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生产环境温湿度变化对印刷、复合质量的影响
时间:2015-07-30   来源: 包装前沿   阅读:4800次

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所谓季节气候变化就是环境湿度、温度两大指标的变化。一般来说,在春夏两季尤其是梅雨时节,空气中的相对湿度较大,甚至可达到饱和。而秋冬两季则空气干燥、湿度小;就气温而言,夏季比冬季高出许多,两者之间最大可相差将近30~40℃(南、北方温差)。
对于这些差异如不注意,很可能在印刷、复合时会产生以下问题:粘合剂经常固化不彻底、干不透、残留黏性大,严重的甚至会出现脱层现象,特别是尼龙薄膜吸潮性较大,更容易产生这种现象。
尼龙膜虽然是极性材料,在生产过程中也有经过分子结晶这个过程,但并非所有聚酰胺中的分子都能结晶,还有一部分非结晶的酰胺基极性基团,这些酰胺基可以与水分子配位,导致尼龙薄膜表面极易吸入极性很强的水分子,使尼龙膜吸潮变软,拉伸力减弱,生产时造成张力不稳,有时在薄膜表面形成一层薄薄的水膜,阻隔油墨和胶粘剂对薄膜的附着,从而影响产品质量。如使印品起皱、翘边、袋口卷曲、套印不准、制袋错位、复合起泡、起斑点、晶点和白点、异味增多、膜面粘连、打码困难等。严重时还会引发复合剥离强度下降或高温蒸煮过程中破袋现象增多、复合膜手感发硬、发脆现象增多等。这些都是尼龙膜吸潮以后产生的缺点而造成的质量故障。
而尼龙膜一旦吸潮,其物性指标发生变化就会变软起皱,对于高速运转的无溶剂复合来说,吸潮起皱是一个难解的课题。其次,尼龙膜的厚薄均衡性、膜面光洁度,热收缩率纵、横向差值,表面润湿张力、添加剂量及遇热上浮等性能都可能影响无溶剂复合的产品质量。
因此,在天气变化或潮湿多雨的季节,对于尼龙膜的生产和使用就要特别注意,以保证产品质量不受影响。
一、严格控制生产环境的温湿度变化
由于尼龙膜的吸潮性以及吸潮后所引起的一系列不良后果,因此尼龙膜的使用环境和存放环境十分重要。
尼龙膜一般应存放在23℃、±3℃左右,干湿度差在60%RH±5%RH范围内比较理想,尼龙膜不能直接放置于地板、露天,以免吸湿受潮。而生产环境的干湿差一般不超过75%RH,若达80%RH应停止生产(特别是复合生产)以免产生不良后果。若赶任务一定要投产,可在生产场地加放排风扇和除湿机,加强室内空气流通,使生产环境湿度降至70%RH以下再生产。总之,在湿度超过70%RH时一定慎重使用,在气温偏低或湿度偏大时使用,一定要开启印刷和复合机的预热设备,先将尼龙膜预热,烘干附于尼龙膜表面的水分,以利于印刷、复合生产的顺利进行。在冬春之交季节,由于温度变化较大,在使用混合溶剂时要注意随气温的变化进行有效调整,防止溶剂挥发太快或残留溶剂太多产生的质量事故。车间环境控制可保持湿度在50%~60%RH,夏季温度在20~22℃最佳,这是因为印刷车间在生产过程中会产生大量的热能释放,控制好温、湿度是保证印刷质量的首要条件。
在干式和无溶剂复合工艺中,不同型号的双组份聚氨酯粘合剂对水和醇类的敏感度都不一样。超出范围就有可能造成不干的现象。敏感度超出范围越多,柔韧性就越差,复合后的产品有时会发硬、发脆。因此,会严重影响复合效果,这是因为无溶剂聚氨酯胶粘剂中含有NCO基团,可以和活性氢原子反应,这些反应会消耗异氰酸酯,使之参与胶液反应量减少,同时又放出CO2,使胶层含有气泡,对于复合极为不利,也会造成表面不干或粘合强度下降。
