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      無溶劑復合

      無溶劑復合技術起源于20世紀70年代,是典型的“三無”工藝:整個生產和使用的全過程無污染;成品(復合材料)無溶劑殘留;由于不使用溶劑,生產過程中無爆炸等安全隱患,完全符合EHS(環保、健康、安全)的發展要求。

      我國從20世紀90年代開始引進無溶劑復合技術,但推廣速度一直十分緩慢。據不完全統計,我國無溶劑復合膜生產線僅40條左右,僅占各類復合機總數的2%左右,遠遠低于發達國家80%~90%的水平。

      無溶劑復合技術在我國推廣如此緩慢主要有如下原因:

      1)國內企業壓力動力不夠。長期以來,國人對健康的關注、政府和市場對環保安全等的要求都沒有對包裝印刷企業構成足夠的壓力或推動。

      2)長期宣傳誤導。一直以來,不少宣傳輿論都把無溶劑復合描述成簡單、容易掌控、所有基材都適合的工藝,但實際上它一個是原理簡單、但把握較難的工藝技術,也不是適合于所有材料的復合。因此,幾乎所有企業在初期都對這項技術推廣的難度預期不足。

      3)前期使用成功者不多。我國從開始引進這項技術至今已經超過10年,但幾乎所有廠家在使用過程中都經歷了不少曲折,沒有一帆風順者,目前很多設備也沒有進入正常使用狀態,導致了大量的后來者對這項技術敬而遠之或者駐足不前,形成典型的“叫好不叫座”的局面。

      4)工藝本身的特性較復雜。這項工藝技術與現在普遍采用的干式復合工藝相比有差異較大,沒有足夠成熟的經驗可借鑒。國外經驗也不能直接應用,國內企業各自摸索需要比較艱苦的努力。

      近年來,我國政府對食品安全的監管力度明顯加大,人們的環保、安全、健康意識不斷加強,綠色包裝材料和工藝備受青睞。無溶劑復合技術作為一種環保技術,非常符合當前的發展潮流,應當大力倡導。同時,國內無溶劑復合相關技術、設備的研發也取得了突破,這為無溶劑復合技術的推廣提供了有利條件。

      我國現在推廣無溶劑復合技術已具有如下有利條件;

      1)國際軟包裝的一些最重要發展趨勢,如EHS(環保、健康、安全)已經在國內得到廣泛認同。

      2)國家對食品安全的監管力度明顯加大,比如QS認證就是一項重要的全國性舉措,國人對健康安全的關注也顯著提升,為無溶劑復合的推廣注入了新的動力。

      3)國產設備、粘合劑的研制取得了質的進步,為推廣提供了有利條件。國內化工行業開始關注無溶劑膠粘劑的開發應用工作,并取得了突破性進展。其中最具有代表性的是上??颠_化工有限公司,其無溶劑膠粘劑系列產品,實現了真正意義上的無溶劑膠粘劑國產化,不僅產品質量達到了與進口膠粘劑相當的水平。無溶劑復合設備研發也取得了突破,特別是廣州通澤機械有限公司新開發的SSL系列無溶劑復合機,技術居于國內領先地位,達到了國外同類產品的先進水平,完全滿足國內大量推廣的技術條件。特別是通澤公司的無溶劑復合“三一”推廣計劃,將為國內企業采用無溶劑復合技術提供有力保障。

      因此,我們有理由相信,不久的將來無溶劑復合在我國將進入一個快速發展的階段。

      SSL系列無溶劑復合機

      廣州通澤機械最新研制的充分吸收了國外先進技術和成功經驗,在機械結構、控制方式、安全防護、外觀造型等方面進行了多項有針對性的創新設計,并已經申請多項專利。SSL系列無溶劑復合機的成功將有力推動中國的無溶劑復合技術的發展和廣泛應用。

      SSL系列無溶劑復合機的特點:

      1)涂膠量控制精確,調節方便。涂布單元采用獨立伺服驅動和線性獨立調節方式,操作者可精確控制涂膠量,且調節方便,可重復性好。

      2)復合質量高。對料帶路徑進行了精心布局,特別是采用了專利的復合機構和收卷機構,可以保證復合的均勻性和收卷的整齊度。

      3)高度人性化。采用了特別設計的可調光源、造型布局合理的控制面板以及氣動式觀測防護裝置,使得機器的操作十分方便、舒暢。

      4)機器安全性好,穩定可靠。主要電氣部件符合CE安全標準,對關鍵部件進行了嚴格的動平衡,使得機器安全可靠,在高速時仍能平穩運轉。

      5)操作方便。軟件與硬件結合,使用戶能快速掌握設備的操作,有效減少正式投產前的各種消耗。

      SSL系列無溶劑復合機最高運行速度可達300m/min,涂膠量為1.5g/m2甚至更低,技術水平居國內領先,達到國外同類產品的先進水平,是一款特別適合國內市場迫切需求的高性能復合設備。

      “三一”推廣計劃

      從技術角度看,無溶劑復合技術在國內推廣有“三難”:一是選購質優價廉的設備難,目前國內使用的無溶劑復合機全部為進口設備,價格昂貴;二是工藝控制難;三是尋找和培養技術熟練的機長難。

