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纸铝塑药品包装复合膜的特点及生产应用
时间:2014-03-28   来源: 包装前沿   阅读:3745次

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   摘要:纸铝塑复合膜在药包领域应用得比较多,本文重点分析了采用凹印、无溶剂复合工艺生产的纸铝塑复合膜容易出现的质量问题,并针对纸铝热封脱层、残留溶剂超标、热封变色、异味、热封不良等问题提出了解决方案。

  一、纸铝塑复合膜的特点及主要技术指标

  纸铝塑复合膜在实际运用于医用包装粉剂、颗粒剂包装产品上比现在市场上普遍使用的塑铝塑包装具备如下优势:①纸张的机械强度高,刚性好,制袋成型后保持能力较强,提高了产品外观的挺括度;②自动包装时无需打易撕口,有良好的易撕效果;③由于纸张具备很高的机械强度,在自动包装机上进行灌装封合时,对封合时受到的剪切外力破坏有很好的抵抗作用,保护铝箔不会出现热封压穿压断现象,进一步确保了中间层铝箔的阻隔性能得到应有的保证。

  纸铝塑结构的药品包装用复合膜,在YBB20062012(草案)中属种类Ⅳ纸、铝、塑料,主要技术指标有:

  1、外观

  不得有穿孔、异物、异味、粘连、复合层间分离及明显损伤、气泡、皱纹、脏污等缺陷。复合袋的热封部位应平整、无虚封。

  2、水蒸气透过量

  试验温度38℃±0.6℃,相对湿度90%±2%,水蒸气透过量≤1.5g/(m2·24h)。

  3、氧气透过量

  热封面向氧气低压侧,试验为温度23℃±2℃,氧气透过量≤3.0cm3/(m2·24h·0.1MPa)

  4、内层与次内层剥离强度:≥2.5 N/15 mm

  5、热合强度:≥12 N/15 mm

  6、溶剂残留量

  溶剂残留总量不得过5.0mg/m2,其中苯类溶剂残留量不得检出,苯类单个溶剂的检出限均为0.01mg/m2。

  7、溶出物试验

  易氧化物:不超过1.5ml。

  不挥发物:水不挥发物残渣不超过15.0 mg;65%乙醇不挥发物残渣不超过30.0 mg;正己烷不挥发物残渣不超过30.0 mg。

  二、纸铝塑复合膜生产的关键技术

  纸铝与塑铝的结构差异,更多地表现为纸张层与塑料层的不同,对印刷、复合工艺,及使用过程产生了非常明显的影响。我们首先分析一下纸张的特点:

  ①表面具有一定粗糙度

  GB/T 10335.2规定:平滑度≥200S(一等品)。检测原理是将纸和纸板放在玻璃板上,施加特定压力产生半真空,从而吸入空气并使空气通过接触表面,测量真空度在规定范围内变化所需的时间。

  ②具有一定含水量

  GB/T 10335.2规定:交货水分为(5.5±1.0)%。

  ③对液体具有很强的吸收性

  GB/T 10335.2规定:油墨吸收性为(15~28)%。

  ④吸湿(或失水)会带来尺寸变化

  GB/T 10335.2规定:应采用防潮纸或塑料膜等防潮材料。

  ⑤纸张导热性差,不如塑料的传热性良好

  (一)印刷技术的选择

  纸张卷筒纸主要有凹印和柔印两种方式,各有特点,柔性版印刷表面粗糙的纸张优势明显,而凹印易出现实地色块发花(墨层不能完全覆盖纸张凹下去的表面),但是柔性版的加网线数目前很少能做到150L/IN,凹版印刷的加网线数多在150~170L/IN,因而凹版印刷的网纹精细度较高。另外,柔性版印刷设备在软包装生产企业的装机容量很少,绝大多数使用凹版印刷的方式来印刷纸张。

  纸张凹印需要注意以下一些方面:

  1、避免浅网点的版面设计

  由于纸张表面具有一定的粗糙度,小于30%的浅网很难正常转移(与纸张表面和粗糙程度有关),应以线条实地为主,而且需加深处理以保证足够的墨量。

  2、避免高套印精度的设计

  由于凹印热风干燥的影响,第一色印刷干燥后,纸张因失水,尺寸收缩,主要表现为横向套印不良。通常的做法是,先将纸张烘干后进行印刷,减少纸张含水量变化引起尺寸变化带来的套印问题。

