策劃：《包裝前沿》編輯部
主講：科意亞太有限公司銷售總監(jiān) 王志偉
隨著無溶劑復(fù)合工藝逐漸得到普遍應(yīng)用，行業(yè)對工藝的探索也越來越細(xì)膩。比如無溶劑復(fù)合的產(chǎn)品，有時(shí)需要提高熱封溫度才能順利熱封。這個(gè)現(xiàn)象就引起了很多企業(yè)的關(guān)注，到底是什么原因引發(fā)的這個(gè)問題，有很多不一樣的觀點(diǎn)。 萬華化學(xué)葉桂香女士、易得邦周賀先生、康達(dá)金振鑫先生都表示就這個(gè)問題在做相關(guān)測試，今天我們邀請了科意亞太有限公司銷售總監(jiān)王志偉先生來分享他的觀點(diǎn)：基于他所做測試得出的結(jié)論，王總也表示不一定正確，所以歡迎提出不同的意見，歡迎反駁！ 大家群策群力，共同來把這個(gè)問題探討清楚！ 第89談 無溶劑復(fù)合對熱封溫度的影響 主講嘉賓 科意亞太有限公司銷售總監(jiān) 王志偉 在生產(chǎn)實(shí)踐中，有一些客戶會(huì)感覺無溶劑復(fù)合的產(chǎn)品經(jīng)常影響熱封溫度。我們常用的熱封材料有PE和CPP，出現(xiàn)熱封溫度受影響的情況在PE結(jié)構(gòu)上更常見。對此，我個(gè)人也有一些可能不成熟的想法，所以主要以PE結(jié)構(gòu)為實(shí)驗(yàn)對象做了一些測試，現(xiàn)將測試過程及結(jié)論與同行分享，歡迎指正。 一、測試過程及成分分析 熱封三要素為溫度、壓力和熱封時(shí)間。 我們發(fā)現(xiàn)，有時(shí)候在同等條件下，即壓力、熱封時(shí)間（制袋速度）都一樣的情況下，用無溶劑復(fù)合生產(chǎn)的產(chǎn)品熱封溫度相比溶劑型干法復(fù)合產(chǎn)品會(huì)上升，甚至有時(shí)會(huì)上升15~20℃。但這不是所有的無溶劑復(fù)合產(chǎn)品都會(huì)這樣，而是概率性事件，并且和季節(jié)也有一定關(guān)聯(lián)性。 為了尋找原因，我們做一個(gè)平行對比試驗(yàn)： 1、試驗(yàn)材料 有熱封溫度升高的問題復(fù)合膜若干； 相同結(jié)構(gòu)和厚度的干復(fù)樣品； 相同結(jié)構(gòu)和厚度正常的無溶劑復(fù)合樣品。 2、試驗(yàn)器材 棉簽，乙酯和酒精，單面刀片，傅里葉紅外譜圖儀， 拉力儀，熱封儀，高倍電子顯微鏡等。 3、試驗(yàn)方法與過程 （1）在有問題的復(fù)合膜相同位置同時(shí)取三組樣膜，寬度為15mm，每組編號(hào)對應(yīng)為一號(hào)、二號(hào)、三號(hào)。 （2）同樣大小的干復(fù)樣品標(biāo)為四號(hào)，正常的無溶劑復(fù)合樣品標(biāo)為五號(hào)。 （3）每個(gè)樣品先用棉簽擦拭，再用單面刀片輕刮。 （4）一號(hào)樣品保持原樣，二號(hào)樣品用棉簽沾乙酯充分擦拭熱封區(qū)域，三號(hào)樣品用酒精充分擦拭熱封區(qū)域。 （5）根據(jù)樣膜厚度設(shè)定熱封儀參數(shù)，420N，0.1s，溫度從120℃開始每5℃為一個(gè)跨度，對五組樣品同時(shí)熱封。 （6）用拉力儀測試每個(gè)樣品的熱封強(qiáng)度數(shù)據(jù)，并做數(shù)據(jù)表格記錄。 （7）用2500倍電子顯微鏡觀察每個(gè)熱封端面。 （8）用傅立葉紅外測試三組樣品熱封面取樣打譜圖后對譜圖進(jìn)行分析。（由于某種原因，對數(shù)據(jù)不做呈現(xiàn)，只描述試驗(yàn)過程與方法。） 