高溫蒸煮袋的 加工應用和技術要求
一、 高溫蒸煮袋的產(chǎn)品結構:
1、高溫蒸煮袋的產(chǎn)品結構一般分三類:二層膜、三層膜和四層膜結構。二層膜一般為BOPA/CPP、PET/CPP;三層膜結構為PET/AL/CPP、BOPA/AL/CPP;四層膜結構為PET/BOPA/AL/CPP,PET/AL/BOPA/CPP。
二、高溫蒸煮袋的性能要求:
高溫蒸煮袋通常是常溫保存,要求儲存期限較長,保質(zhì)期一般超過一年以上,因此對其包裝復合質(zhì)量有較高的要求;(1)外觀平整良好、無皺折、氣泡和異物附著。(2)無毒、無氣味、殘留溶劑測定值小于5mg/m2。(3)完全密封,水蒸氣透過率接近于零,對于三層、四層結構不大于0.5g/m2·24h。(4)有遮光性、無氣體透過性。PET/CPP普通袋要求稍低,氧氣透過量不大于120cm3/m2·24h·atm,三層、四層結構0.5cm3/m2·24h·atm。(5)無滲漏、抗油脂性能優(yōu)良、吸油率不大于1%。(6)耐熱、耐壓性優(yōu)良,經(jīng)121℃、40分鐘高溫蒸煮后要求無變形、無剝離。
三、在實際生產(chǎn)中要注意以下幾個環(huán)節(jié):
(1)印刷油墨的選擇。采用特定的高溫蒸煮油墨經(jīng)過121℃、40分鐘的蒸煮,仍不發(fā)黃、發(fā)黑,多選用雙組份聚氨酯油墨。(2)復合膠粘劑的選用。一般選擇符合蒸煮要求的雙組份聚氨酯膠,(3)結構的選擇也很重要。應按客戶提出的要求選擇合適的結構。(4)涂布量、涂布網(wǎng)線輥、膠粘劑加工粘度、烘箱溫度均要嚴格控制。涂布量要保證在4-5g/m2左右,涂膠輥一般選在80線/英寸左右,而且在復合前需檢查涂膠輥的清潔程度,以確保涂膠量和涂布狀態(tài)。烘箱要求通風良好,環(huán)境清潔(一個點就是一個破壞源)。(5)進行充分熟化。發(fā)揮蒸煮膠主固反應徹底,保證復合質(zhì)量,必須進行40℃-55℃,3-5天的熟化期。(6)蒸煮復合對鋁箔的要求也較高。鋁箔應用7μm-15μm厚的。135℃需選擇9μm以上的。另外要注意針孔直徑和針孔數(shù)。不應有密集的、連續(xù)性的、周期性的針孔。(7)AL、NY的貯存要求。鋁箔產(chǎn)品卷芯應有一定強度,每卷產(chǎn)品外緊包一層清潔、衛(wèi)生的中性或弱酸性的防潮紙或者纏一層清潔的塑料薄膜,接頭用膠粘帶密封。卷之間應用軟襯墊隔開,而且靠緊無間隙,以保證端面不碰傷。運輸途中,必須防潮、防高溫,保質(zhì)期為一年。NY膜貯存要求:由于NY吸濕性大,必須使用鋁箔包裹好。(8)乙酯的選擇。對于復合蒸煮袋使用的乙酯,其水、醇含量需更嚴格控制。(9)內(nèi)層選用耐高溫的蒸煮級RCPP、SCPP膜,它有較高的耐溫性,強度、熱封性均好。要求CPP表面張力>40dyn/cm(耐121℃要求CPP表面張力>39dyn/cm即可)。(10)隨機電暈處理會取得較好的復合效果,會使復合出的蒸煮袋材更加穩(wěn)定。在復合帶有鋁箔結構的蒸煮袋時,建議采用隨機電暈處理。
四、高溫蒸煮袋常用的檢測方法:
為保證高溫蒸煮袋的加工質(zhì)量,不僅要在生產(chǎn)工序中嚴格把關,更重要的是保證下游客戶使用放心安全,因此進廠原輔材料檢測和出廠前成品的檢驗工作是必不可少的。由于不同廠家的實驗設備有限,水蒸氣透過率、氧氣透過率、蒸發(fā)殘渣等指標測試較少,一般委托當?shù)刭|(zhì)檢部門作季度性監(jiān)督檢驗。但對于能做到的檢驗項目必須認真對待,不但測試蒸煮前的產(chǎn)品質(zhì)量,更要測試蒸煮后的性能指標。
