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        軟包裝用無溶劑復合技術和膠粘劑

        訪問量:532 來源: 日期:2020-06-01 

        當前,國際軟包裝最重要的三大環保技術為:無溶劑復合技術、柔性版印刷和共擠出復合,而其中以無溶劑復合技術最為環保。目前無溶劑復合技術在歐美市場已占據相當重要的地位,占新增復合機設備的80%~90%。在我國,無溶劑復合技術始于20世紀90年代中后期,近年發展稍快,現存安裝數量不超過40臺(占復合機總量不超過2%),遠遠低于發達國家[1-7]。在這種形勢下,如何能讓國內軟包裝企業和從事軟包裝工作的技術人員對無溶劑復合技術及其制品有正確的認識,進而擴大無溶劑復合技術在國內市場的占有率已成為目前國內軟包行業的重點探討問題。無溶劑復合(solventfreelamination)是相對干式溶劑型復合而言的,是應用于軟包裝工業中的另一種復合工藝。無溶劑軟性復合是采用無溶劑類膠粘劑及專用復合設備使薄膜狀基材(塑料薄膜或紙張、Al箔等)相互貼合,然后經過膠粘劑的化學熟化反應熟化處理后,使各層基材粘接一起的復合方式。無溶劑復合與溶劑型干法復合都采用膠粘劑制取復合薄膜。兩類工藝的不同之處在于無溶劑復合的膠粘劑中不含有任何溶劑,因此兩層基材在貼合前不需要像溶劑干法復合工藝那樣于烘道中排除溶劑。無溶劑復合與干法復合是塑料薄膜復合生產中相互競爭、互為補充的實用的工業化生產方法。

          無溶劑復合工藝于1974年由德國Herberts公司首次開發成功。由于其工藝的經濟性、安全性以及在環境保護方面的優勢,逐漸成為塑料復合薄膜的一種重要的加工方法。在環保與節能意識較強的歐美工業發達國家,采用無溶劑復合工藝生產的復合薄膜數量已經明顯超過干法復合工藝;進入21世紀以來,歐洲新增的無溶劑復合設備數量已經占到新增復合設備總和的90%以上;日本自1977年引進無溶劑復合工藝至今,至21世紀初已建成60多條生產線,在復合膜生產中占據主導地位;美國1977年無溶劑膠粘劑用量占10%,而1980年已達到50%,20世紀90年代上升到90%以上。我國因無溶劑復合設備未能普及,其應用較少。1、國內無溶劑復合設備,目前世界上生產無溶劑復合設備的廠家主要有:德國的W&H、意大利的Nordmecanica、Schiavi、Bielloni、法國的DCM以及西班牙的Comexi等。我國很多復合設備生產廠家也紛紛投入了這種設備的開發和研究,并已取得一定進展。1985年北京市化工研究院引進第一臺由DCM公司制造的無溶劑涂布復合試驗機,從事科研與生產;隨后1996年天津頂正印刷包裝公司從意大利Schiavi公司引進無溶劑設備,并于同年8月份調試成功投入生產。隨后,廣州金威龍公司、大連盛道包裝、上?;⑴?、三櫻、湖北鹽業等廠家先后從意大利、法國、德國等國家引進了無溶劑復合設備共十幾臺。隨著國內復合包裝企業對無溶劑復合新技術的認識和掌握,這種新型復合工藝有明顯加速發展的趨勢。2無溶劑設備特點,無溶劑復合機的典型構造包括:兩個放卷裝置、一個收卷裝置和無溶劑膠粘劑涂布復合裝置。其最大的特點是通過一個特殊的涂布裝置后直接進入復合,不需要干燥烘道。圖l以及圖2給出了無溶劑復合設備結構以及涂布單元的示意圖。無溶劑復合設備要適應無溶劑膠粘劑涂布的需要,因此它與溶劑干法復合設備有一些明顯的差異。主要表現在涂布裝置有升溫、控溫系統,依靠調節溫度來調節膠粘劑的黏度,以利于涂布施工。卷取裝置設有閉環張力控制器以嚴格控制收卷張力,防止復合薄膜生產過程中產生''隧道''效應等弊病。

