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无溶剂复合三大异常怎么解决?方法全了

文章作者:包装材料 上传时间:2019-11-29

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随着我国工农业生产及出口贸易的发展,人们生活节奏加快,消费水平提高,出行、旅游不断增加,食品消费观念和方式正在相应改变。复合袋包装食品正以其轻质、方便、保鲜期长、卫生、易储存运输、易拆开、垃圾量少及货架效应良好等特点,适应了人们的日常需要,日益受到人们的青睐。

本文详细分析了无溶剂复合工艺中常见的纸塑脱离、镀铝转移、气泡等质量问题出现的原因,并介绍了相应的解决方法,以供参考。

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食品复合包装袋是将不同特性的薄膜以专用胶粘剂复合在一起热封制成的,以克服单一薄膜固有的缺陷。为保证薄膜免受食品等内容物的侵蚀和确保屏蔽保鲜作用,常采用PE、PET、PP、NY薄膜和镀铝塑料膜或铝箔等。该类复合膜广泛应用于饮料、医药、电子、农药和化妆品等物品的包装,成为现代工业不可或缺的复合包装袋。

一、纸塑脱离现象

蒸煮型无溶剂复膜胶的技术还没有完全成熟,而同时无溶剂复合应用于蒸煮包装也存在一些瓶颈和关键控制点,下面针对这些问题做一些初步的探讨和分析。

复合包装袋用胶粘剂

1、主要原因

无溶剂复合对生产的环境要求很高环境卫生方面要求:生产车间、蚊虫等,干式复合设备卫生方面要求。
确保无溶剂复合机上所有胶辊、钢辊及设备其他部件表面干净、无污渍。

为满足上述食品包装袋的要求,专用胶粘剂发挥了至关重要的作用。它必须满足对多种材料粘结性高,抗食品中不同调料、脂肪酸、油脂和蛋白质等介质侵蚀,透明度高,耐食品加工过程中加热、加压、高温蒸煮杀菌以及制袋封口时的瞬间高温,固化速度快且无害等要求。若用于蒸煮袋制作,上述性能缺一不可;若用于通用食品袋制作,则可对性能要求适当放宽。

影响纸塑脱离的因素有许多,纸张的平滑度、匀度、含水量、塑料薄膜的各项性能、印品墨层的厚薄度、辅助材料用量、纸塑复合时的温度与压力、生产环境卫生状况以及温度、相对湿度等都会对纸塑复合的最终结果产生一定影响。

温度方面要求:胶粘剂的操作温度必须严格按照产品的使用说明书进行操作。
温度过高会造成反应速度过快,缩短操作时间,并且会造成胶粘剂初始粘度较低,上胶困难-温度过低,会造成胶粘剂粘度较高不便于操作。

聚氨酯胶粘剂的优良综合性能使其成为复合袋用胶粘剂首选品种,国内外90%以上的食品复合袋均采用它。据资料介绍,2001年欧洲用于复合薄膜的聚氨酯胶粘剂约为37650吨,几乎占当年聚氨酯胶粘剂总用量的1/4。日本2000年用于复合薄膜的聚氨酯胶粘剂为28098吨,约占聚氨酯胶粘剂年总用量的一半。我国用于复合薄膜的聚氨酯胶粘剂年用量约为3万~4万吨,其中约10%为耐蒸煮胶粘剂。另据报道,2001~2002年,由于国际市场不景气,胶粘剂和密封剂制造商均处于困境边缘,但美国市场用于食品和医药包装的复合薄膜胶粘剂的销售始终保持上升趋势,亚洲市场更是持续强劲增长。预计今后5年内,全球食品复合薄膜袋用胶粘剂年均增长将为4%,中国将为15%~20%。

2、处理方法

环境湿度的要求:要求环境湿度控制在合理的范围内,一般控制在相对湿度30%-70%(或根据各胶粘剂生产厂家的技术指导书),环境湿度控制不好,对耐蒸煮无溶剂复合有着致命的影响(蒸煮材料很多使用尼龙材料,而尼龙极易吸潮),对复合产品的外观、剥离强度甚至最终的耐蒸煮性能都会产生负面的影响。

