干法復合彩印復合膜溶劑殘留問題討論
2014-01-08 09:23 來源：互聯網 責編：陳莎莎
- 摘要：
- 干式復合是溶劑殘留狀況的最后一道關卡，它決定了最終的溶劑殘留量，而且對于極低溶劑殘留要求的產品的控制，也大多更注重此階段的控制，我先討論一下干式復合工藝參數在這個問題上的控制。
【CPP114】訊：干式復合工藝參數的影響
干式復合是溶劑殘留狀況的最后一道關卡，它決定了最終的溶劑殘留量，而且對于極低溶劑殘留要求的產品的控制，也大多更注重此階段的控制，我先討論一下干式復合工藝參數在這個問題上的控制。
�、贉囟忍荻群屯L效果
干式復合的烘箱溫度梯度和通風效果是影響溶劑殘留極為主要的因素，控制較好的溫度梯度和良好的通風是關鍵的。通常所說的標準工藝參數三段烘箱溫度分別為60℃、70℃、80℃的溫度梯度，是針對正常的機速，而且是以乙酯做為溶劑而言的，一般情況下，良好的通風加上這樣一個溫度梯度，溶劑殘留量控制得更低或印刷工序采用二甲苯，或滿底印刷工序甲苯殘留量大于mg/m2，或采用易吸附乙酯而溶脹的薄膜時，應考慮將干法復合烘箱溫度相應提高5-10℃，需注意的是提高溫度會提高薄膜內爽滑劑的遷移性——向粘接層遷移，從而造成磨系數的增加和粘接強度的降低，對于卷材產品，尤其要注意溫度的提高造成磨擦系數的降低，而引起對客戶流水制袋的設備適應性差，對于BOPP還要考慮溫度升高，乙酯揮發速率和吸附速率的提高誰占優勢，一般90℃以下前者占優勢，90℃以上，后者占優勢，另外在調節時，第一段烘箱溫度盡可能不動，保證乙酯和甲苯揮發過快，在粘合劑表面將形成一個較致密的硬膠層，它的存在將嚴重影響里層的膠和油墨中乙酯及甲苯的揮發，造成殘留溶劑量增大。
第二段以溫度提高5-10℃為好，強迫里層膠和油墨中的乙酯及甲苯揮發，到了第三階段，乙酯和甲苯的揮發已經很難了，因為表面的硬膠已形成，剩余少量的乙酯和甲苯很難突破膠層而揮發，這也是為何工藝標準中要求最后一段溫度可以相應提高5-15℃，但此數據是依據機速在80-120m/min范圍內的實驗結果，如果機速降低，則溫度可以相應下調。
②涂布量的影響
單位面積涂布影響越大，涂膠層越厚，在通過烘箱過程中表層的硬化對深層乙酯揮發的阻礙作用越大，會使溶劑的殘留量相應有所提高。
甲苯的影響
在某一種溶劑中混入少量高沸的液體，混合溶劑的蒸發焓將明顯提高，換名話說混和溶劑的揮發難度大大增加了，如果采用溶劑型油墨，則印刷后必然有甲苯殘留，而殘留的甲苯不單是殘留溶劑的重要組成部分，而且由于殘留殘留甲苯的存在，會進一步影響乙酯的揮發，所以這就是為什么我們在實踐中經常強調控制印刷中甲苯的殘留量是控制總溶劑殘留量的關鍵步驟的原因。在實踐中我發現一個有趣的數據，一般乙酯的最終殘留量總是甲苯的1.5-2.0倍左右，，所以印刷工序中甲苯殘留控制得不好，將增加復合工序中混合溶劑的揮發難度，干法復合就無法保證低的溶劑殘留。降低印刷工序甲苯的殘留量，目前采用的方法主要有以下幾種：①改變印刷機操作參數，主要指提高溫度或降低印刷速度；②設備進行部分改造，改用復式通風；③采用新的材料組合。一般在印刷工序中，甲苯殘留量控制在4mg/m2左右是比較正常的，如果采用更嚴格精細的控制，可以控制在2mg/m2以下，這樣經過干式復合工序后甲苯的殘留量可以控制到1mg/m2左右，甚至更低，就完全可以達到國際食品包裝的要求。近來復式通風干燥的結構被更多的采用，尤其新近引進的日本設備，在印刷工序中有個奇怪的問題，面積少的色塊先印刷，本來由于面積少就容易烘干，卻通過多個烘箱，而面積大得多的滿底色塊卻最后印刷，只通過一個烘箱，這樣的結構在從溶劑殘留角度上考慮是不合理的。