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水性聚氨酯膠黏劑的應(yīng)用及常見問題探討

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2020/4/5 瀏覽次數(shù)：

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一、復(fù)合熱輥溫度不夠

熱輥的作用是讓干燥但尚未固化的膠熔化、流動，去潤濕第二放卷的基材。如果溫度不夠則剝離強下降，還拌隨出現(xiàn)氣泡、白點。冬季我國大部分區(qū)域受寒流影響，東北和西北地區(qū)的很多軟包裝彩印廠復(fù)合后出現(xiàn)一種奇怪的氣泡:從熟化室取出的復(fù)合膜卷，外層十幾圈出現(xiàn)很大的氣泡，嚴重的還有“隧道”。

這些氣泡導(dǎo)致成品率大幅下降，工廠難以接受，需要緊急處理。實地考察時看到，復(fù)合膜剛下機時沒有氣泡，但共同的特點是初粘低。同樣的工藝，除了嚴寒的氣候外平時很正常，歸納后發(fā)現(xiàn)凡發(fā)生上述弊病的復(fù)合機都沒有第二放卷預(yù)熱輥系統(tǒng)，這就找到了原因。

根本原因是膠初黏力低造成，但膠的初黏力還要由工藝來決定。我們知道不同種類的膠初黏力有區(qū)別，膠的分子量大小決定了初黏力的高低，所以水性聚氨酯膠黏劑要在固含量一致的條件下比較初粘力，而不能拿 30%固含量的膠與35%的作比較?，F(xiàn)在普通膠中35%固含量的膠是主流產(chǎn)品，采用合理的工藝可以得到所需的初黏力，復(fù)合熱輥設(shè)定合適的溫度就行。但如果第二放卷沒有預(yù)熱輥，而聚乙烯、聚丙烯膜使用時才從倉庫送來，有的膜卷溫度只有 1℃左右，熱輥熱量復(fù)合時被第二基材大量帶走，造成復(fù)合熱輥中段溫度下降，已干燥的膠不能被充分熱熔，初黏力就低。雖然放進熟化室后過段時間能恢復(fù)應(yīng)有的初黏力，但外層幾圈乃至十幾圈不能被很好地裹緊固定，產(chǎn)生了白點、氣泡。

國產(chǎn)復(fù)合機的熱輥系統(tǒng)有兩種，一種是電加熱的，但溫度探測頭都被放置在熱輥邊緣而非復(fù)合膜經(jīng)過的部位，所以測得的溫度不是我們所關(guān)注的熱輥中段實際溫度。另一種油加熱系統(tǒng)干脆把測溫儀放在導(dǎo)熱油箱內(nèi)，所測的溫度與熱輥溫度無關(guān)。實測某油加熱系統(tǒng)，溫度顯示(油箱溫度)70℃，復(fù)合熱輥邊緣溫度 50℃，熱輥中段 30℃，我們不能被顯示溫度所迷惑。同樣的熱輥設(shè)定溫度，復(fù)合機運轉(zhuǎn)速度不同時熱輥中段溫度有區(qū)別，因此降低復(fù)合速度也能解決問題。

徹底解決熱輥溫度低的弊病可以在第二放卷后加裝預(yù)熱輥或其他預(yù)熱裝置，雖費時費錢效果卻最好。提高復(fù)合熱輥溫度也是可行的方法，但某些油熱系統(tǒng)油箱的最高升溫也就是 70℃左右，溫度是夠的，只是傳遞不到熱輥，應(yīng)考慮增加導(dǎo)熱油的流量；對采用電加熱方式的熱輥系統(tǒng)最好把溫度探測頭向熱輥中間移動，可以控制熱輥復(fù)膜部分的溫度。最簡易的方法是降低復(fù)合速度；車間溫度能保持在 10℃以上的可以考慮把第二復(fù)合基材預(yù)先存放在車間。

二、包裝內(nèi)容物侵蝕

農(nóng)藥類是侵蝕性最強的內(nèi)容物，大家也很注意，這里就不涉及了。化妝品、食品尤其是腌制品中的有機酸會與鋁箔袋中的鋁層反應(yīng)，引起剝離強度下降甚至脫層。建議加強熱封內(nèi)層薄膜的阻隔性。