          供料裝置中有高精度混料噴頭(適應雙組分膠粘劑供料的需要)及增濕器(保證單組分膠粘劑充分固化的需要)等。

          涂布系統不一樣,沒有混膠泵;沒有烘干道,不需要烘干;張立控制系統比溶劑型系統準確的多,無溶劑復合與干法復合相比較,在設備上有以下主要區別:(1)去除了揮發膠粘劑中溶劑使用的較長的干燥烘箱,設備結構緊湊,設備部件易于清洗和維護;(2)材料在設備上穿膜距離縮短,從而使材料張力控制更為精確。由于設備結構緊湊,所有控制鍵集中在總控制盤上,便于操作人員監控;3)涂膠單元是無溶劑復合機的中心部分,膠粘劑在此混合、加熱、計量和涂布(4)涂膠頭一般為四輥或五輥設計,分別為存膠輥、計量輥、(浮動輥)、傳膠輥與涂膠輥。在輥與輥之間有準確計算的角度,以確保上膠量的精確和恒定。3無溶劑復合特點,與傳統干法復合比較,無溶劑復合在降低成本、提高產品質量、環境保護、生產安全與穩定等方面有諸多優勢,是一種值得倡導、極具實用價值的生產方式。表1列出了無溶劑復合與干法復合的性能比較

          3.1降低生產成本無溶劑復合設備無須干燥烘道,因而結構緊湊,占用空間少,設備造價低,可明顯地降低復合薄膜生產的成本。

          3.2上膠料少,膠料耗用成本低無溶劑復合單位面積膠粘劑涂布量約為干法復合的40%,盡管無溶劑復合膠粘劑相對成本較高,其綜合成本反而降低30%,其單位面積復合制品生產成本低。

          3.3設備消耗能源低,無溶劑設備沒有干燥烘道,不需要經過烘道排除膠粘劑中的溶劑,減少了能源消耗。同時,消除了揮發膠粘劑中溶劑用的較長的干燥烘箱,從而消除了材料卷曲問題。材料在設備上走程短,減少廢料生成。

          3.4生產線速度高,無溶劑復合的最高線速度高達480re/rain左右,一般也在300m/rain左右,復合速度快,設備生產效率高。

          3.5產品質量得到保證,效率得到提高,無溶劑復合所用膠粘劑不含溶劑,因而對包裝物沒有污染,更適用于食品包裝;同時,由于復合后基材不會變形,使復合膜結構尺寸穩定性良好;另外,無溶劑復合設備有在線電暈處理單元,對表面張力下降、潤滑劑含量高的薄膜有很好的復合性能。

          3.6降低人工以及安全防護成本,設備結構緊湊,操作人員少,降低了人工費用。無溶劑復合過程中沒有溶劑揮發,幾乎沒有三廢物質產生,避免污染環境,有利于清潔化生產。

          3.7安全性好,無溶劑復合安全性好,可將火災和爆炸隱患降至最低,工廠廠區及生產車間不需特殊的防火、防爆措施。綜上所述,無溶劑復合加工成本較之干法復合明顯降低,同時生產效率得到提高,對食品包裝無污染,這對于提高企業的市場競爭力十分有利。

          4無溶劑復合用膠粘劑的發展,世界上許多國家都對無溶劑聚氨酯膠粘劑進行了深入研究,開發出多種實用產品,能夠滿足食品包裝復合膜材料的各種性能要求。

          該系列膠粘劑的發展可大致分為以下幾個階段:(1)第一代為單組分無溶劑聚氨酯膠粘劑,可以分為聚醚聚氨酯聚異氰酸酯和聚酯聚氨酯聚異氰酸酯,它依靠空氣中的水份和被涂敷薄膜附著的水與之反應而固化,水份容易供給不足而造成固化不良,同時,固化時產生的CO2容易生成氣泡。(2)第二代為無溶劑雙組分聚氨酯膠粘劑,依靠雙組分均勻混合后相互反應形成大分子而達到交聯固化,在用途方面,除EVA、Nylon以外的薄膜以及鋁箔都能使用。

          (3)第三代無溶劑性膠粘劑是在第二代基礎上改進的雙組分體系(采用芳香族的多元醇提高了耐高溫性能),在含有鋁箔結構的復合膜中,能夠耐高溫蒸煮,它具有初粘力高、粘度低,操作溫度低,對復合基材無限制的優點,能夠解決第二代膠粘劑對E和Nylon熱封不良的問題,同時阻隔性強的薄膜容易起皺褶或容易剝離的問題也得到了解決。4)第四代紫外線固化型無溶劑膠粘劑,由于復膜機的不斷提速致使通用膠粘劑的固化速度難以適應,因此紫外線固化膠粘劑應運而生。目前應用的陽離子固化類產品,主要是酸催化的環氧體系,在紫外線的照射下,膠粘劑的光引發劑分解,引發環氧嵌段聚合,得到環氧樹脂的三維交聯結構。在選擇適當紫外線發生器前提下,此膠粘劑能夠快速復合聚酯薄膜,并可在幾分鐘到一小時內達到相當高的粘接強度,使后加工過程順利進行。

