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水性膠水應用探討
時間:2014-05-30   來源: 包裝前沿   閱讀:14293次

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  編者按:4月17日下午,由廣東省包協情報委及我刊共同主辦的包裝前沿6個QQ群同時就“水性膠水應用”進行了在線交流(總群121451012;I群:64311965;II群:37848282;III群:119411638;IV群:116162302;V群:256925591),6個群約1200人左右在線參加。我們非常榮幸地請到了陶氏朱建梁經理就水膠的特點、目前使用的范圍及工藝控制和注意事項進行了闡述,同時就水膠使用等實例進行了分析。

  有數據顯示,至2015年,亞洲軟包裝用粘合劑將達26萬噸,其中溶劑型粘合劑占67%,水膠20%,無溶劑13%。水膠將會在我們軟包裝行業獲得更大的使用空間。

  一、 陶氏朱建梁經理主講·水膠應用

  在軟包裝彩印復合行業中,水性粘合劑和無溶劑粘合劑將是未來發展的方向。

  在中國,隨著人們環保意識的增強和對食品包裝安全的重視,對彩印包裝行業提出越來越多的課題。多年來,軟包裝復合粘合劑不斷地經歷技術改良與創新,經歷了一條從最初的酯溶型粘合劑到醇溶型粘合劑再到無溶劑粘合劑,最終到水性粘合劑的發展歷程。陶氏化學在上世紀九十年代就致力于水性粘合劑的研發和推廣使用,2003年在中國實現真正的商業化銷售,從此拉開水性粘合劑在中國迅速發展的序幕。

  水性粘合劑在中國經過十年的發展,已經成為中國軟包裝復合用粘合劑的重要組成部分。人們在充分掌握水性粘合劑操作技能的同時,發現越來越多的水性粘合劑的獨特性能。

  為滿足客戶不同用途產品的需要,陶氏化學的水性粘合劑經歷了由第一代單組分水性粘合劑到第二代雙組分水性粘合劑以及第三代水性粘合劑的發展歷程,可以滿足大部分不同功能要求和不同復合結構的應用要求。

  1、水膠優點

  在微利時代的今天,水性粘合劑為使用者創造了巨大的價值,這些價值主要體現在以下幾點:

  (1)優異的產品衛生性能

  水性粘合劑本身是沒有毒性的,它既不像溶劑型粘合劑有溶劑殘留的問題,也沒有無溶劑粘合劑PAA殘留的問題,且干燥后絕無異味,因此它具有很高的食品安全性能。

  (2)高效的生產效率

  高固含的操作條件以及低上膠量的要求,以及水和丙烯酸的不親和性,造成需干燥的水分很容易被烘干,因此它的生產效率可以比溶劑膠提高20%以上。高分子量的粘合劑設計,大大縮短了需要熟化的時間,使快速出貨成為可能。

  (3)良好的鍍鋁親和性

  丙烯酸樹脂的特性,決定了粘合劑和鍍鋁層間有著良好的復合強度,水性粘合劑高的分子預聚合度和柔性分子鏈設計,進一步避免鍍鋁層發生轉移而導致復合強度不合格的問題。

  (4)改善工作環境,減少污染,降低工作強度,避免火災的危險

  由于水性粘合劑不需要稀釋而可以直接上機生產,減少了操作工人調配粘合劑的勞動,同時也避免了工作現場空氣中溶劑的濃度,這對操作工人是相當有利的,同時也避免了溶劑的排放,對環境沒有污染。當然,沒有溶劑的存在,也就避免了火災的隱患。

  (5)有效減少質量事故的發生

  用水性膠復合產品,可以很直觀地看到產品質量的好壞,只要仔細檢查下線時產品的外觀和復合強度是良好的,就不會隨著時間的推移而發生不良的變化,尤其是復合強度和外觀,放置一段時間后隨著粘合劑分子間的交融,復合強度會升高,外觀也會變得更好。

  2、水膠應用的成功案例

  根據不同的復合結構以及最終的包裝用途,選擇合適的水性粘合劑,是成功使用水性粘合劑的重要一步。

  早期的水性粘合劑主要被應用在以下方面:

  (1)BOPP/ink/MCPP結構

  通常適合該結構復合的水性粘合劑為單組分普通型水性粘合劑,該結構產品被廣泛使用在方便面、餅干、蛋黃派以及其他干點食品的包裝上。主要表現的特點是復合強度高,外觀美觀,無鍍鋁轉移問題的發生,對于蛋黃派等充氣包裝,可有效減少包裝漏氣率的發生。