我国复合包装袋用胶粘剂的现状

(1)油墨的墨层太厚,造成胶粘剂的渗透和扩散,使得纸塑脱离。处理方法是增加胶粘剂的涂布量以及增加压力。

应根据印刷油墨的厚度、包装内容物的要求、基材薄膜的种类及现场的复合外观调整上胶量。
上胶量控制不好不仅会影响产品的外观,还会影响其最终的剥离强度和耐蒸煮性能。
无溶剂蒸煮的上胶量一般控制在1.8-2.2g/㎡,对于印刷油墨面积较小的材料,上胶量可以少一些,对于印刷油墨面积较大或者内容物为辛辣、麻辣及油腻的产品时,应适当增加上胶量。
在小试试验时,可以试验两三个不同的上胶墨进行试验,以供选择出最优的工艺。

20世纪80年代以来,我国先后引进和自行设计安装的干法复合薄膜生产线有300~500条,其生产用聚氨酯胶粘剂也随之迅速发展,销售形势喜人。它们基本上均为双组分溶液型体系,可以满足国内通用型复合薄膜的生产需求。高性能品种如耐121℃或135℃蒸煮的铝/塑复合膜生产用聚氨酯胶粘剂在数年前只能依赖进口,日、德、美等国胶粘剂供应商纷纷抢占我国市场,以高昂的价格销售此类产品。近几年,国内某些企业和研究单位积极投入人力、物力研究开发成功数个品种的耐蒸煮聚氨酯胶粘剂,取得可喜成绩。黎明化工研究院的RP-05耐蒸煮食品复合薄膜用胶粘剂就是其中一类。该类聚氨酯胶粘剂可耐高温,抗食品各类调料、脂肪和油脂的侵蚀,经国内外产的多个干法复合机上机试验,所得PET/Al/CPP三层复合膜外观光亮、平整,无隧道、花纹、气泡和白斑等现象。复合袋经分别装入牛肉、鸡翅等物实际蒸煮杀菌,均为零破裂。这说明所研制的耐蒸煮复合袋用聚氨酯胶粘剂性能符合耐蒸煮复合袋的复合工艺要求,与相应进口产品性能相当。

(2)墨层未干或未干透时,墨层中残留溶剂的成分使粘合力减弱形成纸塑脱离。处理方法是等产品油墨干透后,再进行复合。

应该在胶粘剂生产厂家提供的熟化温度、时间范围内进行熟化,熟化温度、时间不够会严重影响产品最终的耐蒸煮性能。
熟化过程,通常要求一次性熟化完成,避免没有完全熟化就进行测试、试验,发现没有熟化完全后,再重新放回熟化时进行二次熟化,这样会影响产品的最终性能。
通常情况下,熟化条件控制在40~50℃条件下48~72h,具体需根据胶粘剂生产厂家的技术指导书进行控制。

环保型胶粘剂的发展

(3)印刷品表面残留的喷粉也会阻碍纸张与塑料薄膜的粘合形成纸塑脱离。处理方法是利用机械和人工方式擦除印刷品表面的粉质后再复合。

无溶剂复合正式生产前,须通过小试,以检验油墨、复合基材与无溶剂胶粘剂的匹配性。
因为复合包装材料的性能不仅仅与所使用的胶粘剂有关,还与所使用的基材、油墨密切相关。
特别是蒸煮材料的复合,小试试验确认显得尤为重要。

尽管采用上述复合薄膜胶粘剂制作的蒸煮袋样品经检测无小分子物析出;按GB/T9683-88规定检验,符合食品卫生标准;固化剂中-NCO含量低于0.5%,也达到要求。

(4)操作工艺不规范、压力偏小,机速较快,导致纸塑脱离。处理方法是严格按工艺规范操作,适当增加覆膜的压力、降低机速。

小试产品不能仅仅做121℃装水或抽真空蒸煮就算结束,必须装入需实际包装的内容物进行蒸煮杀菌试验,因为不同包装内容物(如可能要求耐酸、碱、盐、酸、辣、辛、麻等)对薄膜材料的渗透性、对胶粘剂粘接性能的影响不同;装水1280C蒸煮没有问题,不代表装入包装内容物后121℃杀菌肯定没有问题:只有装入包装内容物后,按照实际的条菌温度进行杀菌没有问题后,才能进行批量生产。
如果没有综合考虑薄膜、油墨、包装内容物等各方面的问题,单单考虑胶粘剂的耐温性能,那么很容易出现蒸煮袋的质量问题。

