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BOPA//LDPE水煮袋的制作技术
时间:2013-05-08   来源: 包装前沿   阅读:3686次

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BOPA//LDPE结构的水煮袋,大量应用于泡菜、笋子的包装。
NY//PE结构的水煮袋,其使用温度一般在80~100℃,在GB/T10004-2008国标中属于水煮级,主要物理性能技术指标见表1:
表1:主要技术指标(GB/T10004-2008
项目
指标
剥离力(水煮级)
≥2.0N/15mm
热合强度(水煮级)
≥13N/15mm(干法复合)
耐热性
指标:使用温度在80℃以上的产品经耐热试验后,应无明显变形、层间剥离、热封部位剥离等异常现象。
耐高温介质性
指标:使用温度为80℃以上的产品经耐高温介质试验后,应无分层、破损、袋内外无明显变形,剥离力、拉断力、断裂标称应变和热合强度下降率应≤30%。
拉断力、断裂标称应变、直角撕裂力、抗摆锤冲击能、氧气透过量、水蒸气透过量、穿刺强度、透光率和雾度、表面电阻率。
 
 
由供需双方协商。
袋的耐压性能
无渗漏、不破裂
袋的跌落性能
不破裂
摩擦系数(内面/钢板静/动)
≤0.4
卫生指标
符合GB 9683
溶剂残留量
指标:溶剂残留总量≤5.0,其中苯类不检出。
特定化学物质
Pb+Cd+Hg+CrⅥ≤80mg/kg
另外,BOPA//LDPE结构的水煮袋还应符合QB/T 1871-93的相关技术要求。QB/T 1871-93 双向拉伸尼龙/低密度聚乙烯复合膜袋,产品主要用于抽空、换气、冷冻、低温灭菌包装和一般包装用膜及袋。其主要的物理性能技术指标见表2 :
表2:主要技术指标(QB/T 1871-93
序号
项目
指标
A类(LDPE厚度>50μ)
B类(LDPE厚度≤50μ)
1
拉断力(纵、横向),N
≥40
≥30
2
断裂伸长率(纵、横向),%
≥35
≥30
 
注,拉伸速度为100±10mm/min。
3
直角撕裂力(纵、横向),N
≥3.5
≥3.0
4
层间剥离力,N
≥2.5
≥2.0
5
封口剥离力(袋),N
≥20
≥15
6
抗摆锤冲击能,J
≥0.8
≥0.6
7
氧气透过量
cm3/m2·24h·0.1MPa
≤50
≤50
8
水蒸气透过量
g/(m2·24h)
≤12
≤15
9
耐热性
无显著变形、分层和封口开裂
10
耐寒性,%
≥60
≥60
11
耐油度,%
≤30
≤30
12
耐压性(袋)
无渗漏、无破裂
13
耐跌落性(袋)
无渗漏、无破裂
从表1、表2中可见,BOPA//LDPE水煮袋实际上有较高的技术指标要求,虽然有一定规模的软包企业都能制作水煮袋,但是质量也参差不齐,有的还会出现较多的批量性质量问题,在此本文就BOPA//LDPE水煮袋制作工艺中的关键要点进行分析。
一、材料的选择
1.BOPA薄膜的选择
①尼龙薄膜的弓形现象
BOPA薄膜可以采用管膜拉伸法生产,也可以使用平面双向拉伸法生产。各种方法的特点比较见表3。
表3 不同生产方法特点比较
比较项目
逐次
同步
管膜
生产能力
生产速度(m/min)
130~180
100~150
100~110
