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探讨:为什么有些无溶剂复合的产品热封温度要高一些?(大家谈· 89)
时间:2021-11-19   来源: 互联网   阅读:634次

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策划:《包装前沿》编辑部

主讲:科意亚太有限公司销售总监  王志伟

随着无溶剂复合工艺逐渐得到普遍应用,行业对工艺的探索也越来越细腻。比如无溶剂复合的产品,有时需要提高热封温度才能顺利热封。这个现象就引起了很多企业的关注,到底是什么原因引发的这个问题,有很多不一样的观点。

万华化学叶桂香女士、易得邦周贺先生、康达金振鑫先生都表示就这个问题做相关测试,今天我们邀请了科意亚太有限公司销售总监王志伟先生来分享他的观点:基于他所做测试得出的结论,王总也表示不一定正确,所以欢迎提出不同的意见,欢迎反驳!

大家群策群力,共同来把这个问题探讨清楚!


第89谈    无溶剂复合对热封温度的影响

主讲嘉宾

科意亚太有限公司销售总监  王志伟

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在生产实践中,有一些客户会感觉无溶剂复合的产品经常影响热封温度。我们常用的热封材料有PE和CPP,出现热封温度受影响的情况在PE结构上更常见。对此,我个人也有一些可能不成熟的想法,所以主要以PE结构为实验对象做了一些测试,现将测试过程及结论与同行分享,欢迎指正。



一、测试过程及成分分析


热封三要素为温度、压力热封时间

我们发现,有时候在同等条件下,即压力、热封时间(制袋速度)都一样的情况下,用无溶剂复合生产的产品热封温度相比溶剂型干法复合产品会上升,甚至有时会上升15~20℃。但这不是所有的无溶剂复合产品都会这样,而是概率性事件,并且和季节也有一定关联性。

为了寻找原因,我们做一个平行对比试验:

1、试验材料

有热封温度升高的问题复合膜若干;

相同结构和厚度的干复样品;

相同结构和厚度正常的无溶剂复合样品。

2、试验器材

棉签,乙酯和酒精,单面刀片,傅里叶红外谱图仪, 拉力仪,热封仪,高倍电子显微镜等。

3、试验方法与过程

(1)在有问题的复合膜相同位置同时取三组样膜,宽度为15mm,每组编号对应为一号、二号、三号。

(2)同样大小的干复样品标为四号,正常的无溶剂复合样品标为五号。

(3)每个样品先用棉签擦拭,再用单面刀片轻刮。

(4)一号样品保持原样,二号样品用棉签沾乙酯充分擦拭热封区域,三号样品用酒精充分擦拭热封区域。

(5)根据样膜厚度设定热封仪参数,420N,0.1s,温度从120℃开始每5℃为一个跨度,对五组样品同时热封。

(6)用拉力仪测试每个样品的热封强度数据,并做数据表格记录。

(7)用2500倍电子显微镜观察每个热封端面。

(8)用傅立叶红外测试三组样品热封面取样打谱图后对谱图进行分析。(由于某种原因,对数据不做呈现,只描述试验过程与方法。)

4、试验结果

热封温度升高的样品,表面比其他样品刮下来粉状物质多;

参照干复样品,无溶剂正常热封温度的产品稍有升高,可以视为等同;

热封温度升高的产品,无论经酒精还是乙酯擦拭,均可恢复为正常热封温度;

在高倍放大镜观察下,正常热封温度下,没有问题的样品,热封的两层PE间完全封合,观察不到界面,但有问题的样膜在相同温度下,两层PE没有完全融合,有明显的界面,升高温度后或经溶剂擦拭后,PE间完全封合。

 受PE影响,红外谱图无法正常识别额外物质。

5、试验结论

热封温度升高,是由于在PE热封面引入了新的物质导致,该物质可以用溶剂轻易去除,但用现有的试验仪器无法精准判断为何物质。

受条件所限,我们不可能花费非常大的代价去做质谱联用等费用较高的测试分析,那么就从理论上找支撑点。

通过查阅资料可知,根据红外光谱的研究发现,聚乙烯分子链中含有支链,用不同的聚合方法所得到的聚乙烯含支链的多少有较大的区别,聚乙烯分子链的空间排列呈平面锯齿形,其键角为109.3°,齿距为2.534*10-10m。

软包装中我们常说的PE是LDPE即低密度聚乙烯,它是支化结构的,高压法得到的低密度聚乙烯比低压法得到的高密度聚乙烯(HDPE)含有更多的支链。除了分子主链的两端含有侧甲基外,还有一部分侧甲基是连在乙基支链、丁基支链或更长的支链末端上。这些支链的形成,是在聚合过程中由于链转移而产生的。支链的存在会影响到分子链的反复折叠和堆砌密度,导致密度降低,结晶度减小。