但其仍为双组分溶剂型聚氨酯胶粘剂,尚需向环保型胶粘剂过渡。国外正在积极开发无溶剂型和水性聚氨酯复合薄膜胶粘剂,尤其前者更为活跃。DuPont、Henkel、RohmHaas、BASF、大日本油墨化学工业等公司已有产品,但大多为通用型。

(5)胶粘剂被纸张及印刷油墨吸收,涂布量不足引起的纸塑脱离。应对胶粘剂重新配方和按厂家要求确定上胶量。

5、高温蒸煮无溶剂复合技术的突破

1.无溶剂型聚氨酯胶粘剂

(6)塑料薄膜表面电晕处理不够或超过使用期,使处理面失效引起的纸塑脱离。应按薄膜覆膜的电晕标准对塑料基材电晕或更新塑料薄膜。

高温蒸煮用无溶剂聚氨酯胶粘剂一直存在一个操作温度高、不便于使用的缺点。
上海康达经过技术攻关,打破原有思路,从分子结构上进行调整开发出了WD8156无溶剂蒸煮胶,该产品属于普通、水煮、蒸煮一体化的胶水,只需要常温操作,解决了一般蒸煮胶粘度大、操作温度高的难题,同时与油墨的匹配性也有了质的高。

环保意识的增强促使人们积极开发无溶剂型聚氨酯胶粘剂,它一般是由分子质量相对低的多元醇和多异氰酸酯或多异氰酸酯预聚物和多元醇或多元胺组成的双组分胶粘剂。该类复合薄膜胶粘剂的应用于1974年起始于德国,1977年日本引进该类技术,到1997年已建成几十条无溶剂复合薄膜生产线,在欧美已有50%以上的该类胶粘剂用于干法复合薄膜工业,现已发展到第4代技术。某些高性能品种不仅初粘性好,也适用于铝箔粘结,已有公司成功开发出耐高温蒸煮的特种结构的聚氨酯胶粘剂。

(7)在使用单组分胶粘剂时,因空气湿度不足引起的纸塑脱离,则应根据单组分胶粘剂加工工艺的湿度要求,进行人工加湿。

江苏申凯包装高新技术股份有限公司成立于2002年,公司注册资本8000万RMB,天交所上市企业,,股权代码000057,高新技术企业,公司总投资超过2.1亿RMB,拥有20000余平方米普包厂区;拥有13000平方米的药包厂区,11000平方米的办公面积。
公司拥有二位行业顶尖研发博士,每年新增超过100多个专利,专业生产食品包装膜、化工包装膜、电子监管码防伪包装等各类彩印复合包装膜。
现位于无锡新区硕放中通路99号,毗邻上海车程2小时内。

我国无溶剂复合薄膜生产线也有十几条。北京市化工研究院于1984年从德国Henkel公司引进无溶剂型聚氨酯胶粘剂生产技术,可供干法复合膜生产使用。因当时国内仅有一台无溶剂复合机,故长久未正式生产。受环保法规驱使,1990年,全国各地也陆续引进相应复合生产线。但因存在某些技术问题,开工率不足。

(8)确保胶粘剂在保质期内,并按生产厂家要求保管和使用,如双组分自动混胶机处于良好状态,保证配比的准确、均匀、充分。

文章转自

笔者认为无溶剂复合胶粘剂的开发应用无疑是胶粘剂发展的一个方向,但存在的问题也不少。归纳起来有以下几点:

二、镀铝转移现象

(1)涂胶量虽少,但其单价太高,普通胶约65元/千克,生产成本高。

主要原因及处理方法

(2)为提高胶粘剂对薄膜的润湿性,要求胶粘剂的粘度低,后果是初始内聚力低,粘结性不高,固化速度不够快,影响复合生产效率。这归因于聚氨酯或聚酯主剂的相对分子量低,一般控制在3000~4000。若提高其相对分子量,则粘度太高,不易在复合膜上均匀涂布,极大地影响复合膜质量。粘度一般应控制在2000~3000mPa.s。可通过提高涂布和复合温度,以降低粘度,但需考虑固化剂多异氰酸酯的安全性。