对尼龙膜、玻璃纸等吸潮性很强的材料,印刷后残留溶剂及空气中湿度要严加管理控制。在尼龙膜家族中,PA6膜的吸水率最大,饱和吸水率可达9%左右,双向拉伸尼龙薄膜受潮吸湿后除起皱外,还会横向伸长、纵向缩短,并且随湿度升高而伸长率变大,伸长率最大可达1.5%。如湿度在75%RH,横向伸长0.37%左右,而纵向为-0.28%;若湿度升至85%RH,则横向伸长0.5%,纵向-0.38%。尼龙膜吸潮后其应力--应变曲线变化显著。尼龙膜吸潮后,并不会对电晕效果产生较大影响,但会对油墨和胶粘剂的附着力产生较大影响。一般尼龙膜含水率超3%时,不但会影响油墨和胶粘剂的附着力,同时还会使薄膜手感发硬,表面泛黄而影响外观。因此对于尼龙膜的储存和使用要特别注意,以防受潮吸湿。
二、印刷中尽量少用或不用醇类溶剂
印刷尼龙薄膜有其专用的聚氨酯树脂类油墨,在使用聚氨酯树脂类油墨时注意少加或不加醇类稀释溶剂。因为聚氨酯树脂本身是由-OH封端的,-OH能与聚氨酯胶粘剂的固化剂中的异氰酸酯基-NCO发生反应,使固化剂参与胶粘剂主剂反应的量减少,影响粘合强度。如若一定要加入醇类稀释溶剂,也应尽量控制在5%以内,(注意检查所用溶剂的纯度)。并在印刷过程中将溶剂残留量降至最小限度(一般总量>3mg/m2)。
在采用无溶剂复合工艺时,应在印刷工序将残留溶剂清除干净,因无溶剂复合没使用溶剂,也就不存在溶剂残留问题。无溶剂复合无法降低由于印刷造成的残留溶剂,因此对印刷残留溶剂的控制提出了更高的要求。无溶剂复合胶不含有机溶剂,不会增加残留溶剂,但同时也不会降低由于印刷而带来的溶剂残留。只有将印刷残留溶剂尽量减少,才能真正杜绝最终成品的异味。
用于水性油墨印刷的薄膜在印前最好随机进行电晕处理,以保证油墨对薄膜的附着力。在印刷有白墨打底的印件时,最好在白墨中加入少量的通用型固化剂以提高复合牢度。(根据油墨厂家按要求加入量使用)。印后应尽快进行复合生产,剩余材料可用含有铝箔的包装膜包装好,以防空气中水蒸汽侵入受潮,剩膜应放置于干燥通风处,再用时最好提前2~3小时放置于熟化室,以烘干尼龙膜表面水蒸汽,使材料免于受潮而影响产品质量。
三、选择质量高的油墨,以防色迁移和色渗透
潮湿季节或高温高湿的天气中使用BOPA薄膜,应防止塑料凹印中出现的色迁移和色渗透。色迁移和色渗透主要是由于墨层中颜料的小分子在一定的湿度和温度下做剧烈的布朗运动,从而脱离靠微弱的分子间力形成的晶格而跟随其它有机分子一起做迁移运动,散布颜色。在高湿高温的环境中,色颜料如青莲色、桃红色等很容易产生色迁移,特别是印刷好的成品,堆放一定要注意。
温度越高,湿度越大,水分子就越多,颜色料晶体的分解受水的作用就越严重,色渗透也就越容易产生。而对于单偶氮颜料来说,由于分子量小,所以比较容易发生迁移;对于双偶氮颜料及缩合偶氮颜料如联苯胺黄、颜料红44等材料,由于大大提高了分子量,所以不易发生迁移。杂环颜料如永固紫,由于分子量大,化学性质稳定,因而也不容易发生迁移。
色渗透发生机理比色迁移复杂,除与颜料本身的特性,如分子量、受水作用影响程度有关外,还与薄膜的特性有关。色渗透主要是在一定的温度环境下发生,印刷有墨膜的塑料薄膜聚合物中高分子剧烈运动,形成有间隙的孔隙。当温度升高时,其孔隙扩张变大,而在此时,颜料分子也作剧烈的布朗运动,扩散到塑料薄膜高分子形成的孔隙,形成色渗透。塑料薄膜高分子间形成的孔隙越大,颜料分子越容易穿过渗透,形成的色迁移越严重。
