軟包裝用無溶劑復(fù)合技術(shù)和膠粘劑

1、軟包裝用無溶劑復(fù)合技術(shù)和膠粘劑當前，國際軟包裝最重要的三大環(huán)保技術(shù)為：無溶劑復(fù)合技術(shù)、柔性版印刷和共擠出復(fù)合，而其中以無溶劑復(fù)合技術(shù)最為環(huán)保。目前無溶劑復(fù)合技術(shù)在歐美市場已占據(jù)相當重要的地位，占新增復(fù)合機設(shè)備的80%90%。在我國，無溶劑復(fù)合技術(shù)始于20世紀90年代中后期，近年發(fā)展稍快，現(xiàn)存安裝數(shù)量不超過40臺（占復(fù)合機總量不超過2%）,遠遠低于發(fā)達國家1-7。在這種形勢下，如何能讓國內(nèi)軟包裝企業(yè)和從事軟包裝工作的技術(shù)人員對無溶劑復(fù)合技術(shù)及其制品有正確的認識，進而擴大無溶劑復(fù)合技術(shù)在國內(nèi)市場的占有率已成為目前國內(nèi)軟包行業(yè)的重點探討問題。無溶劑復(fù)合（sokentfreelamination）是相

2、對干式溶劑型復(fù)合而言的，是應(yīng)用于軟包裝工業(yè)中的另一種復(fù)合工藝。無溶劑軟性復(fù)合是采用無溶劑類膠粘劑及專用復(fù)合設(shè)備使薄膜狀基材（塑料薄膜或紙張、Al箔等）相互貼合，然后經(jīng)過膠粘劑的化學(xué)熟化反應(yīng)熟化處理后，使各層基材粘接一起的復(fù)合方式。無溶劑復(fù)合與溶劑型干法復(fù)合都采用膠粘劑制取復(fù)合薄膜。兩類工藝的不同之處在于無溶劑復(fù)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(fù)合工藝那樣于烘道中排除溶劑。無溶劑復(fù)合與干法復(fù)合是塑料薄膜復(fù)合生產(chǎn)中相互競爭、互為補充的實用的工業(yè)化生產(chǎn)方法。無溶劑復(fù)合工藝于1974年由德國Herberts公司首次開發(fā)成功。由于其工藝的經(jīng)濟性、安全性以及在環(huán)境保護方面的

3、優(yōu)勢，逐漸成為塑料復(fù)合薄膜的一種重要的加工方法。在環(huán)保與節(jié)能意識較強的歐美工業(yè)發(fā)達國家，采用無溶劑復(fù)合工藝生產(chǎn)的復(fù)合薄膜數(shù)量已經(jīng)明顯超過干法復(fù)合工藝;進入21世紀以來，歐洲新增的無溶劑復(fù)合設(shè)備數(shù)量已經(jīng)占到新增復(fù)合設(shè)備總和的90%以上舊本自1977年引進無溶劑復(fù)合工藝至今，至21世紀初已建成60多條生產(chǎn)線，在復(fù)合膜生產(chǎn)中占據(jù)主導(dǎo)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(fù)合設(shè)備未能普及，其應(yīng)用較少。1、國內(nèi)無溶劑復(fù)合設(shè)備，目前世界上生產(chǎn)無溶劑復(fù)合設(shè)備的廠家主要有：德國的W&H、意大利的Nordmecanica、S

4、chiavi、Bielloni、法國的DCM以及西班牙的Comexi等。我國很多復(fù)合設(shè)備生產(chǎn)廠家也紛紛投入了這種設(shè)備的開發(fā)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(fù)合試驗機，從事科研與生產(chǎn)；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(shè)備，并于同年8月份調(diào)試成功投入生產(chǎn)。隨后，廣州金威龍公司、大連盛道包裝、上?；⑴啤⑷龣?、湖北鹽業(yè)等廠家先后從意大利、法國、德國等國家引進了無溶劑復(fù)合設(shè)備共十幾臺。隨著國內(nèi)復(fù)合包裝企業(yè)對無溶劑復(fù)合新技術(shù)的認識和掌握，這種新型復(fù)合工藝有明顯加速發(fā)展的趨勢。2無溶劑設(shè)備特點，無溶劑復(fù)合機的典型