  3、版辊递增量

  塑料凹版印刷时,由于塑料受热拉伸的伸长特性,制版时版径的递增量为0.03~0.05mm,而纸张印刷干燥失水,纸张尺寸是缩短的,故可不做递增。如果印刷时,各色组间料段的张力不一致,且呈增大状态,则是版径递增量过大引起的。

  4、静电吸墨装置

  为增加纸张印刷时的油墨转移效果,可使用静电吸墨装置。

  5、油墨类型的选择

  由于纸张具有很强的吸收性,使用溶剂型油墨及溶剂型光油时,溶剂成分会大量渗入到纸张纤维中被吸附,很难完全挥发出来,从而导致异味及溶剂残留超标现象。目前纸张水性油墨及水性UV光油在烟包方面的应用已非常成熟,这方面的经验值得软包装纸张凹印借鉴。

  使用溶剂型油墨及溶剂型光油时,需要充分干燥才能保证光油的耐热性,但经过干燥后纸张中的水分已大幅降低,纸张的撕裂强度降低,易出现纸层间的分离。在使用单组分无溶剂复合时,水恰好是胶黏剂的固化反应介质,纸张中含水量过少显然会影响胶黏剂的交联固化。

  (二)复合技术的选择

  在纸铝结构的复合方式上,挤出复合及无溶剂复合具有明显环保优势,而传统的干法复合只能是纸张上胶,同样因为纸张具有很强的吸收性,涂胶后溶剂被大量吸附到纸张内部,很难挥发,而且涂布量较大,可见传统干法复合在纸铝结构上具有明显缺陷。

  挤出复合是利用熔融态的树脂,通过热压合将纸张和铝箔粘结在一起,纯LDPE对铝箔的粘结性一般只有2N/15mm左右,需要使用EEA、EAA等树脂(共混或共挤复合方式)改善与铝箔的复合牢度。通常最薄的挤出层厚度也要11μ左右,成本较高,但挤出PE层柔软性好,热压封合时对铝箔起到了保护作用,不易被压穿压断。

  无溶剂复合是相对经济环保的复合方式,操作中要注意以下方面:

  1、胶黏剂种类的选择

  无溶剂胶分为单组分和双组分。单组分需要水分进行交联固化,纸张中的水份正好是单组分无溶剂胶的固化反应介质,而且单组分胶的分子量较大,涂布冷却后的粘度也较大,相对于双组分无溶剂胶不易被纸张过度吸收而出现缺胶现象,单组分更适用于纸铝结构的无溶剂复合。

  双组分胶的粘度较低,复合后更易被纸张表面的毛细孔吸收而出现表面缺胶,而且纸张中的水分会消耗其中固化剂,是产生胶层不干的因素之一。故在纸铝无溶剂复合中都使用单组分无溶剂胶。

  2、涂胶膜的选择

  纸张涂胶时,由于纸张的纤维毛细孔会吸收较多的液态胶液,严重时会出现表面缺胶脱层现象。通常为弥补被纸张吸收掉的胶量,就要加大涂布量,有时需要达到4gsm以上。

  铝箔涂胶时,由于铝箔的厚度多为7μ,放卷、过辊易起皱,对设备的机械精度、张力调节及操作技能都要求更高。由于铝箔涂胶可减少纸张对胶液的吸收量,可相应减少涂布量,如2.0gsm即可。

  3、涂布量的选择

  涂布量不是越大越好,贴合后保留在纸张表面与铝箔界面间的胶层厚度才是有效的涂布量,被吸入到纸张中的胶液对复合牢度没有贡献,而且经过印刷烘干后纸张中的水分也是有限的,涂布量越高,其交联固化也需要更多的游离水分。印刷时的干燥温度高达80℃以上,纸张中的游离水分基本挥发掉了,而熟化过程中交联最薄弱的环节是与铝箔接触的胶黏剂分子,如果涂布量偏大、纸张中水分又很少,那么熟化时,能穿透过胶层到达与铝箔界面参与反应的游离水分子则更少了,最终出现交联固化不完全(延长固化时间也没改善),耐热性差,热封脱层现象。

