复合常见问题的原因判断和解决方法对于干式复合的一些常见问题,LDPE具有优良的热封性

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核心提示:复合常见问题的原因判断和解决方法对于干式复合的一些常见问题,诸多的业界专家在很多的刊物和技术交流会上都有详尽的讨论,业界

摘要:镀铝复合膜、铝塑复合膜常用于保质期较长、阻隔性要求较高类食品的包装,但这类材料存在耐揉搓性差的缺点。
本研究通过对比揉搓试验前后氧气透过量测试结果,分析了PET/CPP/Al/CPP/VMPET三种包材的耐揉搓性,试验结果表明PET/CPP/VMPET耐揉搓性优于PET/CPP,对食品具有更高的保质效果。

摘要:PA/LDPE复合膜在热封过程中常出现热封不良的质量问题,本研究针对该问题采用多款热封及拉力测试设备,固定热封压力及热封时间,结合热封区域形态是否良好,选取可达到最佳热粘强度及热封强度的热封温度。
由此,为该复合膜或采用LDPE作为热封层的复合膜使用企业在包装过程中提供可参考的依据。

复合常见问题的原因判断和解决方法
对于干式复合的一些常见问题,诸多的业界专家在很多的刊物和技术交流会上都有详尽的讨论,业界同仁都受益匪浅。
以下是在我工作过程中软包装企业咨询频率较高的一些问题,在这里分析一下其主要原因以及如何预防这些问题发生,希望能对软包装企业及操作者有所裨益。

关键词:铝塑复合膜,镀铝复合膜,耐揉搓性,氧气透过量

关键词:PA/LDPE复合膜,热封温度,热封性,热粘性

1、袋子表面起皱
袋子表面起皱通常出现在油墨处,分为熟化后马上起皱、热封后起皱、热封后放置一段时间起皱、水煮蒸煮后起皱等。
这里对诸多原因不再赘述,只提醒大家关注油墨对固化剂的消耗。
由于无苯无酮油墨和一体化油墨的使用普及,此种问题在很多的软包装企业出现,究其原因是这类油墨的连接料通常是聚氨酯体系的,溶剂组合中也有醇类,容易消耗胶水的固化剂而导致胶水不干。
如果胶水不干就会出现袋子表面起皱的问题,现象不同只是胶水不干的程度不同而已,其根本原因还是相同的。

曾忠斌1于佳佳2陈欣2

刘东芳1于佳佳2陈欣2

解决方法是最好在印刷油墨中加入硬化剂,具体添加量可与油墨生产厂家沟通。
如果印刷时不加硬化剂,也可以在配胶时多加一些固化剂,根据以往的经验添加量应该不少于20%。
但是在最近的工作中发现某些油墨的印刷膜在配胶时多加了50%的固化剂胶水仍未干透,故软包装企业在换用油墨或胶水时一定要通过试验来验证这两种材料的匹配性。

(1.国家包装产品质量监督检验中心,兰州730030;2.济南兰光机电技术有限公司,济南250031)

(1.国家包装产品质量监督检验中心,济南250102;2.济南兰光机电技术有限公司,济南250031)

2、溶剂残留过高
溶剂残留问题在食品包装上已经得到足够的重视,其产生的原因也有很多,这里只讨论设备的因素。
多数的溶剂残留问题是印刷机和复合机的烘道的干燥温度、风速及风压调整不当所致,温度高、风速低以及烘道口的风向形成正压都会造成溶剂残留偏高。

铝箔具有材质轻、高阻隔、遮光、抗紫外线、防潮、防腐蚀、导热快、保质期长、卫生等优良特性[1],加工适用性好,可以直接与塑料薄膜复合,制成具有高阻隔、可热封、耐高温等优点的铝塑复合包装,适用于高温杀菌包装、真空包装,常用于熟肉制品、太空食品、酱类、糊状等食品的包装[2],这类食品的油脂含量较高,保质期较长,若采用普通的塑料复合膜作为包装材料,则很可能会由于包装的阻隔性低而引起此类食品在保质期内发生变质。
另外,铝类材料还可以通过真空镀铝工艺制成镀铝薄膜,镀铝薄膜与其他塑料薄膜复合得到镀铝复合膜,其阻隔性可接近于铝塑复合膜。