5、構(gòu)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(fù)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(fù)合，不需要干燥烘道。圖l以及圖2給出了無溶劑復(fù)合設(shè)備結(jié)構(gòu)以及涂布單元的示意圖。無溶劑復(fù)合設(shè)備要適應(yīng)無溶劑膠粘劑涂布的需要，因此它與溶劑干法復(fù)合設(shè)備有一些明顯的差異。主要表現(xiàn)在涂布裝置有升溫、控溫系統(tǒng)，依靠調(diào)節(jié)溫度來調(diào)節(jié)膠粘劑的黏度，以利于涂布施工。卷取裝置設(shè)有閉環(huán)張力控制器以嚴格控制收卷張力，防止復(fù)合薄膜生產(chǎn)過程中產(chǎn)生隧道”效應(yīng)等弊病。供料裝置中有高精度混料噴頭（適應(yīng)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(tǒng)不一樣，沒有混膠泵;沒有烘干道，不需要烘

6、干；張立控制系統(tǒng)比溶劑型系統(tǒng)準確的多，無溶劑復(fù)合與干法復(fù)合相比較，在設(shè)備上有以下主要區(qū)別：（1）去除了揮發(fā)膠粘劑中溶劑使用的較長的干燥烘箱，設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊，設(shè)備部件易于清洗和維護；（2）材料在設(shè)備上穿膜距離縮短，從而使材料張力控制更為精確。由于設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊，所有控制鍵集中在總控制盤上，便于操作人員監(jiān)控；3）涂膠單元是無溶劑復(fù)合機的中心部分，膠粘劑在此混合、加熱、計量和涂布（4）涂膠頭一般為四輻或五輻設(shè)計，分別為存膠輻、計量輻、（浮動輻）、傳膠輻與涂膠輻。在輻與輻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(fù)合特點，與傳統(tǒng)干法復(fù)合比較，無溶劑復(fù)合在降低成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量、環(huán)境保護、生產(chǎn)

7、安全與穩(wěn)定等方面有諸多優(yōu)勢，是一種值得倡導(dǎo)、極具實用價值的生產(chǎn)方式。表1列出了無溶劑復(fù)合與干法復(fù)合的性能比較3.1 降低生產(chǎn)成本無溶劑復(fù)合設(shè)備無須干燥烘道，因而結(jié)構(gòu)緊湊，占用空間少，設(shè)備造價低，可明顯地降低復(fù)合薄膜生產(chǎn)的成本。3.2 上膠料少，膠料耗用成本低無溶劑復(fù)合單位面積膠粘劑涂布量約為干法復(fù)合的40%,盡管無溶劑復(fù)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(fù)合制品生產(chǎn)成本低。3.3 設(shè)備消耗能源低，無溶劑設(shè)備沒有干燥烘道，不需要經(jīng)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(fā)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(shè)備上走程短，減少廢料生

8、成。3.4 生產(chǎn)線速度高，無溶劑復(fù)合的最高線速度高達480re/rain左右，一般也在300m/rain左右，復(fù)合速度快，設(shè)備生產(chǎn)效率高。3.5 產(chǎn)品質(zhì)量得到保證，效率得到提高，無溶劑復(fù)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(fù)合后基材不會變形，使復(fù)合膜結(jié)構(gòu)尺寸穩(wěn)定性良好；另外，無溶劑復(fù)合設(shè)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(fù)合性能。3.6 降低人工以及安全防護成本，設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊，操作人員少，降低了人工費用。無溶劑復(fù)合過程中沒有溶劑揮發(fā)，幾乎沒有三廢物質(zhì)產(chǎn)生，避免污染環(huán)境，有利于清潔化生產(chǎn)。3.7 安全性好，無溶劑復(fù)合安全性好，可將