薄膜厚度偏差
薄膜弓形现象
(弓形效应大)
设备维护保养
从表3可见,不同方法生产的双向拉伸尼龙薄膜具有不同的弓形效应,其对薄膜的印刷套印精度及包装袋(包括煮前和水煮后的袋面外观)的平整度都有明显地影响。
如果尼龙薄膜拉伸前在厚片横向上画上方块格(如图1),拉伸后我们可以看到:拉伸前正方形的方块,拉伸后中间部位是面积放大了的正方形,而两侧却变成了菱形,并且越靠近两侧变形就越严重(如图2)。
图1 薄膜弓形现象的产生图示
检测尼龙薄膜弓形效应的具体方法是测定对角线的热收缩率。我们可以按水煮袋的实际使用条件(如100℃30min)来检测尼龙薄膜的湿热收缩率,对角线热收缩率的差值越小,表明产品的均衡性越好;差值小于1.5%,制袋时不会产生翘角。
图2 两步法与同步法薄膜的弓形现象图示
②市场供应品种
BOPA薄膜分为印刷级和复合级两种,印刷级可用于印刷、复合工艺,复合级仅推荐用于无需印刷的复合工艺。厚度一般有12μm、15μm、25μm两种规格。15μm用软包装复合膜,25μm用于冷成型铝药品包装。用于中间层复合,且用于水煮蒸煮用途时,一定要使用双面电晕薄膜。
③BOPA薄膜的关键质量要求
  1. 平整度要求高的应选择弓形效应小的同步拉伸薄膜。
  2. 薄膜的表面张力≥50mN/m,保证油墨的附着牢度。处理值也不是越大越好。
  3. 选择相对湿度适应性好的薄膜,保证套印精度。
  4. 选择热收缩率较小的薄膜品种(湿热收缩率)。
2. 热封层PE的选择
水煮袋PE不同于普通PE的地方:①更好的热封强度;②良好的夹杂物热封性;③较好的热粘强度(在水煮时不破袋);④良好的厚度均匀性→热封合质量的稳定;⑤良好的透明性,无明显水纹状;⑥无影响使用的鱼眼、杂质、晶点→外观气泡,甚至刺穿PA薄膜→阻隔性下降,或出现油类渗漏现象。
前三点质量特点主要由吹塑时PE膜各层的粒料配方决定。
3.印刷油墨的选择
尼龙膜印刷一般选用聚氨酯专用油墨:①无苯有酮系列;②无苯无酮系列。
在选择印刷油墨时注意:
①色别型号的耐性选择,如某聚氨酯油墨的F1200红、1500红、F1150红、F2610金赤、F3700橙、F4700中黄等色别的油墨在说明书中就注明了不能用于BOPA/PE结构的水煮膜印刷,某些颜色不耐水煮,在水煮沸时易出现色料渗出现象。
②金银色墨要慎用。对于金银色墨,油墨厂在说明书中都不建议用于水煮用途,但是市场上的水煮包装袋有些应用了金银色颜色,一般的做法是在应用前咨询油墨厂进行配方设计,还要注意不能大色块印刷。
③对尼龙薄膜要有好的油墨附着牢度,这样才能保证油墨部位最终的剥离强度。
4. 胶黏剂的选择
选择能耐水煮的胶黏剂,并保证复合后的交联固化程度。另外,陈胶再利用时应慎重(一般应避免使用),因为陈胶在放置过程中,胶液中的主剂与固化剂基团的有效比例已失衡,易出现胶层不干现象。
5.乙酸乙酯的质量要求
我国《工业乙酸乙酯》GB/T 3728-91中规定,优等品水份含量小于1000ppm,一等品水份含量小于2000ppm,合格品水份含量小于4000ppm。现行的乙酸乙酯国家标准代号为GB/T3728-2007,对纯度、水份含量、醇含量的技术指标见表4。
4 GB/T37282007的技术指标
项目
优等品
一等品
合格品
乙酯的纯度/%,≥
99.7
99.5
99.0
乙醇的含量/%,≤
