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            干式復合中的高濃度涂膠工藝

            來源:無錫啟明包裝材料有限公司 發布時間:2016-06-30 點擊量:

            市場競爭的加劇,軟包裝用原輔材料價格的上漲,要求企業從自身多角度、全方位地進行降低成本,改進工藝等措施。從復合膜的角度來說,降低復合加工成本,成為廠家提高自身競力的一個關鍵。

            50%低固含黏合劑的使用,到72%-75%乃至80%-85%高固含量黏合劑的使用,這在一定程度中降低了單位面積黏合劑的使用成本,但如果做到40%-45%的高濃度涂膠,可以在原使用基礎上,降低一大筆溶劑使用費用。

            目前,國內使用的干式復合黏合劑一般為聚氨酯系列雙組份黏合劑,其中30%左右使用的為50%-66%固含量的黏合劑,其分子量一般較高,產品粘度也較高,一般在6500±500mPa·s,某些特殊結構產品仍在使用;有60%左右使用72-75%固含的黏合劑,市場上流行稱為"高固含低粘度黏合劑",因其分子量較低,產品粘度也較低,一般在3500±500mPa·s ;另外,還有固含量達到80%-85%左右的超高固含黏合劑,其分子量會變得更小,而且黏合劑的粘度會較低,如果涂膠濃度提高,會給復合加工帶來相應難度,如初粘力普遍不高,上膠穩定性控制,復合效果的控制,復合用網線輥的制作都要求有一定的講究,根據不同的黏合劑性能,后期熟化、加工都要在相當可控的環境下操作,本文從工藝角度分析,對高濃度涂膠進行如下方面介紹:

            涂布輥的制作

            根據上膠經驗公式:N=5W/(μ·D)

            式中:N—所要配制膠液的濃度,%;

            W—干基上膠量,g/m2;

            μ—涂膠輥的網點深度,μm;

            D—膠液的密度,g/cm2;

            如果確定某產品要求的上膠量(W)為4g/m2,設定膠液濃度(N)為45%,取膠液的密度(D)為1.02,則涂膠輥的網點深度應是:

            μ=5W/(N·D)=5×4/(45%×1.02)=43.5

            由此,基本上可以確定需要淺網版才能滿足要求,國內網線輥的制作,不同廠家選擇的匹配線數不盡相同,而且制版工藝不同,具體效果變化較大,但可以根據實際制作情況,進行使用檢測,以進一步驗證版輥是否能滿足涂膠要求。

            黏合劑的選擇

            對于高濃度涂膠,選擇不同的黏合劑有時具有完全不同的效果,筆者通過實際認為,主要從以下方面考慮:

            粘度   

            如果選擇的黏合劑粘度較高,特別是在高工作濃度情況下,粘度較高的話,可能會造成上膠量或涂布狀態不能滿足工藝要求;如果粘度太低,可能會因其低分子量,而造成有其它相關性能的不足。本公司通過不同的黏合劑性能試驗比較,選擇在較高濃度的情況下,仍具有較穩定的粘度曲線的黏合劑,能較好地保證良好的涂布。

            對于配制好的膠液,用Zahn3#粘度杯檢測,在相應的膠液濃度范圍,檢測相應的膠液粘度,通過對應的網線配套,檢測涂布量達到工藝要求后便可進行生產。

            初粘力及性能   

            對于復合制品,復膜剛下機時,要求具有一定的剝離力,對于不同材質結構,其初粘力情況不完全一致,一般建議生產時在1.0N/15mm以上,以保證復合收卷及后道加工,保證產品質量的穩定。

            對于雙組份復合用聚氨酯黏合劑,由主劑和固化劑兩部份組成,主劑有三種:聚醚多元醇、聚酯多元醇、聚氨酯多元醇、固化劑有兩種:芳香族多異氰酸酯和脂肪族多異氰酸酯。其反應速率,按聚醚、聚酯、聚氨酯型由快而慢,初粘力基本是呈遞減趨勢,黏合劑固化反應機理如下圖所示:

            nHO - R + mOCN-R'xRNHCOOR

            (主劑)     (固化劑)      (聚氨酯)