  (2)KOPP(BOPP)/ink/CPP結構

  由于單組分水性粘合劑對透明結構的復合強度較差,因此該結構一般需要雙組分的水性粘合劑,該結構產品主要被應用于面包、蛋糕、米餅等食品的包裝上。主要的特點是有效減少充氣包裝漏氣率的發生,減少殘留溶劑的污染以及異味問題的發生。

  初期的單組分水性粘合劑由于其性能的局限性,在使用上存在較大的局限性。隨著越來越多高性能水性粘合劑的研發成功,水性粘合劑在軟包裝粘合劑市場份額也隨之增大,各種成功的新應用也隨之出現:

  (1) PET/ink/MCPP結構

  該結構產品主要被應用在糖果、背封式米糕包裝上。早期該類產品使用溶劑膠復合,提高耐溫性就容易出現鍍鋁轉移的問題,但控制好鍍鋁轉移的問題后,容易出現耐溫性不良的問題,使用高性能水性粘合劑的特點是耐熱性好,適合高速包裝,無鍍鋁轉移的風險。

  (2)PET(BOPP)/ink/MPET/PE以及(BOPP/ink/PE/MPET)/PE結構

  該結構兩層復合均可使用水性粘合劑,主要被應用于膨化食品、食品外袋、干果、顆粒或粉劑藥品包裝上。在外層復合應用時,具有復合強度高、有效減少鍍鋁轉移的風險,在內層復合應用時,具有復合強度高(尤其是復合PE厚度較薄的產品),且可避免對摩擦系數影響的問題,無氣味影響,可滿足快速交貨的要求。

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  (3)薯片包裝的兩種復合結構

  BOPP19/MPET12/PE45:兩層干式復合,可采用L168/CR3A=100:2;

  (BOPP19/PE15/MPET12)/PE(CPP)25:第一層采用擠出復合,第二層干式復合,可采用L188/CR3A=100:2。

  雙組分水性粘合劑應用于薯片包裝的優勢:

  更高的復合強度,滿足包裝的需要。

  更低的溶劑殘留,保證食品的安全。

  無粘合劑氣味影響,保證產品風味。

  對PE膜低的爽滑性影響,保證生產的順暢,對復合現場無火災隱患,減少溶劑對員工的影響。

  (4)冷凍食品包裝

  冷凍食品包裝的主要結構有PA/PE、BOPP/CPP、BOPP/PE,主要的特點是利用水性粘合劑良好耐低溫特性,有效減少冷凍狀況下包裝材料的脆裂,提高低溫條件下的熱封強度。

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  (5)紙張類產品的復合

  由于水性粘合劑對紙張具有良好的滲透性,因此水性粘合劑在紙張類產品復合具有很好的復合效果,任何薄膜和鋁箔均可采用水性粘合劑和紙張復合,一般該應用是采用雙組分高功能水性粘合劑,可根據耐熱性要求調節固化劑加入的量。主要特點是無溶劑殘留,復合強度高,成本最低。

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  未來水性粘合劑的發展,主要考慮使用的便利性和產品的功能性。從便利性來說,單組分的水性粘合劑是一個發展方向,因此可以預見,未來單組分的水性粘合劑將適合越來越多復合結構的產品,其復合性能也將明顯提高。從功能性來說,雙組分的水性粘合劑的性能將越來越強,逐漸將覆蓋耐高熱剪切、耐高溫以及耐化學性能的高功能要求,逐步替代溶劑型粘合劑的使用范圍。

  二、企業提交的實際案例分析討論

  1、南光無溶劑機械徐換生:雙組分水膠經常堵版怎樣解決?

  陶氏化學朱建梁:堵版的產生主要有兩個原因:一是粘合劑本身的問題,設計不合理的粘合劑會隨著生產時間的延長堵版越嚴重,這種堵版就要更換粘合劑供應商或粘合劑種類解決。另外合理的網版也可以減少此類問題的發生。通常開口大的網版可以減緩堵版的產生。另外一種是操作控制不良,主要原因是生產停止后未及時潤版。此種堵版在生產中可以發現。

  北京-李工:使用雙組分水膠時容易堵版,單組分會好很多。

  軟包咨詢唐永強:關于堵版這個問題,還得在網線輥或生產操作、工藝管理上下功夫。我們使用的水性膠,堵版的情況非常少見。

  南光無溶劑機械徐換生:一般是多少線的輥子?160?200?