在食品及医疗器械行业,PA/LDPE复合膜是较为常见的包装用薄膜,因为PA具有较好的韧性及阻隔性,LDPE具有优良的热封性[1-2]。
但是PA/LDPE复合膜在应用过程中,却经常出现热封过度或其他热封不良的现象,甚至在包装线上出现热粘性较差的包装,导致包装内容物变质或泄露等质量问题。
上述问题大部分是由热封温度、热封时间或压力不合适引起,多数企业不了解所使用包材的热封及热粘性,甚至不知道所使用的包材材质,盲目的选择热封温度等工艺参数,导致热封过度等问题[3-5]。
针对上述问题,我们选择常用的PA/LDPE复合膜包装作为研究对象,试验研究其热封性及热粘性最优参数,采用相关拉力试验机进行测试。
通过固定延迟时间,测试试样在不同温度下的热粘强度,并绘制热粘曲线,从而得到具有良好热粘性试样的最佳密封温度范围。
另外,通过固定热封压力、持续时间这两个热封参数,在不同热封温度下热封试样,测试热封强度,绘制热封曲线,确定PA/LDPE在良好热封性能下的最佳热封温度范围。
上述研究可为采用LDPE作为热封层的复合膜使用企业提供一定的生产参考。

解决方法是首先保证烘道内封嘴出口有足够大的风速,然后将烘道进口和出口都调整成负压的状态,也就是烘道进出口处的气流是向烘道内流动的。
特别要注意的是很多工厂的室内排风口和设备自带的排风口(如复合机涂胶单元上面的排风口和印刷机组之间的排风口)也连接到了主排风管道上,这就需要很大流量的排风机才能使烘道口的风向形成负压,调整时可以将这些排风口另外安装管道并单独配备排风机,或者也可以将这些排风口堵住。
另外印刷机的干燥温度和复合机第一段的温度都不宜太高,这样可以避免因假干而造成的溶剂残留过高问题。
烘道的二次回风尽可能不要使用,尤其是复合机第一段的二次回风最好将其关闭。

无任何瑕疵的铝箔可以完全遮光,其气体透过率为零,但是由于生产原料、生产工艺及生产车间环境的影响,铝箔表面不可避免的产生污点和针孔[3-5]。
当铝箔与塑料薄膜复合并用于食品包装后,在外力的揉搓作用下,铝箔表面的针孔逐渐扩大,导致包装材料的阻隔性大大降低,甚至产生贯穿性针孔而出现泄漏的现象。
因此对于铝塑复合膜而言,耐揉搓性是影响其保质效果的重要因素。
针对铝塑复合膜的耐揉搓性问题,本研究选取了2种铝塑复合膜PET/CPP/Al/CPP,1种镀铝复合膜PET/CPP进行耐揉搓性试验,以期找到耐揉搓性优良的包装材料,为食品企业选择包材提供一定的依据。

HTT-L1热粘拉力试验机:济南兰光机电技术有限公司生产,密封温度范围为室温~250℃,密封时间及热粘时间均为0.1s~999.9s,密封压力为0.05MPa~0.7MPa,试验速度为100、150、200、300、500、hottack六档可选,力值量程为0N~200N,0N~30N,0N~50N,0N~100N四档可选。
适用于塑料薄膜、复合膜等包装材料的热粘性能的测试。
同时也适用于胶粘剂、胶粘带、不干胶、胶黏复合品、复合膜、塑料薄膜、纸张等软质材料进行剥离、拉断等项目的试验。

3、开口性不好
开口性不好是经常遇到的问题,有时做好的袋子中似乎有水汽一样,即使撑开了也会再粘回去,这个现象除了热封膜本身的问题和熟化温度过高之外,主要原因应该是复合时收卷过紧所致,其原理尚不清楚,望业界同仁指点。

VAC-V2压差法气体渗透率测试仪:济南兰光机电技术有限公司生产,控温范围为5℃~95℃,控湿范围为0%RH、2%RH~98.5%RH、100%RH,气体透过量测试范围为cm3/m2·24h·0.1MPa,适用于各种塑料薄膜、塑料复合膜、纸塑复合膜、共挤膜、镀铝膜、铝箔、铝塑复合膜及各种工程塑料、橡胶、建材等片材的气体渗透性测试,测试气体为O2、N2、CO2等。

HST-H3热封试验仪:济南兰光机电技术有限公司生产,热封温度范围为室温~300℃,热封时间为0.1s~999.9s,热封压力为0.05MPa~0.7MPa,该设备基于热压封口测试方法,可用于测定各种热封复合膜的热封温度、热封时间以及热封压力等关键参数。