0.10
0.20
0.50
水份的含量/%,≤
0.05
0.10
乙酸乙酯中的水份及醇类(不仅是乙醇,甲醇、异丙醇的含量也应控制)会与胶水中的固化剂反应,从而消耗固化剂,造成胶层不干现象,这也是水煮袋胶层起皱的主要原因之一。
二、凹版印刷工艺
1.具体油墨型号的选择
按工艺指定的油墨型号进行生产,如前面介绍的有些色别的油墨是不适合用于BOPA//PE印刷。
2.旧墨再利用时需添加50%以上的新墨,变质油墨不得使用。
3.必要时可在白墨中添加一定比例的固化剂。白墨中加入一定比例的固化剂的目的有两个:一是提高油墨的耐热性;二是抵消油墨中树脂基团对固化剂的消耗,避免夏季胶层固化不完全现象。
加入方法:先用溶剂稀释后再缓慢地边搅拌边加入油墨中,直至混合均匀。
错误方法:直接加固化剂倒入油墨中,或加入墨盘中,这样会混合不均匀,反而起不到添加固化剂的效果。
另外,还要注意时效性:加入时效性一般为12h,隔夜的油墨固化剂已失效,再用时应补加一定量的固化剂。
4.尼龙膜的防潮管理
尼龙吸潮,则印刷时容易出现荷叶边、荡边、条纹、上色不易、套色不准等现象。
印刷时最好能控制生产车间的温湿度,当生产车间的湿度超过80%时,尼龙膜容易吸湿潮涨,丛而引起一系列的印刷产品质量问题。
具体要注意以下几方面问题:①使用前不要过早打开包装。②尽量一次用完,剩下的余膜用阻隔性好的材料包好。③印刷时第一色组不上版辊,进行预干燥。④保证生产车间合理的温度(25℃±2℃)和湿度(≤80%RH)。⑤印刷好的尼龙薄膜应用防潮薄膜包装好。
三、干法复合工艺
1.上胶量的选择
标准上胶量范围:2.8~3.2gsm,过大的上胶量对剥离强度没有意义,反而增加干燥负荷。对于干燥能力不足的复合设备,反而增加煮后脱层、破袋的机率。
    在检测上胶量时,要特别注意尼龙薄膜经烘道前后因含水量的变化,影响上胶量检测的准确性!
我们在生产水煮袋时,不能只看上胶量,还要关注胶粘剂涂布的微观均匀性。以下是两种网线辊的表面外观图,网线辊的参数会直接影响胶黏剂涂布的微观均匀性。
A:网线辊图例(挤压辊)
图3挤压辊表面外观
网点间距0.25504mm,网线数25.4/0.255.04=99.59L
网墙宽度:55.32、60.49、59.04、55.06、70.30、67.58、64.46、59.44、60.38、51.47μ,平均55.374μ
网墙宽度/网穴=55.374/255.04=21.7%
网墙占版面的面积比:38.7%。
B:网线辊图例(电雕辊)
图4 挤压辊表面外观
网点间距0.2274mm,网线数25.4/0.2274=111.69L
网墙宽度:平均22.647μ
网墙宽度/网穴=22.647/227.4=9.956% ,网墙宽度非常均匀。
网墙占版面的面积比:18.92%。
网点有通沟存在有利于转移,网穴内壁光洁不吸附胶,转移及流平性均较好。
我们从A、B网线辊的网墙宽度/网穴的比例及网墙占版面的面积比数值可知,辊B的胶粘剂涂布均匀性明显好于辊A,在使用挤压涂布辊时,应控制好网墙的宽度。
2.乙酸乙酯的水份要求
GB/T3728-2007对乙酸乙酯的水份含量及乙醇含量都有明确要求,乙酸乙酯的质量不合格(如水份含量及醇类超标)常导致图7、图8中的质量事故发生。