9、火災(zāi)和爆炸隱患降至最低，工廠廠區(qū)及生產(chǎn)車間不需特殊的防火、防爆措施。綜上所述，無溶劑復(fù)合加工成本較之干法復(fù)合明顯降低，同時生產(chǎn)效率得到提高，對食品包裝無污染，這對于提高企業(yè)的市場競爭力十分有利。4無溶劑復(fù)合用膠粘劑的發(fā)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(fā)出多種實用產(chǎn)品，能夠滿足食品包裝復(fù)合膜材料的各種性能要求。該系列膠粘劑的發(fā)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，可以分為聚醍聚氨酯聚異氟酸酯和聚酯聚氨酯聚異氟酸酯，它依靠空氣中的水份和被涂敷薄膜附著的水與之反應(yīng)而固化，水份容易供給不足而造成固化不良，同時，固化時產(chǎn)生的CO2容易生成氣泡。（2）

10、第二代為無溶劑雙組分聚氨酯膠粘齊心依靠雙組分均勻混合后相互反應(yīng)形成大分子而達到交聯(lián)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(chǔ)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(jié)構(gòu)的復(fù)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(fù)合基材無限制的優(yōu)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齊山由于復(fù)膜機的不斷提速致使通用膠粘劑的固化速度難以適應(yīng)，因此紫外線固化膠粘劑應(yīng)運而生。目前應(yīng)用的陽離子固化類

11、產(chǎn)品，主要是酸催化的環(huán)氧體系，在紫外線的照射下，膠粘劑的光引發(fā)劑分解，引發(fā)環(huán)氧嵌段聚合，得到環(huán)氧樹脂的三維交聯(lián)結(jié)構(gòu)。在選擇適當紫外線發(fā)生器前提下，此膠粘劑能夠快速復(fù)合聚酯薄膜，并可在幾分鐘到一小時內(nèi)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封端的聚異氟酸酯預(yù)聚體，依靠水份完成其固化過程見圖3,交聯(lián)固化后的單組分膠粘劑有彈性，耐老化，并能使復(fù)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(<100C);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

12、分無溶劑膠粘劑主要應(yīng)用于紙/塑料復(fù)合。雙組分無溶劑型聚氨酯膠粘劑由主劑和固化劑構(gòu)成。當進行復(fù)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，然后通過多輻涂布系統(tǒng)涂布到基材上。主要組分為聚醛多元醇以及經(jīng)過異鼠酸酯或者聚酯多元醇改性的聚醛多元醇預(yù)聚物。具有與溶劑型膠粘劑相似的反應(yīng)機理見圖4。低分子量聚醒多元醇一般為聚丙二醇、聚氧化丙烯三醇、四氫吠喃一氧化丙烯共聚醛三醇、聚四氫吠喃等及其混合物。異氟酸酯一般選用液態(tài)直鏈六亞甲基二異氟酸酯(HDI)或異佛爾酮二異氟酸酯(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(huán)燃多元醇和芳香族多元醇。目前，無溶劑膠粘劑一般多采用

13、聚酯聚醛混合使用。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，而聚醒類型在粘接性能、耐高溫等性能方面受到限制。目前開發(fā)的第三代雙組份聚氨酯無溶劑膠粘齊IJ,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(chǎn)品，已經(jīng)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(chǎn)品；(2)基本無抗封效應(yīng)(anti-sealeffect);(3)對復(fù)合基材無限制(高爽滑劑相容性、EVA,白PE等);(4)異氟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(dǎo)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70c100C;雙組份膠粘劑涂布溫度控制在40c80c4.3無溶劑聚氨酯膠粘劑供應(yīng)商，世界上生產(chǎn)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(nèi)方面，北京市化工研究院通過產(chǎn)品引進，也開發(fā)了一些無溶劑膠粘齊I。5無溶劑復(fù)合發(fā)展趨勢與展望，經(jīng)過數(shù)十年的開發(fā)與應(yīng)用，無溶劑復(fù)合技術(shù)已經(jīng)十分成熟。使用無