  4、无溶剂复合操作中应注意的细节

  ①纸张涂胶时,不能用重量差法检测涂布量,因为纸张自身的克重偏差过大,导致测量误差。

  ②纸铝复合时,复合辊的温度应低,以减少胶层的流动性,也就减少了纸张对胶液的吸收量。

  ③进入贮胶桶中的空气应经过干燥过滤。

  ④环境相对湿度应小于65%RH。单组分胶涂布温度在80℃以上,与空气中水分的反应活性较高。

  ⑤纸铝复合后,如是在干法复合机上复合内层,则需纸铝层完全固化后再进行。

  5、内层的复合工艺

  内层一般复合PE热封材料,可选用单组分或双组分无溶剂胶,由于铝箔与PE表面的吸附水分很少,用单组分无溶剂胶应适当进行加湿处理。

  综上所述,对纸铝结构的无溶剂复合,使用单组分无溶剂胶、采用铝箔涂胶的方式、涂布量2.0gsm,是理想的工艺条件。

  三、纸铝塑复合膜的常见问题分析

  不同的加工方式有不同的故障表现形式,下面我们主要分析采用凹印、无溶剂复合加工方式时,纸铝塑复合膜常见的质量问题:

  1、纸铝热封脱层现象

  在YBB纸铝塑复合膜标准中没有规定纸铝塑复合膜中纸铝层的复合强度指标,通常我们将纸张层剥离开来,观察纸张纤维的转移情况,如果有一层纸张纤维留在铝箔面,说明常温下的复合强度良好。

  纸铝脱层现象具有多种表现形式,其机理也不同。纸铝塑热封时,由于纸张的传热性较差,需要设定较高的热封温度,有时热度高达200℃以上,对胶层的耐热性都是较大的考验。另外,纸张在200℃以上的热量作用下,纸张会失水产生一定收缩应力,加剧热封脱层现象。

  1)脱层只出现在热封合部位,没有热合的部位强度良好

  热封刀的热量导致粘接牢度劣化,一般是从胶黏剂层内部脱层分开的,我们可以借助PU染色剂进行分析,主要因素:

  ①胶黏剂自身的耐热性不够。对策:需选用适当的胶黏剂型号。

  ②胶黏剂的交联固化不充分。产生效联固化不充分的因素有:熟化的温度、时间不够,纸张中的游离水分过少。对策:延长熟化时间;对纸张适当加湿。

  2)热合部位和非热合部位的复合强度均较差

  留在纸张表面与铝箔界面间的胶水量太少,可能因素:纸张吸收性过强,涂布量偏低。对策:使用铝箔涂胶方式,减少纸张对胶液的吸收性;适当增加涂布量。

  3)纸张层间分层

  纸张纤维层间的结合强度低,在热封剪切力(圆压圆的热封方式表现最明显)的作用下分层,与纸张本身的含水量及其内聚强度有一定关系。另外,要调整好热封滚轮间的间隙,避免产生过大的剪切应力。

  2、残留溶剂

  YBB标准对溶剂残留的限量为5.0mg/m2,但是纸张具有很强的吸收性,若使用溶剂型油墨及溶剂型光油时,溶剂成分不可避免地大量渗入到纸张内部,难以再挥发干燥,最终溶剂残留超标,这是溶剂型油墨印刷纸张出现的工艺性缺陷。根本的解决方法是使用水性油墨和水性光油。

  3、热封变色

  主要是油墨及光油的耐热性能不足,或光油的干燥不充分导致的。

  4、异味

  除了印刷时残留的溶剂会产生异味外,纸张中的成分也可能导致异味,检测方法是将原纸封入密闭的玻璃瓶中烘烤后,感官检测是否有明显异常气味,或抽取其中的气体进行色谱分析,如果基线上出现很多不明小杂峰,则说明纸张中存在较多的可挥发性物质,会产生异味。

  5、热封不良

  由于纸张的传热性较差,热封时需要很高的热封刀温度,而且纸张越厚,影响越明显,因此PE层材料应尽量选用低温热封型材料。

  纸铝复合膜在使用过程出现热封脱层、变色、热封不良现象,很显然与材料结构设计有关,如果能降低操作时的热封刀温度,则能有效降低出现质量事故的机率,可以通过以下方式降低热封刀所需的温度:控制纸张的厚度,纸张克重不宜过大;内层选用超低温热封材料。

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