      針對這種情況,通澤機械制定了“三一”推廣計劃:一套設備、一套工藝、一套機長培訓課程?!耙惶自O備”是指除了提供SSL系列無溶劑復合機外,還提供配套的設備和工具(混膠機、加熱機、制冷機、排風機、工具等),通澤機械將選擇合適的配套設備、工具生產廠家,組成一個面向國內和國外市場的供應商團隊?!耙惶坠に嚒笔侵羔槍Σ煌瑥秃匣奶峁┠苌a出合格產品的一般工藝程序,以及針對典型產品的工藝參數,通澤機械承諾:在設備訂購前,可以有償為用戶試制一個滿足使用要求的產品樣品;在設備出廠前,可無償提供一個滿足使用要求的產品樣品(包括其主要的生產工藝參數)?!耙惶讬C長培訓課程”包括《無溶劑復合技術培訓教程》和上機操作培訓,目標是培訓一大批既有一定理論又能比較熟練操作的機長和主管,力爭做到一臺新機器至少一名機長。

      通澤機械SSL系列無溶劑復合機的成功推出,是國產無溶劑復合機制造行業的一大突破,標志著我國無溶劑復合技術將邁入新的發展階段。相信通過行業各界的努力,我國的無溶劑復合技術將迎來突破性進展。

      塑料復合軟包裝已成為人們生活中不可缺少的包裝材料。然而至今為止,在我國,復合軟包裝材料基本上都是采用溶劑型干法復合工藝生產,在能量耗費、環境保護及衛生等諸多方面均存在嚴重問題。目前,國內廠家雖然通過醇溶性膠黏劑、水性膠黏劑等新型綠色包裝助劑的開發應用,使運用干法復合生產復合軟包裝材料得到了很大的改善,對于推進綠色包裝的發展起到了積極的作用,然而干法復合工藝本身固有的缺點并未發生根本性的變化。溶劑殘留的解決一直使軟包裝面臨兩種選擇:治標與治本。治標??控制溶劑殘留量:采用溶劑型干式復合(10mg/m2→5mg/m2→1.5mg/m2),但仍然難以解決另外兩大難題:污染和安全。治本??徹底消除溶劑殘留:采用無溶劑復合替代干式復合。但過去很多年我們都還是在治標的框框里打轉。

      在可持續發展的今天,以人為本,大力倡導節約資源顯著、環保性能優越、產品衛生性能可靠性強的綠色包裝工藝??無溶劑復合工藝,是擺在從業者面前的一項十分迫切的任務。為此記者專門采訪了廣州通澤機械有限公司總經理左光申,請他介紹了國內外無溶劑復合技術和設備的情況左光申首先介紹了無溶劑復合技術的發展現狀。無溶劑復合技術是當代國際軟包裝的最重要的三大環保技術(無溶劑復合技術、柔性版印刷和共擠出復合)之一,而且是最沒有爭議的環保技術。最主要的優點是:一個典型的“三無”工藝,即:整個生產和使用的全過程無污染;成品(復合材料)無溶劑殘留;由于不使用溶劑,生產過程中無爆炸等安全隱患。此外,干燥(固化)能耗很低,僅為干式復合的1/25??1/15,使用成本較低。完全滿足環保健康安全(EHS)的要求。采用無溶劑復合技術替代干法復合,不僅在環境保護、生產安全、確保產品質量方面都表現了明顯優勢,而且降低生產成本、提高經濟效益方面效果顯著。代表了復合技術的發展方向之一。

      目前,國外無溶劑復合技術的現狀是:起源于20世紀70年代(德國),快速發展始于20世紀80年代,占新增復合機設備的80%~90%(歐洲、美國)。日本是20世紀90年代末期才開始重視,并有較快的發展。而在我國無溶劑復合技術的現狀是:始于20世紀90年代中后期,一直緩慢發展,近年發展稍快?,F存安裝數量不超過40臺(占復合機總量不超過2%),遠遠低于發達國家。諸多因素制約技術發展在談到無溶劑復合在我國推廣速度緩慢的原因時,左總說,這方面的原因很多,但主要原因是:第一,國內企業壓力動力不夠。長期以來,國人對健康的關注、政府和市場對環保安全等的要求都沒有對包裝印刷企業構成足夠的壓力或推動。第二,長期宣傳誤導。一直以來,不少宣傳輿論都把無溶劑復合描述成簡單、容易掌控、所有基材都適合的工藝,但實際上它一個是原理簡單、但把握較難的工藝技術,也不是適合于所有材料的復合。因此,幾乎所有企業在初期都對這項技術推廣的難度預期不足。第三,前期使用成功者不多。我國從開始引進這項技術至今已經超過10年,但幾乎所有廠家在使用過程中都經歷了不少曲折,沒有一帆風順者,目前很多設備也沒有進入正常使用狀態,導致了大量的后來者對這項技術敬而遠之或者駐足不前,形成典型的“叫好不叫座”的局面。第四,工藝本身的特性較復雜。這項工藝技術與現在普遍采用的干式復合工藝相比差異較大,沒有足夠成熟的經驗可借鑒。國外經驗也不能直接應用,國內企業各自摸索需要比較艱苦的努力。