1、原材料的檢查:
a.薄膜(鋁箔)的厚度(按GB 6672進行)、拉伸強度&延伸率(依GB 13022-91進行)、潤濕張力(依GB 10003-88進行)、透氧/透濕性(依GB/T1038/ 1037進行)、耐高溫性、衛(wèi)生適合性(符合GB-9683-85)、外觀(按不同薄膜類型標準要求進行檢測)。
b.粘合劑、油墨的耐高溫性、食品衛(wèi)生適合性;
2、薄膜(鋁箔)復合過程的檢查:
a.外觀(目視無起皺、離層、氣泡、雜質(zhì)等明顯缺陷);
b.復合速度、膠水的粘度:依所用粘合劑及配比的不同,測定值也不同;
c.涂膠量檢測:
用銅版紙(或不干膠的光面紙),分左、中、右三個不同的位置,放入正要復合的兩層薄膜中間,待復合好后取下試樣。然后用100mm100mm的面積方塊,按左、中、右三個不同的位置裁取測定樣本;之后再拿掉銅版紙(或不干膠紙),把涂膠的薄膜放入電子稱上稱重,記下重量a。再把稱重后的薄膜(附有膠水的涂布面)放入溶劑(EA)中洗滌除凈膠液,之后再放入電子稱上稱重,并記下重量b。a-b即為該樣本的涂膠量,然后換算成g/m2的單位即可。(也可用實際用量計算)
d.復合后的熟化溫度、時間的控制:依所用原材料不同,設定相應的溫度、時間;
e.熟化后的復合膜之間的復合強度(依8808-88進行);
裁取左、中、右三個試片,試片寬度15mm,長度約15cm,將要試驗層與層之間剝離分開約15mm,分別固定在LDX-200萬能材料試驗機的上、下夾具上,拉力速度調(diào)至100mm/min進行測定。
f.殘留溶劑量:
裁取0.2m2樣品,將樣品迅速裁切成10mm30mm碎片,放入清潔的在80℃條件下預熱過的約500mL錐形瓶中,用硅膠塞密封,放入80℃恒溫箱中加熱30min后,用5mL注射器取1mL瓶中氣樣注入2061C氣相色譜儀中測定,結果以≤5.0 mg/m2為合格。(其中苯類溶劑不得檢出)
3、制袋過程的檢查:
a.外觀:制袋尺寸、封邊尺寸規(guī)格(按客戶要求);(按GB/T10004 5.1表1進行)
b.熱封邊強度( 按GB/T10004 5.4.2表4進行)
用鋼尺從袋子的邊封處裁取15mm寬的試片,(根據(jù)袋子的面積及袋形不同,試片數(shù)量及位置也有所不同。試樣長度依袋子大小而定,使用電子拉力機,分別在袋的側(cè)面、頂部和底部與熱合部位成垂直方向任取試樣,寬為15 mm,展開長度約100mm,將試樣兩端分別夾在試樣機的夾具上,夾距為50mm,試樣速度為300±20mm/min測試斷裂時的最大載荷即為熱封強度值。三層結構大于40N,四層結構大于50N,檢測蒸煮后潤濕時的熱封強度下降值不超過10N。
C.剝離力的檢測。參照GB規(guī)定進行,截取寬度15mm,長度約200mm,沿長度方向?qū)秃蠈又g預先剝開50mm,若試樣不易剝離可將一端約20mm 放于乙酸乙酯中浸泡,仍不與基材剝離開的,結論定為不可剝離。未剝開部分與拉伸部分呈T型,記錄剝離過程中的穩(wěn)定數(shù)值,對于BOPA、CPP和AL復合剝離力大于4.5N。BOPA、AL和PET復合剝離力大于3.5N。測試蒸煮后的剝離力下降值不超過1.0N。
d、耐跌落和耐壓性試驗:
根據(jù)GB10004的耐壓、耐跌落性能實驗,檢測是否破裂及滲漏。袋的耐壓性能與耐跌落性能。向袋內(nèi)裝入等容量的水并封口,將袋樣放置在壓力儀的上、下板之間,根據(jù)客戶要求的條件(壓力、時間)做壓力、跌落性檢測,觀察袋是否破裂及滲漏。(GB/T10004 5.4.6、5.4.7進行)