          4.2無溶劑聚氨脂膠粘劑的特點,單組分無溶劑膠粘劑一般為NCO封端的聚異氰酸酯預聚體,依靠水份完成其固化過程見圖3,交聯固化后的單組分膠粘劑有彈性,耐老化,并能使復合具有較好的粘接強度和機械性能。但是由于其分子量較低,耐熱性較差(<100℃);這類膠粘劑固化速度相對較慢,同時受水分影響很大,容易生成CO:氣泡,涂布量較大或水分供給不足時固化不良。單組分無溶劑膠粘劑主要應用于紙/塑料復合。雙組分無溶劑型聚氨酯膠粘劑由主劑和固化劑構成。當進行復合時,主劑和固化劑按比例混合,通過加熱控制粘度在合適范圍,然后通過多輥涂布系統涂布到基材上。主要組分為聚醚多元醇以及經過異氰酸酯或者聚酯多元醇改性的聚醚多元醇預聚物。具有與溶劑型膠粘劑相似的反應機理見圖4。低分子量聚醚多元醇一般為聚丙二醇、聚氧化丙烯三醇、四氫呋喃一氧化丙烯共聚醚三醇、聚四氫呋喃等及其混合物。異氰酸酯一般選用液態直鏈六亞甲基二異氰酸酯(HDI)或異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI),也可選用錫類催化劑。低分子量聚酯多元醇可以為脂肪族多元醇、環烴多元醇和芳香族多元醇。目前,無溶劑膠粘劑一般多采用聚酯聚醚混合使用。純聚酯型一般粘度較難控制,特別是耐高溫蒸煮的無溶劑膠粘劑,而聚醚類型在粘接性能、耐高溫等性能方面受到限制。目前開發的第三代雙組份聚氨酯無溶劑膠粘劑,其目的是接近溶劑型膠粘劑的使用性能。以漢高Liofol為代表的第三代無溶劑聚氨酯膠粘劑產品,已經具有以下性能特點:(1)通常室溫條件下的高初粘力/相對于2代產品;(2)基本無抗封效應(anti-sealeffect);(3)對復合基材無限制(高爽滑劑相容性、EVA,白PE等);(4)異氰酸根游離單體含量低;(5)耐水煮、高溫蒸煮。無溶劑聚氨酯膠粘劑由于沒有溶劑小分子存在,分子間作用力大,并形成氫鍵,常溫下粘度很高。通過升溫可以有效降低粘度。但是過高的溫度容易導致凝膠化,生成高分子量樹脂,造成涂布困難或者涂布不均勻。因此在施工時控制膠粘劑涂布的溫度十分重要。一般單組分無溶劑膠粘劑溫度控制在70℃~100℃;雙組份膠粘劑涂布溫度控制在40℃~80℃4.3無溶劑聚氨酯膠粘劑供應商,世界上生產無溶劑聚氨酯膠粘劑的主要廠家有德國Henkel(漢高)集團、德國Herberts公司,美國Morton公司、日本東洋油墨制造株式會社和法國的AtoFindley公司等。國內方面,北京市化工研究院通過產品引進,也開發了一些無溶劑膠粘劑。5無溶劑復合發展趨勢與展望,經過數十年的開發與應用,無溶劑復合技術已經十分成熟。使用無溶劑膠粘劑復合薄膜,可以降低能耗、提高生產效率、改善產品質量、降低綜合生產成本。由于不含溶劑,有利于保護環境和清潔生產,并保證了復合對包裝食品&藥品的無污染。近年來,隨著我國產品質量和食品衛生安全意識的增強,無溶劑復合越來越受到復合膜包裝行業人士的重視,國內已有多臺無溶劑復合設備開始運行,目前大部分軟包裝材料都可以用無溶劑膠粘劑進行生產。隨著國內對食品等包裝材料的要求日益提高和生產設備的不斷改進,無溶劑復合將呈現蓬勃發展的局面。

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