解决方法是复合时收卷不要过紧,复合机如果是自动张力可以将锥度张力设定的略大一些,手动张力就将每次调整的幅度稍大一点,这样收卷就会松松垮垮,熟化后开口性就不会很差。
另外复合辊的温度偏低一点也对提高复合膜的开口性有帮助。
但在采取这两种手段时一定要保证复合膜有较高的初粘力,否则熟化后复合膜容易出现隧道现象。
另外熟化后的复合膜一定要充分冷却后再进行制袋加工。

FDT-02揉搓试验仪:济南兰光机电技术有限公司生产,揉搓角度为440°或400°,揉搓水平行程为155mm或80mm,揉搓频率为45次/分钟,共有A、B、C、D、E五种揉搓模式可供选择,揉搓次数分别为2700次、900次、270次、20次及短行程揉搓20次,适用于塑料薄膜、薄片及各种复合膜、镀铝膜、铝塑复合膜、涂层膜等材料的耐揉搓性试验。

XLW智能电子拉力试验机:济南兰光机电技术有限公司生产,行程最大为950mm,试验速度为50、100、150、200、250、300、500七档可选,力值量程为0N~500N,0N~50N两档可选。
适用于塑料薄膜、复合材料、软质包装材料、塑料软管、胶粘剂、胶粘带、金属箔、隔膜、背板材料、无纺布、橡胶、纸张等产品的拉伸、剥离、变形、撕裂、热封、粘合、穿刺力、开启力、低速解卷力、拨开力等性能测试。

4、复合强度偏低
复合强度偏低的原因非常之多,但最常见的还是助剂析出造成的这种现象,这里只讨论热封膜的助剂析出所导致的复合强度偏低。
复合膜剥开后如果热封膜的透明度变得很差,表面似有一层雾状的东西,擦掉后透明度又会变得很好,基本就可以认定是助剂析出所致。

2.1揉搓前氧气透过量测试

本试验采用常见的PA/LDPE复合膜作为验证材料,测试其热粘强度与热封强度。

解决方法是选用抗助剂的专用胶水,或者也可以将熟化温度提高5~10℃。
因为熟化时助剂析出和胶水反应就像赛跑一样,谁先到达终点谁将胜出,而胶水的反应速度是快过助剂析出的速度的。
所以在助剂到达复合界面之前让胶水完成反应,就可以得到较高的复合强度。
同理,胶水完全干透了之后就要停止熟化,降低助剂继续析出的速度。

将环境温度控制在℃,并将各试验材料放置在干燥器中进行状态调节至少48小时。
然后用取样装置裁取直径为97mm的试样3片,分别将3片试样安装在VAC-V2气体渗透仪的3个测试腔上,并用试验腔夹紧结构夹紧试样,试验条件设置为23℃,相对湿度0%RH,打开真空泵,开始试验,由于3个试验腔互不干扰,因此可以得到3个独立的试验数据。

在验证材料表面随机选取10个位置点,测量其厚度,测量结果见表1。

5、卷心出现活褶
复合膜熟化后经常在卷心附近出现活褶,一般在100~200m处。
这种活褶即使用电熨斗也无法熨平,很是恼人。
其原因主要是复合的初粘力太低所致,因为初粘力太低膜卷尤其是膜根无法收紧,熟化后由于复合膜收缩而造成卷心附近出现活褶。

从试验材料上分别裁取280mm×200mm的试样3片,将试样通过胶粘带固定在试样夹头上,并用固定装置固定。
选择C类揉搓模式,开始揉搓试验。

沿验证材料的纵向方向随机裁制宽15mm,长35cm的试样45条。
设置仪器的密封持续时间为1s,设置仪器的密封压力为29N/cm2,设置仪器的延迟时间为100ms,夹具的分离速度设置为1500mm/min。
设置起始密封温度为125℃,将试样的密封面向上,夹持在热粘拉力试验仪上,进行热粘强度的测试,做5次平行试验。
随后每隔2.5℃做一组试验,直至152.5℃热粘强度明显下降时为止,每个密封温度均做5次平行试验。

解决方法是选择初粘力较高的胶水,另外还可以将烘道的最后一段和复合辊的温度设定的高一些,这样就可以提高复合的初粘力,将膜根收紧,避免复合膜熟化后出现卷心活褶

2.3揉搓后氧气透过量测试

沿材料的纵向方向随机裁制长15cm、宽7.5cm的试样44片。
在热封试验仪上设置持续时间为1s,在热封试验仪上设置热封压力为290kPa,设置初始热封温度为95℃,随机取出2片试样叠放,热封面相对,热封刀平行于试样的横向进行热封。
随后每升高5℃,按照上述方法对随机抽取的试样进行热封,直至热封温度为200℃试样严重变形为止。
沿试样的纵向方向,分别将每个热封后的试样裁剪成宽15mm的试样条5条。