      環保挑戰促進產業升級但就目前來說,國際軟包裝最重要的發展趨勢是EHS(環保、健康、安全)已經在國內得到廣泛認同。國家對食品安全的監管力度明顯加大,比如QS認證就是一項重要的全國性舉措,國人對健康安全的關注也顯著提升;特別是將要出臺的新修訂的食品容器、包裝材料用添加劑使用衛生標準(GB9685-2008),特別對粘合劑和油墨中溶劑的使用將有新的標準。對此,左總也認同地說,在我國推廣無溶劑復合具備了一些新的有利條件,為無溶劑復合的推廣注入了新的動力。國產設備、粘合劑的研制取得了質的進步,為推廣提供了有利條件。特別是廣州通澤機械有限公司新開發的SSL系列無溶劑復合機,技術居于國內領先地位,達到了國外同類產品的先進水平,完全滿足國內大量推廣的技術條件。特別是通澤公司的無溶劑復合“三一”推廣計劃,將為國內企業采用無溶劑復合技術提供有力保障。通澤公司基于兩個理由以無溶劑復合設備技術為主要產品:第一,從一開始就把產品方向確定為環保型設備和技術,無溶劑復合正好是這樣的技術之一,且在國內一直受到關注;第二,作為新企業,希望在一個國內同行還沒有到達的起點上,以一種專業化的方式來進行產品研發和市場推廣,避免重復走別人的路子。另外國產設備一直差距較大,而市場需求近年來有明顯增加的趨勢,也是一個重要的原因。自主創新促發展在具體談到無溶劑復合“三一”推廣計劃時,左總說,我國企業采用無溶劑復合技術,從操作層面看,主要難點有三個:設備難、工藝難和機長難。設備難包含兩方面含義:進口設備價高,多數企業難以購買;設備要求高,制造難度大。目前,進口一套設備大約需要250萬人民幣~400萬人民幣(不含稅),很多企業購買有一定難度,因此,對大面積推廣這項技術制約較大。從另一方面看,無溶劑復合機制造難度較大。由于涂布機構、張力系統要求高、機器速度(250米/分~300米/分)和安全要求高,傳統的制造干復機(速度100米/分~150米/分)的方法不可能獲得滿足使用要求的設備。從經驗來看,無溶劑復合機需要新的技術規范和制造方法,門檻比干復機明顯要高。

      工藝難是指無溶劑復合的設備、基材、膠黏劑、工藝參數的匹配難,主要原因是:第一,張力控制難,因為初黏力很低,對各段張力的設定控制都非常嚴格。第二,涂布量控制難,主要是因為控制參數多(6個~7個)、涂膠量與部分參數關系敏感。第三,由于需要固化時間,復合結果顯現滯后。第四,由于生產速度一般較高,生產過程的整體控制難度增加。因此,工藝控制的難度和廢品風險明顯增加。;機長難有兩層含義,一是指合格的機長難找到,二是指合格的機長難培養。目前在我國無溶劑復合的合格機長或主管奇缺。在我國,找10,000個干復機的機長和主管不難,但找100個合格的無溶劑復合機機長十分困難。其次,培養一個合格的無溶劑復合機長遠比培養一個干復機的機長難,因為這樣的機長不僅要求足夠的操作經驗,首先需要有更高的理論基礎和多學科的知識,也不能采取傳統的培養模式。左總介紹說,針對我國無溶劑復合現狀特別是上述三個難點(即設備難、工藝難、機長難)制定的一項無溶劑復合技術推廣培訓計劃,叫做通澤“三一”計劃(TrinityProgram),它是指為客戶提供一套設備、一套工藝和一套機長培訓計劃。這三項內容構成一個有機整體,具體內容:一套設備,通澤公司經過長時間研發推出的系列無溶劑復合機,將成為軟包裝標準型的復合機,目前它有SSL1300和SSL1000兩種型號,主要特點是:涂布量控制精確;復合質量高;高度人性化;機器安全性好、穩定可靠;操作使用方便。之所以具有上述這些特點是因為在設計這個系列機型時,所有關鍵部位都進行了深入的研究并采用了多項專利技術。當然在加工裝配工程中我們也采用了許多質量保障措施。從現場演示來看,機器在320米/分速度下運行仍然非常平穩順暢,涂布量達到1.4克/平方米左右,與進口設備相比毫不遜色。包括SSL系列無溶劑復合機和配套設備工具(溷膠機、加熱機、制冷機、排風機、工具等),即“1+5方桉”。將選擇合適的配套設備、工具生產廠家,組成一個面向國內和國外市場的供應商團隊。一套工藝,是指針對不同復合基材提供能生產出合格產品的一般工藝程序和參數確定方法和一個典型產品的工藝參數。我們承諾:在設備定購前,可以有償為用戶試制一個滿足使用要求的產品樣品;在設備出廠前,可無償提供一個滿足使用要求的產品樣品(包括其主要生產工藝參數)。一套機長培訓課程,是一個培養合格機長或主管的課程,通過理論學習、上機操作等環節,培訓一大批既有一定理論又能比較熟練操作的機長和主管?!盁o溶劑復合技術培訓教程”,包括無溶劑復合工藝原理、無溶劑復合機結構與調節、膠黏劑性能與應用等章節。教程側重應用,但也介紹理論,編寫不久即可完成。我們將與中國印協凹印分會合作,利用合作企業的力量辦好培訓班。目標是培訓一大批既有一定理論又能比較熟練操作的機長和主管,力爭做到一臺無溶劑復合機至少安排一個合格機長。最后左總給記者提供了一組有關統計數據:無溶劑復合技術干燥(固化)能耗很低,僅為干式復合的1/15~1/25,節能效果非常明顯。

