无溶剂复合技术起源于20世纪70年代,是典型的“三无”工艺:整个生产和使用的全过程无污染;成品(复合材料)无溶剂残留;由于不使用溶剂,生产过程中无爆炸等安全隐患,完全符合EHS(环保、健康、安全)的发展要求。
我国从20世纪90年代开始引进无溶剂复合技术,但推广速度一直十分缓慢。据不完全统计,我国无溶剂复合膜生产线仅40条左右,仅占各类复合机总数的2%左右,远远低于发达国家80%~90%的水平。
无溶剂复合技术在我国推广如此缓慢主要有如下原因:
1)国内企业压力动力不够。长期以来,国人对健康的关注、政府和市场对环保安全等的要求都没有对包装印刷企业构成足够的压力或推动。
2)长期宣传误导。一直以来,不少宣传舆论都把无溶剂复合描述成简单、容易掌控、所有基材都适合的工艺,但实际上它一个是原理简单、但把握较难的工艺技术,也不是适合于所有材料的复合。因此,几乎所有企业在初期都对这项技术推广的难度预期不足。
3)前期使用成功者不多。我国从开始引进这项技术至今已经超过10年,但几乎所有厂家在使用过程中都经历了不少曲折,没有一帆风顺者,目前很多设备也没有进入正常使用状态,导致了大量的后来者对这项技术敬而远之或者驻足不前,形成典型的“叫好不叫座”的局面。
4)工艺本身的特性较复杂。这项工艺技术与现在普遍采用的干式复合工艺相比有差异较大,没有足够成熟的经验可借鉴。国外经验也不能直接应用,国内企业各自摸索需要比较艰苦的努力。
近年来,我国政府对食品安全的监管力度明显加大,人们的环保、安全、健康意识不断加强,绿色包装材料和工艺备受青睐。无溶剂复合技术作为一种环保技术,非常符合当前的发展潮流,应当大力倡导。同时,国内无溶剂复合相关技术、设备的研发也取得了突破,这为无溶剂复合技术的推广提供了有利条件。
我国现在推广无溶剂复合技术已具有如下有利条件;
1)国际软包装的一些最重要发展趋势,如EHS(环保、健康、安全)已经在国内得到广泛认同。
2)国家对食品安全的监管力度明显加大,比如QS认证就是一项重要的全国性举措,国人对健康安全的关注也显著提升,为无溶剂复合的推广注入了新的动力。
3)国产设备、粘合剂的研制取得了质的进步,为推广提供了有利条件。国内化工行业开始关注无溶剂胶粘剂的开发应用工作,并取得了突破性进展。其中最具有代表性的是上海康达化工有限公司,其无溶剂胶粘剂系列产品,实现了真正意义上的无溶剂胶粘剂国产化,不仅产品质量达到了与进口胶粘剂相当的水平。无溶剂复合设备研发也取得了突破,特别是广州通泽机械有限公司新开发的SSL系列无溶剂复合机,技术居于国内领先地位,达到了国外同类产品的先进水平,完全满足国内大量推广的技术条件。特别是通泽公司的无溶剂复合“三一”推广计划,将为国内企业采用无溶剂复合技术提供有力保障。
因此,我们有理由相信,不久的将来无溶剂复合在我国将进入一个快速发展的阶段。
SSL系列无溶剂复合机
广州通泽机械最新研制的充分吸收了国外先进技术和成功经验,在机械结构、控制方式、安全防护、外观造型等方面进行了多项有针对性的创新设计,并已经申请多项专利。SSL系列无溶剂复合机的成功将有力推动中国的无溶剂复合技术的发展和广泛应用。
SSL系列无溶剂复合机的特点:
1)涂胶量控制精确,调节方便。涂布单元采用独立伺服驱动和线性独立调节方式,操作者可精确控制涂胶量,且调节方便,可重复性好。
2)复合质量高。对料带路径进行了精心布局,特别是采用了专利的复合机构和收卷机构,可以保证复合的均匀性和收卷的整齐度。
3)高度人性化。采用了特别设计的可调光源、造型布局合理的控制面板以及气动式观测防护装置,使得机器的操作十分方便、舒畅。
4)机器安全性好,稳定可靠。主要电气部件符合CE安全标准,对关键部件进行了严格的动平衡,使得机器安全可靠,在高速时仍能平稳运转。
5)操作方便。软件与硬件结合,使用户能快速掌握设备的操作,有效减少正式投产前的各种消耗。
SSL系列无溶剂复合机最高运行速度可达300m/min,涂胶量为1.5g/m2甚至更低,技术水平居国内领先,达到国外同类产品的先进水平,是一款特别适合国内市场迫切需求的高性能复合设备。
“三一”推广计划
从技术角度看,无溶剂复合技术在国内推广有“三难”:一是选购质优价廉的设备难,目前国内使用的无溶剂复合机全部为进口设备,价格昂贵;二是工艺控制难;三是寻找和培养技术熟练的机长难。
