Perekat poliuretan tipe baru disiapkan dengan menggunakan poliasam molekul kecil dan poliol molekul kecil sebagai bahan baku dasar untuk menyiapkan prepolimer. Selama proses perpanjangan rantai, polimer hiperbercabang dan trimer HDI dimasukkan ke dalam struktur poliuretan. Hasil uji menunjukkan bahwa perekat yang disiapkan dalam penelitian ini memiliki viskositas yang sesuai, masa pakai cakram perekat yang panjang, dapat mengering dengan cepat pada suhu ruang, dan memiliki sifat ikatan yang baik, kekuatan penyegelan panas, dan stabilitas termal.

Kemasan fleksibel komposit memiliki keunggulan berupa tampilan yang menarik, jangkauan aplikasi yang luas, transportasi yang mudah, dan biaya pengemasan yang rendah. Sejak diperkenalkan, kemasan ini telah banyak digunakan dalam industri makanan, obat-obatan, bahan kimia sehari-hari, elektronik, dan industri lainnya, serta sangat disukai oleh konsumen. Kinerja kemasan fleksibel komposit tidak hanya terkait dengan bahan film, tetapi juga bergantung pada kinerja perekat komposit. Perekat poliuretan memiliki banyak keunggulan seperti kekuatan ikatan yang tinggi, kemampuan penyesuaian yang kuat, serta higienis dan aman. Saat ini, perekat ini merupakan perekat pendukung utama untuk kemasan fleksibel komposit dan menjadi fokus penelitian oleh produsen perekat besar.

Penuaan suhu tinggi merupakan proses yang sangat penting dalam pembuatan kemasan fleksibel. Dengan tujuan kebijakan nasional "puncak karbon" dan "netralitas karbon", perlindungan lingkungan hijau, pengurangan emisi karbon rendah, serta efisiensi tinggi dan penghematan energi telah menjadi tujuan pembangunan di semua bidang kehidupan. Suhu dan waktu penuaan berpengaruh positif terhadap kekuatan kupas film komposit. Secara teoritis, semakin tinggi suhu penuaan dan semakin lama waktu penuaan, semakin tinggi tingkat penyelesaian reaksi dan semakin baik efek pengerasan. Dalam proses aplikasi produksi aktual, jika suhu penuaan dapat diturunkan dan waktu penuaan dapat dipersingkat, maka sebaiknya tidak perlu dilakukan penuaan, dan pemotongan serta pengemasan dapat dilakukan setelah mesin dimatikan. Hal ini tidak hanya dapat mencapai tujuan perlindungan lingkungan hijau dan pengurangan emisi karbon rendah, tetapi juga menghemat biaya produksi dan meningkatkan efisiensi produksi.

Penelitian ini bertujuan untuk mensintesis jenis perekat poliuretan baru yang memiliki viskositas dan masa pakai cakram perekat yang sesuai selama produksi dan penggunaan, dapat mengering dengan cepat dalam kondisi suhu rendah, sebaiknya tanpa suhu tinggi, dan tidak memengaruhi kinerja berbagai indikator kemasan fleksibel komposit.