(1)上胶量过大。上胶量要适当,上胶量过小,无疑会造成复合牢度较小,容易剥离;但上胶量太大导致挥发假干。其次,涂布的胶量大,固化时间长,对镀铝层的渗透作用就强。所以应该根据基材和用途,经过小试来确定合理的工艺参数,选择一个合理的上胶量。

2.水性胶粘剂

(2)熟化条件不良,主要是熟化温度过高。控制固化时间,适当降低熟化温度可以减少镀铝的转移。

水性胶粘剂是另一类环保型胶粘剂。国外曾开发水性丙烯酸酯胶粘剂,大多用异氰酸酯做固化剂。因其在北美原料充足,价格便宜,固含量高,粘度低,已成功地在复合薄膜市场中占有较大份额。但至今,薄膜-薄膜复合用水性丙烯酸酯胶粘剂仍存在一些问题,如:

(3)胶水混配比例不正确。降低固化剂比例在一定范围内可以改善镀铝转移,具体方法是在配工作胶液时,减少固化剂的用量,使主剂与固化剂的交联反应程度有所降低,从而减少了胶膜的脆性,使其保持良好的柔韧度和伸展性从而控制镀铝层的转移。

(1)技术性能一般,尤其在印刷薄膜上只能用于低档产品。因通用型水性丙烯酸酯胶粘剂在印刷薄膜上复合的剥离强度低,当然剥离强度也取决于印刷油墨种类。食品包装袋薄膜以硝基纤维类油墨用得较多,遗憾的是它与通用型水性丙烯酸酯胶粘剂很不相容,复合薄膜很易剥离,其强度仅为N/15mm。在溶剂型和无溶剂型聚氨酯胶粘剂上不会发生这种现象,因为当这两种胶粘剂将薄膜复合后迁移到油墨层时,仍可充当油墨的粘合剂,产生与印刷油墨层的内聚力。

(4)胶粘剂选型不正确。选用合适或专用的胶粘剂。在复合镀铝膜时,不要使用粘度太低的胶粘剂,因为低粘度的粘合剂分子量小,分子间的作用力较弱,较强的分子活性容易渗透到镀铝里面影响镀铝的附着能力。

(2)应变性差,胶膜相对分子量高而光泽度低,干燥时能耗大,复合薄膜时会产生气泡等。

(5)基材本身质量差。改换适应的基材。

氢键和良好的交联密度是获得优良复合粘结性的两个关键要素。

(6)操作张力过大,将镀铝膜拉伤导致弹性变化,导致转移。控制好张力,在镀铝放卷时,张力必须控制好。原因是镀铝膜在张力作用下会拉伸,产生弹性形变。其镀铝层相应地容易松动,附着力也相对减小了。

由于化学本质所决定,水性丙烯酸酯不具有强力的氢键,因此大部分丙烯酸酯胶粘剂的交联性低。然而,单组分丙烯酸酯胶粘剂通常有很高的固含量、高剪切强度、高机械流动性和长适用期,这是其他水性胶粘剂所不及的。为改进水性丙烯酸酯胶粘剂的粘结性而又保持其优良特性,RohmHaas公司曾开发了新双组分丙烯酸/氨基甲酸酯杂化物。由于该体系分子中形成互穿网络结构、氨基甲酸酯反应交联点,与单组分丙烯酸酯胶粘剂相比又具有优越的内聚强度、剥离强度、耐湿、耐热和耐内容物等性能;与聚氨酯水性胶粘剂相比,其粘结性能相当或更优。这一优越性能,加之价格低廉,使其在食品复合膜包装应用中具有较强的竞争力。