三、膠與油墨相容性不好

整體上看水性聚氨酯膠黏劑與氯化 PP 油墨、聚酰胺、聚氨酯油墨相容性是好的。但由于各廠油墨的配方有差異，各色油墨的連接料配比也有變化，所以還要分別考察。比如同一類白墨，表面張力會不一樣。

四、涂布量不夠

涂布量不夠不但會產(chǎn)生氣泡，也能使剝離強度下降。但涂布量太大會使油墨從印刷基材上脫落，轉(zhuǎn)移。

五、鍍鋁膜轉(zhuǎn)移造成剝離強度低

鍍鋁層轉(zhuǎn)移機理的討論進行了很長時間，也是大家感到很迷惑的課題，對這個問題我只能多講一些。

六、對早期有關(guān)鍍鋁轉(zhuǎn)移機理的評價

鍍鋁復(fù)合膜的鍍鋁層轉(zhuǎn)移現(xiàn)象大家討論了好幾年了，對鍍鋁層轉(zhuǎn)移機理也作了些闡述，本文先歸納一下有關(guān)的論點:

1.“分子量小的粘合劑分子間活動能力強，容易浸蝕鍍鋁層而破壞鋁層。”

2.“(膠黏劑)涂布量大，完全固化時間就長，粘合分子就有足夠的活動能力，破壞鍍鋁層?！?br />
3.“在質(zhì)量較好的鍍鋁膜上均勻分布著 250 多萬個直徑 0.1mm 的“針孔”，或者是更多的直徑小于 0.1mm 的‘針孔’ 研發(fā)鍍鋁專用膠水的目標是:讓分子量較小、分子量分布較窄的膠水分子在尚未發(fā)生交聯(lián)的情況下，在一定的溫度和壓力作用下，穿過上述的‘針孔’，與鍍鋁基材直接接觸，經(jīng)過熟化與鍍鋁基材‘松散地’粘合在一起?！?br />
4.“不要選用分子量大、分子量分布不均勻且溶劑釋放性差的粘合劑，因為溶劑本身滲透能力強，破壞涂層(指鍍鋁層)，還會影響粘接強度。同時，分子量大的粘合劑在生產(chǎn)過程中，其分子量也必然不均勻。(稀釋溶劑純度不高影響鍍鋁層也是同樣道理。)”

姑且不論鍍鋁膜上是否存在“針孔”，前 3 條論述的共同點是認為膠黏劑的小分子會透過鍍鋁層而到達鍍鋁基材表面。至于結(jié)果如何，有的解釋為“與鍍鋁基材‘松散地’粘合在一起”；有的認為“浸蝕”或“破壞”了鍍鋁層?？傊?，他們認為膠黏劑小分子的滲透是導(dǎo)致鍍鋁層轉(zhuǎn)移的因素之一，至于是如何破壞的語焉不詳。第4 條認為溶劑滲透鍍鋁層也會造成鍍鋁轉(zhuǎn)移。這種滲透理論進一步演變成油墨附著力添加說，概略內(nèi)容為:在油墨層上涂膠后，膠黏劑滲透至油墨與基材的結(jié)合部，加強了油墨對基材的附著力，如果油墨的附著力差說明膠黏劑的質(zhì)量有問題云石。

大量實驗證明，粘合劑小分子能滲透過鍍鋁層的說法不能成立，所以滲透后的結(jié)果是“破壞”了鍍鋁層還是“提高了復(fù)合強度”都無從談起。不要說是膠黏劑小分子，即使是醋酸乙酯分子短時間內(nèi)也不能滲透鍍鋁層。

有人作過如下實驗:將 VMPET(聚酯鍍鋁膜)及 VMCPP(聚丙烯鍍鋁膜)放入醋酸乙酯中浸泡，然后用壓敏膠帶測試鍍鋁層的附著力。5 小時后 VMPET 的鍍鋁層尚未發(fā)生脫落，而 VMCPP 的鍍鋁層卻被部分剝離。再把醋酸乙酯浸泡液升溫至 50℃±2℃，VMPET 浸泡 3.5 小時后鍍鋁層就發(fā)生部分脫落；VMCPP 浸泡 2 小時后，壓敏測試膠帶把部分鍍鋁層剝離下來了。此實驗并不能證明醋酸乙酯是從鍍鋁層侵入，倒很可能是從 CPP 或 PET 層滲透，因為醋酸乙酯溫度升高使轉(zhuǎn)移提前發(fā)生的實驗結(jié)果，符合塑料薄膜阻隔性規(guī)律。到底是鍍鋁層還是塑料薄膜層發(fā)生滲透現(xiàn)象目前不必下結(jié)論，起碼實驗證明了在短暫的涂膠、干燥過程中(整個工藝過程不超過 1 分鐘)，溶劑滲透鍍鋁層的可能微乎其微。而膠黏劑分子遠大于醋酸乙酯，滲透更不可能。

