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技术分享:高速无溶剂复合的产品定义及工作原理

发布时间:2024-08-10 08:16:38人气:0

干复案例分析完后再来探讨无溶剂的复合,无溶剂与干复最大的不同在二个方面,一是因为胶水的改变带来了上胶方式的改变,二是因为胶水不含有机溶剂,因此胶液不再需要干燥烘箱加温才能干燥。为了得到更均匀的涂布上胶效果,无溶剂复合通常采取五辊的辊涂式涂布上胶。
由于涂胶方式的改变,复合时上胶量可以更低,胶水固含量可以达到100%且不含挥发性的有机溶剂,因此无溶剂复合给软包装带来了巨大的成本优势免除溶剂干燥的过程不仅大幅节约了生产的能源消耗,也解决了复合末端VOCs治理问题。
可以说无溶剂解决了软包装生产中的成本、效率、能源、环保等诸多问题,从多维度为塑料软包带来了可持续发展的解决方案,也给复合方式带来了巨大提升与遐想空间,这使得无溶剂在近十年复合软包装行业内迅速发展与普及。
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无溶剂复合还带来了胶粘剂、涂胶方式、设备要求、操作技能的巨大转变,与干复相比,各有长处与缺点,在不同领域都有相应的应用。
无溶剂胶不含有机溶剂,理论上可以使用100%固含量的胶水,想要更高效且稳定地涂布,意味着不能使用传统网线辊进行胶水转移。
当前多数设备采取辊涂转移的方式涂胶,对技术操作工艺与胶水的要求相对较高,必须控制在严格的工艺条件下进行施工,以增加涂布的稳定性。
稳定性的含义有四种:一是胶本身的稳定性;二是胶水涂布状态的稳定性;三是设备的稳定可靠性;四是涂布完成后需要“粘得牢、粘得好”。

