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如何正确选择薄膜材料
时间:2014-03-27   来源: 包装前沿   阅读:3529次

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  摘要:企业在考虑复合膜结构时,要综合考虑印刷、复合、制袋、热封等各工序对薄膜的性能要求。本文详细分析了多种薄膜材料的性能,介绍了如何选择满足印刷、复合、制袋要求的薄膜材料以及在印刷与复合环节,使用这些薄膜材料的注意事项。

  薄膜是软包装原材料中,对质量影响非常大的一种材料。一般来说,我们在考虑一个复合膜的结构时,要综合考虑印刷、复合、制袋、热封等各工序对薄膜的性能要求。选择适宜印刷的薄膜作印刷层,选择阻隔性高的薄膜作复合层,还有热封性好的薄膜作热封层等。在这个基础上,我们还应根据各种薄膜不同的特性,确定它的厚薄、表面电晕值等。只有准确选好薄膜材料,才有可能生产出符合我们设计要求的复合膜。

  一、印刷基材的选择

  薄膜材料是印刷图案转移的载体,薄膜本身和薄膜在机器上的走料状态都是影响套印准确的因素。薄膜不平整,内部张力不均匀或薄膜受潮、老化等,都会影响套印准确。

  不同的薄膜材料也有不同的特点,如PET 、OPP、NY三种材料的印刷适应性是完全不同的。在机器上,薄膜通过每个印刷单元时速度要保持连续稳定,但薄膜在机器上受力和受热后变形状况是不同的,即使同一薄膜,不同厚度和宽度时,变形也不同,这些隐形的变化很难用一个标准公式来表示。材料变形没有稳定的规律,在机器上运行就会出现不均衡,为套印稳定带来隐患。

  1、聚酯薄膜---PET 比重:1.40g/cm3

  一般PET薄膜都经过两次拉伸并热定型。企业最常用的是12um BOPET薄膜,其平均厚度公差应小于1.0%。在加工中通常采用SiO2作为抗粘连剂,SiO2有利于提高印刷油墨的附着牢度,这是由于SiO2中的硅氧键具有较强的极性,且SiO2粒子表面常吸附有一定的化合水和羟基。因此粒子具有较高的表面能,裸露在薄膜表面的粒子有助于增加薄膜表面的极性。

  薄膜表面不能有油污、灰尘、低分子物等污染物,否则会在薄膜表面形成弱界面层,影响油墨的附着,造成印后脱墨的现象。如若印刷浅网,一般要求薄膜表面张力达到50达因以上,酯类溶剂特别容易吸附在薄膜表面,因此要特别注意印刷和复合后的烘干,以彻底排除残留溶剂。PET膜耐油性差,所以要注意油脂的渗透。

  相关标准可遵循:GB/T 16958---1997《包装用双向拉伸聚酯薄膜》标准。

  2、聚酰胺薄膜----BOPA、尼龙----NyIon 比重为:1.13~1.16 g/cm3 一般取1.14 g/cm3

  目前使用的BOPA薄膜一般是由已内酰胺开环聚合得到的尼龙6制成的。由于尼龙6分子中有大量的酰胺基极性基团,因此稍加电晕处理,薄膜的表面张力可达52达因以上。由于酰胺基的存在,导致BOPA薄膜表面极易吸收极性很强的水分子,严重时在膜表面极易形成一层水膜,在印刷和复合时常常会造成印刷不良、复合不牢、有小气泡或小白点等质量问题。尼龙膜做为吸水性强的薄膜,容易残留醇类溶剂,因此在印刷和复合过程中,应特别注意溶剂的纯度以及在油墨中尽量少加或不加醇类溶剂,若非加不可,也应该考虑如何处理充分干燥问题,使醇类溶剂在印刷后基本无残留。

  相关标准可遵循:GB/T20218---2006<<双向拉伸聚酰胺(尼龙) 薄膜>>标准。

  在BOPA薄膜加工过程中,热处理的时间和温度是非常关键的工艺参数,因为热处理可以消除拉伸形变时产生的内应力,使取向的PA6分子链进一步结晶,结晶不完善部分也进一步完善,这就促使BOPA薄膜在高于玻璃化转变温度下使用时不至于发生明显的收缩。

  尼龙膜耐油脂性优、耐有机溶剂、耐碱性优,耐药品性好,有良好的耐高温性和耐低温性(-60℃~150℃) 。已经吸湿的尼龙膜应重新干燥后才能印刷和复合,否则会出现漏胶、漏印等故障。尼龙膜受潮后除起皱外,在外力作用下还会横向伸长、纵向缩短,伸长率可达1.5%~2.0%左右。若用于涂布PVDC材料的尼龙膜或用于无溶剂复合的尼龙膜,其整体平衡厚度不能超过5%。