      國外從20世紀70年代開始著手研究雙組份無溶齊J型聚氨酯粘合劑,從20世紀80年代起美國、意大利、法國、德國等國已經開始大量使用無溶劑膠粘劑,目前在歐洲主要國家的使用量已占復合膜膠粘劑總用量的70%~90%,而且歐美已立法限制溶劑型膠粘劑的使用量。

      國內食品包裝復合膜行業中使用的膠粘劑絕大部分是溶劑型。使用有機溶劑型膠粘劑存在著有機溶劑的揮發問題,一方面造成溶劑的白白浪費,另一方面還帶來環境污染和有毒物質的損害。溶劑型聚氨酯膠粘劑產品的固含量一般在50%~80%。因復合工藝要求,在使用過程中要再加入溶劑稀釋到固含量20%~3"國外從20世紀70年代開始著手研究雙組份無溶齊J型聚氨酯粘合劑,從20世紀80年代起美國、意大利、法國、德國等國已經開始大量使用無溶劑膠粘劑,目前在歐洲主要國家的使用量已占復合膜膠粘劑總用量的70%~90%,而且歐美已立法限制溶劑型膠粘劑的使用量。

      國內食品包裝復合膜行業中使用的膠粘劑絕大部分是溶劑型。使用有機溶劑型膠粘劑存在著有機溶劑的揮發問題,一方面造成溶劑的白白浪費,另一方面還帶來環境污染和有毒物質的損害。溶劑型聚氨酯膠粘劑產品的固含量一般在50%~80%。因復合工藝要求,在使用過程中要再加入溶劑稀釋到固含量20%~35%左右。而后75%的有機溶劑要求在80~(2左右的烘道里短時間內揮發,排放量一般為干膠量的二至四倍,因此存在著大量溶劑對環境的污染和安全問題,并且耗用大量能源。據估算僅食品包裝行業每年排放到大氣中的有機溶劑就超過40萬噸。另外,在膠粘劑的生產過程中還存在著溶劑揮發造成的污染和易燃、易爆的安全問題。而采用無溶劑膠粘劑,不但沒有溶劑的污染,減少了大量的能源消耗,而且復合制品中也沒有殘留溶劑造成的對使用安全性的損害,在生產過程中還大大降低了發生火災等的風險.

      二、國內外現狀、水平和發展趨勢

      使用溶劑型膠粘劑,存在著揮發的有機溶劑污染環境和安全問題,加之溶劑價格的上漲(主要以石油為原料)以及節能的需要,使溶劑型膠粘劑的發展在國外受到了限制。美國環保局規定:每加侖膠粘劑在涂布作業中,不得散發2.9磅以上的溶劑。而在國內涂布業中使用的溶劑型膠粘劑固含量一般在25%,溶劑揮發量為每加侖6磅左右。

      為解決以上問題,歐、美自60年代起進行聚氨酯膠粘劑高固含低粘度化以及無溶劑體系的研究。近年來國外無溶劑膠粘劑發展很快,從技術水平來看,由開始的第一代產品已發展到目前的第三代產品。

      第一代無溶劑粘合劑為單組份濕固化型粘合劑,這種粘合劑的特點是分子量大,粘度高,需要較高的操作溫度,而且使用時需要加濕設備。因為產品固化時有副產物二氧化碳放出,復合膜易起泡;若不能提供適當的水分,還會出現固化不良的問題。

      第二代無溶劑粘合劑為雙組份反應型粘合劑,這類粘合劑的優點是消除了水分及空氣濕度的影響,產品分子量小,粘度下降,操作溫度也降低。其缺點是含有較多的游離二異氰酸酯(為了降低粘度),容易向膜內遷移造成對食品的污染和降低熱封強度,再有就是它不適用于EVA膜和NY膜。

      第三代無溶劑粘合劑克服了第二代無溶劑粘合劑的缺點,適用于各種塑料膜及箔的復合,降低了游離二異氰酸酯的含量,耐內容物性能優良,粘合劑的粘接強度提高,鋁塑復合膜制品有可能耐高蒸煮。

      目前第三代無溶劑膠粘劑復合制品的質量,完全可以達到溶劑型膠粘劑復合劑的質量。第三代產品的主要特征有:

      1.采用反催化體系,即主劑采用端異氰酸根預聚體。這樣使得膠粘劑游離異氰酸根含量降低,進一步減小了對環境的污染,同時改變了熱封強度差的問題。

      2降低了膠粘劑的粘度,改善了膠粘劑對膜的潤濕性,提高了膠粘劑在膜表面的涂布分散性能。因此既提高無溶劑膠粘劑復合制品的質量,也可提高機速,增加生產效率。

      國內復膜行業使用無溶劑膠粘劑的復合工藝較晚,因此對與之配套的無溶劑膠粘劑的開發也較為落后。目前國內已經有30多條無溶劑復合設備,多用于一些出口食品的包裝,以適應國外嚴格的殘留溶劑規定要求。而國內復膜廠家目前使用的無溶劑膠粘劑均為進口,價格一般每噸在4萬元左右。

      由于國內無溶劑膠粘劑復膜設備的引進,許多廠家已經開始關注無溶劑膠粘劑的研究與開發。但由于起步較晚,市場上還未看到成熟的與國外產品水平相當的國產無溶劑膠粘劑面幣。

      三、無溶劑雙組份聚氯酯粘合劑的主要技術

      無溶劑雙組份聚氨酯粘合劑的技術關鍵在于合成適當的端異氰酸根基團的主劑,必需達到以下的要求:

      1.達到要求的粘接強度;

      2.具有良好的涂布性能;

      3.粘度較低,以保證良好的工藝使用性能。

      在合成的工藝路線選擇方面,首先使用二元醇與二元酸合成聚酯,通過二元醇、二元酸的化學機構的選擇和用量的配比,達到對聚酯分子量的調整,以滿足端異氰酸根預聚體的要求,再與不同分子量、官能團的聚醚及異氰酸酯進行反應,合成端異氰酸根預聚體。

      端異氰酸根預聚體是聚酯二元醇與MDI的齊聚物和聚醚二元醇與MDI的齊聚物的混合體;端羥基預聚體是聚酯二元醇與聚醚多元醇的混合體,羥基對異氰酯基團的比例應在1:1.6(摩爾比)左右。

      在聚酯的選擇方面,聚酯的分子結構對聚氨酯的性能有很大影響。為了得到具有高強度和一定柔韌性的膠膜,聚酯中各種成分要有適當的搭配。其中,脂肪族二元酸例如己二酸和癸二酸,其分子中的線性、碳氫鏈增加了聚酯的柔性鏈段,因而也就增加了聚氨酯最終產物的柔韌性并降低了凝固點。鏈中引入芳香環能增加剛性和抗氧化的能力,并由于空間阻礙使水解試劑難以接近酯鍵,從而提高了抗水解的性能。適用的芳香族二酸有間苯二甲酸、對苯二甲酸、鄰苯二甲酸或酸酐。

      簡單的二醇,例如乙二醇,1,3-丙二醇或1,4-丁二醇,能形成有優良柔性的線性聚酯鏈并具有強的結晶傾向,由短鏈二醇形成的聚酯具有高的一COO一鍵密度,因此具有較強的分子間吸引力。這一點可以解釋其強的結晶傾向性,同時也是它們抗極性溶劑性差以及與碳氫化合物相溶性差的原因。而支鏈化的二醇,如1,2-丙二醇由于側鏈的存在而妨礙了分子間的締和,同時對酯鍵起了空間保護作用,因而改善了抗熱、抗氧化、抗水解的性能,并具有較弱的結晶傾向和較好的耐溶劑性。

      在雙組份無溶劑型粘合劑中,單獨使用聚酯遠遠不能滿足所要求的全部性能,需要選用聚醚進行調整。首先,聚醚型聚氨酯柔韌性好,能降低產品的粘度。第二,由于聚醚與聚酯相比,其分子鏈間相互作用力較弱,可以調節產品的內聚強度,提高產品的粘接性能。第三,聚醚彈性體的耐水解性遠遠優于聚酯型彈性體,這一點反映了醚基具有超過酯基的優異水解穩定性。第四,使用聚醚可以降低成本。

      在聚醚的選擇方面,適用的聚醚有環氧丙烷聚醚、環氧丙烷一環氧乙烷共聚聚醚,可通過改變所用聚醚的分子量來調整產品粘度及粘接強度。在保持聚酯分子量不變的惰況下,改變聚醚分子量,產品的粘度隨聚醚分子量的增大而減小。這是因為聚醚分子量越小,分子鏈越短,則聚合物中氨酯鍵密度越大,分子間引力越大,產品的粘度就越高。

      四、應用前景分析

      目前我國由于成本原因,無溶劑雙組份聚氨酯粘合劑還遠遠沒有普及,主要使用的還是溶劑型粘合劑。但從長遠的角度來看,無溶劑產品有著不可替代的優點,在今后所占的比例也將不斷上升。

      自20多年前德國Herberts公司使用無溶劑聚氨酯膠粘劑復合包裝材料以來,由于其工藝明顯的經濟性、安全性及對環境保護的優勢,以及復膜工藝及設備的不斷發展,使其在歐洲等發達國家從2O年前使用量的10%,迅速增加到現在的80%左右。

      近年來,隨著食品工業的蓬勃發展,使雙組份聚氨酯復合薄膜用膠粘劑這一行業不斷擴大,據不完全統計,目前市場容量已達到40000噸/年左右?,F在全國共有聚氨酯復膜類膠粘劑生產廠家100多家,均為溶劑型膠粘劑。在今后應逐步重視無溶劑粘合劑的開發,宜采取技術引進和自主研發相結合的路線,盡快開發出符合使用要求的產品。