江苏申凯包装高新技术股份有限公司成立于2002年,公司注册资本8000万RMB,天交所上市企业,,股权代码000057,高新技术企业,公司总投资超过2.1亿RMB,拥有20000余平方米普包厂区;拥有13000平方米的药包厂区,11000平方米的办公面积。
公司拥有二位行业顶尖研发博士,每年新增超过100多个专利,专业生产食品包装膜、化工包装膜、电子监管码防伪包装等各类彩印复合包装膜。
现位于无锡新区硕放中通路99号,毗邻上海车程2小时内。

按照2.1中的步骤测试揉搓后试样的氧气透过量。

将试样条放在℃,相对湿度%条件下调节至少24h后,分别测试每个温度下试样条的热封强度,拉力试验机的夹具初始间距设置为5cm,移动速度设置为300mm/min。

若揉搓后试样产生贯穿性针孔,其氧气透过量超过气体渗透仪的量程而导致试验无法进行时,可通过松节油法查看试样产生针孔的情况。
具体操作为在揉搓后的材料上裁取150mm×200mm的试样,并将试样平铺在白纸上,然后向试样表面涂抹松节油,松节油会通过针孔渗透到白纸上,在白纸上形成斑点。

2.1最佳热粘强度下热封参数的选择

为了模拟复合膜材料在储存、运输、包装过程中及食品成品包装的物流、销售等环节中可能受到的揉搓作用,本研究选用了揉搓模式C,以测试3种复合膜材料的耐揉搓性。
3种试样分别经过上述耐揉搓性试验后,试验结果见表1。

各温度下的试验结果如表2所示。

通过分析表1中数据可知,3种材料揉搓前氧气透过量由低到高依次为PET/CPP/Al/CPP/VMPET,其中PET/CPP/Al/CPP的氧气透过量相差无几;经过270次揉搓之后,3种试样的氧气透过量均增加,其氧气透过量由低到高依次为PET/CPP/VMPET、PET/CPP,其中铝塑复合膜PET/CPP揉搓后氧气透过量比揉搓前增加了约4倍,镀铝复合膜PET/CPP揉搓后氧气透过量比揉搓前增加了约9倍,而揉搓后铝塑复合膜PET/CPP的氧气透过量过大,已无法进行氧气透过量测试,将试样迎着光线观察,用肉眼即可发现较明显针孔,同时经过松节油试验后可发现白纸上出现了密集的大小不等的油斑,这说明揉搓后PET/CPP复合膜已出现了大量的贯穿性针孔。
综合上述分析不难看出,3种材料中铝塑复合膜PET/CPP耐揉搓性最好,镀铝复合膜PET/CPP次之,而铝塑复合膜PET/CPP最差。

表2不同温度下试样的热粘强度

铝塑复合膜PET/CPP/Al耐揉搓性相差如此之大主要是由其材料结构引起的。
PET/CPP中增加了PA层,由于塑料薄膜与铝箔相比具有更优的柔韧性和耐揉搓性,处于铝箔的内、外层时可以减缓外力对铝箔层产生的揉搓作用,因此,PA层的存在增加了塑料薄膜的厚度,对铝箔层起到了更好的保护作用;另外,由于PA的阻隔性高,当揉搓后铝箔层产生微小的针孔时,PA层的存在仍能使整个铝塑复合膜的阻隔性保持在较高的水平。
这两方面原因共同作用使得PET/CPP/Al。
与铝箔相比,镀铝膜很少出现针孔和裂口,无揉曲龟裂现象,因此与结构相似的铝塑复合膜PET/CPP相比,镀铝复合膜PET/CPP具有较高的耐揉搓性。

上述表2及图1中的数据显示,在125℃~138.5℃温度范围内,热粘强度随着密封温度的增加而增加,温度超过138.5℃后,继续增加密封温度,热粘强度降低。
为了确保试样具有足够的热粘强度,试样的密封温度应控制在135℃~140℃之间。

总体而言,3种材料中PET/CPP/VMPET的性能优于PET/CPP,因此前两者更适用于需要高阻隔类食品的包装。
其中PET/CPP揉搓前后的氧气透过量均低于PET/CPP,对食品具有更加的保质效果。
但从包装成本方面考虑,由于铝箔的价格及生产工艺成本均高于镀铝薄膜,因此PET/CPP具有明显的价格优势。
故食品企业在选择食品包材时,应综合考虑食品的特性、保质期的长短及包装成本等因素进行合理选择。