由于以上结构特点,导致PE膜的致密性没有那么好

此外,我们在做加工的时候都有一个加温的过程,根据热胀冷缩原理,在整个熟化的过程中,PE分子间距也会加大,即分子间空隙继续加大,致密性继续降低。

同时,我们也有个共识,那就是无溶剂的分子量相比干复的溶剂型胶水分子量小很多,也可以简单理解为无溶剂胶水在未交联反应前,权且叫单体分子要小很多。分子受热后范德华运动也会加剧,这就为小分子穿透PE膜提供了条件。

我们再回头来看聚氨酯胶黏剂的反应机理,在反应过程中,由于生产条件没控制好,带来的副反应就是NCO组分与水反应,最后产生聚脲和二氧化碳气体。

查阅聚脲的理化性质可知,聚脲是不具有热封性能的。有人说如果有聚脲产生就不能热封,而不是只升高温度那么简单。

其实不然,比如说我们的灰尘是不具有粘结性的,如果透明胶带的胶面都是灰尘,这个透明胶带是无法粘任何东西的,但是如果灰尘的比例小,还是能沾上的,只是剥离强度降低。同理,如果薄膜界面上聚脲很多,那肯定是无法热封的,但如果只是薄薄的一层浮在热封层表面,在正常的热封温度,PE虽然已经达到熔融温度,但因为有这层聚脲存在,那么瞬间是无法热封的。可是等温度继续升高,PE充分熔融(不再是很薄的界面),让浮在表面的聚脲不熔物质在压力的作用下陷到界面以下,使原本类似灰尘的阻隔作用消失,界面重回到纯PE状态,那就可以热封了。

正常的热封温度只需要界面上薄薄的一层熔融就可以,即使在压力作用下,不熔的聚脲仍然不能下沉到界面以下所以如果不提高热封温度,有聚脲存在的PE就无法热封。

综上所述:热封温度上升是由于聚脲导致,因为PE里的爽滑剂在干复和没问题的无溶剂复合产品中都存在,并且测试的是相同配方的PE,干复几乎不出现,而无溶剂出现,就是因为干复胶水的分子量大,穿透概率低,同时干复进烘箱,反应快,让NCO单体穿透几乎没有机会,而无溶剂不具备这些特质。

根据客户反馈数据显示,该现象发生在冬季的时候会比夏季多很多,那么冬天和夏天的显著区别在哪里呢?除了PE会有些微变化外,最大的区别在于冬天天冷,因此复合膜进出熟化室时都会有明显的冷热变化,这一变化使膜的表面产生看不见的冷凝水膜成为可能,而正是这层水膜,使迁移出来的NCO组分与水反应生成聚脲成为可能

那么如何判断是NCO组分迁移出来而形成聚脲,而不是水分进入先形成聚脲再迁移出来呢?如果是在层间反应,那么干复和无溶剂体现出来的结果应该接近或相同,因为在结构和材料完全相同的前提下,水分通过PE层迁移进入层间的条件是完全相同的。此外,由于是外界引入的水分导致,在局部浓度是无法控制的,就会有机会导致生成二氧化碳的体积过大或速率过快而导致或多或少的出现气泡,而直到目前为止还没有这种现象的反馈。

故此我们基本上可以推断,聚脲是由NCO组分迁移到PE热封面和水分反应产生的。


二、解决方案


既然知道了大致的成因,我们如何解决或避免呢?

首先说避免,哪里跌倒就从哪里爬起来。既然是PE膜分子间距导致气密性不足为主因,我们就从改善PE上做文章,选择合适的PE配方,以及把PE的分子结构位阻增大,通过混合合适的原料填充分子空隙。这一点我们已经有客户出样验证了是可行的。

我们也从生产实践中获知,不是所有的无溶剂复合都这样,那么也就间接证明了和无溶剂胶水的配方也有一定的关系,比如说分子量分布宽窄,小分子比例高低,或者分子支链多少等。

从上述分析中也清楚,当膜上有冷凝水膜的时候会出现这种情况,那么在生产中就要避免这种情况发生。

如果既成事实,也不需要把这类产品报废,只要没制成袋子就有办法挽救回来。比如可以过一遍干复机,在涂胶单元放置一个类似搅墨棒一样带毛刷的转动装置,把热封面擦洗一遍,然后把烘箱稍微加点风和温度,彻底把溶剂挥发干净。这样就会使这类产品起死回生。当然如果能说服客户调整包装温度也可以消化掉,但很多用户不太愿意配合。



王志伟先生
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