e.拉斷力、斷裂標稱應變、直角撕裂度、抗擺錘沖擊能、及水蒸氣、氧氣透過量(按GB/T10004 5.4.3、5.4.4、5.4.5進行)
f.殘留溶劑總量:≤5.0mg/m2(其中苯類溶劑不得檢出)
4、耐高溫蒸煮性檢查:
a.耐高溫蒸煮性的檢測:
制袋完成后,將袋內(nèi)裝入等容量內(nèi)容物并密封好(注意:內(nèi)容物要與客戶指定內(nèi)容物較相似的,不可以水或其它物質(zhì)代替,且在密封時盡量將袋內(nèi)空氣排出,以免蒸煮時空氣膨脹影響測試效果),放入ts-25c反壓高溫蒸煮鍋內(nèi),設定要求的條件(蒸煮溫度、時間、壓力)進行耐高溫蒸煮性的檢測。
b.耐高溫介質(zhì)性檢測:
一般用模擬食品做內(nèi)容物,也可用油性、酸性介質(zhì)和水按一定比例盛裝,進行排氣封口,在帶反壓冷卻裝置的高壓滅菌鍋中經(jīng)121℃、40分鐘的高溫加壓殺菌,并在壓力不變下冷卻至室溫取出,觀察在高溫及介質(zhì)侵蝕下有無因內(nèi)外層材料產(chǎn)生位移拉伸造成的變形破裂。
使用溫度為80℃以上的產(chǎn)品經(jīng)耐高溫介質(zhì)性試驗后,應無分層、破損,袋內(nèi)、外無明顯變形,剝離力、拉斷力、斷裂標稱應變和熱合強度下降率應≤30%。(按GB/T10004進行)
C.穿刺強度、霧度、表面電阻率等指標可由供需雙方協(xié)商。
5、蒸煮后外觀檢查:
袋面應平整、無起皺、起泡、變形,無離層、滲漏現(xiàn)象;若有其中任一種不良現(xiàn)象即為不合格。其余檢測應按GB/T10004---2008標準和GB/T7707--2008標準進行。
6、安全衛(wèi)生檢測:
采用氣相色譜測定殘留溶劑的含量,影響衛(wèi)生安全指標,主要從膠粘劑、烘箱溫度、開機速度、鼓風量和排風量等幾個因素確定。
五、耐高溫蒸煮袋生產(chǎn)工藝及注意事項
一)、印刷工序
蒸煮薄膜印刷一般在BOPET或BOPA表面,根據(jù)使用油墨類型要求生產(chǎn)中盡量不加或少加醇類溶劑。另外,版面設計時應注意制袋熱封處(一般側(cè)、底封口寬度8~15mm)最好沒有印刷圖案。BOPA薄膜盡量一次用完,不要過早開包。印版滾筒、壓印滾筒、刮刀都調(diào)整好再上料(約開機前20分鐘內(nèi)),色組足夠的情況下,第一色組不上印版,最好作為預熱組。
二)、復合工序:
復合工序是蒸煮袋產(chǎn)品生產(chǎn)的特殊、關鍵工序,是質(zhì)量控制的重點。剝離強度是蒸煮袋復合膜的一個非常重要物性指標,直接影響熱封性能、跌落性能、耐壓性能、耐沖擊性能、撕裂強度、包裝適用性等關鍵指標。干式復合中,影響剝離強度的主要因素有薄膜類型及表面狀態(tài)、膠黏劑的種類、涂布量大小及狀態(tài)、復合溫度及壓力、熟化條件、殘留溶劑量等。
1)膠黏劑的工作濃度:
膠黏劑的工作濃度上升到一定程度,黏度越高,流動性越差,轉(zhuǎn)移性和流平性都會下降,涂布后的膠膜平整度就越差,容易導致“膠點”、“橘皮”、“白點”、“網(wǎng)紋狀”、透明度變差、復合強度不良、熱封強度不足等故障,而黏度過低則易造成“水紋狀”。可以看出,這主要是工作液中乙酸乙酯不斷揮發(fā)造成的,如果不予控制,其工作液黏度上升的速度會越來越快,造成更大損失。為此膠黏劑黏度作為干式復合生產(chǎn)過程中的一項重要指標必須給予高度重視。
2)對于配膠工序:
對于配膠工序,我們要求每桶膠黏劑都要用黏度杯測量并作記錄,在使用過程中以初始黏度值為準。在干式復合過程中,要想保持膠黏劑的工作濃度始終穩(wěn)定,就要將膠黏劑的黏度變化控制在一個較小的范圍。那么,如何才能控制好黏度變化呢?