  陶氏化學朱建梁:一般建議采用200線32um深的版子。

  2、南光無溶劑機械徐換生:水膠復合后(雙組分),制完袋后,放一段時間后在袋子的熱封處容易起皺,原因是什么?

  陶氏化學朱建梁:如果是在袋子熱封處出現起皺,那是粘合劑耐溫性不良所致。通常是熱封后復合膜的收縮率不一致,粘合劑沒有很好的粘合,出現分層皺紋。

  北京-李工:水性丙烯酸膠放置較長時間后會出現強度衰減問題。

  陶氏化學朱建梁:沒有衰減的問題,水膠的特性是放置越久,復合強度越好。我這里還有放置十年以上的樣品,復合強度依然很好。

  軟包服務賈軍亮:“沒有衰減的問題,水膠的特性是放置越久”,這個是針對不同的材質結構才會有相對的復合強度吧?

  南光無溶劑機械徐換生:我們的是NY復PE。

  陶氏化學朱建梁:NY/PE需要使用我們的中功能水膠。

  3、東方樹脂陳生:目前有哪些比較好的水膠品牌?體系是什么?主要應用在哪些方面?

  陶氏化學朱建梁:目前水膠主要的體系為丙烯酸體系,少量也有一些水性聚氨酯體系。

  軟包服務賈軍亮:今后發展的方向應該是水性聚氨酯。

  陶氏化學朱建梁:水性聚氨酯的體系性能會比丙烯酸高一些,但水性聚氨酯體系成本會比較高。主要的問題是在于聚氨酯的親水基團接枝和固化劑的應用。事實上我們也有水性聚氨酯體系的粘合劑,開發的歷程還早于水性丙烯酸體系,在國外有售。

  東方樹脂陳生:我認為聚氨酯水膠最大的問題是容易水解,剛生產的膠水好,但存放一段時間水解后就麻煩,丙烯酸酯體系就不存在這個問題。

  4、潮安彩印:如何避免由于水分殘留而導致鍍鋁氧化的產品質量事故呢?

  陶氏化學朱建梁:這是個老問題,之前經常發生,現在幾乎沒有了。造成水分殘留,主要有以下幾個因素:

  (1)上膠量太大,造成不易烘干。建議控制上膠量在1.8~2.2gsm。

  (2)刮刀不良造成上膠不均勻。

  小陳:刮刀不良造成不均,是否均膠輥可以讓其均勻?

  陶氏化學朱建梁:這個問題發生時很容易可以看到,由于水膠是白色的,生產前可以觀察網線輥上白色的均勻度,不均勻時必須調整刮刀。不可以使用勻膠輥解決。

  (3)烘箱烘干不良或復合車速過快。

  總之,適當的檢查可以完全避免此問題的發生。記住幾點:開機前檢查網線輥均勻度,開機時檢查膜從烘箱出來的干燥狀況,開機后檢查初粘力。

  5、某軟包:水膠復合后的保質期是多長?有企業出現過水膠復合后三個月之后脫層是什么原因?

  陶氏化學朱建梁:水膠復合后保質期是很長的,具體多長沒有具體數據,放置2~3年絕不會出現復合強度下降的問題。如果復合后放置3個月后出現分層,一定存在其他的問題。目前我公司水膠沒有遇見過此問題。

  6、某軟包:如何正確地清洗水膠使用過后的網線輥?

  陶氏化學朱建梁:

  第一步,用澆花的塑料水桶準備好2kg的水。

  第二步,抬起刮刀,保持潤版。

  第三步,取出剩余的膠水。

  第四步,壓下刮刀,同時用水桶緩慢沖洗網輥,直至流下的水變透明。

  第五步,抬起刮刀,用清潔的抹布抹干網輥。

  清潔結束。下次開機前用醋酸乙酯搽洗一次網輥即可。

  7、李工:據說水性丙烯酸體系的做制袋產品,熱封時是不是還是有風險的?如果控制?

  陶氏化學朱建梁:實際上水膠對三面封和背封是沒有風險的,我有客戶為了趕貨,用水膠復合后直接制袋,都沒有問題。水膠完全可以滿足制袋的要求。要注意的是拉鏈袋,水膠是不適合的。主要是在拉鏈的兩端由于高溫高壓,導致分層。當然還要注意產品的用途,高溫蒸煮和重包裝水膠是不適合的。液體立袋也不建議用水膠。

  8、濟南-包裝:單組分水膠生產時,初粘力需要達到多少?

