختم الحراري الفعلي بالعديد من العوامل، مثل معدات الختم الحراري، ومعايير الأداء الفيزيائية والكيميائية للمادة نفسها، ووقت الختم الحراري، وضغط الختم الحراري ودرجة حرارة الختم الحراري، إلخ. وفقًا للاحتياجات والخبرة الفعلية، يتم تحديد عملية الختم الحراري المعقولة والمعلمات، ويتم إجراء اختبار قوة الختم الحراري للفيلم المركب بعد التجميع.

عندما يكون الفيلم المركب خارج الماكينة مباشرةً، تكون قوة الختم الحراري منخفضة نسبيًا، فقط 17 نيوتن/(15 مم). في هذا الوقت، يكون اللاصق قد بدأ للتو في التصلب ولا يمكنه توفير قوة ربط كافية. القوة التي تم اختبارها في هذا الوقت هي قوة الختم الحراري لفيلم البولي إيثيلين؛ ومع زيادة وقت الشيخوخة، تزداد قوة الختم الحراري بشكل حاد. قوة الختم الحراري بعد الشيخوخة لمدة 12 ساعة هي في الأساس نفسها التي تكون بعد 24 و48 ساعة، مما يشير إلى أن المعالجة تكتمل في الأساس في 12 ساعة، مما يوفر رابطًا كافيًا للأفلام المختلفة، مما يؤدي إلى زيادة قوة الختم الحراري. من منحنى التغير في قوة الختم الحراري عند درجات حرارة مختلفة، يمكن ملاحظة أنه في ظل نفس ظروف وقت الشيخوخة، لا يوجد فرق كبير في قوة الختم الحراري بين الشيخوخة في درجة حرارة الغرفة وظروف 40 و50 و60 درجة مئوية. يمكن للشيخوخة في درجة حرارة الغرفة أن تحقق تمامًا تأثير الشيخوخة في درجات الحرارة العالية. يتمتع هيكل التغليف المرن المركب مع هذا اللاصق المتطور بقوة ختم حراري جيدة في ظل ظروف الشيخوخة في درجات الحرارة العالية.

٢.٤ الاستقرار الحراري للفيلم المُعالج: أثناء استخدام مواد التغليف المرنة، يتطلب الأمر الختم الحراري وصنع الأكياس. بالإضافة إلى الاستقرار الحراري لمادة الفيلم نفسها، يُحدد الاستقرار الحراري لفيلم البولي يوريثان المُعالج أداء ومظهر منتج التغليف المرن النهائي. تستخدم هذه الدراسة طريقة التحليل الوزني الحراري (TGA) لتحليل الاستقرار الحراري لفيلم البولي يوريثان المُعالج.

يتميز فيلم البولي يوريثان المُعالج بذروتين واضحتين لفقدان الوزن عند درجة حرارة الاختبار، مما يُشير إلى التحلل الحراري للجزء الصلب والجزء اللين. درجة حرارة التحلل الحراري للجزء اللين مرتفعة نسبيًا، ويبدأ فقدان الوزن الحراري عند 264 درجة مئوية. عند هذه الدرجة، يُمكنه تلبية متطلبات درجة حرارة عملية الختم الحراري الحالية للتغليف اللين، ويمكنه تلبية متطلبات درجة حرارة إنتاج التغليف أو التعبئة التلقائية، ونقل الحاويات لمسافات طويلة، وعملية الاستخدام؛ بينما تكون درجة حرارة التحلل الحراري للجزء الصلب أعلى، حيث تصل إلى 347 درجة مئوية. يتميز اللاصق المُطور الخالي من التصلب بدرجة حرارة عالية بثبات حراري جيد. زاد خليط الأسفلت AC-13 مع خبث الفولاذ بنسبة 2.1%.

٣) عندما يصل محتوى خبث الفولاذ إلى ١٠٠٪، أي عندما يحل حجم الجسيمات الفردية من ٤.٧٥ إلى ٩.٥ مم محل الحجر الجيري تمامًا، تكون قيمة الثبات المتبقي لخليط الأسفلت ٨٥.٦٪، وهي أعلى بنسبة ٠.٥٪ من خليط الأسفلت AC-١٣ بدون خبث الفولاذ؛ وتكون نسبة قوة الانقسام ٨٠.٨٪، وهي أعلى بنسبة ٠.٥٪ من خليط الأسفلت AC-١٣ بدون خبث الفولاذ. إن إضافة كمية مناسبة من خبث الفولاذ يمكن أن تُحسّن بشكل فعال الثبات المتبقي ونسبة قوة الانقسام لخليط الأسفلت AC-١٣ المصنوع من خبث الفولاذ، ويمكن أن تُحسّن بشكل فعال ثباته المائي.

1) في ظل ظروف الاستخدام العادية، تكون اللزوجة الأولية للاصق البولي يوريثين القائم على المذيبات والمُحضر عن طريق إدخال البوليمرات المتفرعة محلية الصنع والبولي إيزوسيانات متعددة الوظائف حوالي 1500mPa·s، والتي تتمتع بلزوجة جيدة؛ تصل مدة عمر القرص اللاصق إلى 60 دقيقة، مما يمكن أن يلبي بالكامل متطلبات وقت التشغيل لشركات التغليف المرنة في عملية الإنتاج.

٢) يُلاحظ من قوة التقشير ومقاومة الالتصاق الحراري أن اللاصق المُجهز يجف بسرعة في درجة حرارة الغرفة. لا يوجد فرق كبير في سرعة التصلب بين درجة حرارة الغرفة ودرجات الحرارة 40 و50 و60 درجة مئوية، كما لا يوجد فرق كبير في قوة الالتصاق. يجف هذا اللاصق تمامًا دون الحاجة إلى درجات حرارة عالية، ويجف بسرعة.

3) يظهر تحليل TGA أن المادة اللاصقة تتمتع بثبات حراري جيد ويمكنها تلبية متطلبات درجة الحرارة أثناء الإنتاج والنقل والاستخدام.