针对这种情况,通泽机械制定了“三一”推广计划:一套设备、一套工艺、一套机长培训课程。“一套设备”是指除了提供SSL系列无溶剂复合机外,还提供配套的设备和工具(混胶机、加热机、制冷机、排风机、工具等),通泽机械将选择合适的配套设备、工具生产厂家,组成一个面向国内和国外市场的供应商团队。“一套工艺”是指针对不同复合基材提供能生产出合格产品的一般工艺程序,以及针对典型产品的工艺参数,通泽机械承诺:在设备订购前,可以有偿为用户试制一个满足使用要求的产品样品;在设备出厂前,可无偿提供一个满足使用要求的产品样品(包括其主要的生产工艺参数)。“一套机长培训课程”包括《无溶剂复合技术培训教程》和上机操作培训,目标是培训一大批既有一定理论又能比较熟练操作的机长和主管,力争做到一台新机器至少一名机长。
通泽机械SSL系列无溶剂复合机的成功推出,是国产无溶剂复合机制造行业的一大突破,标志着我国无溶剂复合技术将迈入新的发展阶段。相信通过行业各界的努力,我国的无溶剂复合技术将迎来突破性进展。
塑料复合软包装已成为人们生活中不可缺少的包装材料。然而至今为止,在我国,复合软包装材料基本上都是采用溶剂型干法复合工艺生产,在能量耗费、环境保护及卫生等诸多方面均存在严重问题。目前,国内厂家虽然通过醇溶性胶黏剂、水性胶黏剂等新型绿色包装助剂的开发应用,使运用干法复合生产复合软包装材料得到了很大的改善,对于推进绿色包装的发展起到了积极的作用,然而干法复合工艺本身固有的缺点并未发生根本性的变化。溶剂残留的解决一直使软包装面临两种选择:治标与治本。治标??控制溶剂残留量:采用溶剂型干式复合(10mg/m2→5mg/m2→1.5mg/m2),但仍然难以解决另外两大难题:污染和安全。治本??彻底消除溶剂残留:采用无溶剂复合替代干式复合。但过去很多年我们都还是在治标的框框里打转。
在可持续发展的今天,以人为本,大力倡导节约资源显着、环保性能优越、产品卫生性能可靠性强的绿色包装工艺??无溶剂复合工艺,是摆在从业者面前的一项十分迫切的任务。为此记者专门采访了广州通泽机械有限公司总经理左光申,请他介绍了国内外无溶剂复合技术和设备的情况左光申首先介绍了无溶剂复合技术的发展现状。无溶剂复合技术是当代国际软包装的最重要的三大环保技术(无溶剂复合技术、柔性版印刷和共挤出复合)之一,而且是最没有争议的环保技术。最主要的优点是:一个典型的“三无”工艺,即:整个生产和使用的全过程无污染;成品(复合材料)无溶剂残留;由于不使用溶剂,生产过程中无爆炸等安全隐患。此外,干燥(固化)能耗很低,仅为干式复合的1/25??1/15,使用成本较低。完全满足环保健康安全(EHS)的要求。采用无溶剂复合技术替代干法复合,不仅在环境保护、生产安全、确保产品质量方面都表现了明显优势,而且降低生产成本、提高经济效益方面效果显着。代表了复合技术的发展方向之一。
目前,国外无溶剂复合技术的现状是:起源于20世纪70年代(德国),快速发展始于20世纪80年代,占新增复合机设备的80%~90%(欧洲、美国)。日本是20世纪90年代末期才开始重视,并有较快的发展。而在我国无溶剂复合技术的现状是:始于20世纪90年代中后期,一直缓慢发展,近年发展稍快。现存安装数量不超过40台(占复合机总量不超过2%),远远低于发达国家。诸多因素制约技术发展在谈到无溶剂复合在我国推广速度缓慢的原因时,左总说,这方面的原因很多,但主要原因是:第一,国内企业压力动力不够。长期以来,国人对健康的关注、政府和市场对环保安全等的要求都没有对包装印刷企业构成足够的压力或推动。第二,长期宣传误导。一直以来,不少宣传舆论都把无溶剂复合描述成简单、容易掌控、所有基材都适合的工艺,但实际上它一个是原理简单、但把握较难的工艺技术,也不是适合于所有材料的复合。因此,几乎所有企业在初期都对这项技术推广的难度预期不足。第三,前期使用成功者不多。我国从开始引进这项技术至今已经超过10年,但几乎所有厂家在使用过程中都经历了不少曲折,没有一帆风顺者,目前很多设备也没有进入正常使用状态,导致了大量的后来者对这项技术敬而远之或者驻足不前,形成典型的“叫好不叫座”的局面。第四,工艺本身的特性较复杂。这项工艺技术与现在普遍采用的干式复合工艺相比差异较大,没有足够成熟的经验可借鉴。国外经验也不能直接应用,国内企业各自摸索需要比较艰苦的努力。
