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无溶剂复合助塑料软包环保

2009-05-20 11:46:55.0 来源:中华印刷包装网 责编:刘华杰

  【现在生活中,复合软包装便于销售和使用,已成为人们不可缺少的包装材料。其基材和类别可分为:复合薄膜,如纸/塑复合薄膜、塑/塑复合薄膜、铝/塑复合薄膜等,是由各种基材(主要有纸、塑料薄膜、铝箔)通过复合而制成。这些基材中占主要位置的是塑料薄膜。】

  【中华印刷包装网】“无溶剂复合技术为塑料软包装的环保带来春天
  现在生活中,复合软包装便于销售和使用,已成为人们不可缺少的包装材料。其基材和类别可分为:复合薄膜,如纸/塑复合薄膜、塑/塑复合薄膜、铝/塑复合薄膜等,是由各种基材(主要有纸、塑料薄膜、铝箔)通过复合而制成。这些基材中占主要位置的是塑料薄膜。
  几乎所有的塑料薄膜都可以用作包装材料,但用作复合薄膜基材的,则主要是量大的品种,如聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚酯(PET)、尼龙(PA-6,PA一66)等,以及功能(阻隔性等)优异的品种,如聚偏二氯乙烯共聚物(PVDC)。乙烯和乙烯酸共聚物(EVOH)、离聚体等。这些基材(塑料薄膜)可按成形工艺分为压延膜、吹塑膜、流延膜(CPE、CPP)、双向拉伸膜(BOPP,BOPET,BOPA)、共挤复合薄膜等;也可按阻隔性高低分为特高阻隔性的(如PVDC、EVOH)、阻隔优良的(如BOPA、BOPET,丙烯腈共聚物)、阻隔性一般的(如CPE、CPP、BOPP)等几类。

  食品包装在塑料软包装中占有重要位置
  在塑料软包装材料中,食品包装是其最大的应用市场,随着消费水平的提高,对食品包装的要求也越来越苛刻,这促使了高阻隔多功能性包装薄  膜材料的发展。在通常意义上,包装薄膜制品的结构取决于包装对薄膜的功能需求,对于食品包装,包装材料一般须满足市场以下几个方面的需求:
  1.由于氧气能够引起脂肪和蛋白质的氧化变质,所以要有优异的阻隔氧气的能力;
  2.因水汽的进入或挥发可引起食物口味的变化,须具有优异的水蒸气阻隔能力;
  3.为防止异味进入或香味的挥发,保证食品原味,需要有优异的阻隔香气的能力;
  4.为满足密闭保存的需要,要有良好的热封性能;
  5.满足杀菌的要求,避免微生物存在破坏食物,要具有一定的耐热性能;
  6.为装潢美观及商品必要的信息的需要,要有良好的印刷性;
  7.为保护食品,满足搬运和运输的需要,须具有较强的力学性能
  8.其他的一些光学性能方面的要求等。
  以上这些只是单纯从包装效果的需求方面所考虑的,当然在使用包装材料的二次加工性方面还会有另外一些其他的要求。显然,靠单一品种的材料是无法满足这些要求的,要靠不同薄膜材料的多层复合搭配来满足这些需求。

  复合塑胶材料逐渐走向环保
  美国科研人员研制开发出一种易于分解的玉米塑胶包装材料。它是从制作生物聚合物的细菌中,提取了三种能产生塑胶的基因,再转移到油菜的植株中,经过一段时期便产生一种塑胶性聚合物液,经提炼加工后便可得到一种油菜塑胶。用这种塑胶加工制成的食品包装材料,废弃后能自行分解,没有污染残留物。
  还有小麦塑胶。这是利用小麦面粉添加甘油、甘醇、聚硅油等混合干燥,再经过热压成为半透明的热可塑性塑胶薄膜。用小麦塑胶包装食品的优势是可由微生物加以分解。
  英国科研人员新近研制开发出了一种PHB细菌塑胶。它是先用糖培育出一种细菌,然后通过加工制成与聚丙烯相似的材料。这种材料无毒,而且易于生物分解,是加工制作食品包装袋的理想材料。同时弃后对环境没有污染。
  总之,目前国内外新开发的食品软包装材料的发展趋势是朝着高性能、无毒无害、绿色环保、方便使用、安全的方向发展,并且在推出新型包装材料的同时,同步推出其回收再利用技术,把包装对生态环境的破坏降到最低程度。

  无溶剂复合技术是目前最没有争议的环保技术
  当前,国际软包装最重要的三大环保技术为:无溶剂复合技术、柔性版印刷和共挤出复合。目前最没有争议的环保技术为无溶剂复合技术,这种技术在欧美市场已占据相当重要的地位,其起源于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。
  与溶剂复合工艺相比,无溶剂复合技术具有以下优点。
  (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。

  无溶剂复合技术的工艺控制要点及常见问题分析:
  (一)无溶剂符合技术的工艺控制要点: 
  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。
  (二)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。

  无溶剂复合技术的发展受到制约的原因
  无溶剂复合在我国推广速度缓慢的原因,据专业人士分析,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。
  比如,在实际生产过程中,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。无溶剂粘合剂基本上是由双组分的聚氨脂粘合剂构成,主剂和固化剂在室温下粘度较高,是半固态物质。复合时,主剂和固化剂按比例混合,经具有加热保温功能的网纹辊热溶后涂布到基材上,涂布不必经过加热干燥就可以直接跟另一种基材进行粘合,复合过程中没有溶剂的残留,没有废气的排放污染环境,但可能因主剂和固化剂的比例控制不稳定,复合工艺条件复杂等多种因素,某些渗透性较强的食品渗入底层基材进入到粘结层而受到污染,同时粘合剂盘泵的清洗剂会污染环境。
  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。
  由于多种因素的考虑以及设备投入的原因,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。
  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。

  无溶剂复合包装技术适应环保需求
  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著提升;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,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。
  可见,在可持续发展的今天,以人为本,大力倡导节约资源显著、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。

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