擠出復合工藝與裝備發展的探討
2007-03-08 00:00 來源:中國包裝報 作者:許錦才 責編:中華印刷包裝網
綠色包裝已提到我們日常生活中來了,我國也在2006 年制訂了《綠色食品包裝通用準則》,對食品包裝使用紙類包裝、金屬類包裝、塑料制品、外包裝等提出了具體規定。我們軟包裝使用的紙類印刷油墨必須使用水溶性油墨,不允許用油溶劑性油墨;塑料制品不允許使用發泡聚苯乙烯、聚氨酯;印刷的油墨和粘合劑應無毒,且不應接觸食品。軟包裝通常的復合結構是:基材/熱封底材或基材/1 種~3 種基材/底材。要完成這樣的復合,目前已有干式復合、無溶劑復合、擠出復合以及濕式復合。在這4 種復合工藝中,擠出復合:(1)適應的基材最廣泛,軟包裝用的基材:紙類、塑料、膜類(BOPP,BOPET,BOPA,PT,BOPS,CPP,CPE 等)、鋁箔)AL,VM-PET)都可使用;(2)擠出的樹脂無毒、無污染;(3)使用的粘合底涂促進AC 劑,可使用聚乙烯亞胺類具有底涂AC 劑其成本低廉。擠出復合具有上述優點,在今天提倡的綠色包裝更應得到充分的發展,但是擠出復合機,由于其設備制造復雜,成本高,(機器不好,無法保證產品質量)工藝操作難掌握,通常造成:(1)復合產品厚度不均勻;(2)剝離強度不高;(3)透明膜有“晶點”。很多廠家都放棄擠出復合而選擇干式復合,尤其是小廠。
輝隆塑機10 年及我個人用了20 多年時間對擠出復合工藝技術進行一些積累和探討,解決了擠出復合存在的缺點:
一、提高復合剝離強度和復合膜質量的核心技術
首先,要明白擠出復合的粘合機理;其次,底膜基材經電暈處理后會形成極性的羰基;同樣,紙和布具有羥基、羰酰基、羧基等極性基團;第三,熔融的PE 經空氣的氧化作用會在表面產生極性基團(LLDPE、LDPE、EAA、E-MA、EVA 機理一樣),只是程度不一樣。第四,PE 通過與這些極性基團的氫鍵結合而促進粘合力。
根據上述的粘合機理,我們要提高粘合強度的方法:
1.薄膜表面、紙張表面進行處理,產生足夠的極性基團,日前我們的薄膜都是經過足夠處理才使用,紙張經過電暈處理,但處理到一定程度以后,再增加就不可能了,這一點應該在裝備和工藝中都很容易做到,只要注意就是了。
2.提高PE 的氧化程度。在相同的擠出機條件下,可采用:(1)提高擠出溫度;(2)增加氧化時間(復合速度降低,升高T 模高度而氧化高度提升)。
3.外加臭氧。采取任一項措施,可提高剝離強度,但會帶來復合后的產品有“臭味”,熱封強度下降。輝隆塑機和華南理工大學輕工裝備與研究院發明了一種能量動態平衡節能擠出機,比其他廠家的擠出復合機節能達30%~40%以上,擠出溫度低10℃~20℃,關鍵是熔融的樹脂,混煉效果好,分子內焓內能很高,擠出到T 模外和空氣中的氧接觸迅速產生大量的極性基團,是普通的機器的2 倍到3 倍。
為提高剝離強度和制品膜的質量,擠出機是擠出復合的核心技術。好的擠出機塑化良好,只有極少“晶點”,無需配靜態混煉器。塑化不好的擠出機,為了補其不足,在模頭前增加靜態混煉器(沒有動力),再進行混煉,來提高塑化效果,消耗大量功力。
二、提高”三文治”式復合的剝離強度的工藝和裝備
通常的擠出復合機在復合BOPET/LDPE/CPP 或BOPP/LDPE/VM-PET 都會出現夾層復合,剝離強度不好,輝隆的專利技術可使BOPET/LDPE,LDPE/CPP,LDPE/VM-PET 的剝離強度≥2N/15mm,有興趣的客戶請選用多用途擠出復合EXC 系列F-4。
三、復合膜產品均勻度的核心技術──T 模
擠出涂復流延模頭以美國科羅煉CLOERN 價格最貴。1300mm的單層T 模價格為12 萬美元~13 萬美元,日本或歐洲產價格為6 萬美元~7 萬美元,我國臺灣產價格在2 萬美元以下,我們國內也有廠家生產,仿造的價格在0.5 萬美元左右,為什么會產生如此大價格差?首先肯定不是制造精度的原因,核心是材料的熱穩定性,材料的加工應力所致。
輝隆塑機選用的T 模由我們自主設計,選擇國外進行加工,如美國加工模唇等,進行組裝、裝配,這是輝隆塑機擁有自己知識產權的產品,目前已銷到國內外將近300 只模頭,其中共擠T模更是我們的核心技術之一(多層樹脂溫度差可達100℃,流動性相差很大也可共擠),3 年已用去40 多只共擠T 模。當然我們同時也使用美國科羅煉的自動模頭或根據客戶的要求使用日本模頭。這樣既保證了產品的厚薄均勻度,在價格服務方面也有所保障。
四、擠出厚度控制的簡易操作
過去的擠出復合機要控制涂復厚度非常困難,很難操作,現在采用PLC 系統進行控制,將擠出機的參數和復合機聯動起來。
具體控制過程如下:
1.整機采用PLC 系統進行控制,中央操作臺采用觸幕屏入機界面進行操作;
2.復合機的運轉和速度顯示、螺桿的轉動和速度顯示以及整機的升降速都集中在中央操作盤上;觸幕屏的人機界面輸入生產的參數(基材寬度、涂復厚度),可實現復合速度、螺桿轉速和涂復厚度相對應的自動演算精確的聯動運行(例如材料寬度900mm,需要擠出層厚度為0.020mm,將上述參數在人機界面上輸入并選擇聯動演算運行,整機只使用升降速按鈕,即可實現復合速度、擠出厚度自動演算精確的聯動運行,并且能保證在升降速過程中擠出薄膜厚度不改變),也可進行分離獨立調速運行;
3.運轉故障報警;
4.運轉工藝數據記錄。
從目前的操作來看,可認為是一種“傻瓜”機。
五、底涂粘合促進劑工藝
提高剝離強度在基材上濕潤底涂聚乙烯亞胺醇溶水性AC 劑,其AC 劑的活性基團-N-很容易與熔融的PE 的氫鍵結合而促進粘合力,當然很多情況下,基材的活性基團、熔融的活性基團也直接生成氫鍵結合,應該占去大部分。因此底涂的AC 劑僅僅是濕潤薄膜,絕對不允許產生粘合層,以免阻隔其自身的粘合。因此,AC 劑的涂布量極小,通常為0.01g/m2~0.03g/m2(干基),涂布的AC 劑通俗一點來講是增加了很多“鉚釘”,如果是涂布量過大,產生了粘合層,阻隔了熔融的PE 和基材的粘合,反而造成粘合強度下降,絕對不能套干式復合的做法用在擠出復合增加剝離強度。
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