由于PA/LDPE材料厚度及剥离强度的不均匀性,导致试样在同样的密封温度下热粘强度存在一定偏差,但该偏差仍处于规定范围内。
从试验现象发现,当试样的密封温度低于132.5℃时,发生粘合剂破坏,密封区完全剥开,密封温度为135℃~142.5℃时,发生分层破坏,密封区完全剥开,密封温度145℃~147.5℃时,发生分层破坏和部分内聚性破坏,密封区完全分开,密封温度150℃~152.5℃时,发生内聚性破坏,密封区未完全剥开。
因此,为了防止热态密封区在包装过程中发生破坏,材料的密封温度应大于132.5℃。
综合上述分析可知,验证材料PA/LDPE的最佳密封温度范围为135℃~145℃。

耐揉搓性是制约铝塑复合膜包装保质效果的重要因素,本研究通过测试揉搓前后薄膜的氧气透过量,综合分析了铝塑复合膜PET/CPP/Al/CPP/VMPET3种材料的耐揉搓性。
研究结果表明,PET/CPP的耐揉搓性较差,在外力的作用下很容易产生贯穿性针孔,对食品的保质效果较差;而PET/CPP/VMPET的耐揉搓性较好,其中后者揉搓前的氧气透过量接近于前者,揉搓后则明显低于前者,但却具有明显的价格优势,因此,食品企业可根据食品的保质要求选择合适的包装材料。

2.2最佳热封强度下热封参数的选择

江苏申凯包装高新技术股份有限公司成立于2002年,公司注册资本8000万RMB,天交所上市企业,,股权代码000057,高新技术企业,公司总投资超过2.1亿RMB,拥有20000余平方米普包厂区;拥有13000平方米的药包厂区,11000平方米的办公面积。
公司拥有二位行业顶尖研发博士,每年新增超过100多个专利,专业生产食品包装膜、化工包装膜、电子监管码防伪包装等各类彩印复合包装膜。
现位于无锡新区硕放中通路99号,毗邻上海车程2小时内。

从热封后热封区形态可以看出,随着热封温度的升高,试样热封区的平整性逐渐变差,到155℃时热封边出现明显变形,200℃时热封边皱缩变形严重。
因此,从包装的美观角度出发,热封温度应控制在155℃以下。

测试热封强度后,随着热封温度的增加,热封区的破坏形式由热封界面完全剥开逐渐演变为热封界面部分剥开、试样拉伸后远离热封处断裂、试样拉伸后热封根部断裂。
当破坏形式为热封根部断裂时,在包装的储存、运输过程中,热封口处易发生破袋,由一系列试验现象可知,材料的热封温度应控制在200℃以下。

试验测得不同温度下试样的热封强度数据如表3中所示。

分析表3和图2中的试验数据可知,热封温度在95℃~135℃范围内时,随着热封温度的升高,试样的热封强度呈上升趋势,当热封温度超过135℃时,随着热封温度的升高,热封强度变化幅度较小,出现波动。
因此,为了保证材料具有足够的热封强度,应将热封温度控制在135℃以上。

另外,同一温度下试样的热封强度存在一定偏差,但仍处于规定范围内,试样厚度的波动是造成热封强度存在偏差的原因之一。
综合上述分析可知,验证材料PA/LDPE的最佳热封温度范围为135℃~150℃。

为获得PA/LDPE良好的热粘强度和热封强度,在热封设备稳定的情况下,热封试验仪上设置持续时间为1s,热封压力为290kPa,经过系列试验选择出最佳的热封范围为135~145℃。
较低或较高的热封温度会引起热粘强度或热封强度数值异常,热封区开口或根部断裂,导致包装破裂。
从上述试验数据及现象可知,该研究可得到稳定而连续的试验结果,试验数据可靠,重复性好,可真实反映试样的热粘性能和热封性能。

江苏申凯包装高新技术股份有限公司成立于2002年,公司注册资本8000万RMB,天交所上市企业,,股权代码000057,高新技术企业,公司总投资超过2.1亿RMB,拥有20000余平方米普包厂区;拥有13000平方米的药包厂区,11000平方米的办公面积。
公司拥有二位行业顶尖研发博士,每年新增超过100多个专利,专业生产食品包装膜、化工包装膜、电子监管码防伪包装等各类彩印复合包装膜。
现位于无锡新区硕放中通路99号,毗邻上海车程2小时内。

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