环保挑战促进产业升级但就目前来说,国际软包装最重要的发展趋势是EHS(环保、健康、安全)已经在国内得到广泛认同。国家对食品安全的监管力度明显加大,比如QS认证就是一项重要的全国性举措,国人对健康安全的关注也显着提升;特别是将要出台的新修订的食品容器、包装材料用添加剂使用卫生标准(GB9685-2008),特别对粘合剂和油墨中溶剂的使用将有新的标准。对此,左总也认同地说,在我国推广无溶剂复合具备了一些新的有利条件,为无溶剂复合的推广注入了新的动力。国产设备、粘合剂的研制取得了质的进步,为推广提供了有利条件。特别是广州通泽机械有限公司新开发的SSL系列无溶剂复合机,技术居于国内领先地位,达到了国外同类产品的先进水平,完全满足国内大量推广的技术条件。特别是通泽公司的无溶剂复合“三一”推广计划,将为国内企业采用无溶剂复合技术提供有力保障。通泽公司基于两个理由以无溶剂复合设备技术为主要产品:第一,从一开始就把产品方向确定为环保型设备和技术,无溶剂复合正好是这样的技术之一,且在国内一直受到关注;第二,作为新企业,希望在一个国内同行还没有到达的起点上,以一种专业化的方式来进行产品研发和市场推广,避免重复走别人的路子。另外国产设备一直差距较大,而市场需求近年来有明显增加的趋势,也是一个重要的原因。自主创新促发展在具体谈到无溶剂复合“三一”推广计划时,左总说,我国企业采用无溶剂复合技术,从操作层面看,主要难点有三个:设备难、工艺难和机长难。设备难包含两方面含义:进口设备价高,多数企业难以购买;设备要求高,制造难度大。目前,进口一套设备大约需要250万人民币~400万人民币(不含税),很多企业购买有一定难度,因此,对大面积推广这项技术制约较大。从另一方面看,无溶剂复合机制造难度较大。由于涂布机构、张力系统要求高、机器速度(250米/分~300米/分)和安全要求高,传统的制造干复机(速度100米/分~150米/分)的方法不可能获得满足使用要求的设备。从经验来看,无溶剂复合机需要新的技术规范和制造方法,门槛比干复机明显要高。
工艺难是指无溶剂复合的设备、基材、胶黏剂、工艺参数的匹配难,主要原因是:第一,张力控制难,因为初黏力很低,对各段张力的设定控制都非常严格。第二,涂布量控制难,主要是因为控制参数多(6个~7个)、涂胶量与部分参数关系敏感。第三,由于需要固化时间,复合结果显现滞后。第四,由于生产速度一般较高,生产过程的整体控制难度增加。因此,工艺控制的难度和废品风险明显增加。;机长难有两层含义,一是指合格的机长难找到,二是指合格的机长难培养。目前在我国无溶剂复合的合格机长或主管奇缺。在我国,找10,000个干复机的机长和主管不难,但找100个合格的无溶剂复合机机长十分困难。其次,培养一个合格的无溶剂复合机长远比培养一个干复机的机长难,因为这样的机长不仅要求足够的操作经验,首先需要有更高的理论基础和多学科的知识,也不能采取传统的培养模式。左总介绍说,针对我国无溶剂复合现状特别是上述三个难点(即设备难、工艺难、机长难)制定的一项无溶剂复合技术推广培训计划,叫做通泽“三一”计划(TrinityProgram),它是指为客户提供一套设备、一套工艺和一套机长培训计划。这三项内容构成一个有机整体,具体内容:一套设备,通泽公司经过长时间研发推出的系列无溶剂复合机,将成为软包装标准型的复合机,目前它有SSL1300和SSL1000两种型号,主要特点是:涂布量控制精确;复合质量高;高度人性化;机器安全性好、稳定可靠;操作使用方便。之所以具有上述这些特点是因为在设计这个系列机型时,所有关键部位都进行了深入的研究并采用了多项专利技术。当然在加工装配工程中我们也采用了许多质量保障措施。从现场演示来看,机器在320米/分速度下运行仍然非常平稳顺畅,涂布量达到1.4克/平方米左右,与进口设备相比毫不逊色。包括SSL系列无溶剂复合机和配套设备工具(溷胶机、加热机、制冷机、排风机、工具等),即“1+5方桉”。将选择合适的配套设备、工具生产厂家,组成一个面向国内和国外市场的供应商团队。一套工艺,是指针对不同复合基材提供能生产出合格产品的一般工艺程序和参数确定方法和一个典型产品的工艺参数。我们承诺:在设备定购前,可以有偿为用户试制一个满足使用要求的产品样品;在设备出厂前,可无偿提供一个满足使用要求的产品样品(包括其主要生产工艺参数)。