1.1 Bahan Eksperimental Asam adipat, asam sebakat, etilen glikol, neopentil glikol, dietilen glikol, TDI, trimer HDI, polimer hiperbercabang buatan laboratorium, etil asetat, film polietilen (PE), film poliester (PET), aluminium foil (AL).
1.2 Instrumen Eksperimental Oven pengering udara suhu konstan listrik desktop: DHG-9203A, Shanghai Yiheng Scientific Instrument Co., Ltd.; Viskometer putar: NDJ-79, Shanghai Renhe Keyi Co., Ltd.; Mesin uji tarik universal: XLW, Labthink; Analisis termogravimetri: TG209, NETZSCH, Jerman; Alat uji penyegelan panas: SKZ1017A, Jinan Qingqiang Electromechanical Co., Ltd.
1.3 Metode sintesis
1) Persiapan prepolimer: Keringkan labu empat leher secara menyeluruh dan alirkan gas N2 ke dalamnya, kemudian tambahkan poliol molekul kecil dan poliasam yang telah diukur ke dalam labu empat leher dan mulai aduk. Ketika suhu mencapai suhu yang ditetapkan dan keluaran air mendekati keluaran air teoritis, ambil sejumlah sampel untuk uji nilai asam. Ketika nilai asam ≤20 mg/g, mulailah langkah reaksi selanjutnya; tambahkan 100×10⁻⁶ katalis terukur, hubungkan pipa ekor vakum dan nyalakan pompa vakum, kendalikan laju keluaran alkohol dengan derajat vakum, ketika keluaran alkohol aktual mendekati keluaran alkohol teoritis, ambil sejumlah sampel untuk uji nilai hidroksil, dan hentikan reaksi ketika nilai hidroksil memenuhi persyaratan desain. Prepolimer poliuretan yang diperoleh dikemas untuk penggunaan siap pakai.
2) Pembuatan perekat poliuretan berbasis pelarut: Tambahkan prepolimer poliuretan dan etil ester yang telah diukur ke dalam labu empat leher, panaskan dan aduk hingga merata, kemudian tambahkan TDI yang telah diukur ke dalam labu empat leher, jaga agar tetap hangat selama 1,0 jam, lalu tambahkan polimer hiperbercabang buatan sendiri di laboratorium dan lanjutkan reaksi selama 2,0 jam, tambahkan trimer HDI secara perlahan tetes demi tetes ke dalam labu empat leher, jaga agar tetap hangat selama 2,0 jam, ambil sampel untuk menguji kandungan NCO, dinginkan dan lepaskan bahan untuk pengemasan setelah kandungan NCO memenuhi syarat.
3) Laminasi kering: Campurkan etil asetat, bahan utama, dan bahan pengeras dalam proporsi tertentu dan aduk hingga merata, kemudian aplikasikan dan siapkan sampel pada mesin laminasi kering.

1.4 Karakterisasi Tes
1) Viskositas: Gunakan viskometer putar dan rujuk ke GB/T 2794-1995 Metode pengujian viskositas perekat;
2) Kekuatan kupas T: diuji menggunakan mesin uji tarik universal, mengacu pada metode uji kekuatan kupas GB/T 8808-1998;
3) Kekuatan segel panas: pertama-tama gunakan alat uji segel panas untuk melakukan penyegelan panas, kemudian gunakan mesin uji tarik universal untuk menguji, merujuk pada metode uji kekuatan segel panas GB/T 22638.7-2016;
4) Analisis termogravimetri (TGA): Pengujian dilakukan menggunakan alat analisis termogravimetri dengan laju pemanasan 10 ℃/menit dan rentang suhu pengujian 50 hingga 600 ℃.

2.1 Perubahan viskositas seiring waktu reaksi pencampuran Viskositas perekat dan masa pakai cakram karet merupakan indikator penting dalam proses produksi produk. Jika viskositas perekat terlalu tinggi, jumlah lem yang diaplikasikan akan terlalu banyak, sehingga memengaruhi tampilan dan biaya pelapisan film komposit; jika viskositas terlalu rendah, jumlah lem yang diaplikasikan akan terlalu sedikit, dan tinta tidak dapat meresap secara efektif, yang juga akan memengaruhi tampilan dan kinerja perekatan film komposit. Jika masa pakai cakram karet terlalu pendek, viskositas lem yang disimpan dalam tangki lem akan meningkat terlalu cepat, dan lem tidak dapat diaplikasikan dengan lancar, serta rol karet sulit dibersihkan; jika masa pakai cakram karet terlalu lama, hal itu akan memengaruhi tampilan adhesi awal dan kinerja perekatan material komposit, bahkan memengaruhi laju pengerasan, sehingga memengaruhi efisiensi produksi produk.

