저분자 폴리산과 저분자 폴리올을 기본 원료로 사용하여 프리폴리머를 제조함으로써 새로운 유형의 폴리우레탄 접착제를 제조하였다. 사슬 연장 공정에서, 과분기형 폴리머와 HDI 삼량체를 폴리우레탄 구조에 도입하였다. 시험 결과, 본 연구에서 제조된 접착제는 적절한 점도, 긴 접착 디스크 수명, 실온에서의 빠른 경화, 우수한 접착력, 열융착 강도 및 열 안정성을 갖는 것으로 나타났다.

복합 유연 포장재는 아름다운 외관, 폭넓은 적용 범위, 편리한 운송, 그리고 저렴한 포장 비용이라는 장점을 가지고 있습니다. 출시 이후 식품, 의약품, 생활화학, 전자 등 다양한 산업 분야에서 널리 사용되어 왔으며, 소비자들의 깊은 사랑을 받고 있습니다. 복합 유연 포장재의 성능은 필름 소재뿐만 아니라 복합 접착제의 성능에도 좌우됩니다. 폴리우레탄 접착제는 높은 접착력, 뛰어난 접착력, 그리고 위생 및 안전성 등 다양한 장점을 가지고 있습니다. 현재 폴리우레탄 접착제는 복합 유연 포장재의 주요 지지 접착제로 사용되고 있으며, 주요 접착제 제조업체들의 연구 중심 분야입니다.

고온 숙성은 유연 포장재 제조에 필수적인 공정입니다. "탄소 피크" 및 "탄소 중립"이라는 국가 정책 목표에 따라 친환경 환경 보호, 저탄소 배출 감소, 고효율 및 에너지 절약은 모든 분야의 개발 목표가 되었습니다. 숙성 온도와 숙성 시간은 복합 필름의 박리 강도에 긍정적인 영향을 미칩니다. 이론적으로 숙성 온도가 높고 숙성 시간이 길수록 반응 완료율이 높아지고 경화 효과도 향상됩니다. 실제 생산 적용 공정에서는 숙성 온도를 낮추고 숙성 시간을 단축할 수 있다면 숙성 과정을 생략하고 기계 가동을 중단한 후 슬리팅 및 포장 작업을 수행하는 것이 가장 좋습니다. 이는 친환경 환경 보호 및 저탄소 배출 감소 목표를 달성할 뿐만 아니라 생산 비용을 절감하고 생산 효율을 향상시킬 수 있습니다.

본 연구는 생산 및 사용 시 적절한 점도와 접착 디스크 수명을 갖고, 저온 조건, 바람직하게는 고온 없이도 빠르게 경화되며, 복합 유연 포장의 다양한 지표의 성능에 영향을 미치지 않는 새로운 유형의 폴리우레탄 접착제를 합성하는 것을 목적으로 한다.

1.1 실험재료 아디프산, 세바스산, 에틸렌글리콜, 네오펜틸글리콜, 디에틸렌글리콜, TDI, HDI 삼량체, 실험실에서 만든 과분기형 고분자, 에틸아세테이트, 폴리에틸렌필름(PE), 폴리에스터필름(PET), 알루미늄호일(AL).
1.2 실험 장비 데스크탑 전기식 항온 공기 건조 오븐: DHG-9203A, 상하이 이헝 과학 기기 유한회사; 회전 점도계: NDJ-79, 상하이 런허 케일 유한회사; 만능 인장 시험기: XLW, Labthink; 열중량 분석기: TG209, NETZSCH, 독일; 열 밀봉 시험기: SKZ1017A, 지난 칭창 전기 기계 유한회사.
1.3 합성 방법
1) 프리폴리머 제조: 4구 플라스크를 완전히 건조시키고 질소(N₂)를 흘려보낸 후, 측정된 저분자 폴리올과 폴리산을 4구 플라스크에 넣고 교반을 시작합니다. 온도가 설정 온도에 도달하고 수분량이 이론 수분량에 가까워지면 일정량의 샘플을 채취하여 산가를 측정합니다. 산가가 ≤20 mg/g일 때 다음 반응을 시작합니다. 100×10-6 계량 촉매를 첨가하고 진공 배출관을 연결한 후 진공 펌프를 가동합니다. 진공도를 조절하여 알코올 생산량을 조절합니다. 실제 알코올 생산량이 이론 수분량에 가까워지면 일정량의 샘플을 채취하여 수산기가를 측정하고, 수산기가가 설계 기준을 충족하면 반응을 종료합니다. 얻어진 폴리우레탄 프리폴리머는 대기용으로 포장됩니다.
2) 용제형 폴리우레탄 접착제 제조: 측정한 폴리우레탄 프리폴리머와 에틸에스테르를 4구 플라스크에 넣고 가열하여 균일하게 분산시킨 다음, 측정한 TDI를 4구 플라스크에 넣고 1.0시간 동안 따뜻하게 유지합니다. 그런 다음 실험실에서 직접 만든 하이퍼브랜치 폴리머를 넣고 2.0시간 동안 반응을 계속합니다. HDI 트리머를 4구 플라스크에 천천히 적하하고 2.0시간 동안 따뜻하게 유지합니다. 샘플을 채취하여 NCO 함량을 테스트하고, 식힌 후 NCO 함량이 적격 판정을 받으면 포장을 위해 재료를 방출합니다.
3) 건식적층 : 에틸아세테이트, 주제, 경화제를 일정비율로 혼합하여 균일하게 교반한 후, 건식적층기에 도포하여 샘플을 제작한다.