一套机长培训课程,是一个培养合格机长或主管的课程,通过理论学习、上机操作等环节,培训一大批既有一定理论又能比较熟练操作的机长和主管。“无溶剂复合技术培训教程”,包括无溶剂复合工艺原理、无溶剂复合机结构与调节、胶黏剂性能与应用等章节。教程侧重应用,但也介绍理论,编写不久即可完成。我们将与中国印协凹印分会合作,利用合作企业的力量办好培训班。目标是培训一大批既有一定理论又能比较熟练操作的机长和主管,力争做到一台无溶剂复合机至少安排一个合格机长。最后左总给记者提供了一组有关统计数据:无溶剂复合技术干燥(固化)能耗很低,仅为干式复合的1/15~1/25,节能效果非常明显。
国外从20世纪70年代开始着手研究双组份无溶齐J型聚氨酯粘合剂,从20世纪80年代起美国、意大利、法国、德国等国已经开始大量使用无溶剂胶粘剂,目前在欧洲主要国家的使用量已占复合膜胶粘剂总用量的70%~90%,而且欧美已立法限制溶剂型胶粘剂的使用量。
国内食品包装复合膜行业中使用的胶粘剂绝大部分是溶剂型。使用有机溶剂型胶粘剂存在着有机溶剂的挥发问题,一方面造成溶剂的白白浪费,另一方面还带来环境污染和有毒物质的损害。溶剂型聚氨酯胶粘剂产品的固含量一般在50%~80%。因复合工艺要求,在使用过程中要再加入溶剂稀释到固含量20%~3"国外从20世纪70年代开始着手研究双组份无溶齐J型聚氨酯粘合剂,从20世纪80年代起美国、意大利、法国、德国等国已经开始大量使用无溶剂胶粘剂,目前在欧洲主要国家的使用量已占复合膜胶粘剂总用量的70%~90%,而且欧美已立法限制溶剂型胶粘剂的使用量。
国内食品包装复合膜行业中使用的胶粘剂绝大部分是溶剂型。使用有机溶剂型胶粘剂存在着有机溶剂的挥发问题,一方面造成溶剂的白白浪费,另一方面还带来环境污染和有毒物质的损害。溶剂型聚氨酯胶粘剂产品的固含量一般在50%~80%。因复合工艺要求,在使用过程中要再加入溶剂稀释到固含量20%~35%左右。而后75%的有机溶剂要求在80~(2左右的烘道里短时间内挥发,排放量一般为干胶量的二至四倍,因此存在着大量溶剂对环境的污染和安全问题,并且耗用大量能源。据估算仅食品包装行业每年排放到大气中的有机溶剂就超过40万吨。另外,在胶粘剂的生产过程中还存在着溶剂挥发造成的污染和易燃、易爆的安全问题。而采用无溶剂胶粘剂,不但没有溶剂的污染,减少了大量的能源消耗,而且复合制品中也没有残留溶剂造成的对使用安全性的损害,在生产过程中还大大降低了发生火灾等的风险.
二、国内外现状、水平和发展趋势
使用溶剂型胶粘剂,存在着挥发的有机溶剂污染环境和安全问题,加之溶剂价格的上涨(主要以石油为原料)以及节能的需要,使溶剂型胶粘剂的发展在国外受到了限制。美国环保局规定:每加仑胶粘剂在涂布作业中,不得散发2.9磅以上的溶剂。而在国内涂布业中使用的溶剂型胶粘剂固含量一般在25%,溶剂挥发量为每加仑6磅左右。
为解决以上问题,欧、美自60年代起进行聚氨酯胶粘剂高固含低粘度化以及无溶剂体系的研究。近年来国外无溶剂胶粘剂发展很快,从技术水平来看,由开始的第一代产品已发展到目前的第三代产品。
第一代无溶剂粘合剂为单组份湿固化型粘合剂,这种粘合剂的特点是分子量大,粘度高,需要较高的操作温度,而且使用时需要加湿设备。因为产品固化时有副产物二氧化碳放出,复合膜易起泡;若不能提供适当的水分,还会出现固化不良的问题。
第二代无溶剂粘合剂为双组份反应型粘合剂,这类粘合剂的优点是消除了水分及空气湿度的影响,产品分子量小,粘度下降,操作温度也降低。其缺点是含有较多的游离二异氰酸酯(为了降低粘度),容易向膜内迁移造成对食品的污染和降低热封强度,再有就是它不适用于EVA膜和NY膜。
第三代无溶剂粘合剂克服了第二代无溶剂粘合剂的缺点,适用于各种塑料膜及箔的复合,降低了游离二异氰酸酯的含量,耐内容物性能优良,粘合剂的粘接强度提高,铝塑复合膜制品有可能耐高蒸煮。
目前第三代无溶剂胶粘剂复合制品的质量,完全可以达到溶剂型胶粘剂复合剂的质量。第三代产品的主要特征有:
1.采用反催化体系,即主剂采用端异氰酸根预聚体。这样使得胶粘剂游离异氰酸根含量降低,进一步减小了对环境的污染,同时改变了热封强度差的问题。
2降低了胶粘剂的粘度,改善了胶粘剂对膜的润湿性,提高了胶粘剂在膜表面的涂布分散性能。因此既提高无溶剂胶粘剂复合制品的质量,也可提高机速,增加生产效率。