  二、复合(热封层)材料的选择

  1、CPE或LDPE 比重0.90~0.91 g/cm3

  一般用于水煮袋的PE膜不但要有较好的热粘强度(水煮时不破袋)、良好的热封性和热封强度,还要有良好的厚度均匀性(保证热封质量的稳定性)。一般PE材料厚度达到60um时,为了降低摩擦系数,在生产中会加入较多的添加剂(爽滑剂、表面活性剂等) ,这些小分子物质很容易从膜的内部向外表面方向迁移、扩散、折出,严重影响PE膜与其它材料的复合牢度。

  当添加剂加入量为300PPm时属低爽滑膜, 此类膜可以放心使用;当加入量为500PPm时为中性爽滑膜, 使用时就应十分慎重;当添加剂加入量为800PPm或以上时属高爽滑材料, 此类材料不能使用,因添加剂太多,易上浮而使复合层发生降解脱层。

  用于水煮袋的CPE或LDPE的电晕处理度应在40达因。并且不能有影响使用外观的魚眼、杂质、晶点、气泡。有的杂点甚至会刺穿印刷层,使其阻隔性下降或出现油类渗漏现象。

  2、茂金属材料 (MPE、MLLDPE等在PE中加入了不等比例的茂金属)

  茂金属催化剂是由过渡金属的环戊二烯基结合物,甲基铝氧烷或离子活化剂组成,其活性极高,每个活性中心引发和生成的聚烯烃分子链长度和共聚单体含量几乎相同,分子量分布窄和侧链分布均一,具有高拉伸强度、抗撕裂强度、抗冲击强度好,熔点低、低温热封性能好,热封强度高,耐应力开裂性好,耐蒸煮、耐穿刺性好,在冷藏运输过程封口不易破裂等特点,广泛用于高速包装材料内层。但MPE复合时有时会引起复合层不干现象,这是由于添加剂引起的,从而影响复合的牢度。

  3、耐高温聚丙烯薄膜 (RCPP、SCPP) 比重0.88~0.90g/cm3

  CPP即聚丙烯流涎薄膜,是通过熔体流涎,骤冷生产的一种无拉伸、非定向的平挤薄膜。CPP熔融指数偏低时,易造成复合袋开口性差;偏高时,制袋热封性差。一般CPP熔融指数在7~12g/10min。同时CPP薄膜属非取向薄膜,仅在纵向(MD)方向存在某种取向,软化点大约为140℃。

  热封材料耐121℃以上用RCPP或SCPP为好,一般建议选用进口产品。国内耐高温RCPP质量不稳定,进口RCPP内层夹有橡胶成分,用作耐高温蒸煮袋的热封材料时更经得起温度的考验。

  一般RCPP或SCPP可采用二元共聚物生产的CPP,厚度必须大于60um。作为耐高温蒸煮的CPP,不应该用均聚聚丙烯(单一丙烯单体的聚合物 PPH)制造,而应用共聚聚丙烯(嵌段共聚聚丙烯PP--B)或共混改性的聚丙烯粒料去制造。因为用均聚聚丙烯做的CPP,经高温蒸煮后要产生脆化,容易从封口处破裂,造成内容物泄漏,在抽真空处的折痕易发生漏气,而且耐油性极差。而共聚型或共混型CPP,因其结晶度高,耐低温性和抗冲击性比均聚CPP好。耐135℃左右的热封层应采用进口嵌段共聚聚丙烯专用料制成的SCPP。

  企业选用适合的CPP薄膜十分重要,这样才能保证耐高温蒸煮袋的产品质量。CPP表面处理应达40达因,复合效果好些,才能有质量保障,表面张力不要超过46达因,否则粘接牢度会下降。这是因为处理过度时,薄膜表面层氧化过度,分子降解材料发脆,高分子自身强度下降,产生热封边漏气或破裂。

  真空镀铝VMCPP、VMCPE等一般不适合用于水煮、蒸煮袋热封层。

  三、复合中间层材料的选择

  1、 铝箔: 工业纯铝的比重为:2.7g/cm3

  工业上把厚度≤0.2cm的铝材称为铝箔。用于蒸煮袋的铝箔厚度一般为70um~90um, 其标准可根据GB3198---1996《工业铝箔》标准。

  在铝箔的轧制生产过程中,需用离型剂(油类), 在成型后经过成品退火去油处理,但多少都会残留在铝箔上, 因此用于软包装印刷复合的铝箔其表面清洁度非常重要。一般铝箔表面分为5级,用于印刷复合的是A、B两级, 其它级别不能用于复合印刷。

  若表面残留有油污,会发生复合脱层及引起各种不同的质量问题。其次是针孔要少,90um以下的铝箔表面对光用肉眼可见针孔直径在0.1~0.3mm以内,每平方米不能超过1个。针孔多,其阻隔性就要大打折扣了。