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1、无溶剂采用的是五辊式涂布方法,是通过计量辊与转移钢辊的间隙+转移钢辊+转移胶辊,将胶水转移到复合钢辊之上,再通过复合胶辊压合进行粘合的涂胶过程。涂胶方式的改变使得胶水可以更加均匀地涂到薄膜上,通常使用1~2g/㎡的上胶量也能得到很好的复合效果,与干复上胶量相比大幅地下降(40%-60%),涂胶层的减薄也降低了胶液收缩的内聚力。
2、想要在高速复合中获得稳定的涂布效果,除设备精度与稳定性必须得到保障外,胶液也需要一个稳定的工作粘度。因为涂布胶液需具备一定的粘度以保持其转移、流平性,确保涂布的施工性能,常见胶液的工作粘度多在800-1500cps(涂4杯约为22--36S)粘度,工作温度在35-50度范围。
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这样的工作粘度对于胶水来讲显然是偏低的,为了保持良好的工作粘度,可以采用2种办法:降低胶水原胶的初始粘度或通过升温来降低胶液的工作粘度。这2种途径实现起来又各有利弊:
①降低原胶的初始粘度:意味着需要降低原胶的分子量,胶水分子量降低则初粘力更低,胶水交联聚合的反应路径也会变得更长,否则影响粘接效果。
同时由于胶黏剂分子量的减小,胶液变得流动性和渗透性变好,意味着更小的胶水分子对薄膜穿透性更强,存在微孔的薄膜就容易被胶水渗透,产生渗胶现象(如铝箔的背透等)。
②提高胶黏剂的原胶粘度,通过升温降低涂布的工作粘度:原胶粘度的提高意味着初粘力的提升和反应路径的变短,通过对提升施工的温度来降低工作粘度,但高温会让胶黏剂的反应速率迅速升高,涂布胶液的粘度也会快速上升,因此胶黏剂在混胶、胶槽、涂布之间的恒粘时间变短,可能产生存盘性的问题,涂布的稳定性也会受到严重挑战,因此使用提高工作温度降粘的办法,也是比较困难的。
③沿用胶水研发的惯性思维,通过在一定程度控制原胶的分子量(初始粘度)下,延长初期的反应速率(调整初期反应曲线)以同时增加胶水的存盘和涂布性能。以期望解决粘度提升初粘,提升温度降粘又加快反应速度使得涂布性能变差;而降低原胶粘度则降低了初粘,反应路径又会太长。
3、综上,胶水的配方设计只能在矛盾之中寻求平衡,是否变成了以下的怪圈路径:
①保持良好的涂布性能→降低初始粘度→降低分子量及粘度→背透及反应链拉长→影响胶水的复合性能;
②保持良好的涂布性能→降低初始粘度→降低分子量及粘度→提升交联反应速率→工作存盘性下降→影响胶水的施工性能;
③保持良好的涂布性能→加大原胶初始粘度→保持良好的涂布性能→提高胶液工作温度→降低胶水粘度→胶水反应速率加速→胶水存盘性下降→影响胶水的施工性能;
④为保持胶液的施工性能及粘接性能,胶水配方总是不断在原胶、生产、成品性能三者之间寻找平衡路径。
 4、无溶剂的五辊涂布的计量辊、转移辊、上胶辊通常是可加热的钢辊,中间的转移胶辊及复合压胶是胶辊。加热辊在设备涂布时加热的均匀度、热变形度、胶辊受热变形等,都会影响涂布的正常性能。
特别是涂布时计量辊与转移辊之间的间隙,通常需要在温度稳定后安装好挡胶板,再塞尺检查确认,防止中间因热或压力而变形,确保均匀稳定地涂胶。同时需要充分考虑到钢辊与胶液加热而产生的共同影响。
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5、无溶剂工作胶液是通过混胶机混合出胶的,因此对A/B胶的出胶比例、混胶的均匀度必须要准确,每次开机前混配比的测量、出胶、混胶状态的检验确认都非常重要,生产过程中对出胶压力、温度、涂胶设备保持巡查,确保不出现异常。
行业因混胶出现问题有层出不穷的案例,大部分原因为混胶管堵塞、混胶头局部堵塞、胶泵送胶的异常、静态混胶管不良、胶槽二端出现死胶等几个常见问题,胶缸加错胶水(A/B胶混加)导致产品报废的问题也是时有听闻。发生问题主要原因无外乎管理失控、胶水的比例失衡,关键点在于对生产工艺的控制与设备性能的掌握不足产生的。
6、无溶剂与干复最大的区别是不用干燥,因此少了烘干干燥的热风与加热,也少了网纹辊的涂布机构,能源节约及设备结构得到简化,复合机速也得到了大幅的提升,随着机速高速的提升,对设备张力的稳定性就提出了更高的要求,特别是由于复合的初粘力极低,对薄膜的收卷张力提出的要求,也就近乎严苛。
同时无溶剂的高速复合只能尽量收大卷才能减少停机,以保障生产效率与质量。而大膜卷带来收卷的张力、应力、内聚力的变化,加上薄膜变形、位移等变化,随着膜卷自重急剧加大,卷芯压强也就急剧增加,要科学收卷并不容易,需要充分考虑以下问题。
①初粘力低膜层容易产生错位,因此胶黏剂的选用非常重要;
②复合上胶量需要得到精准控制:过大产生易溶墨、串卷等问题,过小易产生白点、剥离不够等问题;
胶液涂布后存在一定时间段的流体状态,如何充分利用或者避免膜间的叠差厚度,降低溶墨与气泡问题;
复合速度快,需要更加平稳的张力与均匀的涂布效果,对膜材的要求也就更高,厚薄平整度不良的薄膜尽量不要上机复合;
⑤涂布量的降低对于环境的要求也就变得更高,尽可能提供恒温、恒湿、防尘的生产环境,包括对薄膜、胶水进行提前的恒温准备至关重要。
⑥收放卷的卷径变化性更大,对薄膜产生的应力变化也就更大,如何对不同弹性模量的材料进行科学的组合,以及压辊对收卷产生的影响,是需要研究的;
⑦因操作精密度更高,因此如何对无溶剂生产过程的规范操作,做好防错、防呆,提前预防显得更加重要;
无溶剂的熟化,特别是卷内内芯的熟化,对熟化的控制及薄膜的应力变化、层间蠕变、静电影响等需要更加关注,建议收卷使用周径50cm壁厚10mm的无缝钢管作为收卷管芯;
因胶黏剂本身产生的问题:胶水的渗透、对助剂的吸收与析出影响、PE阻封等,在产前的工艺设计就要做好规避。
总之,只有对胶水、薄膜、设备、工艺的各项原理有很清晰的认识之后,提前设定合适的工艺进行匹配,才能得到最好的复合结果,也就是得到“粘得更牢、粘得更好”复合产品。

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