(1) 在現(xiàn)有條件基礎上,盡量保持環(huán)境恒溫、恒濕。
(2) 盡量減少上膠系統(tǒng)周圍空氣的流動速度。
(3) 減少膠盤、膠桶與空氣的接觸面積,膠桶要蓋嚴。有資料顯示,膠盤長1.2米,正常容量30千克,每10分鐘膠黏劑中乙酸乙酯揮發(fā)400克,造成濃度上升,涂布量變化。
(4) 膠黏劑不宜過早輸送至膠盤,盡量減少停機待料時間。
(5) 循環(huán)膠黏劑不能過多(根據(jù)機速,蒸煮袋產(chǎn)品速度要嚴格控制),應少加、勤加保持新鮮。
(6) 配膠人員要定時測量黏度,并做好記錄,必要時要測液溫。
(7) 最好有黏度自動控制系統(tǒng),若沒有也要根據(jù)黏度變化及時補充乙酸乙酯。(8) 配備懸掛溶劑桶,控制流量以達到補充乙酸乙酯保持黏度的目的。夏季的沿海城市,空氣濕度明顯增加,對于四川、重慶這類城市,冬季難見晴天,濕度也較大,再就是南方梅雨季節(jié),空氣濕度同樣很高。(參考:干式復合操作中的十點應注意細節(jié))
3)生產(chǎn)環(huán)境空氣濕度的影響:
目前,大多數(shù)軟包裝復合企業(yè)的生產(chǎn)車間沒有空氣調(diào)節(jié)裝置(恒溫、恒濕),所以環(huán)境濕度變化對彩印、復合的影響不容忽視。干式復合過程中,濕度較高時(>80%)對復合所造成的影響表現(xiàn)是多方面的,主要表現(xiàn)為以下幾個方面。
(1) 膠黏劑固化不良,熟化后仍發(fā)黏,因而剝離強度低。
(2) 交聯(lián)反應速度慢,初黏力降低,易造成“隧道”現(xiàn)象。
(3) 蒸煮袋高溫殺菌破袋率提高。
(4) 殘留溶劑過量,包裝袋異味大。
(5) 膠盤同樣速度下泡沫增多,造成復合膜斑點、白點、晶化現(xiàn)象。
空氣中的水分以及溶劑中的水分和雜質(zhì)一般企業(yè)無法定量檢測,尤其夏季高溫條件下,空氣中高濃度水分很容易擴散到乙酸乙酯中,這樣就會消耗大量的異氰酸酯,而水分和固化劑中的一NCO基團的反應速度大于正常不含水分的膠黏劑中主劑和固化劑的反應速度,直接導致膠黏劑本身交聯(lián)不充分,量變到一定程度足以使固化劑失效。
鑒于上述情況,在高濕環(huán)境下進行干式復合生產(chǎn),要注意以下幾點。
(1) 對易吸濕薄膜—尼龍,不要過早開包,在未用完情況下,要用復合鋁箔或阻隔性好的薄膜包扎好。上機時提前放置熟化室干燥4~6小時。
(2) 對所用溶劑的水分、醇的含量進行控制。
(3) 乙酸乙酯中不能含有高沸點溶劑或不揮發(fā)物。普通檢測辦法有:①50%乙酯、50%甲苯混合搖勻,靜置后,瓶底部有水珠及液體發(fā)白現(xiàn)象則說明乙酸乙酯中水分含量過高;②快速水分指示劑檢測;③用水分檢測儀檢測。
(4) 注意溶劑揮發(fā)帶走熱量而凝結在膠黏劑中的水分。對生產(chǎn)環(huán)境進行控制,加強空氣過濾、流通,控制機速。檢查上膠系統(tǒng)導輥、網(wǎng)紋輥上有無水珠,經(jīng)常用棉布擦拭。