表5是某软包装厂的乙酸乙酯含水量检测数据,图5为其直观图示,在20个批次的进货检验中有4个批次超过500PPM(优等品),其中一个不合格,而且该批为桶装(经销商分装)溶剂,其他批次为槽罐车溶剂。大多数小型软包装企业购买的都是桶装溶剂,乙酸乙酯中的水份含量指标极可能超出合格品的要求。
表5:乙酸乙酯含水量检测数据为:PPM
图5 乙酸乙酯含水量检测数据(柱图)
乙酸乙酯中的醇类含量往往未引起大多数软包装企业的重视,图6是某批次乙酸乙酯中的醇类含量检测的色谱图,表6是一软包装企业的乙酯检测数据(桶装溶剂)。
图6 乙酸乙酯中醇类检测色谱图
表6:2010年一软包装企业的乙酯检测数据(桶装溶剂)
批次
乙醇含量/%
异丙醇含量/%
乙酸乙酯含量/%
 
1
0.0668
99.9327
2
0.5349
99.6977
 
3
0.2795
99.4650
 
4
0.2856
99.6948
5
0.2295
99.7705
 
6
0.1777
0.0154
99.6761
7
0.2180
99.5954
8
0.2181
99.6525
9
0.1847
0.0114
99.7560
10
0.2188
0.0105
99.7588
11
0.2265
0.0113
99.7363
 
12
0.3563
0.0119
99.6318
13
0.2879
99.7121
14
0.4566
0.0110
99.2232
表中的乙醇含量按GB3728-2007,14个批次中仅一个优等品,2个一等品,整体质量较差。
3.保证胶黏剂的干燥充分
我们通常只关注复合的上胶量,实际上干燥不充分往往是造成胶黏剂固化不完全(胶层耐热性不足)、包装袋水煮时脱层、起皱质量现象的最直接原因。配好的胶液中存在少量的水分及醇类杂质,良好的干燥性可使涂胶层中的水分等杂质尽量挥发,减少对胶层中固化剂比例的消耗量。干法复合时为保证胶黏剂充分干燥,要注意几下几点:
    (1)设备本身的干燥性能,如设备的进排风量、烘箱长度。
    (2))干燥温度的设定。
     ①第一区干燥温度的设定。第一区干燥介质的乙酯浓度最高,所以第一区干燥温度设定不能太高(一般不能高于65℃)。因为温度过高,胶层表面的溶剂快速挥发而结皮反而抑制了内层溶剂在后几区干燥段的逸出。
②干燥温度梯度设定。烘箱温度应按梯度逐渐升高的规律设定,目的是加速硬化区和排除异味区胶层溶剂的扩散挥发,减少薄膜内的溶剂残留。
(3)进排风量的调节。
①在干燥过程的蒸发区进排风量阀门应开到最大,且关闭回风阀门。
②而在干燥的硬化区和排除异味区可适当增加回风量,可节省部分能耗。
4.环境温湿度的影响
夏季的高温高湿季节是双组份聚氨酯胶黏剂干法复合胶层不干质量事故的多发时段,据某胶黏剂厂介绍,在夏季接到的质量反馈中95%与胶层不干有关。高温高湿的环境下,空气中的含水量很高,极易通过乙酸乙酸的挥发从而进入胶盘中消耗固化剂,使胶黏剂主剂与固化剂的配比失衡,导致复合固化后胶层交联固化不完全,在水煮时出现脱层起皱现象。
没有条件控制车间温湿度的软包装企业,在夏季高温高湿季节应注意以下几点:
①通过检测环境温湿度及胶盘、溶剂桶上方的温度,避免“露点”现象发生,一旦出现“露点”即意味着空气中的水分大量进入胶盘中,极易出现胶层不干现象。
②水煮袋在生产安排时尽量避开高湿度时段进行复合加工。
③复合用的乙酸乙酯桶、胶水循环桶应加盖密封,如采用半封闭的胶盘则可进一步减少环境湿度的影响。