  铝箔应质地柔软,折叠时应不易断裂,柔韧性好,抗拉强度一般为98KPa、破裂强度为90KPa。表面润湿张力可达72达因以上。

  复合铝箔和真空镀铝膜时,一定先做好铝箔(真空镀铝膜) 与材料、胶的亲和性配伍试验。铝箔在机械性能中要求抗拉强度在60N/mm以上,延伸率在1.5%以上。铝箔最大缺点是不耐酸和强碱,当AL与PP复合时,包装内容物的PH值≤5.3时,因酸性大,就很容易产生脱层。为防止此现象发生,可用中间层多加一层PET即(PET/AL/PET/CPP),能起到很好的阻挡食品中酸性物的迁移,防止胶粘剂脱层的效果。油污度和针孔是铝箔的主要检测指标。

  2、 BOPA(尼龙)

  BOPA用于水煮蒸煮袋的中间层相当普遍,但用于中间层的尼龙一定要用双面电晕的薄膜,虽然尼龙膜是高分子聚合物,其未经电晕处理时,表面张力也有近40达因,要保证油墨、胶粘剂的附着牢度,一定要使用双面都经电晕处理的尼龙膜为最佳选择。一般用于双电晕的尼龙膜,非处理面要有52达因,处理面要56达因以上,但并非处理度越高越好,处理度太高,会因表面氧化过度而发脆,造成机械强度下降,膜背面有点状或条状击穿,产生热封边漏气或破裂。(处理度过高,其他薄膜危害度一样严重)

  3、真空镀铝材料(VMPET、VMBOPA等)

  虽然PET、BOPA经过真空镀铝,镀上一层铝分子层后能增强材料的阻隔性,但由于镀层很薄,其阻隔性远没有铝箔好,并且因为镀层太薄,对于阻挡紫外线的照射效果较弱,做为中间层复合时还应考虑:胶粘剂本身强度和本身质量是否达到要求;胶粘剂与镀铝材料两界面的结合率;镀铝材料本身的附着牢度和质量是否达到要求。

  4、K涂层材料 (KOP、KPA、KPET等以及在材料表面涂上PVDC的材料)

  在基膜上涂上一层厚度约3um的PVDC树脂, 可以大大提高它们的阻隔性,无论是辊涂或是喷涂。因为材料厚度和厚薄均匀度都不是很好,表面不平,印刷时张力和压力都不能太大,由于材料厚薄不均,产生套印困难,由于表面粗糙,产生油墨转移性差,浅网版(2成以下) 易起花点(即部分网点丢失) 。需在印刷中采用较高硬度的压辊进行印刷。其次,K涂层膜对溶剂的选择性较强,使用溶剂不当时,可能会将涂层溶下来,造成印膜残留溶剂量大,易产生粘连,因此印刷时干燥系统和印后收卷的冷却系统应特别注意。

  由于涂上一层PVDC树脂,基膜会比较硬脆,复合薄膜经过皱折,PVDC涂层极易岀现裂纹,丧失阻隔性。PVDC涂层是涂在基膜上,两者结合间力有限,复合薄膜在受热时,特别是100℃以上加热时PVDC涂层与基膜极易开裂,因此,用涂布PVDC方法制成的复合膜袋用于高温蒸煮包装时,潜伏很大危机,因而最好不要用于高温高压杀菌包装袋。此外,PVDC膜耐热性很低,一般温度超过30℃ ,PVDC膜就开始产生收缩,因此不可用于水煮蒸煮袋。

  5、BOPET (与印刷面同)。但生产耐121℃蒸煮袋时,其处理面应在50达因以上,夹在中间层时必须双面电晕处理,才能适应蒸煮的耐温要求。

  6、蒸镀铝膜 (GT膜)

  蒸镀铝膜是以PET膜为基材,用物理(PVD)或化学(CVD)的蒸镀法,在其表面沉积SiOx蒸汽面形成的一种高阻隔性透明包装薄膜,简称GT膜。由于使用了SiOx这种制造玻璃的成分,所以GT膜也被称为"软玻璃"。在国外市场以PE/SiOx/Paper/PE结构大量用于利乐包装盒。

  7、乙烯--乙烯醇共聚物(EVOH)

  EVOH是一种无规共聚物,具有链式分子结构的结晶性聚合物,密度为1.13~1.21g/㎝3,其中乙烯含量通常是20%~45%,乙烯醇含量为55%~80%,因为结合了聚乙烯醇(PVA)的阻气性和聚乙烯的加工性特点,EVOH可以看成是PVA的改性物,其生产工艺流程与PVA相似。EVOH、PVDC(聚偏二氯乙烯)、聚酰胺(PA)为三大阻隔材料。