色移与色渗透发生的原因一般是墨层中的颜料、温度、湿度、薄膜本身特性等方面共同作用的结果。对于尼龙膜、非线型聚乙烯等薄膜,由于是无定型态,结晶程度低,分子间隙大,在高温高湿环境下易发生色渗透现象。
静电也会造成色迁移的发生。墨层中颜料分子既然能够克服内部分子间的作用力而作布朗运动,一般也会克服连结料树脂分子之间的作用力,在静电的同性相斥和异性相吸作用下,冲破连结料树脂的包裹而发生迁移。如某些用凹版塑料表印油墨印制的服装袋,在与一些有特殊性纤维材料的服饰接触过程中,印刷有图案的慢慢与这些服饰材料接触摩擦,产生静电作用,墨膜中的某些颜料分子会迁移到服饰材料上,可能渗入该服饰材料的内部,粘污服饰,造成一定的经济损失。
一般尼龙膜的表面电阻非处理面在1013时,此时膜静电没影响,可以放心使用;若表面电阻在1014时,秋冬干燥季节时会静电偏大;而膜表面电阻在1015时,说明此时膜静电太大不能使用。
四、印刷时气侯转变使油墨产生粘连、堵版
春夏季节交替时,空气中的湿度比例大,裸露使用的油墨、胶黏剂因为溶剂快速挥发,会经常产生浅网堵版、油墨结粒、白化等现象,油墨吸收过多的水分,会令分子结构重组,结果产生使用性、亲和性变差,引起更多刀线,并引起色调和复合色分层。油墨、胶黏剂在经烘箱后极容易出现假干现象,深网干燥得更慢,常有反粘导辊和收卷后反粘现象。此时,印刷所使用油墨要少加勤加,以免循环时间长了使油墨吸湿变质。
干燥介质(空气)的湿度对于残留溶剂量有很大的影响,一旦空气中的水分进入油墨中,将造成溶剂的综合挥发性变差并抑制了溶剂的挥发。环境湿度增加一倍,油墨的干燥速度一般迟缓近两倍,也正是这个原因,“梅雨季节”印刷尼龙膜时最容易发生粘连故障,因此在高温高湿环境中,应尽量减慢印刷速度,减少油墨与空气接触,以保证油墨能充分干燥。
在春夏、冬春气温交替时节的时候,印刷溶剂的配方必须做相应地改变,以减少油墨堵版的现象发生。
一般做法是增加溶剂中慢干(快干)溶剂的含量;相应的,生产中的工艺、车速、排风都要相应地做出调整,保证生产中溶剂充分地挥发,若是油墨中的慢干(快干)溶剂挥发不充分,就会产生一系列的恶果:如油墨粘连反粘、复合中表不良、复合后粘合剂固化不充分等。实际生产中还要特别关注印刷图案中有浅网过度的区域,因为这一区域是最容易发生“堵版”的,特殊情况也可以在印前制版时做些工艺改变,做到“控制在前,预防在先”。其次是油墨粘度的控制。油墨粘度的稳定,关系到印刷色相的稳定,所以在夏季温度升高、溶剂挥发速度变快时,油墨循环系统的封闭对减少溶剂挥发、保证油墨粘度的稳定尤其重要。(可用3#量杯隔30min测量一次)
五、区分真溶剂和假溶剂并加以调整
在印刷油墨加入的混合溶剂中,有的溶剂可以溶解油墨中的连结料,称之为真溶剂,有的溶剂单一使用则不能溶解油墨中的连结料,称为假溶剂。由于溶剂之间挥发性不同,如果真溶剂先挥发,则油墨中溶剂的比例受到破坏就会出现油墨树脂析出沉淀等现象。所以应及时添加真溶剂,当溶剂平衡性较差时,应添加一些蒸发速度较慢的真溶剂,以保持溶剂挥发性的平衡。特别在废除使用甲笨、二甲苯等苯类溶剂后,溶剂种类增多,在传统的四大溶剂类型外增加了许多特殊溶剂。而各种类型的油墨由于油墨树脂的不同,针对使用的真溶剂也不同,一定要先搞清楚使用哪种类型的树脂油墨,才能对应使用何种真溶剂。