1.4 테스트 특성화
1) 점도 : 회전 점도계를 사용하고 GB/T 2794-1995 접착제 점도 시험 방법을 참조하십시오.
2) T-박리강도: 만능인장시험기를 사용하여 시험하였으며, GB/T 8808-1998 박리강도 시험방법을 참조함.
3) 열밀봉 강도: 먼저 열밀봉 테스터를 사용하여 열밀봉을 실시한 후 만능 인장 시험기를 사용하여 테스트합니다. GB/T 22638.7-2016 열밀봉 강도 시험 방법을 참조하세요.
4) 열중량 분석(TGA): 열중량 분석기를 사용하여 가열 속도가 10℃/min이고 시험 온도 범위가 50~600℃인 시험을 실시했습니다.

2.1 혼합 반응 시간에 따른 점도 변화 접착제의 점도와 고무 디스크의 수명은 제품 생산 공정에서 중요한 지표입니다. 접착제의 점도가 너무 높으면 도포하는 접착제 양이 너무 많아 복합 필름의 외관과 코팅 비용에 영향을 미칩니다. 점도가 너무 낮으면 도포하는 접착제 양이 너무 적어 잉크가 효과적으로 침투할 수 없어 복합 필름의 외관과 접착 성능에도 영향을 미칩니다. 고무 디스크의 수명이 너무 짧으면 접착제 탱크에 저장된 접착제의 점도가 너무 빨리 증가하여 접착제를 원활하게 도포할 수 없고 고무 롤러를 청소하기 쉽지 않습니다. 고무 디스크의 수명이 너무 길면 복합 재료의 초기 접착 외관과 접착 성능에 영향을 미치고 경화 속도에도 영향을 미쳐 제품의 생산 효율에 영향을 미칩니다.

적절한 점도 조절과 접착 디스크의 수명은 접착제의 효과적인 사용을 위한 중요한 매개변수입니다. 생산 경험에 따르면, 주제, 에틸 아세테이트, 경화제를 적절한 R 값과 점도로 조정하고, 필름에 접착제를 도포하지 않고 접착제 탱크 내에서 고무 롤러로 압착합니다. 접착제 샘플은 점도 시험을 위해 다양한 시간대에 채취합니다. 용제형 폴리우레탄 접착제는 생산 및 사용 과정에서 적절한 점도, 접착 디스크의 적절한 수명, 그리고 저온 조건에서의 빠른 경화를 중요한 목표로 삼습니다.

2.2 노화 온도가 박리 강도에 미치는 영향 노화 공정은 유연 포장재에서 가장 중요하고 시간 소모적이며 에너지와 공간을 많이 소모하는 공정입니다. 제품 생산 속도에 영향을 미칠 뿐만 아니라, 더 중요하게는 복합 유연 포장재의 외관과 접착 성능에도 영향을 미칩니다. 정부의 "탄소 피크" 및 "탄소 중립" 목표와 치열한 시장 경쟁 속에서 저온 노화 및 급속 경화는 저에너지 소비, 친환경 생산, 그리고 효율적인 생산을 달성하는 효과적인 방법입니다.

PET/AL/PE 복합 필름을 실온과 40, 50, 60℃에서 각각 에이징하였다. 실온에서 내층 AL/PE 복합 구조의 박리강도는 12시간 에이징 후에도 안정적으로 유지되었으며, 경화는 기본적으로 완료되었다. 외층 PET/AL 고차단성 복합 구조의 박리강도는 실온에서 12시간 에이징 후에도 기본적으로 안정적으로 유지되었다. 이는 고차단성 필름 소재가 폴리우레탄 접착제의 경화에 영향을 미칠 것임을 시사한다. 40, 50, 60℃의 경화 온도 조건을 비교하였을 때, 경화 속도에는 뚜렷한 차이가 없었다.

현재 시중에 유통되는 용매 기반 폴리우레탄 접착제와 비교했을 때, 고온 숙성 시간은 일반적으로 48시간 이상입니다. 본 연구에서 사용된 폴리우레탄 접착제는 실온에서 12시간 이내에 고차단성 구조의 경화를 기본적으로 완료할 수 있습니다. 개발된 접착제는 빠른 경화 기능을 가지고 있습니다. 접착제에 자체 제작한 하이퍼브랜치 폴리머와 다기능 이소시아네이트를 도입함으로써, 외층 복합 구조든 내층 복합 구조든 상온 조건에서의 박리 강도는 고온 숙성 조건에서의 박리 강도와 크게 다르지 않았습니다. 이는 개발된 접착제가 빠른 경화 기능뿐만 아니라 고온 없이도 빠른 경화 기능을 가지고 있음을 시사합니다.