(5) 膠黏劑配置要少配、勤配,最好隨配隨用,不要放置過長,避免長時間固化劑和水分反應,配制時要控制固化劑的比例,例如高濕季節(jié)來臨時可適當增加5%~10%。
(6) 印刷后的膜卷放置一天后再復合,降低膜卷中的殘留溶劑。
(7) 加強復合工藝參數(shù)控制,干燥是干式復合的重要工序,它對復合制品的透明度、復合強度、氣味、衛(wèi)生性能都有直接影響。如果進風速度大于排風速度,烘道內(nèi)形成高壓,溶劑揮發(fā)速度慢,干燥效果差,那么復合后薄膜殘留溶劑等問題就多。如果排風管道長,最好加裝引風機,調(diào)整風門,使烘道內(nèi)形成低氣壓,有利于溶劑揮發(fā),減少溶劑殘留。
另外,烘道梯度溫度設定也非常重要,要保證膠黏劑的徹底干燥,尤其是PET/VMPET、PET/AL等產(chǎn)品結構更要引起重視。因為這些結構都是阻隔性非常好的材料,溶劑吸附性差,若不能徹底干燥,夾在兩層薄膜中的殘留溶劑即使在60℃、72小時條件下熟化也難以釋放出來,形成氣泡,影響剝離強度。
三)、生產(chǎn)復合工藝應注意:
蒸煮袋要在高溫、高壓下殺菌,所以對剝離強度要求較高。要保證復合剝離強度的實現(xiàn)需要一定的上膠量,配備相應的網(wǎng)紋輥,日常應注意的問題如下。
(1) 壓膠輥的硬度及涂布
在同樣的壓力條件下(一般壓膠輥兩端各有一個氣缸),質(zhì)地柔軟的壓膠輥壓入網(wǎng)紋的網(wǎng)孔深度要比硬的壓膠輥大,所以將膠黏劑從網(wǎng)孔中擠出的量也多,由此其最終轉(zhuǎn)移量就減少,高速生產(chǎn)運行中,膠黏劑就會被大量擠出,積存在壓膠輥和網(wǎng)紋輥的壓合線處,達到一定量時就會從刮刀上流下來。
(2) 壓膠輥壓力
壓膠輥壓力過大會造成輥體變形(有的是通軸,有的是兩端焊接),兩端形變過大,膠黏劑從兩端被擠出,造成兩端上膠量降低,中間上膠量升高,熟化后檢測兩邊剝離強度低,中間剝離強度高。這種現(xiàn)象大多是由于壓力設定不當造成。當然壓膠輥調(diào)整不當,壓力不均,或長期使用膠面不平整,硬度下降也會有影響。
(3) 刮刀和涂布狀態(tài)
膠黏劑具有一定黏度,在高速運轉(zhuǎn)下刮刀受膠黏劑的沖擊也會產(chǎn)生形變。另外,網(wǎng)紋輥安裝同心度和刮刀安裝的平行度、軟硬調(diào)整同樣會造成上膠量差異,上膠量不均影響剝離強度。因此,刮刀架和夾刀的鋼板強度要好,定期定時檢查刮刀磨損情況,及時調(diào)整和調(diào)換。
(4) 勻膠輥
許多復合的設備上膠系統(tǒng)配有勻膠輥,作用是將涂布在基材上沒有充分流平的膠黏劑強制抹平,使膠黏劑在進入干燥箱前完全流平。特別針對采用低網(wǎng)線(110線/英寸以下)印刷的蒸煮袋,高濃度、高黏度的膠黏劑流平性差,膠點大、膠層厚,如果沒有這種強制作用,難以流平。使用勻膠輥要注意輥的轉(zhuǎn)動方向和轉(zhuǎn)速,輥面清潔,無異物、無干膠,停機時要及時抬起。