      按照目前國內的行業現狀,無溶劑膠粘劑在國內普及還需要至少五到十年,但目前溶劑型產品也在向著高固含、低粘度方向發展,還涌現出了水性、醇溶性等使用低毒、低殘留溶劑的膠粘劑產品。我們相信,隨著產業水平的不斷提升和出于環境保護的考慮,無溶劑膠的前景會更好。

      學術·無溶劑復合技術推廣的“三難”

      在我國推廣無溶劑復合技術,總體上還沒有取得預期的成果。原因是多方面,主要的是我們對這項技術本身特點把握不夠,對一些問題和困難沒有足夠的認識和預期。這項困難在今后一段時間內還將存在,我們必須認真去面對,其中主要有三個:設備難,工藝難,機長難。

      1、“三難”之一——設備難是指無溶劑復合設備制造相對于干式復合設備而言,制造較為困難。

      1)涂布機構較復雜。干式復合涂布機構由雕刻凹滾和刮墨刀機構組成,利用凹滾參數來控制涂膠量,結構較簡單。

      無溶劑復合涂布機構采用多輥(四輥或五輥)結構,利用間隙、速度和壓力來控制涂膠量,對零部件加工安裝精度、控制要求都更高。

      2)張力控制系統精度較高,這是為低初粘力復合所必需的。

      3)機械精度和安全性能要求更高。一般國產干復機速度不超過150米/分,而無溶劑復合機一般速度300—350米/分,速度提高了近一倍,對機械電器安全的要求自然比普通干復機要高得多。所以用做低速機的方式來制造無溶劑復合機無法達不到預期效果。

      總之,無溶劑復合機需要新的技術規范和制造方法,門檻比干復機要高。

      此外,如果采用進口設備,價格和服務成本對大多數企業都是一個限制。

      2、“三難”之二——工藝難是指設備、基材、膠粘劑、T藝參數的配和過程控制相對較難。

      1)張力控制要求高,因為初粘力很低,對各段張力的設定控制都非常嚴格。

      2)涂布量控制難,利用間隙、速度和壓力來控制涂膠量,對零部件加工安裝精度、控制要求都更高,且理論上說,調節參數多達6—7個;涂膠量與部分參量關系敏感。而十式復合調節參數基本上只有2—3個:凹滾參數和刮刀壓力及角度。

      3)由于需要固化時間,復合結果的顯現滯后。

      因此,工藝控制相對來說需要更精細。

      3、“三難”之一——機長難

      1)機長(主管)奇缺。在目前中國,找10000個干復機的機長和主管不難,但找100個合格的無溶劑復合機機長都相當困難。

      2)培養一個合格的機長(主管)難。要求有更高的理論基礎、多學科的知識。其次師傅帶徒弟模式不能培養大量的人才。

      未來l0年,我國需要數千名無溶劑復合機長和主管。

      但是,這項困難是相對于與已經普遍應用的干式復合相比、與我們的已經建立的操作習慣和評價標準而言,是這項技術應用初期階段的必然現象。隨著這一技術的普及這些困難將不復存在,歐美國家和地區現狀就是很好的例子。

      無溶劑復合工藝簡介

      無溶劑復合工藝始于20世紀70年代,目前在歐美市場已占據相當重要的地位,與溶劑復合工藝相比,具有以下優點。

      (1)生產中不使用溶劑,避免了環境污染。

      (2)將火災和爆炸隱患降至最低。

      (3)復合后的制品無溶劑殘留,更適用于對氣味非常敏感的商品包裝。

      (4)無溶劑復合設備沒有干燥箱,減少了能源消耗。

      (5)無溶劑復合設備裝備有在線電暈處理單元,對電暈消退、爽滑劑含量高的薄膜有很好的復合性能。

      (6)復合速度快,生產效率高。

      (7)綜合成本較低。

      但是,實際生產中,由于無溶劑膠黏劑的初始黏度很低,操作控制難度加大,容易出現各種質量問題。在此,筆者就無溶劑復合工藝控制要點及常見問題與大家進行探討。

      工藝控制要點

      1.復合基材

      目前,無溶劑復合常用基材主要有BOPP、PET、OPA、VMCPP、VMPET、CPP、PE、鋁箔等。復合時一般將剛性大、涂布性能好的材料(PET、BOPP、OPA、VMPET等)放在主放卷工位;將易拉伸的材料(PE、CPP、VMCPP等)放在副放卷工位。但也不是一成不變的,可以根據實際生產情況靈活選擇,如印刷膜與鍍鋁材料復合時,為了保證復合質量和生產效率,可以把鍍鋁材料放到主放卷工位。

      2.膠黏劑的選擇

      無溶劑膠黏劑主要有單組分潮氣固化型膠黏劑、雙組分冷涂無溶劑型膠黏劑、雙組分反向熱涂型膠黏劑、UV固化型膠黏劑等幾種。選擇膠黏劑時需要考慮的因素也很多,首先是包裝內容物的種類及所用薄膜材料的種類;其次,如果印刷油墨與膠黏劑接觸,還要考慮兩者的相容性;再次,剝離強度要求以及熱封條件等對膠黏劑的選擇也有很大影響。