Pengendalian viskositas yang tepat dan masa pakai cakram perekat merupakan parameter penting untuk penggunaan perekat yang baik. Berdasarkan pengalaman produksi, bahan utama, etil asetat, dan bahan pengeras disesuaikan dengan nilai R dan viskositas yang sesuai, dan perekat digulirkan dalam tangki perekat dengan rol karet tanpa mengoleskan lem ke film. Sampel perekat diambil pada periode waktu yang berbeda untuk pengujian viskositas. Viskositas yang tepat, masa pakai cakram perekat yang tepat, dan pengerasan cepat dalam kondisi suhu rendah adalah tujuan penting yang dikejar oleh perekat poliuretan berbasis pelarut selama produksi dan penggunaan.

2.2 Pengaruh suhu penuaan terhadap kekuatan pengelupasan Proses penuaan adalah proses terpenting, memakan waktu, intensif energi, dan intensif ruang untuk kemasan fleksibel. Proses ini tidak hanya memengaruhi tingkat produksi produk, tetapi yang lebih penting, memengaruhi penampilan dan kinerja perekatan kemasan fleksibel komposit. Menghadapi tujuan pemerintah untuk "puncak karbon" dan "netralitas karbon" serta persaingan pasar yang ketat, penuaan suhu rendah dan pengeringan cepat merupakan cara efektif untuk mencapai konsumsi energi rendah, produksi ramah lingkungan, dan produksi yang efisien.

Film komposit PET/AL/PE diuji penuaannya pada suhu ruang dan pada suhu 40, 50, dan 60 ℃. Pada suhu ruang, kekuatan kupas struktur komposit AL/PE lapisan dalam tetap stabil setelah penuaan selama 12 jam, dan pengerasan pada dasarnya telah selesai; pada suhu ruang, kekuatan kupas struktur komposit penghalang tinggi PET/AL lapisan luar tetap stabil setelah penuaan selama 12 jam, menunjukkan bahwa material film penghalang tinggi akan memengaruhi pengerasan perekat poliuretan; membandingkan kondisi suhu pengerasan 40, 50, dan 60 ℃, tidak ada perbedaan yang jelas dalam laju pengerasan.

Dibandingkan dengan perekat poliuretan berbasis pelarut yang umum di pasaran saat ini, waktu penuaan suhu tinggi umumnya 48 jam atau bahkan lebih lama. Perekat poliuretan dalam penelitian ini pada dasarnya dapat menyelesaikan pengerasan struktur penghalang tinggi dalam 12 jam pada suhu ruangan. Perekat yang dikembangkan memiliki fungsi pengerasan cepat. Dengan diperkenalkannya polimer hiperbercabang buatan sendiri dan isosianat multifungsi dalam perekat, terlepas dari struktur komposit lapisan luar atau struktur komposit lapisan dalam, kekuatan kupas pada kondisi suhu ruangan tidak jauh berbeda dengan kekuatan kupas pada kondisi penuaan suhu tinggi, menunjukkan bahwa perekat yang dikembangkan tidak hanya memiliki fungsi pengerasan cepat, tetapi juga memiliki fungsi pengerasan cepat tanpa suhu tinggi.

2.3 Pengaruh suhu penuaan terhadap kekuatan penyegelan panas Karakteristik penyegelan panas material dan efek penyegelan panas aktual dipengaruhi oleh banyak faktor, seperti peralatan penyegelan panas, parameter kinerja fisik dan kimia material itu sendiri, waktu penyegelan panas, tekanan penyegelan panas, dan suhu penyegelan panas, dll. Sesuai dengan kebutuhan dan pengalaman aktual, proses dan parameter penyegelan panas yang wajar ditetapkan, dan uji kekuatan penyegelan panas film komposit setelah pencampuran dilakukan.