  四、印刷与复合材料的使用注意事项

  1、用于印刷的薄膜材料一定要选印刷级别的,印刷级别薄膜一般厚度均匀,收卷松紧度适中,印刷适应性好,可提高套印准确性。

  2、对于有荷叶边的薄膜不可以直接使用,要么重新收卷,要么分切成窄的材料来用,消除了荷叶边才能使用。薄膜如果在张力不稳定的分切机上分切或收卷,会改变薄膜的张力均衡性,直接影响印刷时的套印稳定。故应尽量选择张力稳定的分切机。

  3、压辊的宽度和薄膜的宽度要匹配,每个色座的压辊有效宽度和硬度要尽量一致,以获得稳定的套印效果。

  4、印刷NY基材,车间湿度超过75%对套印影响很大,如果不能对印刷车间进行除湿处理,就不要在高湿度的环境中印刷NY基材。另外由于NY极易吸潮变形,即使满足印刷条件,材料也不可以提前拆包。

  5、做过涂层处理的薄膜,要选择合适的压辊,处理后的薄膜会比原基材滑或涩,压辊选择不合适,会影响套印,另外张力参数也要做针对性调整。

  6、影响套印不良的因素很多,一卷材料在某台印刷机上可能会发生找不出原因的套印不良,可以考虑转换其他印刷图案的订单,也可以换到另外一台机使用,有时也可以避免这卷材料因套印不良而不能使用的情况。同样,即使一卷材料总是出现套印不良,但又找不出原因,也没有直观的材料异常现象,但换一卷同样规格的材料,有时也可以解决套印不良的问题,有经验的机长通常会做这样的调整,以应对无法判断的套印异常。

  7、材料的宽度占印刷机有效使用宽度的比例不能太大或太小,一般利用机器有效宽度的45%~90%,套印效果较理想。

  8、因原材料卷底靠纸芯,可能有皱痕或收卷不良,会带来套印不良,这时卷底材料就不能继续使用了,要即时切料换卷。

  9、使用前必须确定印刷材料在使用期内,其表面润湿张力在标准使用范围內。

  10、材料使用前应测量它们之间的热收缩率,差值要尽量小,以免灭菌加工后因收缩率不一致而产生卷边起皱。一般两者的热收缩率差值在0.03%时产生卷边的概率最小。

  11、水煮、半高温、高温蒸煮袋的热封层材料非常关健,各自差别很大,特别是RCPP和SCPP使用应特别注意选用。

  12、尼龙膜是一种吸湿很大的材料,作为水煮、蒸煮袋的表面层,在灭菌时直接与水接触易产生吸湿等问题,做表面层是不大适合的,为克服尼龙膜吸湿快的不良因素,如果是尼龙膜做表层的水煮、蒸煮袋,一般在选用胶粘剂和上胶量时都要提高一个档次,即后工序灭菌温度为100℃时,则选用胶粘剂时高出一档选耐121℃胶,并将上胶量(干胶量)由原来的3.5g/㎡提高至4g/㎡~4.5g/㎡,以保证以尼龙膜做外层时的复合牢度达到应有要求。

  13、CPE作为100℃以下水煮袋的内层材料时,一般厚度都在60um以上,而要生产60um以上CPE时,必定加入较大量的添加剂。在高温状态下,添加剂是否产生上浮而使胶粘剂降解,使复合层脱层,都应十分注意观察。因此,采用CPE做內层材料时,不但要查CPE材料的表面电晕处理值,也要查其热收缩率、摩擦系数值及加热后摩擦系数值的差值对比,观察和判断添加剂是否上浮及上浮量,做出相应的对策。

  已加入薄膜中的爽滑剂在较高的温度条件下会从薄膜的表面向薄膜的内部迁移(“内迁”),而在较低的温度环境下会再次向薄膜的表面迁移(“外迁”)。也就是说:烯烃类材料在较高的温度条件下对油酸酰胺、芥酸酰胺类外润滑剂有相对较好的相容性,在较低的温度条件下对油酸酰胺、芥酸酰胺类外润滑剂的相容性相对地较差。

  薄膜中的添加剂(包括爽滑剂)不仅会“外迁”和“内迁”,还会在卷绕、存放的过程中向相邻的界面发生“迁移”。油酸酰胺和芥酸酰胺既可以用于PE薄膜,也可以用于PP薄膜。

  薄膜的摩擦系数不断下降的原因是爽滑剂不断地“外迁”到薄膜的表面并覆盖了薄膜表面上越来越多的面积。如果已经“外迁”到PE薄膜表面的爽滑剂由于某种原因“消失”或“减少”了,其结果就将是PE薄膜的表面摩擦系数的“异常上升”。

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