      另外,還需要注意兩個問題:一是MDI類型的異氰酸化合物會透過內層薄膜逐漸向內層表面遷移,并與水汽發生反應形成聚脲抗熱封層,影響包裝袋的熱封質量,當聚乙烯薄膜質量較差或膠黏劑選擇不當時容易發生此問題,尤其是使用雙組分膠黏劑時更要注意。二是復合爽滑劑含量較高的薄膜時,由于爽滑劑遷移進膠黏劑層,可能會出現剝離強度差、熱封不良、摩擦系數增大等問題,影響其在包裝生產線上的操作性。因此,在復合此類薄膜時一定要注意選擇合適的膠黏劑。

      3.張力控制

      在無溶劑復合工藝中,張力控制極為重要,必須非常精確。張力控制包括主放卷張力、涂膠后薄膜張力、副放卷張力、收卷張力、收卷錐度幾個方面。一般來說,薄膜涂膠后的張力要略大于主放卷張力,收卷張力略大于放卷張力,收卷錐度控制在20%以內為好。針對不同材質的薄膜,復合過程中各部分張力大小也有所不同,甚至不同廠家生產的同一材質的薄膜,其張力也要略作調整。如PA/PE結構的復合薄膜,PE膜的張力大致在1.5~2.5N之間,PA膜的張力可以根據實際情況控制在7~15N之間。

      檢查張力是否合適的方法:在復合過程中停機,在收卷處用刀片在復合膜上劃一個十字口,最理想的狀態是劃口后復合膜仍保持平整。如果復合薄膜朝某一方向卷曲,則說明該層薄膜的張力過大,應適當降低該層薄膜的張力或增大另一層薄膜的張力。

      4.涂膠量的控制

      涂膠量也是影響復合產品質量的關鍵因素。開機前,首先要調節兩根計量輥(鋼輥)之間的距離,左右兩邊的距離應保持一致,以確保涂膠均勻。而且要等計量輥完全預熱以后,再調整兩端的間隙。另外,涂膠輥必須保持良好的光潔度,不能有異物存在。

      涂膠量的大小可根據產品要求而定,并用0.6mm、0.8mm、1mm厚的鋼尺進行調整。一般情況下,復合無印刷圖案的薄膜時,涂膠量可以控制在0.8~1.2g/m2;有印刷圖案的薄膜,可以根據印刷面積的大小將涂膠量控制在1.5~3.0g/m2。需要注意的是,由于不同種類的油墨所用的樹脂和顏料不同,所以需要的涂膠量也不同。

      5.收卷及后處理

      為了防止靠近卷芯的薄膜發生嚴重皺褶,收卷時最好用直徑為6英寸的紙芯。另外,復合膜卷的表面也存在收縮問題,可以在下機前用膠帶將膜卷的左右兩邊和中間部位粘牢,可有效減少膜卷外部的浪費,提高了產品的利用率。

      由于無溶劑膠黏劑的初黏性差,而且在熟化過程中膠黏劑仍然呈半流動態,所以復合膜收卷后要輕拿輕放,如有條件最好懸掛起來,在40℃以下的環境中存放。

      6.計量泵的保養

      使用雙組分膠黏劑時,計量泵是非常關鍵的部件,必須要保證計量泵運轉良好。進入計量泵的壓縮空氣要保持干燥狀態,必要時還應加裝除濕裝置。如果壓縮空氣中含有水分會產生很大影響,一方面可能造成張力的變化;另一方面會使膠泵堵塞,造成膠黏劑配比錯誤,同時膠黏劑也會在膠泵內固化,不易清理。

      常見問題分析

      1.涂布效果差

      (1)轉移輥壓力不夠。

      (2)轉移輥機械制動調節錯誤。

      (3)涂布輥未清理干凈。

      (4)涂膠壓輥、轉移輥或復合輥的光潔度差。

      2.薄膜邊緣涂布效果差

      (1)靠近擋板的膠黏劑長時間不替換(復合有白版的產品時經常出現),只要常擺動噴膠嘴保持此處的膠黏劑新鮮即可。

      (2)復合輥或涂膠壓輥兩邊有膠液或其他雜質。

      3.收卷端面不齊

      (1)涂膠量太大。

      (2)從復合輥出來后膜卷的冷卻效果差。

      (3)張力不合適。

      (4)收卷處擠壓輥的平齊度差。

      (5)薄膜左右兩邊的涂膠量相差太大,最好將差值控制在0.2g以內。

      (6)紙芯與薄膜沒對齊。

      4.白斑

      (1)涂膠量低,沒有足夠的膠黏劑滲透到油墨中。此時表現為復合膜整體出現細小、均勻的斑點。解決辦法是適當增加涂膠量,調整復合溫度和復合壓力。

      (2)涂膠部、復合部各輥的表面光潔度太差或粘有膠黏劑等異物。此時表現為局部間斷重復出現斑點??梢酝ㄟ^測量重復出現的兩斑點的間距來判斷是哪根輥上有異物,清理干凈即可。