国内复膜行业使用无溶剂胶粘剂的复合工艺较晚,因此对与之配套的无溶剂胶粘剂的开发也较为落后。目前国内已经有30多条无溶剂复合设备,多用于一些出口食品的包装,以适应国外严格的残留溶剂规定要求。而国内复膜厂家目前使用的无溶剂胶粘剂均为进口,价格一般每吨在4万元左右。
由于国内无溶剂胶粘剂复膜设备的引进,许多厂家已经开始关注无溶剂胶粘剂的研究与开发。但由于起步较晚,市场上还未看到成熟的与国外产品水平相当的国产无溶剂胶粘剂面币。
三、无溶剂双组份聚氯酯粘合剂的主要技术
无溶剂双组份聚氨酯粘合剂的技术关键在于合成适当的端异氰酸根基团的主剂,必需达到以下的要求:
1.达到要求的粘接强度;
2.具有良好的涂布性能;
3.粘度较低,以保证良好的工艺使用性能。
在合成的工艺路线选择方面,首先使用二元醇与二元酸合成聚酯,通过二元醇、二元酸的化学机构的选择和用量的配比,达到对聚酯分子量的调整,以满足端异氰酸根预聚体的要求,再与不同分子量、官能团的聚醚及异氰酸酯进行反应,合成端异氰酸根预聚体。
端异氰酸根预聚体是聚酯二元醇与MDI的齐聚物和聚醚二元醇与MDI的齐聚物的混合体;端羟基预聚体是聚酯二元醇与聚醚多元醇的混合体,羟基对异氰酯基团的比例应在1:1.6(摩尔比)左右。
在聚酯的选择方面,聚酯的分子结构对聚氨酯的性能有很大影响。为了得到具有高强度和一定柔韧性的胶膜,聚酯中各种成分要有适当的搭配。其中,脂肪族二元酸例如己二酸和癸二酸,其分子中的线性、碳氢链增加了聚酯的柔性链段,因而也就增加了聚氨酯最终产物的柔韧性并降低了凝固点。链中引入芳香环能增加刚性和抗氧化的能力,并由于空间阻碍使水解试剂难以接近酯键,从而提高了抗水解的性能。适用的芳香族二酸有间苯二甲酸、对苯二甲酸、邻苯二甲酸或酸酐。
简单的二醇,例如乙二醇,1,3-丙二醇或1,4-丁二醇,能形成有优良柔性的线性聚酯链并具有强的结晶倾向,由短链二醇形成的聚酯具有高的一COO一键密度,因此具有较强的分子间吸引力。这一点可以解释其强的结晶倾向性,同时也是它们抗极性溶剂性差以及与碳氢化合物相溶性差的原因。而支链化的二醇,如1,2-丙二醇由于侧链的存在而妨碍了分子间的缔和,同时对酯键起了空间保护作用,因而改善了抗热、抗氧化、抗水解的性能,并具有较弱的结晶倾向和较好的耐溶剂性。
在双组份无溶剂型粘合剂中,单独使用聚酯远远不能满足所要求的全部性能,需要选用聚醚进行调整。首先,聚醚型聚氨酯柔韧性好,能降低产品的粘度。第二,由于聚醚与聚酯相比,其分子链间相互作用力较弱,可以调节产品的内聚强度,提高产品的粘接性能。第三,聚醚弹性体的耐水解性远远优于聚酯型弹性体,这一点反映了醚基具有超过酯基的优异水解稳定性。第四,使用聚醚可以降低成本。
在聚醚的选择方面,适用的聚醚有环氧丙烷聚醚、环氧丙烷一环氧乙烷共聚聚醚,可通过改变所用聚醚的分子量来调整产品粘度及粘接强度。在保持聚酯分子量不变的惰况下,改变聚醚分子量,产品的粘度随聚醚分子量的增大而减小。这是因为聚醚分子量越小,分子链越短,则聚合物中氨酯键密度越大,分子间引力越大,产品的粘度就越高。
四、应用前景分析
目前我国由于成本原因,无溶剂双组份聚氨酯粘合剂还远远没有普及,主要使用的还是溶剂型粘合剂。但从长远的角度来看,无溶剂产品有着不可替代的优点,在今后所占的比例也将不断上升。
自20多年前德国Herberts公司使用无溶剂聚氨酯胶粘剂复合包装材料以来,由于其工艺明显的经济性、安全性及对环境保护的优势,以及复膜工艺及设备的不断发展,使其在欧洲等发达国家从2O年前使用量的10%,迅速增加到现在的80%左右。
近年来,随着食品工业的蓬勃发展,使双组份聚氨酯复合薄膜用胶粘剂这一行业不断扩大,据不完全统计,目前市场容量已达到40000吨/年左右。现在全国共有聚氨酯复膜类胶粘剂生产厂家100多家,均为溶剂型胶粘剂。在今后应逐步重视无溶剂粘合剂的开发,宜采取技术引进和自主研发相结合的路线,尽快开发出符合使用要求的产品。
按照目前国内的行业现状,无溶剂胶粘剂在国内普及还需要至少五到十年,但目前溶剂型产品也在向着高固含、低粘度方向发展,还涌现出了水性、醇溶性等使用低毒、低残留溶剂的胶粘剂产品。我们相信,随着产业水平的不断提升和出于环境保护的考虑,无溶剂胶的前景会更好。
学术·无溶剂复合技术推广的“三难”
