軟包裝用無溶劑復(fù)合技術(shù)和膠粘劑

     當(dāng)前，軟包裝zui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)zui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(dāng)重要的地位，占新增復(fù)合機(jī)設(shè)備的80%～90%。在我國，無溶劑復(fù)合技術(shù)始于20世紀(jì)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(jī)總量不超過2%），遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)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(rèn)識，進(jìn)而擴(kuò)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(diǎn)探討問題。無溶劑復(fù)合（solventfreelamination）是相對干式溶劑型復(fù)合（drylamination）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(bǔ)充的實(shí)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公司開發(fā)成功。由于其工藝的經(jīng)濟(jì)性、安全性以及在環(huán)境保護(hù)方面的優(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(qiáng)的歐美工業(yè)發(fā)達(dá)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(jìn)入21世紀(jì)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;日本自1977年引進(jìn)無溶劑復(fù)合工藝至今，至21世紀(jì)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(dá)到50%，20世紀(jì)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、Schiavi、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(jìn)展。1985年北京市化工研究院引進(jìn)*臺由DCM公司制造的無溶劑涂布復(fù)合試驗(yàn)機(jī)，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(jìn)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龣选⒑丙}業(yè)等廠家先后從意大利、法國、德國等國家引進(jìn)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(rèn)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(diǎn)，無溶劑復(fù)合機(jī)的典型構(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zui大的特點(diǎn)是通過一個特殊的涂布裝置后直接進(jìn)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(yán)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，不需要烘干;張立控制系統(tǒng)比溶劑型系統(tǒng)準(zhǔn)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(hù);（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。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(jī)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(shè)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(zhǔn)確計算的角度，以確保上膠量的和恒定。3無溶劑復(fù)合特點(diǎn)，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(hù)、生產(chǎn)安全與穩(wěn)定等方面有諸多優(yōu)勢，是一種值得倡導(dǎo)、實(shí)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，減少廢料生成。

    3.4生產(chǎn)線速度高，無溶劑復(fù)合的zui高線速度高達(dá)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(hù)成本，設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊，操作人員少，降低了人工費(fèi)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，可將火災(zāi)和爆炸隱患降至zui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(jìn)行了深入研究，開發(fā)出多種實(shí)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）*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(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）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(yīng)形成大分子而達(dá)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(jìn)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(diǎn)，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(qiáng)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(fù)膜機(jī)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(yùn)而生。目前應(yīng)用的陽離子固化類產(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(dāng)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(dá)到相當(dāng)高的粘接強(qiáng)度，使后加工過程順利進(jìn)行。

    4.2無溶劑聚氨脂膠粘劑的特點(diǎn)，單組分無溶劑膠粘劑一般為NCO封端的聚異氰酸酯預(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(qiáng)度和機(jī)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(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(dāng)進(jìn)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，然后通過多輥涂布系統(tǒng)涂布到基材上。主要組分為聚醚多元醇以及經(jīng)過異氰酸酯或者聚酯多元醇改性的聚醚多元醇預(yù)聚物。具有與溶劑型膠粘劑相似的反應(yīng)機(jī)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(tài)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(huán)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(fā)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(chǎn)品，已經(jīng)具有以下性能特點(diǎn)：（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(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(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(tuán)、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(jìn)，也開發(fā)了一些無溶劑膠粘劑。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。使用無溶劑膠粘劑復(fù)合薄膜，可以降低能耗、提高生產(chǎn)效率、改善產(chǎn)品質(zhì)量、降低綜合生產(chǎn)成本。由于不含溶劑，有利于保護(hù)環(huán)境和清潔生產(chǎn)，并保證了復(fù)合對包裝食品&藥品的無污染。近年來，隨著我國產(chǎn)品質(zhì)量和食品衛(wèi)生安全意識的增強(qiáng)，無溶劑復(fù)合越來越受到復(fù)合膜包裝行業(yè)人士的重視，國內(nèi)已有多臺無溶劑復(fù)合設(shè)備開始運(yùn)行，目前大部分軟包裝材料都可以用無溶劑膠粘劑進(jìn)行生產(chǎn)。隨著國內(nèi)對食品等包裝材料的要求日益提高和生產(chǎn)設(shè)備的不斷改進(jìn)，無溶劑復(fù)合將呈現(xiàn)蓬勃發(fā)展的局面。
來源：環(huán)球聚氨酯網(wǎng)