Saat film komposit baru saja keluar dari mesin, kekuatan penyegelan panas relatif rendah, hanya 17 N/(15 mm). Pada saat ini, perekat baru mulai mengeras dan belum dapat memberikan gaya rekat yang cukup. Kekuatan yang diuji pada saat ini adalah kekuatan penyegelan panas film PE; seiring bertambahnya waktu penuaan, kekuatan penyegelan panas meningkat tajam. Kekuatan penyegelan panas setelah penuaan selama 12 jam pada dasarnya sama dengan setelah 24 dan 48 jam, menunjukkan bahwa pengerasan pada dasarnya selesai dalam 12 jam, memberikan ikatan yang cukup untuk berbagai film, sehingga meningkatkan kekuatan penyegelan panas. Dari kurva perubahan kekuatan penyegelan panas pada suhu yang berbeda, dapat dilihat bahwa dalam kondisi waktu penuaan yang sama, tidak banyak perbedaan kekuatan penyegelan panas antara penuaan suhu ruangan dan kondisi 40, 50, dan 60 ℃. Penuaan pada suhu ruangan dapat sepenuhnya mencapai efek penuaan suhu tinggi. Struktur kemasan fleksibel yang dikompositkan dengan perekat yang dikembangkan ini memiliki kekuatan penyegelan panas yang baik dalam kondisi penuaan suhu tinggi.

2.4 Stabilitas Termal Film yang Telah Diawetkan Selama penggunaan kemasan fleksibel, penyegelan panas dan pembuatan kantong diperlukan. Selain stabilitas termal bahan film itu sendiri, stabilitas termal film poliuretan yang telah diawetkan menentukan kinerja dan tampilan produk kemasan fleksibel yang telah jadi. Studi ini menggunakan metode analisis termogravimetri (TGA) untuk menganalisis stabilitas termal film poliuretan yang telah diawetkan.

Film poliuretan yang telah mengeras memiliki dua puncak penurunan berat yang jelas pada suhu pengujian, yang sesuai dengan dekomposisi termal segmen keras dan segmen lunak. Suhu dekomposisi termal segmen lunak relatif tinggi, dan penurunan berat termal mulai terjadi pada 264°C. Pada suhu ini, film tersebut dapat memenuhi persyaratan suhu proses penyegelan panas kemasan lunak saat ini, dan dapat memenuhi persyaratan suhu produksi pengemasan atau pengisian otomatis, transportasi kontainer jarak jauh, dan proses penggunaan; suhu dekomposisi termal segmen keras lebih tinggi, mencapai 347°C. Perekat bebas pengerasan suhu tinggi yang dikembangkan memiliki stabilitas termal yang baik. Campuran aspal AC-13 dengan terak baja meningkat sebesar 2,1%.

3) Ketika kandungan terak baja mencapai 100%, yaitu ketika ukuran partikel tunggal 4,75 hingga 9,5 mm sepenuhnya menggantikan batu kapur, nilai stabilitas sisa campuran aspal adalah 85,6%, yang 0,5% lebih tinggi daripada campuran aspal AC-13 tanpa terak baja; rasio kekuatan belah adalah 80,8%, yang 0,5% lebih tinggi daripada campuran aspal AC-13 tanpa terak baja. Penambahan jumlah terak baja yang tepat dapat secara efektif meningkatkan stabilitas sisa dan rasio kekuatan belah campuran aspal AC-13 dengan terak baja, dan dapat secara efektif meningkatkan stabilitas air campuran aspal.

1) Dalam kondisi penggunaan normal, viskositas awal perekat poliuretan berbasis pelarut yang dibuat dengan menambahkan polimer hiperbercabang buatan sendiri dan poliisosianat multifungsi adalah sekitar 1500 mPa·s, yang memiliki viskositas yang baik; masa pakai cakram perekat mencapai 60 menit, yang sepenuhnya dapat memenuhi persyaratan waktu pengoperasian perusahaan kemasan fleksibel dalam proses produksi.

2) Dari kekuatan kupas dan kekuatan segel panas, dapat dilihat bahwa perekat yang disiapkan dapat mengering dengan cepat pada suhu ruangan. Tidak ada perbedaan besar dalam kecepatan pengeringan pada suhu ruangan dan pada suhu 40, 50, dan 60 ℃, dan tidak ada perbedaan besar dalam kekuatan ikatan. Perekat ini dapat mengering sepenuhnya tanpa suhu tinggi dan dapat mengering dengan cepat.

3) Analisis TGA menunjukkan bahwa perekat tersebut memiliki stabilitas termal yang baik dan dapat memenuhi persyaratan suhu selama produksi, transportasi, dan penggunaan.