在我国推广无溶剂复合技术,总体上还没有取得预期的成果。原因是多方面,主要的是我们对这项技术本身特点把握不够,对一些问题和困难没有足够的认识和预期。这项困难在今后一段时间内还将存在,我们必须认真去面对,其中主要有三个:设备难,工艺难,机长难。
1、“三难”之一——设备难是指无溶剂复合设备制造相对于干式复合设备而言,制造较为困难。
1)涂布机构较复杂。干式复合涂布机构由雕刻凹滚和刮墨刀机构组成,利用凹滚参数来控制涂胶量,结构较简单。
无溶剂复合涂布机构采用多辊(四辊或五辊)结构,利用间隙、速度和压力来控制涂胶量,对零部件加工安装精度、控制要求都更高。
2)张力控制系统精度较高,这是为低初粘力复合所必需的。
3)机械精度和安全性能要求更高。一般国产干复机速度不超过150米/分,而无溶剂复合机一般速度300—350米/分,速度提高了近一倍,对机械电器安全的要求自然比普通干复机要高得多。所以用做低速机的方式来制造无溶剂复合机无法达不到预期效果。
总之,无溶剂复合机需要新的技术规范和制造方法,门槛比干复机要高。
此外,如果采用进口设备,价格和服务成本对大多数企业都是一个限制。
2、“三难”之二——工艺难是指设备、基材、胶粘剂、T艺参数的配和过程控制相对较难。
1)张力控制要求高,因为初粘力很低,对各段张力的设定控制都非常严格。
2)涂布量控制难,利用间隙、速度和压力来控制涂胶量,对零部件加工安装精度、控制要求都更高,且理论上说,调节参数多达6—7个;涂胶量与部分参量关系敏感。而十式复合调节参数基本上只有2—3个:凹滚参数和刮刀压力及角度。
3)由于需要固化时间,复合结果的显现滞后。
因此,工艺控制相对来说需要更精细。
3、“三难”之一——机长难
1)机长(主管)奇缺。在目前中国,找10000个干复机的机长和主管不难,但找100个合格的无溶剂复合机机长都相当困难。
2)培养一个合格的机长(主管)难。要求有更高的理论基础、多学科的知识。其次师傅带徒弟模式不能培养大量的人才。
未来l0年,我国需要数千名无溶剂复合机长和主管。
但是,这项困难是相对于与已经普遍应用的干式复合相比、与我们的已经建立的操作习惯和评价标准而言,是这项技术应用初期阶段的必然现象。随着这一技术的普及这些困难将不复存在,欧美国家和地区现状就是很好的例子。
无溶剂复合工艺简介
无溶剂复合工艺始于20世纪70年代,目前在欧美市场已占据相当重要的地位,与溶剂复合工艺相比,具有以下优点。
(1)生产中不使用溶剂,避免了环境污染。
(2)将火灾和爆炸隐患降至最低。
(3)复合后的制品无溶剂残留,更适用于对气味非常敏感的商品包装。
(4)无溶剂复合设备没有干燥箱,减少了能源消耗。
(5)无溶剂复合设备装备有在线电晕处理单元,对电晕消退、爽滑剂含量高的薄膜有很好的复合性能。
(6)复合速度快,生产效率高。
(7)综合成本较低。
但是,实际生产中,由于无溶剂胶黏剂的初始黏度很低,操作控制难度加大,容易出现各种质量问题。在此,笔者就无溶剂复合工艺控制要点及常见问题与大家进行探讨。
工艺控制要点
1.复合基材
目前,无溶剂复合常用基材主要有BOPP、PET、OPA、VMCPP、VMPET、CPP、PE、铝箔等。复合时一般将刚性大、涂布性能好的材料(PET、BOPP、OPA、VMPET等)放在主放卷工位;将易拉伸的材料(PE、CPP、VMCPP等)放在副放卷工位。但也不是一成不变的,可以根据实际生产情况灵活选择,如印刷膜与镀铝材料复合时,为了保证复合质量和生产效率,可以把镀铝材料放到主放卷工位。
2.胶黏剂的选择
无溶剂胶黏剂主要有单组分潮气固化型胶黏剂、双组分冷涂无溶剂型胶黏剂、双组分反向热涂型胶黏剂、UV固化型胶黏剂等几种。选择胶黏剂时需要考虑的因素也很多,首先是包装内容物的种类及所用薄膜材料的种类;其次,如果印刷油墨与胶黏剂接触,还要考虑两者的相容性;再次,剥离强度要求以及热封条件等对胶黏剂的选择也有很大影响。
另外,还需要注意两个问题:一是MDI类型的异氰酸化合物会透过内层薄膜逐渐向内层表面迁移,并与水汽发生反应形成聚脲抗热封层,影响包装袋的热封质量,当聚乙烯薄膜质量较差或胶黏剂选择不当时容易发生此问题,尤其是使用双组分胶黏剂时更要注意。二是复合爽滑剂含量较高的薄膜时,由于爽滑剂迁移进胶黏剂层,可能会出现剥离强度差、热封不良、摩擦系数增大等问题,影响其在包装生产线上的操作性。因此,在复合此类薄膜时一定要注意选择合适的胶黏剂。