4、試驗(yàn)結(jié)果 熱封溫度升高的樣品，表面比其他樣品刮下來粉狀物質(zhì)多； 參照干復(fù)樣品，無溶劑正常熱封溫度的產(chǎn)品稍有升高，可以視為等同； 熱封溫度升高的產(chǎn)品，無論經(jīng)酒精還是乙酯擦拭，均可恢復(fù)為正常熱封溫度； 在高倍放大鏡觀察下，正常熱封溫度下，沒有問題的樣品，熱封的兩層PE間完全封合，觀察不到界面，但有問題的樣膜在相同溫度下，兩層PE沒有完全融合，有明顯的界面，升高溫度后或經(jīng)溶劑擦拭后，PE間完全封合。 受PE影響，紅外譜圖無法正常識(shí)別額外物質(zhì)。 5、試驗(yàn)結(jié)論 熱封溫度升高，是由于在PE熱封面引入了新的物質(zhì)導(dǎo)致，該物質(zhì)可以用溶劑輕易去除，但用現(xiàn)有的試驗(yàn)儀器無法精準(zhǔn)判斷為何物質(zhì)。 受條件所限，我們不可能花費(fèi)非常大的代價(jià)去做質(zhì)譜聯(lián)用等費(fèi)用較高的測試分析，那么就從理論上找支撐點(diǎn)。 通過查閱資料可知，根據(jù)紅外光譜的研究發(fā)現(xiàn)，聚乙烯分子鏈中含有支鏈，用不同的聚合方法所得到的聚乙烯含支鏈的多少有較大的區(qū)別，聚乙烯分子鏈的空間排列呈平面鋸齒形，其鍵角為109.3°,齒距為2.534*10-10m。 在軟包裝中我們常說的PE是LDPE即低密度聚乙烯，它是支化結(jié)構(gòu)的，高壓法得到的低密度聚乙烯比低壓法得到的高密度聚乙烯（HDPE）含有更多的支鏈。除了分子主鏈的兩端含有側(cè)甲基外，還有一部分側(cè)甲基是連在乙基支鏈、丁基支鏈或更長的支鏈末端上。這些支鏈的形成，是在聚合過程中由于鏈轉(zhuǎn)移而產(chǎn)生的。支鏈的存在會(huì)影響到分子鏈的反復(fù)折疊和堆砌密度，導(dǎo)致密度降低，結(jié)晶度減小。 由于以上結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，導(dǎo)致PE膜的致密性沒有那么好。 此外，我們在做加工的時(shí)候都有一個(gè)加溫的過程，根據(jù)熱脹冷縮原理，在整個(gè)熟化的過程中，PE分子間距也會(huì)加大，即分子間空隙繼續(xù)加大，致密性繼續(xù)降低。 同時(shí)，我們也有個(gè)共識(shí)，那就是無溶劑的分子量相比干復(fù)的溶劑型膠水分子量小很多，也可以簡單理解為無溶劑膠水在未交聯(lián)反應(yīng)前，權(quán)且叫單體分子要小很多。分子受熱后范德華運(yùn)動(dòng)也會(huì)加劇，這就為小分子穿透PE膜提供了條件。 我們再回頭來看聚氨酯膠黏劑的反應(yīng)機(jī)理，在反應(yīng)過程中，由于生產(chǎn)條件沒控制好，帶來的副反應(yīng)就是NCO組分與水反應(yīng)，最后產(chǎn)生聚脲和二氧化碳?xì)怏w。 查閱聚脲的理化性質(zhì)可知，聚脲是不具有熱封性能的。有人說如果有聚脲產(chǎn)生就不能熱封，而不是只升高溫度那么簡單。 其實(shí)不然，比如說我們的灰塵是不具有粘結(jié)性的，如果透明膠帶的膠面都是灰塵，這個(gè)透明膠帶是無法粘任何東西的，但是如果灰塵的比例小，還是能沾上的，只是剝離強(qiáng)度降低。同理，如果薄膜界面上聚脲很多，那肯定是無法熱封的，但如果只是薄薄的一層浮在熱封層表面，在正常的熱封溫度，PE雖然已經(jīng)達(dá)到熔融溫度，但因?yàn)橛羞@層聚脲存在，那么瞬間是無法熱封的。