復式通風就解決了這個問題，即在最后大面積色塊上多設計一個烘箱，這樣就大大提高了滿底色塊的烘干效果，甲苯殘留也可以進一步降低了。另外，目前采用醇溶性油墨與溶劑性粘合劑配合作用，既可以達到低溶劑殘留的要求又不至于有過高的材料成本，也是一條很好的值得推廣的辦法，這在很多廠家獲得了成功，因為油墨中根本就不含甲苯，揮發組份中不含甲苯，在干式復合中也就不存在對乙酯揮發速率的影響問題。目前看來，醇溶性油墨用于BOPP印刷是成功的，但用于PET上的效果如何，包裝界正拭目以待。
膜的影響
由于我們采用的工藝是將油墨和粘合劑稀釋后涂布在載膠膜上，再經過烘箱烘干后，最后復合，不同的載膠膜用相同的油墨和粘全劑及相同的工藝生產后，其溶劑殘留是不一樣的，為什么呢？因為不同的載膠膜對溶劑的吸附和釋放速率是不一樣的，常用的載膠膜中乙酯的釋放速率排序為PET＞NY＞BOPP，在通常的烘干條件下的溫度距BOPP薄膜熔點更近，其分子無規活動更加劇烈，表現對乙酯和甲苯等有機溶劑的吸附速率加快，從而使其更難揮歸，因此，前面討論工藝參數時講過，對BOPP薄膜，要盡一步降低其溶劑殘留，難度更大些，必須同時考慮溫度升高帶來的對溶劑釋放速率和強迫揮發速率的提高兩個因素。另外，不同阻隔性的復合膜相復合，按上面介紹的檢測方法，其溶劑殘留的結果也是不一樣的，如在PET/VMPET，PET/VMBOPP和PET/PE結構中，相同工藝條件下，其溶劑殘留順序如下；PET/PE，PET/VMBOPP，PET/VMPET。這是由于在實驗條件下，PET/VMPET結構中阻隔性更高，溶劑更難以釋放，所以測出的溶劑殘留量更低些。生產三層復合膜時第二遍復合由于一般以PET/VMPET做為載膠膜，不存在甲苯的干擾，所以第二遍的溶劑殘留相對容易控制。
干式復合是溶劑殘留狀況的最后一道關卡，它決定了最終的溶劑殘留量，而且對于極低溶劑殘留要求的產品的控制，也大多更注重此階段的控制，我先討論一下干式復合工藝參數在這個問題上的控制。
�、贉囟忍荻群屯L效果
干式復合的烘箱溫度梯度和通風效果是影響溶劑殘留極為主要的因素，控制較好的溫度梯度和良好的通風是關鍵的。通常所說的標準工藝參數三段烘箱溫度分別為60℃、70℃、80℃的溫度梯度，是針對正常的機速，而且是以乙酯做為溶劑而言的，一般情況下，良好的通風加上這樣一個溫度梯度，溶劑殘留量控制得更低或印刷工序采用二甲苯，或滿底印刷工序甲苯殘留量大于mg/m2，或采用易吸附乙酯而溶脹的薄膜時，應考慮將干法復合烘箱溫度相應提高5-10℃，需注意的是提高溫度會提高薄膜內爽滑劑的遷移性——向粘接層遷移，從而造成磨系數的增加和粘接強度的降低，對于卷材產品，尤其要注意溫度的提高造成磨擦系數的降低，而引起對客戶流水制袋的設備適應性差，對于BOPP還要考慮溫度升高，乙酯揮發速率和吸附速率的提高誰占優勢，一般90℃以下前者占優勢，90℃以上，后者占優勢，另外在調節時，第一段烘箱溫度盡可能不動，保證乙酯和甲苯揮發過快，在粘合劑表面將形成一個較致密的硬膠層，它的存在將嚴重影響里層的膠和油墨中乙酯及甲苯的揮發，造成殘留溶劑量增大。
第二段以溫度提高5-10℃為好，強迫里層膠和油墨中的乙酯及甲苯揮發，到了第三階段，乙酯和甲苯的揮發已經很難了，因為表面的硬膠已形成，剩余少量的乙酯和甲苯很難突破膠層而揮發，這也是為何工藝標準中要求最后一段溫度可以相應提高5-15℃，但此數據是依據機速在80-120m/min范圍內的實驗結果，如果機速降低，則溫度可以相應下調。