3.张力控制
在无溶剂复合工艺中,张力控制极为重要,必须非常精确。张力控制包括主放卷张力、涂胶后薄膜张力、副放卷张力、收卷张力、收卷锥度几个方面。一般来说,薄膜涂胶后的张力要略大于主放卷张力,收卷张力略大于放卷张力,收卷锥度控制在20%以内为好。针对不同材质的薄膜,复合过程中各部分张力大小也有所不同,甚至不同厂家生产的同一材质的薄膜,其张力也要略作调整。如PA/PE结构的复合薄膜,PE膜的张力大致在1.5~2.5N之间,PA膜的张力可以根据实际情况控制在7~15N之间。
检查张力是否合适的方法:在复合过程中停机,在收卷处用刀片在复合膜上划一个十字口,最理想的状态是划口后复合膜仍保持平整。如果复合薄膜朝某一方向卷曲,则说明该层薄膜的张力过大,应适当降低该层薄膜的张力或增大另一层薄膜的张力。
4.涂胶量的控制
涂胶量也是影响复合产品质量的关键因素。开机前,首先要调节两根计量辊(钢辊)之间的距离,左右两边的距离应保持一致,以确保涂胶均匀。而且要等计量辊完全预热以后,再调整两端的间隙。另外,涂胶辊必须保持良好的光洁度,不能有异物存在。
涂胶量的大小可根据产品要求而定,并用0.6mm、0.8mm、1mm厚的钢尺进行调整。一般情况下,复合无印刷图案的薄膜时,涂胶量可以控制在0.8~1.2g/m2;有印刷图案的薄膜,可以根据印刷面积的大小将涂胶量控制在1.5~3.0g/m2。需要注意的是,由于不同种类的油墨所用的树脂和颜料不同,所以需要的涂胶量也不同。
5.收卷及后处理
为了防止靠近卷芯的薄膜发生严重皱褶,收卷时最好用直径为6英寸的纸芯。另外,复合膜卷的表面也存在收缩问题,可以在下机前用胶带将膜卷的左右两边和中间部位粘牢,可有效减少膜卷外部的浪费,提高了产品的利用率。
由于无溶剂胶黏剂的初黏性差,而且在熟化过程中胶黏剂仍然呈半流动态,所以复合膜收卷后要轻拿轻放,如有条件最好悬挂起来,在40℃以下的环境中存放。
6.计量泵的保养
使用双组分胶黏剂时,计量泵是非常关键的部件,必须要保证计量泵运转良好。进入计量泵的压缩空气要保持干燥状态,必要时还应加装除湿装置。如果压缩空气中含有水分会产生很大影响,一方面可能造成张力的变化;另一方面会使胶泵堵塞,造成胶黏剂配比错误,同时胶黏剂也会在胶泵内固化,不易清理。
常见问题分析
1.涂布效果差
(1)转移辊压力不够。
(2)转移辊机械制动调节错误。
(3)涂布辊未清理干净。
(4)涂胶压辊、转移辊或复合辊的光洁度差。
2.薄膜边缘涂布效果差
(1)靠近挡板的胶黏剂长时间不替换(复合有白版的产品时经常出现),只要常摆动喷胶嘴保持此处的胶黏剂新鲜即可。
(2)复合辊或涂胶压辊两边有胶液或其他杂质。
3.收卷端面不齐
(1)涂胶量太大。
(2)从复合辊出来后膜卷的冷却效果差。
(3)张力不合适。
(4)收卷处挤压辊的平齐度差。
(5)薄膜左右两边的涂胶量相差太大,最好将差值控制在0.2g以内。
(6)纸芯与薄膜没对齐。
4.白斑
(1)涂胶量低,没有足够的胶黏剂渗透到油墨中。此时表现为复合膜整体出现细小、均匀的斑点。解决办法是适当增加涂胶量,调整复合温度和复合压力。
(2)涂胶部、复合部各辊的表面光洁度太差或粘有胶黏剂等异物。此时表现为局部间断重复出现斑点。可以通过测量重复出现的两斑点的间距来判断是哪根辊上有异物,清理干净即可。
(3)基材膜张力不均,进入复合辊前打褶,造成局部复合效果较差,并会出现气泡,宏观表现为白斑。解决办法是调整复合前的挠度辊,使薄膜进入复合之前保持平整,可适当调整张力或更换膜卷。
(4)复合部分或涂胶部分的压力设置不当。
(5)油墨与胶黏剂的相容性不好,在没有胶黏剂渗透的油墨处会出现白斑,应更换合适的胶黏剂或油墨。
5.气泡
(1)复合部或涂胶部各辊有损伤或异物。
(2)复合压力太低。
(3)复合速度太快,胶黏剂涂布效果不佳。可适当降低复合速度,或提高夹胶辊温度以增加胶黏剂的流动性。
6.刀线
主要原因是涂布单元各辊没有清理干净或转移辊的光滑性太差。此时应停机清理涂布单元,或更换转移辊,有时晃动计量辊也能消除刀线故障。
7.胶黏剂干燥不良
(1)胶黏剂没有按照正确配比要求配制。
(2)胶黏剂失效。
(3)混合后的胶液中混入水分或大量乙酸乙酯。
印后加工技术1000问(二十九)
425.什么是UV型无溶剂胶粘剂?