5.熟化工艺要求
一般熟化条件:温度50~55℃,48h。
另外,还要关注整个膜卷熟化的均匀度:①显示温度与膜卷附近的实际是否一致(膜卷上下左右的实际温度);②膜卷附近的空气是否能实现有效对流;③收卷表面温度对熟化的影响:传热有一定过程,卷芯复合膜的熟化条件是否达到要求?(这可能是造成质量不稳定的一个主要因素。)
四、制袋工艺
水煮袋热封合强度要好,更关键的是要求整批质量稳定,如:①无局部封合不良的现象;②整批无个别封合不良的现象。
制作水煮包装袋时要注意以下几点:
①在保证封合外观的情况下,设定稍高的热封合温度,避免因复合膜厚度偏差引起的热合质量不稳定的现象。
    ②正常生产时封边要保证三次有效热封次数。停机后再开机时,可能出现热压了一次或二次的部位在再次开机时表面已冷却(第一次热压时只能起到预热的作用),实际的有效热封次数只有二次,因而也需要设定较高的热合温度(热压两次就能热合良好),避免停机后再开机时出现数量极少的封合不良现象。
③水煮袋多数都是液体包装,对包装袋的耐跌落性能要求较高,制袋时避免热封合边的根切现象,特别是热封刀边缘不能太锋利,应适当倒角或打磨。
五、检测要求
1.取样的代表性
①首样确认时,一次连续取样的数量应覆盖所有封刀的长度,才能有效避免局部封合不良的现象漏检。
②取样是在调试正常后取样,调整热合温度、压力、机速,更换膜卷后应重新确认。
2.热合强度检测判定方法的有效性
①正确方法是将袋子的热合边剪成20~30mm的窄条后,沿垂直于封合线的方向撕,不能用竹片靠的方式。
②封合边内侧不应有2mm以上宽度能撕开的现象。否则,上机测试时强度合格,但热封合层并没有完全整合在一起,导致水煮时的封合强度下降较多而出现水煮破袋现象。水煮后袋子是从封合边上两内层PE的界面脱开时,就属于热封合边不牢的问题。
3.水煮试验要点
(1)取样方法
①水煮包装袋试机正常后,由检验人员在试机袋中纵出每排随机连续抽取数个样袋(取样数量要求覆盖纵出封刀长度)盛水封装后进行煮沸试验。
②一出二以上的袋子抽样时,应用记号笔对出袋及左右方向进行明显标识以便准确判断热合不牢所在封刀位置。
③正常生产工艺条件发生明显改变时,如机速、温度调整等,必须重新抽样进行水煮试验。
④每一班次交接班后,应重新取样进行水煮性能测试。
⑤对过程中发现的不合格品,及时隔离处理。
(2)试验条件
①在包装袋中装入1/3----1/2容量的水,封口时尽量排气。若封入空气过多,则容易导致误判。煮沸试验时加盖,以略增加袋内的压力。
②煮沸时间按客户的使用条件为准,或按相关检测标准进行。
(3)试验合格标准
①袋面无整体或局部起皱、脱层现象;煮沸后手感检测剥离强度。
②印刷油墨无变色或渗色现象;
③无漏袋破包现象;封合边无明显跑边现象(跑边宽度控制在2mm以内)。
六、常见的质量现象解析
1. BOPA//PE袋外观起皱现象
(1)水煮前起皱
现象:A:起皱部位,剥开时呈现出明显的粘性;B:起皱均只出现在有油墨的地方(空白部位良好)。
图7 复合膜外观(水煮前)
(2)水煮后起皱
现象:水煮前袋子的外观良好,但是经过水煮之后,在有油墨的部位出现了起皱脱层现象。
图8 复合膜外观(水煮后)
(3)为什么相同的上胶量,相同的干燥条件,空白处没问题,而只在油墨部位出现起皱现象?
