策劃：《包裝前沿》編輯部
主講：科意亞太有限公司銷售總監 王志偉
隨著無溶劑復合工藝逐漸得到普遍應用，行業對工藝的探索也越來越細膩。比如無溶劑復合的產品，有時需要提高熱封溫度才能順利熱封。這個現象就引起了很多企業的關注，到底是什么原因引發的這個問題，有很多不一樣的觀點。 萬華化學葉桂香女士、易得邦周賀先生、康達金振鑫先生都表示就這個問題在做相關測試，今天我們邀請了科意亞太有限公司銷售總監王志偉先生來分享他的觀點：基于他所做測試得出的結論，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，共同來把這個問題探討清楚！ 第89談 無溶劑復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 王志偉 在生產實踐中，有一些客戶會感覺無溶劑復合的產品經常影響熱封溫度。我們常用的熱封材料有PE和CPP，出現熱封溫度受影響的情況在PE結構上更常見。對此，我個人也有一些可能不成熟的想法，所以主要以PE結構為實驗對象做了一些測試，現將測試過程及結論與同行分享，歡迎指正。 一、測試過程及成分分析 熱封三要素為溫度、壓力和熱封時間。 我們發現，有時候在同等條件下，即壓力、熱封時間（制袋速度）都一樣的情況下，用無溶劑復合生產的產品熱封溫度相比溶劑型干法復合產品會上升，甚至有時會上升15~20℃。但這不是所有的無溶劑復合產品都會這樣，而是概率性事件，并且和季節也有一定關聯性。 為了尋找原因，我們做一個平行對比試驗： 1、試驗材料 有熱封溫度升高的問題復合膜若干； 相同結構和厚度的干復樣品； 相同結構和厚度正常的無溶劑復合樣品。 2、試驗器材 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、試驗方法與過程 （1）在有問題的復合膜相同位置同時取三組樣膜，寬度為15mm，每組編號對應為一號、二號、三號。 （2）同樣大小的干復樣品標為四號，正常的無溶劑復合樣品標為五號。 （3）每個樣品先用棉簽擦拭，再用單面刀片輕刮。 （4）一號樣品保持原樣，二號樣品用棉簽沾乙酯充分擦拭熱封區域，三號樣品用酒精充分擦拭熱封區域。 （5）根據樣膜厚度設定熱封儀參數，420N，0.1s，溫度從120℃開始每5℃為一個跨度，對五組樣品同時熱封。 （6）用拉力儀測試每個樣品的熱封強度數據，并做數據表格記錄。 （7）用2500倍電子顯微鏡觀察每個熱封端面。 （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行分析。（由于某種原因，對數據不做呈現，只描述試驗過程與方法。） 4、試驗結果 熱封溫度升高的樣品，表面比其他樣品刮下來粉狀物質多； 參照干復樣品，無溶劑正常熱封溫度的產品稍有升高，可以視為等同； 熱封溫度升高的產品，無論經酒精還是乙酯擦拭，均可恢復為正常熱封溫度； 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，升高溫度后或經溶劑擦拭后，PE間完全封合。 受PE影響，紅外譜圖無法正常識別額外物質。 5、試驗結論 熱封溫度升高，是由于在PE熱封面引入了新的物質導致，該物質可以用溶劑輕易去除，但用現有的試驗儀器無法精準判斷為何物質。 受條件所限，我們不可能花費非常大的代價去做質譜聯用等費用較高的測試分析，那么就從理論上找支撐點。 通過查閱資料可知，根據紅外光譜的研究發現，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，它是支化結構的，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甲基外，還有一部分側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移而產生的。支鏈的存在會影響到分子鏈的反復折疊和堆砌密度，導致密度降低，結晶度減小。 由于以上結構特點，導致PE膜的致密性沒有那么好。 此外，我們在做加工的時候都有一個加溫的過程，根據熱脹冷縮原理，在整個熟化的過程中，PE分子間距也會加大，即分子間空隙繼續加大，致密性繼續降低。 同時，我們也有個共識，那就是無溶劑的分子量相比干復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反應前，權且叫單體分子要小很多。分子受熱后范德華運動也會加劇，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機理，在反應過程中，由于生產條件沒控制好，帶來的副反應就是NCO組分與水反應，最后產生聚脲和二氧化碳氣體。 查閱聚脲的理化性質可知，聚脲是不具有熱封性能的。有人說如果有聚脲產生就不能熱封，而不是只升高溫度那么簡單。 其實不然，比如說我們的灰塵是不具有粘結性的，如果透明膠帶的膠面都是灰塵，這個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雖然已經達到熔融溫度，但因為有這層聚脲存在，那么瞬間是無法熱封的。可是等溫度繼續升高，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，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致，因為PE里的爽滑劑在干復和沒問題的無溶劑復合產品中都存在，并且測試的是相同配方的PE，干復幾乎不出現，而無溶劑出現，就是因為干復膠水的分子量大，穿透概率低，同時干復進烘箱，反應快，讓NCO單體穿透幾乎沒有機會，而無溶劑不具備這些特質。 根據客戶反饋數據顯示，該現象發生在冬季的時候會比夏季多很多，那么冬天和夏天的顯著區別在哪里呢？除了PE會有些微變化外，最大的區別在于冬天天冷，因此復合膜進出熟化室時都會有明顯的冷熱變化，這一變化使膜的表面產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，而不是水分進入先形成聚脲再遷移出來呢？如果是在層間反應，那么干復和無溶劑體現出來的結果應該接近或相同，因為在結構和材料完全相同的前提下，水分通過PE層遷移進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致，在局部濃度是無法控制的，就會有機會導致生成二氧化碳的體積過大或速率過快而導致或多或少的出現氣泡，而直到目前為止還沒有這種現象的反饋。 故此我們基本上可以推斷，聚脲是由NCO組分遷移到PE熱封面和水分反應產生的。 二、解決方案 既然知道了大致的成因，我們如何解決或避免呢？ 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的分子結構位阻增大，通過混合合適的原料填充分子空隙。這一點我們已經有客戶出樣驗證了是可行的。 我們也從生產實踐中獲知，不是所有的無溶劑復合都這樣，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，當膜上有冷凝水膜的時候會出現這種情況，那么在生產中就要避免這種情況發生。 如果既成事實，也不需要把這類產品報廢，只要沒制成袋子就有辦法挽救回來。比如可以過一遍干復機，在涂膠單元放置一個類似攪墨棒一樣帶毛刷的轉動裝置，把熱封面擦洗一遍，然后把烘箱稍微加點風和溫度，徹底把溶劑揮發干凈。這樣就會使這類產品起死回生。當然如果能說服客戶調整包裝溫度也可以消化掉，但很多用戶不太愿意配合。