近期开发的采用紫外线激发固化的单组分无溶剂胶粘剂,即UV型无溶剂胶粘剂。
目前应用的是阳离子固化类产品,主要是酸催化的环氧体系,紫外线的照射下,胶粘剂中的光引发剂(路易斯酸)分解,引发环氧嵌段聚合,得到环氧树脂的三维交联结构。阳离子固化机理允许胶粘剂在复合前露置于大气中,在紫外线的照射下,其交联速度较普通的聚氨脂胶粘剂要快得多,在复合后几分钟到1小时内即可达到相当高的粘接强度,足以保证后继加工过程的顺利进行。
426.无溶剂复合的优点是什么?
无溶剂复合除了具有溶剂型复合的众多优异特性外,还有自身的许多独特的优势,主要有:
(1)环保、卫生、安全由于粘合剂本身不含溶剂,所以避免了大量溶剂排入空气而对大气环境的污染;工人在生产过程中不受挥发出的醋酸乙酯的刺激,不受烘箱及抽风引起的噪音的影响,车间环境大大改善;同时避免了火灾隐患,生产更安全;加工后的薄膜没有残留溶剂,产品更卫生。
(2)经济、高效同样的产品结构,无溶剂粘合剂的上胶量通常只有溶剂型的l/2~1/3;即使使用进口的无溶剂复合粘合剂,与国产的溶剂型粘合剂相比,目前价格仍低30%;由于没有溶剂,薄膜上胶后直接复合,不需烘干,节约了大量的电能,成本相应降低。无溶剂复合的速度通常为200m/min,相比现在的干式复合工艺约可提高一倍,具有明显的高效率优势。
(3)提高成品率和产品质量无溶剂复合机通常只有4.5m长,开机浪费少;因薄膜不需经烘道,使尺寸更加稳定;没有溶剂残留,对某些产品(如Al/PE、PET/PE等)剥离强度更高,对某些特殊产品(如PET/Paper/Al、EVA/Paper/Al)更适合。
427.无溶剂复合现存的缺点是什么?
为了方便涂布,无溶剂粘合剂的相对分子质量通常只有l万以下,相比于溶剂型粘合剂十几万到几十万的相对分子质量,其初始粘度较低,复合张力要求较高,尤其对PET/Al,PET/VMPET的复合难度较大;由于没有溶剂的清洗作用,对基材的表面张力要求更严格。
428.复合工艺设计的要点是什么?
(1)复合工艺主要应用于食品、饮料及医药的包装。应根据商品储存有效期,选择不同阻隔性材料。一般,外层材料应熔点较高、耐热性好、不易被划伤磨毛、印刷性能好、光学性能优良的纸、玻璃纸、拉伸聚丙烯、聚酯、尼龙、聚氯乙烯等薄膜是常被采用的外层材料。中间层材料应该是阻隔型物质,如铝箔或蒸镀铝膜、聚偏二氯乙烯、玻璃纸、尼龙等。内层材料应当是热封性物质,无味、无毒、耐油、耐水、耐化学药品性和粘合性好。常用的材料有未拉伸聚丙烯、聚乙烯、聚偏二氯乙烯等。
(2)在保证质量的前提下,尽量使用层数少、成本低的薄膜。
(3)要兼顾材料的印刷适性,以便获得较好的装潢效果,对于要求避光的产品以纸为基材的复合膜是首选的对象。
(4)复合膜的阻隔性与复合材料的顺序有关。因为复合膜的阻隔性具有方向性。一般说,对某种物质(气体、气味)阻隔性好的薄膜,应该是靠近被阻隔物的。例如,涂敷聚偏二氯乙烯乳胶的玻璃纸,应将涂敷的一面对着高湿环境,如果采用相反的顺序,就会增加湿气的渗透性。