溫度對鍍鋁層轉(zhuǎn)移的影響也是大家關(guān)注的熱點。有的提倡高溫短時間熟化:如“鍍鋁膜復(fù)合產(chǎn)品原則上應(yīng)提高熟化溫度，采用高溫短時的熟化方式，一般熟化溫度在 50℃左右，切勿低溫長時間熟化。”然而生產(chǎn)實踐卻不支持這種觀點，有條件的廠家通行做法是將熟化室分成高溫及低溫室，低溫熟化室就用于鍍鋁復(fù)合膜的熟化。

溫度到底對鍍鋁膜產(chǎn)生了什么作用?還是舉上述實驗的繼續(xù)來分析:150mm寬的VMCPP在不同溫度及施加 1kgf 恒定張力的條件下，經(jīng)受不同時間的拉伸后除去張力，冷卻至室溫后用壓敏膠帶測試的結(jié)果(見表 1)。以同樣的條件拉伸 VMPET，結(jié)果是鍍鋁層的轉(zhuǎn)移較輕微。

這個實驗說明 VMCPP 膜的 CPP 基材受熱溫度越高，拉伸伸長率越大；拉伸時間越長 CPP 膜蠕變越大。正因為 CPP 基材的彈性模量小拉伸變形大，而鍍鋁層又沒有延伸性，造成鍍鋁層的轉(zhuǎn)移。以同樣條件拉伸 VMPET 膜，由于 PET 基材拉伸變形小，鍍鋁層轉(zhuǎn)移也少。這個實驗結(jié)果可以幫助我們優(yōu)化熟化條件:

(1)在不影響下道工序操作的前提下，降低熟化溫度，減少鍍鋁復(fù)合膜在熟化室的熟化時間。

(2)不同基材的鍍鋁復(fù)合膜，熟化條件可以有所變化。原則上彈性模量大的復(fù)合膜可以延長熟化時間。

七、內(nèi)應(yīng)力的作用

用普通膠復(fù)合 PET/VMCPP，剝離強度 0.2N～0.5N，鍍鋁完全或大部分轉(zhuǎn)移；復(fù)合結(jié)構(gòu)改成PET/VM-PET，剝離強度1.6N～1.8N，鍍鋁只有少量轉(zhuǎn)移。PET/VMBOPP 也達到 1.2N～1.4N。說明基材熟化后收縮率相似的復(fù)合膜剝離強度高。

我們舉 PET/VMPET/PE 結(jié)構(gòu)作例子:一般在 PET 印刷面涂膠與 VM-PET 的鍍鋁面復(fù)合，然后放進熟化室，熟化后的鍍鋁層沒有轉(zhuǎn)移跡象。再用上述復(fù)合膜涂膠復(fù)合 PE 膜，卻發(fā)現(xiàn) VMPET 的鍍鋁層轉(zhuǎn)移至印刷面上，這是大多數(shù)彩印廠面臨的難題。為此彩印廠沒少動腦筋，有的嘗試 PET 與 VMPET 復(fù)合后不經(jīng)熟化就復(fù)合 PE 膜，還是發(fā)生鍍鋁層轉(zhuǎn)移。說是小分子“浸蝕”或“破壞”又太牽強，因為第一次 PET 與 VMPET 復(fù)合時剝離強度很好，鍍鋁層不轉(zhuǎn)移，而第二次復(fù)合 PE 膜后，第一次復(fù)合的鍍鋁層才發(fā)生轉(zhuǎn)移現(xiàn)象。對這種鍍鋁轉(zhuǎn)移現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，人們作了種種猜測，如薄膜、膠層的性質(zhì)，烘道溫度、熟化時間、張力控制等條件（見圖1）。