不同树脂对溶剂的释放性不同,每一种连结料都有自己的真溶剂、次溶剂和非(假)溶剂存在:
溶剂对氯化聚丙烯树脂的溶解性依次为:苯类>酮类>酯类>醇类。
溶剂对聚氨酯树脂的溶解性依次为:酮类>酯类>苯类。
溶剂对聚酰胺树脂的溶解性依次为:苯类>醇类>酯类>酮类。
六、溶剂的质量非常重要
必须对所使用溶剂的含水、醇量、杂质进行控制。各种溶剂的质量非常重要,如醋酸乙酯的含水量、含醇量多少完全可以影响干式复合产品的质量。国家标准GB3728--1991规定:优等品醋酸乙酯含量应达99.0%,水分含量0.1%;一等品醋酸乙酯含量应达98.5%,水分含量为0.20%以内。在干式复合中水分含量不超过0.20%才能符合要求,并且不能含醇、胺、活性氢类,否则将消耗固化剂,出现复合剥离牢度差、不干、复合脱层或起皱等现象。这是由于带-OH封端的聚氨酯主剂与带-NCO封端的聚氨酯固化剂发生反应生成较大分子量的聚氨酯而形成粘合力。因此,它们之间的配位有固定的配比,而带有-OH的醇类物质及带有-NH2的物质对复合加工的干扰性较大,不但会产生大量的不干现象,同时残留溶剂多,复合产生气泡等质量问题也会不断涌现。
为了保证在高湿天气下复合胶粘剂主剂和固化剂的匹配合理,考虑空气中湿度大的同时,在配制胶粘剂时,可适当增加5%~8%的固化剂用量,以保证胶粘剂的正常交联固化。环境温度高,湿度中的水分子难以挥发,在印刷复合时气泡增多引起产品多白花点,初粘度变差,特别是引起蒸煮袋的复合牢度质量事故。尤其要注意蒸煮袋印刷PA尼龙和复合铝箔时产生的质量问题。溶剂的品质决定溶剂的残留,因此严格控制采购溶剂质量,是保证印刷、复合残留量合格的前提保障。其次,在使用水性油墨时应特别关注油墨的附着率和残留溶剂的影响。由于水性油墨属偏碱性油墨,其pH值一般在8.0~9.0之间,所用的溶剂属软质水,千万不能使用自来水、纯净水等硬质水做稀释剂,以免引起不良质量反应。
七、由湿度大引起的凝胶和白化
由于水分带入到含有异氰酸酯基(--NCO)的粘合剂系统中,会引起凝胶和白化。这主要是因为:1摩尔的水(H2O)可以和1摩尔的含有异氰酸酯基(-NCO)的粘合剂的固化剂反应生成胺和二氧化碳R-NCO+H2O→R-NH2+CO2↑,这一步反应虽然不是很快,但比起与主剂的反应要快得多(有人做过试验快10倍以上)。由于固化剂与水反应在先,从而改变了主剂与固化剂的配比,使粘合剂不能正常固化,而与水生成的CO2气体使复合制品鼓胀,造成气泡和针孔,而与水反应产生的胺继续与1摩尔的含异氰酸酯基(-NCO)反应,生成缩二脲,R-NCO+R2--NH2--RNHCONHR↓。该产品是一种白色结晶,不溶于醋酸乙酯中而呈现胶液的白化,生成的缩二脲逐渐积累,使复合花辊堵塞而造成上胶量不足,产生废品。有的企业经常在早上复合胶液还正常使用,到下午就出现胶液混浊变白并有沉淀现象就是这个原理。因此在配制粘合剂时,应随配随用,不要放置时间过长,在配制时保证固化剂量,使其尽量往上限靠(应视实际情况增加调节5%~10%,一般不超过正常用量的10%。)一般固化剂量控制在30%以下,固化剂的比例越大,胶膜脆性和胶层内聚力也越高,而胶层的内聚力会对剥离强度产生抵消作用从而导致剥离强度较差(收缩应力会抵消一部分的剥离强度)。