原因如下:
①油墨部分的干燥负荷要高于光膜部分
表7 油墨对干法复合时干燥性能的影响
复合结构
下机乙酸乙酸残留量,mg/m2
消光OPP//PE,[醇水白墨]
90%印刷面积的OPP膜涂胶
21.7、17.5
VMPET//PE,
VMPET光膜涂胶
0.312、0.5636
从表7中的对比数据可以看出:油墨地方的乙酸乙酯更容易残留于薄膜内,同样道理胶水中的微量水分及醇类成分也更易残留于经干燥后的胶层中,与固化剂发生化学反应,影响主剂与固化剂的反应比例。
②与聚氨酯树酯的特性有关
油墨中聚氨酯树脂本身也是-0H封端,也能与聚氨酯胶粘剂固化剂起反应。另外,印刷膜中的醇类残留量(一般是异丙醇),也会消耗胶水中的固化剂。
有些软包装企业,将尼龙膜用防潮膜包装好后在40℃左右放置一天后再复合,这样可进一步提高油墨的附着牢度,提高油墨部位质量的稳定性。
(4)一般对策
图7、图8的脱层起皱的本质是胶层不干。当复合胶层中的固化剂被消耗至临界状态时,即出现了固化不完全现象。一般对策如下:
①选择干燥能力好的设备和注意调节好复合设备的干燥状态。
②白墨铺底印刷时可添加一定量的固化剂。例如3300NT型油墨作二液型使用时,在铺底白墨中加入3%~4%的R(901)硬化剂,加入硬化剂的油墨可连续使用72h以上。当旧墨再次使用时,再次添加2%~3%的硬化剂,并添加一半以上的新墨。
③胶黏剂配制时,加多20%的固化剂,保证油墨部分的交联度。
④配胶用的乙酸乙酯的水份及醇类含量要合格,空气中的相对湿度不能超过75%,不要利用隔夜余胶。
2.BOPA//PE水煮笋袋水煮后破袋现象
(1)现象:某1.5KG水煮笋袋破袋现象,而检测的数据全合格;其它三边(封边内侧边缘无油墨)完好,仅在封边内侧有油墨的一边出现破袋现象;破袋处的油墨已出现转移现象。
图9 水煮袋破袋的外观图
该产品的检测数据如下:
热封强度:项封55.5N/15mm
              边封44.6N/15mm
    剥离强度:3.55N/15mm
    拉断力:纵54.3N/15mm
            横54.9N/15mm
    伸长率:纵131.65%
            横219.3%
可见:常温下检测的剥离强度、热合强度并不能完全代表在水煮条件下的性能。
(2)复合膜的界面模型分析
图10 BOPA//PE复合膜的界面模型
空白处包含三个界面层,油墨处包含五个界面层,为什么水煮破袋总出现在封刀上有油墨的地方?
油墨与基材的附着力主要是分子间的吸附作用力,而胶黏剂与油墨表面的粘合是化学键的作用,其结合强度远大于油墨在基材表面的附着力,因而会出现油墨层转移的现象。同时分子间的吸附力在水煮条件下的衰减程度远高于化学键作用力,最后的结果是强度本身就不高而且水煮时衰减幅度高,导致在水煮条件下对热合强度补强作用有限,因而水煮破袋现象总出现于封边上有油墨存在的地方。
可见,水煮袋封边内侧存在油墨的部位往往是整个包装袋耐水煮性能最薄弱的环节,只有油墨中添加固化剂后才能达到空白部位胶黏剂的粘合强度水平。
(3)水煮破袋的原因分析
根本原因:袋内的压力高于袋外。
袋内压力的来源:①在室温加热到98℃的过程中,液体水本身要膨胀,袋内空气要膨胀;装入水比例高的,压力高。②产生的水蒸气会导致膨胀[水煮时是否加盖有明显的影响]。
袋子的爆破是这种热状态下封口部位高分子材料产生蠕变现象,不足以支持袋内压力导致的,这种强度我们称为热爆破强度。
(4)有效对策
①图案设计时尽量避免封边内侧上的油墨设计,这将形成封边位置上抗破袋能力最薄弱的环节。
    ②封边内侧上油墨时,其铺底白墨中应添加固化剂印刷,目的主要不是提高其耐蒸煮性,而是消除油墨树脂中-OH基团与胶黏剂中-NCO基团的反应而消耗胶层中的固化剂,避免固化不完全的现象。
③选用耐水煮级的胶黏剂,避免水煮时剥离强度的水解衰减度,从而保持较高的耐破袋封合强度。
④保证胶黏剂的交联反应度,避免固化不完全的现象。因为当出现轻微的固化不完全时,会表现出常温下剥离强度很好,但一旦水煮,则耐热强度很差。
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