  陶氏化學朱建梁:初粘力要看結構,單組分BOPP/MCPP,通常初粘力大概在0.4-0.6N,在沒有油墨轉移的狀況下,最終復合強度約在1.5N左右。

  9、彩印包裝:請問水膠對車間的濕度有無要求?固化的原理是什么?

  陶氏化學朱建梁:對車間濕度沒有要求,但濕度對干燥的速度會有影響,一般氣候條件越干燥,復合速度越快。通常狀況下,復合輕包裝,水膠復合可以比溶劑膠復合速度快20%。在天氣干燥的狀況下最高可以快50%。

  固化的原理是:水膠不是靠交聯反應的,它是靠預聚合的高分子量自交聯(纏繞)成膜的。水膠不能存放原因,只有發生降解,才會發生問題。單組分也是一樣的。單組分是沒有后期化學反應的,這也是為什么水膠不會像溶劑膠一樣,水膠沒有復合強度衰減的問題。

  10、廣東鐳印刷小卓:請問膠水和鍍鋁層分離,附著力不好有那些原因呀?

  陶氏化學朱建梁:附著力不好原因很多:鍍鋁表面達因不足;鍍鋁層表面被粘有其他添加劑;上膠量太小,造成附著力不良;復合溫度或復合壓力不足;下機時間過短或熟化時間不足;粘合劑選擇不當。一般水膠和鍍鋁層強度不良,就是這些問題。

  廣東鐳印刷小卓:熟化時間多長較好?

  陶氏化學朱建梁:通常在40~45℃下單組分6h以上,雙組分12h以上,具體要看用途。

  11、彩印包裝:水膠做出的產品是否都存在發粘的情況?剝離強度能達到多少?您所講的水膠,默認應該都是單組分的丙烯酸體系吧?

  陶氏化學朱建梁:水膠有粘性,這是它的特性,不影響耐溫性,如果溶劑膠有這樣的粘性,一定熱封分層。

  彩印包裝:不影響耐溫性,但會影響剝離強度。

  東方樹脂陳生:水膠需要靠粘性來附著基材,不然都粘不了,這與溶劑型的機理不一樣。

  軟包咨詢唐永強:水膠多多少少有發粘的現象,但經過時間周期會明顯改善。初始剝離(下機)0.6~0.8N。自然環境下1h后達到1.05N。

  陶氏化學朱建梁:強度的話很難說,要看結構和材料:BOPP(PET)/MCPP(CPP),一般在1.5N左右,BOPP(PET)/MPET,一般在1.5-2.5N左右,(PET/MPET)/PE,一般在3.0-4.5N左右。水膠現在一般是丙烯酸的。

  軟包咨詢唐永強:熟化5~6h后可以達到1.3~1.4N(單組分)復合鍍鋁結構。

  12、彩印包裝:水膠的成本能達到多少?與醇溶、酯溶、無溶劑相比能節省多少?

  陶氏化學朱建梁:水膠的成本一般在0.06~0.08元/m2,溶劑膠一般在0.1~0.12元/ m2,無溶劑一般在0.04-0.05元/ m2。無溶劑的成本競爭優勢比較明顯。但綜合來看,三種膠各有優勢,比如,安全方面水膠更好。

  彩印包裝:水膠不用擔心溶劑殘留和工人的健康安全,車間的安全,無異味。

  陶氏化學朱建梁: 水膠沒有危害物質,沒有工藝風險,產品好壞更加直觀。

  13、廣東鐳印刷小卓:復合壓力和上膠量是反比關系嗎?

  陶氏化學朱建梁:復合壓力和上膠量是沒有關系的。通常復合壓力的大小和復合外觀有關系。當然上膠量和外觀也有關系。上膠量的控制主要和操作濃度、網線輥深度有關,和上膠壓輥的硬度、刮刀角度以及基材表面張力以及復合速度也有一定的關系。

  三、結語

  水膠的應用在中國已經有十幾年的歷史,從最初的質疑,到現在水性丙烯酸體系獲得廣泛應用,再到水性聚氨酯體系的研發成功,水膠的生產和使用技術都在不斷成熟。可以預見的是,隨著大家對水膠更深入的了解,這一環保產品必將得到更廣泛而全面的使用。

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