八、半成品熟化工序不能小视
对于印刷复合好的半成品的熟化工作非常重要,是印刷复合质量好坏的关建。熟化目的是让胶粘剂进一步交联,若完全交联,分子排列整齐就可以提高复合牢度。另一方面可以将半成品复合膜中的残留溶剂排出以减少残留溶剂量,从而减少剥离强度不良、开口性差、有异味等问题。但使用高阻隔性材料,如PET、BOPA等材料要将残留溶剂在熟化过程中排出就较因难,一定要在印刷和复合烘干中尽量排除,以减少溶剂残留产生的不良后果。
熟化无论采用外加热或内加热,都以达到固化室内温度稳定、均匀为目的。一般可按要求时间进行熟化,如若固化时间过短,可能导致胶粘剂固化不完全,而影响剥离强度和残留异味,而固化时间过长,则可能导致薄膜开口性不良。从试验的结果看,两层或蒸煮的薄膜需要低温长时间固化。此外,熟化含有PET真空镀铝膜时,温度应控制在50℃以下,千万不可超过60℃。因为铝粉的膨胀系数比PET的膨胀系数大20倍,若温度过高,复合时易造成铝粉脱层。因此含有VMPET膜的半成品熟化温度应控制在50℃以下。
高温蒸煮袋一般需要45~55℃、72h的固化才能满足固化要求。业内有人提出二次熟化的工艺,即:将多层基材复合好后,先放于45~50℃的烘房里熟化36h,然后取出分切和制袋。再将分卷好的半成品和制袋好的成品放在70℃下保持12h(PE为内膜)或在90℃下保持3h(CPP为内膜)进行短时间的二次熟化(特殊熟化工艺),其熟化效果比一次性长时间熟化效果更好。
在有铝箔和真空镀铝的产品中也有先将复合铝箔和镀铝的半成品先熟化24h而后再复合热封层后再熟化24h,(分阶段进行复合、熟化)以减少残留溶剂量,提高复合剥离牢度。
以上方法在大批量使用前请先做好实验取得一定参数认可后再扩大使用。熟化温度和熟化时间是由所用粘合剂性能和产品最终性能要求所确定的。不同的粘合剂品种有不同的熟化温度和时间。熟化温度太低(低于20℃),粘合剂的反应极缓慢;熟化温度太高,基材膜添加剂析出,影响复合膜性能和增加异味,如熟化时间太长也会影响复合膜性能并增加异味,这主要是聚乙烯薄膜中的加工助剂析出造成的。
由于无溶剂黏合剂分子量远远小于干式复合黏合剂,所以复合产品的固化反应需要相对更长的时间,一般来讲,保证40℃48h以上的熟化条件是必要的(耐高温蒸煮袋时间更长些)。复合膜收卷后,并且在熟化过程中粘合剂依然会流动,所以,复合膜下机后最好能横向悬挂起来,也可用人工翻转,对熟化过程进行室温均匀性操作,室温偏差小于2%。为防止膜根处严重皱折,由于无溶剂胶液彻底交联时间长,在国外有的完全熟化需7~10天,因此必须严格按胶粘剂厂家要求条件进行固化。对于无溶剂复合,熟化工作更为重要,因为无溶剂复合没有初粘性,因此对于熟化时间和温度要严格控制,使复合膜得到充分熟化,特别是生产蒸煮袋,充分熟化后,复合膜在自然条件下放置24h以上再制袋,不但可以提高复合牢度,同时也可减少一级芳香胺对食品带来的污染。
九、结语
综上所述,生产环境的温度和湿度变化会大大影响我们的印刷和复合质量,各生产企业应根据自身的生产环境和设备状况、生产工艺进行相应的有效调节和安排。对生产中出现的质量问题进行仔细认真的分析、排查,找出问题的原因所在,找出最佳解决问题的方案及改进方法。

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