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软包装复合无溶剂粘合剂的发展现状和未来
时间:2013-05-08   来源: 包装前沿   阅读:4451次

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    当前,国际软包装最重要的三大环保技术为:无溶剂复合技术、柔性版印刷和共挤出复合,而其中以无溶剂复合技术最为环保。目前无溶剂复合技术在欧美市场已占据相当重要的地位,占新增复合机设备的80%~90%。在我国,无溶剂复合技术始于20世纪90年代中后期,现有安装数量约70台。可喜的是,在诸多视环保和可持续发展为己任的软包装原料厂商的推动下,近几年开始飞速增长。
    依托八十多年在粘合剂领域的精深研究,汉高的专家们在世界各地的研发中心,和机械设备、膜材及印刷油墨供应商保持着密切联系,不仅在软包装复合粘合剂技术方面保持领先,对于整个软包装企业无溶剂粘合的发展也非常熟悉。
    一、无溶剂粘合剂
    汉高在全球主要市场设立了专门的Liofol实验室,保证并提升产品性能,不断完善复合和涂层技术。Liofol实验室在反应性聚氨酯上的重大技术突破,催生了无溶剂粘合剂。
    无溶剂粘合剂是真正意义上的环保型粘合剂,其卓越的特性为:
    (1) 不含有、不使用溶剂
    由于无溶剂粘合剂是100%的有效成分含量,使用不同的涂布系统涂布,不使用溶剂,所以在整个复合过程中不存在溶剂挥发,复合制品中无复合段溶剂残留,更符合食品安全要求,而且无排放,符合减排、环保要求。
    (2) 不属于易燃易爆危险品
    安全性好,没有火灾、爆炸的危险,不需要溶剂的防爆措施;无溶剂粘合剂不属于易燃易爆,高腐蚀等危险品,在运输和储存方面不需要做防爆考虑,同时无溶剂粘合剂是100%的固含量,占有的仓储空间少。而溶剂型粘合剂,由于含有溶剂,必须考虑易燃易爆的问题。
    (3) 涂布量少
    由于无溶剂更好的冷流特点,无溶剂粘合剂的涂布量一般在0.8~2.5 g/m2之间,对于纸张等特别的材料,涂布量可以达到 4 g/m2。溶剂性粘合剂的涂布量一般在2.0 ~ 4.5 g/m2。可见无溶剂粘合剂的成本优势。
    (4) 分子量相对小
    无溶剂粘合剂相对于同等级别溶剂型粘合剂的分子量小很多,使得粘合剂在一定合适的温度下,不需要溶剂参与的状态下,对基材表面浸润、扩散和渗透成为可能。
    二.无溶剂聚氨酯粘合剂的类型和发展历程
    无溶剂复合工艺、设备和粘合剂是上世纪70年代发展起来的,由开始的第一代产品已发展到第三代产品。
    第一代无溶剂粘合剂为单组份湿固化型粘合剂。单组份潮气固化型聚氨酯无溶剂粘合剂的化学结构是含有链长相对较短的异氰酸根端基的聚酯或聚醚,异氰酸根(-NCO)与基材或环境中的潮气发生化学反应,释放出CO2进行固化。
    为了克服单组份粘合剂的缺点,开发了双组份聚氨酯无溶剂粘合剂,双组份聚氨酯无溶剂粘合剂根据初粘力及耐蒸煮性能,又可分为第二代和第三代双组份聚氨酯无溶剂粘合剂。
    第二代无溶剂粘合剂于1980年初次应用于复合包装材料
    第三代无溶剂粘合剂克服了第二代无溶剂粘合剂的缺点,它具有初粘力高、粘度低,操作温度低,对复合基材无限制的优点,能够解决第二代粘合剂对EVA和Nylon热封不良的问题,同时阻隔性强的薄膜容易起皱褶或容易剥离的问题也得到了解决,可适用于各种塑料膜及箔的复合,降低了游离二异氰酸酯的含量,耐内容物性能优良,粘合剂的粘接强度和耐热性能也得到了提高,铝塑复合膜制品有可能具有耐高温蒸煮的性能。
    目前第三代产品的主要特征有:
    (1)采用反催化体系。
    (2)降低了粘合剂的粘度,改善了粘合剂对膜的润湿性,提高了粘合剂在膜表面的涂布分散性能。因此既提高无溶剂粘合剂复合制品的质量,也可提高机速,增加生产效率。
    无溶剂型聚氨酯粘合剂发展至今已经有将近30年的历史,其产品的性能也逐渐趋向成熟,在绿色环保、低碳经济的大环境下,无溶剂粘合剂以其优越的经济性、安全性及对环境保护的优势,以及复合工艺及设备的不断发展,在德国、美国、日本及全世界都受到青睐。在欧美等发达国家,无溶剂聚氨酯粘合剂的使用量从20年前的10%,迅速增加到现在的一半以上。在日本自1977年开始引进第一台无溶剂干复合机以来,经过不到20年时间,现已发展到目前拥有近100多台的无溶剂复合设备。
    双组分是指以异氰酸根封端的预聚物为甲组分和以羟基封端的含羟基的乙组分预聚物,产生氨酯化反应,生成氨基甲酸酯,可看成反应的第一步;过量的分子量较高链上的异氰酸根和湿气反应,生成脲,到反应的结束可看为第二步。整个粘合剂的加聚反应非常复杂,一般可以简单的看成是上面的两步反应,从而能够帮助和指导复合生产。反应机理如下:

   
    双组分无溶剂反应机理
    汉高作为聚氨酯无溶剂粘合剂的市场先行者,不但在当今第三代通用型无溶剂粘合剂产品上精益求精,达到并超越市场所要求的高速、成本节省、低能耗、无排放等特性;更不断推陈出新,开发出符合FDA等国际食品安全法律规定的智能快固化无溶剂粘合剂、可高达每分钟500米运行速度的混合型无溶剂粘合剂、低粘度室温应用的简易型无溶剂粘合剂等一系列革新解决方案,满足日新月异的无溶剂粘合剂市场需求。
    由于复膜机的不断提速致使通用粘合剂的固化速度难以适应,得益于汉高的研究成果和丰富经验,第四代紫外线固化型无溶剂粘合剂应运而生。目前应用的阳离子固化类产品,主要是酸催化的环氧体系,在紫外线的照射下,粘合剂的光引发剂分解,引发环氧嵌段聚合,得到环氧树脂的三维交联结构。在选择适当紫外线发生器前提下,此粘合剂能够快速复合聚酯薄膜,并可在几分钟到一小时内达到相当高的粘接强度,使后加工过程顺利进行。
    三.无溶剂复合设备的特点
    溶剂型和无溶剂型的复合设备有所不同,一个方面是无溶剂复合设备的涂布系统和供胶系统不同,另一个方面是无溶剂复合设备没有烘干道,结构紧凑,能耗小,噪音低,占地空间小。
    无溶剂复合设备的结构原理图:

     
    与溶剂型的复合设备相比,无溶剂复合设备有以下优点:
    (1) 无烘干道,能耗低
    溶剂型复合机烘干道一般装机容量在150~250KW,一年平均耗电量可达50~70万人民币,即使用蒸汽烘干,能耗也不在小数。无溶剂的整机功率较低,没有烘道,据意大利诺德美克提供的信息,无溶剂耗能几乎是溶剂型的二十分之一。
    (2) 复合速度快
    无溶剂复合不需要烘干,没有残留溶剂制约,致使生产效率高,平均复合速度250m/min。最高可达600m/min,一台复合机能满足两台印刷机生产。
    (3) 自动化程度高
    无溶剂复合机采用专有设备自动进胶,自动控制甲乙两个组分的比例,自动控制温度,可在线调整涂布量,设备紧凑,节约人力。
    Liofol实验室拥有工业化规模的无溶剂复合机,可进行真实环境下的材料和无溶剂粘合剂系统检测,以开发出针对各个应用领域的最优配比组合和客户定制化解决方案。
    四、无溶剂复合的工艺要点
    目前,无溶剂复合常用基材主要有BOPP、PET、OPA、VMCPP、VMPET、CPP、PE、铝箔等。复合时一般将刚性大、涂布性能好的材料(PET、BOPP、OPA、VMPET等)放在主放卷工位;将易拉伸的材料(PE、CPP、VMCPP等)放在副放卷工位。但也不是一成不变的,可以根据实际生产情况灵活选择,如印刷膜与镀铝材料复合时,为了保证复合质量和生产效率,可以把镀铝材料放到主放卷工位。
    无溶剂粘合剂主要有单组分潮气固化型粘合剂、双组分冷涂无溶剂型粘合剂、双组分反向热涂型粘合剂、UV固化型粘合剂等几种。选择粘合剂时需要考虑的因素也很多,首先是包装内容物的种类及所用薄膜材料的种类;其次,如果印刷油墨与粘合剂接触,还要考虑两者的相容性;再次,剥离强度要求以及热封条件等对粘合剂的选择也有很大影响。
    另外,还需要注意两个问题:一是MDI类型的异氰酸化合物会透过内层薄膜逐渐向内层表面迁移,并与水汽发生反应形成聚脲抗热封层,影响包装袋的热封质量,当聚乙烯薄膜质量较差或粘合剂选择不当时容易发生此问题,尤其是使用双组分粘合剂时更要注意。二是复合爽滑剂含量较高的薄膜时,由于爽滑剂迁移进粘合剂层,可能会出现剥离强度差、热封不良、摩擦系数增大等问题,影响其在包装生产线上的操作性。因此,在复合此类薄膜时一定要注意选择合适的粘合剂。
    五、无溶剂粘合剂的前景和展望
    经过数十年的开发与应用,无溶剂和无溶剂复合技术已经十分成熟。使用无溶剂粘合剂复合薄膜,可以降低能耗、提高生产效率、改善产品质量、降低综合生产成本。由于不含溶剂,有利于保护环境和清洁生产,并保证了复合对包装食品、药品的无污染。
    相信随着我国复合产品质量和食品卫生安全意识的增强,节能、环保意识的增强,无溶剂复合必将越来越受到复合包装行业人士的重视。国内已有的无溶剂复合设备的良好运行,所起到的示范作用,必将加速软包装行业从溶剂型复合向无溶剂复合转换。在复合膜行业企业愿意了解无溶剂复合、研究无溶剂复合、使用无溶剂复合的情况下,在食品、药品企业和国家节能、减排政策的推动下,无溶剂复合必将迎来蓬勃发展的新局面,成为我国复合膜行业的主要复合方式。
    汉高是一个视革新和可持续发展为生命的粘合剂系统供应商。作为无溶剂聚氨酯粘合剂的旗手,汉高致力于向社会提供满足经济利益(Economical)、环境保护(Ecological)和社会责任(Social)共存的优质粘合剂产品,帮助包装商符合法规规定,更为广大的家庭带来安全和便利的软包装。
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