(5) 復合系統(tǒng)的溫度和壓力
復合系統(tǒng)是最終實現(xiàn)黏結強度的關鍵工位,涂膠干燥后的薄膜在這里和第二基材黏合。烘箱出來的膜材溫度較高,而第二基材本身溫度卻很低(北方冬季車間10℃以下,南方也僅在10~15℃),雖然復合有熱輥,但由于兩基材溫差大,壓力不一,親和性就差,影響復合強度。為此,現(xiàn)在許多復合機都有預熱輥,這樣就提高了第二基材的溫度,再加上復合熱輥溫度根據(jù)材質(zhì)和厚度設定得當(60~90℃)就會提高膠黏劑的蠕動性,背壓輥壓力的加大也會增加對第二基材毛細孔的滲透,消除膠黏劑在膜材上的細微缺陷,提高復合強度。
這里同樣要注意復合膠輥的硬度,特別是復合鋁箔壓膠輥硬度影響更大。另外,日常要注意膠輥、鋼輥的表面清潔和光潔度、平整度,軸承兩端的檢查、潤滑,不得出現(xiàn)銹斑、龜裂、異物等現(xiàn)象。
另外,復合系統(tǒng)因加熱顯示出的表溫和熱輥實際溫度以及熱輥中間和兩端的溫差要給予充分重視。
(6)熟化:
熟化控制要特別注意以下幾點:熟化室不宜太大,膜卷堆放有序,標示明顯清楚,以保證先進先出,減少時間和熱能消耗;膜卷最好放置在貨架推拉車或托板架上,不要直接堆放于地面;熱源不要直接射向膜卷,加裝工業(yè)風扇,以保證室內(nèi)溫度均勻,特別是四角和門處溫差較大;室內(nèi)配裝水銀溫度計,定時檢查室外顯示及設定溫度的差異,做好記錄;進出膜卷要登記時間、數(shù)量,減少開啟次數(shù);務必安裝排氣(風)扇,加裝自動定時控制儀,排除室內(nèi)異味。
附:關于印版和印刷工藝參數(shù)
一、電雕印版鍍層:一般電雕版鍍鎳層厚度為10um、鍍銅層厚度為60um、(用于實地雕刻深度為40um)、鍍鉻層為10um。
二、印版各層硬度: 銅層表面硬度為100~120維氏、鍍鉻層硬度為1100維氏。
三、網(wǎng)穴深度:電雕印版微孔表面15um~100um直徑、其深度在5~50um之間。
四、刮墨刀: 壓力為3~3.5kg/m2、角度為45度、刮刀片硬度為500~600維氏、行程為0 mm~15mm、厚度為一般采用0.15um、支掌鋼片厚度0.25~0.35mm。
五、印刷壓輥: 硬度一般塑料簿膜適合70~80肖氏、紙張適合80~90肖氏、印卡紙必須在90肖氏以上硬度。
六、橡膠滾筒厚度:15~18um。膠層太厚不易冷卻、太薄則影響印刷質(zhì)量。
七、 印版中幾項應注意控制的數(shù)值:
1、直徑方向的公差¢600h5 (-0、020、0)
2、印版外圓的圓度公差+-0.01mm
3、印版外圓面與兩端軸頸的同軸度公差+_0.02mm
4、軸頸與軸頸套的公差配合:¢45 H6/h5
5、動平衡小于50g (高精印版小于30g)
說明: 徑向圓跳動值△=同軸度公差+圓度公差+軸頸與軸承套的配合公差。