②涂布量的影響
單位面積涂布影響越大，涂膠層越厚，在通過烘箱過程中表層的硬化對深層乙酯揮發的阻礙作用越大，會使溶劑的殘留量相應有所提高。
甲苯的影響
在某一種溶劑中混入少量高沸的液體，混合溶劑的蒸發焓將明顯提高，換名話說混和溶劑的揮發難度大大增加了，如果采用溶劑型油墨，則印刷后必然有甲苯殘留，而殘留的甲苯不單是殘留溶劑的重要組成部分，而且由于殘留殘留甲苯的存在，會進一步影響乙酯的揮發，所以這就是為什么我們在實踐中經常強調控制印刷中甲苯的殘留量是控制總溶劑殘留量的關鍵步驟的原因。在實踐中我發現一個有趣的數據，一般乙酯的最終殘留量總是甲苯的1.5-2.0倍左右，，所以印刷工序中甲苯殘留控制得不好，將增加復合工序中混合溶劑的揮發難度，干法復合就無法保證低的溶劑殘留。降低印刷工序甲苯的殘留量，目前采用的方法主要有以下幾種：①改變印刷機操作參數，主要指提高溫度或降低印刷速度；②設備進行部分改造，改用復式通風；③采用新的材料組合。一般在印刷工序中，甲苯殘留量控制在4mg/m2左右是比較正常的，如果采用更嚴格精細的控制，可以控制在2mg/m2以下，這樣經過干式復合工序后甲苯的殘留量可以控制到1mg/m2左右，甚至更低，就完全可以達到國際食品包裝的要求。近來復式通風干燥的結構被更多的采用，尤其新近引進的日本設備，在印刷工序中有個奇怪的問題，面積少的色塊先印刷，本來由于面積少就容易烘干，卻通過多個烘箱，而面積大得多的滿底色塊卻最后印刷，只通過一個烘箱，這樣的結構在從溶劑殘留角度上考慮是不合理的。復式通風就解決了這個問題，即在最后大面積色塊上多設計一個烘箱，這樣就大大提高了滿底色塊的烘干效果，甲苯殘留也可以進一步降低了。另外，目前采用醇溶性油墨與溶劑性粘合劑配合作用，既可以達到低溶劑殘留的要求又不至于有過高的材料成本，也是一條很好的值得推廣的辦法，這在很多廠家獲得了成功，因為油墨中根本就不含甲苯，揮發組份中不含甲苯，在干式復合中也就不存在對乙酯揮發速率的影響問題。目前看來，醇溶性油墨用于BOPP印刷是成功的，但用于PET上的效果如何，包裝界正拭目以待。
膜的影響
由于我們采用的工藝是將油墨和粘合劑稀釋后涂布在載膠膜上，再經過烘箱烘干后，最后復合，不同的載膠膜用相同的油墨和粘全劑及相同的工藝生產后，其溶劑殘留是不一樣的，為什么呢？因為不同的載膠膜對溶劑的吸附和釋放速率是不一樣的，常用的載膠膜中乙酯的釋放速率排序為PET＞NY＞BOPP，在通常的烘干條件下的溫度距BOPP薄膜熔點更近，其分子無規活動更加劇烈，表現對乙酯和甲苯等有機溶劑的吸附速率加快，從而使其更難揮歸，因此，前面討論工藝參數時講過，對BOPP薄膜，要盡一步降低其溶劑殘留，難度更大些，必須同時考慮溫度升高帶來的對溶劑釋放速率和強迫揮發速率的提高兩個因素。另外，不同阻隔性的復合膜相復合，按上面介紹的檢測方法，其溶劑殘留的結果也是不一樣的，如在PET/VMPET，PET/VMBOPP和PET/PE結構中，相同工藝條件下，其溶劑殘留順序如下；PET/PE，PET/VMBOPP，PET/VMPET。這是由于在實驗條件下，PET/VMPET結構中阻隔性更高，溶劑更難以釋放，所以測出的溶劑殘留量更低些。生產三層復合膜時第二遍復合由于一般以PET/VMPET做為載膠膜，不存在甲苯的干擾，所以第二遍的溶劑殘留相對容易控制。
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