      (3)基材膜張力不均,進入復合輥前打褶,造成局部復合效果較差,并會出現氣泡,宏觀表現為白斑。解決辦法是調整復合前的撓度輥,使薄膜進入復合之前保持平整,可適當調整張力或更換膜卷。

      (4)復合部分或涂膠部分的壓力設置不當。

      (5)油墨與膠黏劑的相容性不好,在沒有膠黏劑滲透的油墨處會出現白斑,應更換合適的膠黏劑或油墨。

      5.氣泡

      (1)復合部或涂膠部各輥有損傷或異物。

      (2)復合壓力太低。

      (3)復合速度太快,膠黏劑涂布效果不佳??蛇m當降低復合速度,或提高夾膠輥溫度以增加膠黏劑的流動性。

      6.刀線

      主要原因是涂布單元各輥沒有清理干凈或轉移輥的光滑性太差。此時應停機清理涂布單元,或更換轉移輥,有時晃動計量輥也能消除刀線故障。

      7.膠黏劑干燥不良

      (1)膠黏劑沒有按照正確配比要求配制。

      (2)膠黏劑失效。

      (3)混合后的膠液中混入水分或大量乙酸乙酯。

      印后加工技術1000問(二十九)

      425.什么是UV型無溶劑膠粘劑?

      近期開發的采用紫外線激發固化的單組分無溶劑膠粘劑,即UV型無溶劑膠粘劑。

      目前應用的是陽離子固化類產品,主要是酸催化的環氧體系,紫外線的照射下,膠粘劑中的光引發劑(路易斯酸)分解,引發環氧嵌段聚合,得到環氧樹脂的三維交聯結構。陽離子固化機理允許膠粘劑在復合前露置于大氣中,在紫外線的照射下,其交聯速度較普通的聚氨脂膠粘劑要快得多,在復合后幾分鐘到1小時內即可達到相當高的粘接強度,足以保證后繼加工過程的順利進行。

      426.無溶劑復合的優點是什么?

      無溶劑復合除了具有溶劑型復合的眾多優異特性外,還有自身的許多獨特的優勢,主要有:

      (1)環保、衛生、安全由于粘合劑本身不含溶劑,所以避免了大量溶劑排入空氣而對大氣環境的污染;工人在生產過程中不受揮發出的醋酸乙酯的刺激,不受烘箱及抽風引起的噪音的影響,車間環境大大改善;同時避免了火災隱患,生產更安全;加工后的薄膜沒有殘留溶劑,產品更衛生。

      (2)經濟、高效同樣的產品結構,無溶劑粘合劑的上膠量通常只有溶劑型的l/2~1/3;即使使用進口的無溶劑復合粘合劑,與國產的溶劑型粘合劑相比,目前價格仍低30%;由于沒有溶劑,薄膜上膠后直接復合,不需烘干,節約了大量的電能,成本相應降低。無溶劑復合的速度通常為200m/min,相比現在的干式復合工藝約可提高一倍,具有明顯的高效率優勢。

      (3)提高成品率和產品質量無溶劑復合機通常只有4.5m長,開機浪費少;因薄膜不需經烘道,使尺寸更加穩定;沒有溶劑殘留,對某些產品(如Al/PE、PET/PE等)剝離強度更高,對某些特殊產品(如PET/Paper/Al、EVA/Paper/Al)更適合。

      427.無溶劑復合現存的缺點是什么?

      為了方便涂布,無溶劑粘合劑的相對分子質量通常只有l萬以下,相比于溶劑型粘合劑十幾萬到幾十萬的相對分子質量,其初始粘度較低,復合張力要求較高,尤其對PET/Al,PET/VMPET的復合難度較大;由于沒有溶劑的清洗作用,對基材的表面張力要求更嚴格。

      428.復合工藝設計的要點是什么?

      (1)復合工藝主要應用于食品、飲料及醫藥的包裝。應根據商品儲存有效期,選擇不同阻隔性材料。一般,外層材料應熔點較高、耐熱性好、不易被劃傷磨毛、印刷性能好、光學性能優良的紙、玻璃紙、拉伸聚丙烯、聚酯、尼龍、聚氯乙烯等薄膜是常被采用的外層材料。中間層材料應該是阻隔型物質,如鋁箔或蒸鍍鋁膜、聚偏二氯乙烯、玻璃紙、尼龍等。內層材料應當是熱封性物質,無味、無毒、耐油、耐水、耐化學藥品性和粘合性好。常用的材料有未拉伸聚丙烯、聚乙烯、聚偏二氯乙烯等。

      (2)在保證質量的前提下,盡量使用層數少、成本低的薄膜。

      (3)要兼顧材料的印刷適性,以便獲得較好的裝潢效果,對于要求避光的產品以紙為基材的復合膜是首選的對象。

      (4)復合膜的阻隔性與復合材料的順序有關。因為復合膜的阻隔性具有方向性。一般說,對某種物質(氣體、氣味)阻隔性好的薄膜,應該是靠近被阻隔物的。例如,涂敷聚偏二氯乙烯乳膠的玻璃紙,應將涂敷的一面對著高濕環境,如果采用相反的順序,就會增加濕氣的滲透性。




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