可是等溫度繼續(xù)升高，PE充分熔融（不再是很薄的界面），讓浮在表面的聚脲不熔物質(zhì)在壓力的作用下陷到界面以下，使原本類似灰塵的阻隔作用消失，界面重回到純PE狀態(tài)，那就可以熱封了。 正常的熱封溫度只需要界面上薄薄的一層熔融就可以，即使在壓力作用下，不熔的聚脲仍然不能下沉到界面以下。所以如果不提高熱封溫度，有聚脲存在的PE就無法熱封。 綜上所述：熱封溫度上升是由于聚脲導(dǎo)致，因?yàn)镻E里的爽滑劑在干復(fù)和沒問題的無溶劑復(fù)合產(chǎn)品中都存在，并且測試的是相同配方的PE，干復(fù)幾乎不出現(xiàn)，而無溶劑出現(xiàn)，就是因?yàn)楦蓮?fù)膠水的分子量大，穿透概率低，同時(shí)干復(fù)進(jìn)烘箱，反應(yīng)快，讓NCO單體穿透幾乎沒有機(jī)會(huì)，而無溶劑不具備這些特質(zhì)。 根據(jù)客戶反饋數(shù)據(jù)顯示，該現(xiàn)象發(fā)生在冬季的時(shí)候會(huì)比夏季多很多，那么冬天和夏天的顯著區(qū)別在哪里呢？除了PE會(huì)有些微變化外，最大的區(qū)別在于冬天天冷，因此復(fù)合膜進(jìn)出熟化室時(shí)都會(huì)有明顯的冷熱變化，這一變化使膜的表面產(chǎn)生看不見的冷凝水膜成為可能，而正是這層水膜，使遷移出來的NCO組分與水反應(yīng)生成聚脲成為可能。 那么如何判斷是NCO組分遷移出來而形成聚脲，而不是水分進(jìn)入先形成聚脲再遷移出來呢？如果是在層間反應(yīng)，那么干復(fù)和無溶劑體現(xiàn)出來的結(jié)果應(yīng)該接近或相同，因?yàn)樵诮Y(jié)構(gòu)和材料完全相同的前提下，水分通過PE層遷移進(jìn)入層間的條件是完全相同的。此外，由于是外界引入的水分導(dǎo)致，在局部濃度是無法控制的，就會(huì)有機(jī)會(huì)導(dǎo)致生成二氧化碳的體積過大或速率過快而導(dǎo)致或多或少的出現(xiàn)氣泡，而直到目前為止還沒有這種現(xiàn)象的反饋。 故此我們基本上可以推斷，聚脲是由NCO組分遷移到PE熱封面和水分反應(yīng)產(chǎn)生的。 二、解決方案 既然知道了大致的成因，我們?nèi)绾谓鉀Q或避免呢？ 首先說避免，哪里跌倒就從哪里爬起來。既然是PE膜分子間距導(dǎo)致氣密性不足為主因，我們就從改善PE上做文章，選擇合適的PE配方，以及把PE的分子結(jié)構(gòu)位阻增大，通過混合合適的原料填充分子空隙。這一點(diǎn)我們已經(jīng)有客戶出樣驗(yàn)證了是可行的。 我們也從生產(chǎn)實(shí)踐中獲知，不是所有的無溶劑復(fù)合都這樣，那么也就間接證明了和無溶劑膠水的配方也有一定的關(guān)系，比如說分子量分布寬窄，小分子比例高低，或者分子支鏈多少等。 從上述分析中也清楚，當(dāng)膜上有冷凝水膜的時(shí)候會(huì)出現(xiàn)這種情況，那么在生產(chǎn)中就要避免這種情況發(fā)生。 如果既成事實(shí)，也不需要把這類產(chǎn)品報(bào)廢，只要沒制成袋子就有辦法挽救回來。比如可以過一遍干復(fù)機(jī)，在涂膠單元放置一個(gè)類似攪墨棒一樣帶毛刷的轉(zhuǎn)動(dòng)裝置，把熱封面擦洗一遍，然后把烘箱稍微加點(diǎn)風(fēng)和溫度，徹底把溶劑揮發(fā)干凈。這樣就會(huì)使這類產(chǎn)品起死回生。當(dāng)然如果能說服客戶調(diào)整包裝溫度也可以消化掉，但很多用戶不太愿意配合。