(7)残留溶剂过大会破坏镀铝,因为镀铝薄膜的镀铝层比较薄,难免会有一些针孔,残留的溶剂渗透进镀铝层破坏铝层造成镀铝转移。

我国也有用于复合薄膜生产的丙烯酸酯胶粘剂,但性能一般。必须从主剂的化学结构上着手改进。

三、气泡现象

水性聚氨酯也可用于复合薄膜的复合,为提高其性能,国内外均在开发应用可水分散的多异氰酸酯工艺技术。

1、主要原因

3.其他环保型胶粘剂

(1)复合基材的种类不同,其物理性能也有很大差别(如透气性),对复合膜气泡的形成也有很大关系。如果两种基材透气性都比较差,他们之间进行复合时,容易产生气泡,如PVDC和BOPA之间复合。这是由于两种复合基材的透气性都比较差,胶粘剂在复合单元上胶系统上不可避免地混入少量的空气。

复合薄膜用其他环保型胶粘剂有:UV固化和电子束固化型、湿固化型聚氨酯热熔胶粘剂以及醇溶性胶粘剂等。其中醇溶性聚氨酯胶粘剂已在欧美科实业有限公司等组织生产,它为塑料膜/镀铝膜所专用。

(2)为了使复合基材具有一定的表面张力,要对基材的表面性能进行一定的处理,如电晕处理等,以改善复合基材表面的润湿性和提高粗糙度,但粗糙度超过一定的限度时,又难以被粘稠的胶液填充。这样,在这些微小的啮合面之间便形成了大大小小的气泡。

我国通用溶剂型聚氨酯复合膜用胶粘剂已大量生产,耐120~135℃蒸煮复合袋用高性能溶剂型聚氨酯胶粘剂也已开发成功。环保型胶粘剂如醇溶性聚氨酯镀铝膜复合胶粘剂、无溶剂聚氨酯胶粘剂和水性胶粘剂均有生产。但或因价格问题,或因质量问题,至今未像溶剂型胶粘剂那样被广泛采用。今后需积极组织力量从树脂本身化学结构入手,研发符合各种要求的环保型复合薄膜胶粘剂。

(3)胶粘剂的粘度也是产生气泡的重要原因。双组分胶粘剂使用温度越高、混合存放时间越短、主剂和固化剂配比越大,则胶粘剂的粘度越大,越不利于气泡的形成,反之越易形成气泡。同样大小的气泡,低粘度的胶能消除,而高粘度胶可能不行,这是因为高粘度胶分子量大,流平性差。

关键词:胶粘剂复合包装环保

2、处理方法

(1)上胶量不足、涂布不均匀引起的气泡,其实是无胶产生的空白点,通过适当增加上胶量可消除。上胶量不足是个相对的概念,决定上胶量的因素除了剥离强度外,涂布的流平性是重要的因素。综合条件好的,上胶量可适当降低。这在镀铝和白色印刷膜复合上显得更为明显。

(2)湿度太大引起的气泡。原因是胶粘剂NCO组分与水汽反应产生的二氧化碳气体,来不及析出薄膜而积存于薄膜之间,无法透过薄膜挥发出去形成气泡。此现象通过生产时适当控制环境湿度解决。一般相对湿度在70%以下。

(3)因熟化温度不够,未能消除气泡,应当适当提高熟化温度。熟化室温度不高于50℃,不低于35℃。复合膜一下机就没有气泡较为少见,而熟化能消除小气泡,因为尚未固化的双组分聚氨酯胶粘剂,温度越高流动性越大,二次流平在一定程度上可以消除气泡。

(4)油墨溶剂干燥不充分产生的气泡,是印刷膜溶剂残留导致。一般出现在油墨叠印率高的部分,叠印率低的部分气泡很少。生产中应保证完全干燥后再复合。也可处理印刷膜或降低复合速度解决。

(5)设备工艺,如复合部或涂胶部各辊有损伤或异物,应更换钢辊和清除异物。

(6)生产工艺。主要包括复合压力、收卷张力、涂布温度和复合温度。如复合压力太低,应适当增加胶辊压力。复合速度太快,可适当降低复合速度,或提高夹胶辊温度以增加胶粘剂的流动性。薄膜表面有灰尘杂质而引起的气泡,应改善生产车间的环境卫生状况。

关键词:无溶剂复合异常

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