2.3 열 밀봉 강도에 대한 노화 온도의 영향 재료의 열 밀봉 특성과 실제 열 밀봉 효과는 열 밀봉 장비, 재료 자체의 물리 화학적 성능 매개 변수, 열 밀봉 시간, 열 밀봉 압력 및 열 밀봉 온도 등과 같은 여러 요인의 영향을 받습니다. 실제 요구 사항과 경험에 따라 합리적인 열 밀봉 프로세스와 매개 변수를 고정하고 복합 필름의 복합 후 열 밀봉 강도 테스트를 수행합니다.

복합 필름이 기계에서 막 나왔을 때 열 밀봉 강도는 17 N/(15 mm)로 비교적 낮습니다. 이 시점에서 접착제는 막 응고되기 시작하여 충분한 접착력을 제공할 수 없습니다. 이 시점에서 시험된 강도는 PE 필름의 열 밀봉 강도이며, 숙성 시간이 증가함에 따라 열 밀봉 강도가 급격히 증가합니다. 12시간 숙성 후 열 밀봉 강도는 24시간 및 48시간 숙성 후의 열 밀봉 강도와 거의 동일하며, 이는 경화가 기본적으로 12시간 내에 완료되어 다양한 필름에 충분한 접착력을 제공하여 열 밀봉 강도가 향상되었음을 나타냅니다. 다양한 온도에서 열 밀봉 강도의 변화 곡선을 보면, 동일한 숙성 시간 조건에서 실온 숙성과 40, 50, 60℃ 조건 사이의 열 밀봉 강도에 큰 차이가 없음을 알 수 있습니다. 실온에서 숙성하면 고온 숙성 효과를 완전히 얻을 수 있습니다. 이 개발된 접착제로 복합화된 유연 포장재는 고온 숙성 조건에서 우수한 열 밀봉 강도를 나타냅니다.

2.4 경화 필름의 열 안정성 유연 포장재 사용 시에는 열 밀봉 및 봉지 제작이 필수적입니다. 필름 소재 자체의 열 안정성뿐 아니라, 경화된 폴리우레탄 필름의 열 안정성도 유연 포장재 완제품의 성능과 외관을 결정합니다. 본 연구에서는 열중량 분석(TGA) 방법을 사용하여 경화된 폴리우레탄 필름의 열 안정성을 분석합니다.

경화된 폴리우레탄 필름은 시험 온도에서 두 개의 뚜렷한 중량 감소 피크를 보이는데, 이는 경질 세그먼트와 연질 세그먼트의 열 분해에 해당합니다. 연질 세그먼트의 열 분해 온도는 비교적 높고, 열 중량 감소는 264°C에서 시작됩니다. 이 온도에서 필름은 현재 연질 포장 열 밀봉 공정의 온도 요건을 충족할 수 있으며, 자동 포장 또는 충전 생산, 장거리 컨테이너 운송 및 사용 공정의 온도 요건을 충족할 수 있습니다. 경질 세그먼트의 열 분해 온도는 347°C로 더 높습니다. 개발된 고온 경화형 무접착제는 우수한 열 안정성을 보입니다. 철강 슬래그를 첨가한 AC-13 아스팔트 혼합물의 경우, 2.1%의 증가율을 보였습니다.

3) 철강 슬래그 함량이 100%에 도달하면, 즉 4.75~9.5mm의 단일 입자가 석회석을 완전히 대체하면 아스팔트 혼합물의 잔류 안정성 값은 85.6%로, 철강 슬래그를 첨가하지 않은 AC-13 아스팔트 혼합물보다 0.5% 높습니다. 쪼개짐 강도비는 80.8%로, 철강 슬래그를 첨가하지 않은 AC-13 아스팔트 혼합물보다 0.5% 높습니다. 적정량의 철강 슬래그를 첨가하면 AC-13 철강 슬래그 아스팔트 혼합물의 잔류 안정성과 쪼개짐 강도비를 효과적으로 개선하고, 아스팔트 혼합물의 수분 안정성도 효과적으로 향상시킬 수 있습니다.

1) 일반적인 사용 조건에서 자체적으로 개발한 하이퍼브랜치 폴리머와 다기능 폴리이소시아네이트를 도입하여 제조한 용제형 폴리우레탄 접착제의 초기 점도는 약 1500mPa·s로 양호한 점도를 가지며, 접착 디스크의 수명은 60분에 달하여 유연 포장재 기업의 생산 공정에서의 작업 시간 요건을 충분히 충족시킬 수 있습니다.

2) 박리 강도와 열 접착 강도를 통해 제조된 접착제는 실온에서 빠르게 경화됨을 알 수 있습니다. 상온과 40, 50, 60℃에서 경화 속도에 큰 차이가 없으며, 접착 강도에도 큰 차이가 없습니다. 본 접착제는 고온 없이도 완전히 경화될 수 있으며, 빠르게 경화됩니다.

3) TGA 분석 결과, 접착제는 열 안정성이 우수하고 생산, 운송 및 사용 중 온도 요구 사항을 충족할 수 있는 것으로 나타났습니다.