            同時在反應過程中,由于水份、胺基等的存在,也會消耗一部份固化劑,而導致有一些副反應發生,如溶劑中水份會與固化劑反應,并產生CO2氣體分子,相對高濃度涂膠而言,減少溶劑用量,也減少了如下反應發生的概率。

            H2O + 2R-NCORNHCONHR + CO2

            對于已經選擇好的黏合劑,通過調整上膠量或環境狀態變化時,其初粘力值也有變化,使用時可根據實際情況,進行對照試驗以確定黏合劑的性能。

            固化反應情況

            對于不同結構的產品要求的固化反應時間不完全一樣,如對于鍍鋁復合,我們建議采用反應速率較慢類型的黏合劑,其中也包括適當調整主劑和固化劑比例,以較好地保護鍍鋁層不受太大外力作用而破壞;對于某些需要較好復合強度的制品,可以適當選擇具有較好性能的黏合劑。

            另外,對膠的涂布狀態及流平性能及最終檢測性能需要作充分的試驗和比較,才能挑選出真正符合產品要求的較佳黏合劑。

            生產過程的監控

            正常生產過程中,用高濃度涂膠工藝生產,膠液濃度在較高狀態下,各方面的條件和狀態,相對于一般情況的上膠有較大的變化,主要表現為,濃度、粘度變化大、膠的盤壽命較短、輕微的版輥堵塞可能造成上膠不均勻等現象,如要保證產品質量的穩定,必須要對如下一些參數進行監控:

            工作濃度穩定--近似粘度控制法

            由于配制的黏合劑濃度達到45%,運行過程中,如果由于操作或其它原因,少量乙酸乙酯的揮發,可能會造成黏合劑濃度的較大上升,黏合劑的初期反應加快,由此可能造成黏合劑轉移不良、涂布不均勻等現象或其它復合缺限,為了避免類似情況發生,機臺操作人員應該根據該類黏合劑的濃度--粘度曲線特點,用粘度檢測的辦法來近似替代濃度檢測,同時適量補充溶劑,以保證工作濃度的相對穩定。由于工作環境、氣溫及不同批次黏合劑的粘度可能有變化,本辦法的使用,建議生產前用準確的濃度來驗證后再實施。

            網線深度及上膠量的監控

            由高濃度涂膠一般要求用淺網線來加工生產,如果由于網線堵塞,其造成的風險要大大高于一般情況的深網線生產,因此淺網的穩定性要做到有保證,筆者建議除了對網線輥的定期清洗外,還要加強對相關數據的變化研究,如清洗周期的確定,清洗效果的驗證;對于上膠量的檢測,筆者建議對涂膠部位要進行左、中、右三個部份的檢測,一般檢測數據偏差以不超過5%為宜。如有異常應及時檢查糾正,直到滿足要求為止。另外,操作人員要對一定時期內的涂布量變化及最佳涂布狀態進行摸索,以便形成穩定的生產工藝。

            配膠

            根據黏合劑的化學反應機理,從配膠一開始,黏合劑便進行聚合反應,而且其粘度開始緩慢增大,按常規的30%濃度配膠,膠液的有效工作時間在8小時左右,超過8小時的膠液則要補充新的黏合劑,如果工作濃度設定45%,則膠的盤壽命會縮短到5個小時左右,根據不同的黏合劑性能而定,因此建議生產過程中,配膠以不超過兩組為限,一般膠液為70kg-90kg,以防止膠的內部變化而影響復合膜的潛在質量。

            通過以上分析探討,希望對有關專業人士能有一定的借鑒作用,同時也希望廠大黏合劑廠商,開發出更佳性能的高固含黏合劑,在滿足復合軟包裝性能的同時,使復合膜生產工廠減少溶劑揮發,減少蒸發能耗的支出,為行業經濟發展多出一份力。

            參考資料:

            [1] 江谷,《復合軟包裝材料與工藝》,江蘇科學技術出版社(2003)

            [2]  周祥興,《軟質塑料包裝技術》,化學工業出版社(2002年)

            [3]  陳昌杰等,《塑料薄膜的印刷與復合》,化學工業出版社(1994年)

             

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