摘要：干式復(fù)合工藝歷史悠久，技術(shù)成熟，系列新國標(biāo)如GB/T 10004的實施雖然對其有所限制，但仍無法阻擋干式復(fù)合工藝在蒸煮用復(fù)合薄膜的舞臺上閃耀光芒，然而，這卻給無溶劑復(fù)合工藝提供了良好的發(fā)展契機。隨著兩種工藝逐漸應(yīng)用到蒸煮袋的制備中，復(fù)合薄膜的剝離強度和摩擦系數(shù)的影響因素更為復(fù)雜，仍是重點檢測項目，需要包裝生產(chǎn)企業(yè)加以重視。
關(guān)鍵詞：干式復(fù)合、無溶劑復(fù)合、蒸煮袋、剝離強度、摩擦系數(shù)
隨著產(chǎn)品物類的極大豐富，塑料包裝業(yè)日益興盛，不同種類的塑料薄膜在物理化學(xué)性能方面各具優(yōu)勢。在滿足當(dāng)前多樣化的產(chǎn)品包裝需求層面，往往通過復(fù)合疊加的方式把性能迥異的兩種或多種塑料薄膜組合在一起，以克服單材料性能缺陷，發(fā)揮集合優(yōu)勢，獲得更為全面的包裝效果，復(fù)合薄膜應(yīng)運而生。
干式復(fù)合工藝是當(dāng)前復(fù)合薄膜生產(chǎn)工藝中應(yīng)用zui廣的一種，它是指用干式復(fù)合設(shè)備，在一種薄膜基材的表面均勻涂布溶劑型膠黏劑，通過烘干將膠層中的溶劑全部揮發(fā)，熔化狀態(tài)下的膠黏劑在熱壓輥的壓力下將基材與另一種薄膜粘合在一起，經(jīng)冷卻、熟化處理后制得復(fù)合薄膜。這種工藝是在膠黏劑“干”的狀態(tài)下進行薄膜復(fù)合，對兩種基材的透過性沒有要求，因此適應(yīng)性非常好，且操作方便、成本低廉，經(jīng)過50年的應(yīng)用沉淀，成為現(xiàn)代主流薄膜復(fù)合工藝。
隨著該工藝的廣泛應(yīng)用，一些問題逐漸暴露出來，尤其是復(fù)合薄膜的溶劑殘留問題，表現(xiàn)在采用該工藝制得的復(fù)合薄膜包裝帶有余熱的食品時，冷卻后食品經(jīng)常出現(xiàn)異味。溶劑殘留主要來源于溶劑型粘合劑和溶劑型油墨的溶劑，主要是乙酸乙酯、甲苯、二甲苯等。理論上，這些溶劑應(yīng)于干式復(fù)合的烘干環(huán)節(jié)中全部揮發(fā)，倘若沒有設(shè)置合適的烘干溫度、復(fù)合速度等參數(shù)，就會存在不同程度的溶劑殘留，不僅影響復(fù)合包裝的衛(wèi)生性能，也會使薄膜的復(fù)合牢度、表觀質(zhì)量有所降低。
“溶劑殘留”的影響以及降低生產(chǎn)成本的呼聲，推動了一種新的復(fù)合薄膜生產(chǎn)工藝的發(fā)展——無溶劑復(fù)合，這是一種利用無溶劑粘合劑將兩種基材粘合的工藝，因“無溶劑”的特點，兩基材粘合后無需烘干處理，也正因為這一與干式復(fù)合工藝的“微小差異”，使之呈現(xiàn)出一系列*的優(yōu)勢，如節(jié)約資源、能源和成本，安全衛(wèi)生性好等等。
干式復(fù)合工藝的歷史悠久，在復(fù)合薄膜生產(chǎn)的地位不言而喻。而無溶劑復(fù)合是近些年的新興工藝，在上僅有30多年的發(fā)展歷程，雖然進入中國的時間較短，但其“無溶劑膠黏劑的環(huán)保性”和“無需烘道干燥的節(jié)能性”的明顯優(yōu)勢吸引了包裝行業(yè)的熱切關(guān)注。除此之外，干式復(fù)合的成本壓力較重，幾乎沒有下降的空間，而無溶劑復(fù)合在涂膠量、無溶劑、無烘干等方面的成本優(yōu)勢以及部分外國訂單對該種工藝的性，促成了部分包裝企業(yè)的實踐。然而，縱觀無溶劑復(fù)合在中國的應(yīng)用，呈現(xiàn)了一種緩慢發(fā)展、觀望多于實踐的態(tài)勢，這是由于多數(shù)包裝企業(yè)認(rèn)為無溶劑復(fù)合設(shè)備生產(chǎn)效率高，適合批量活件生產(chǎn)，同時也意味著高損耗的潛在風(fēng)險，因此包裝企業(yè)多止步觀望。
聚焦蒸煮袋用復(fù)合薄膜的生產(chǎn)領(lǐng)域，當(dāng)前仍是干式復(fù)合工藝占主導(dǎo)地位，而無溶劑復(fù)合則表現(xiàn)了一種以膠黏劑的技術(shù)進步為重點推動力量的漸進式發(fā)展。應(yīng)用于蒸煮袋用復(fù)合薄膜的膠黏劑，至少需具備下述兩種基本性能：（1）耐熱耐寒性。蒸煮袋的熱封袋口、蒸煮殺菌都需要在80℃~350℃的高溫下操作，這不僅要求薄膜基材具有良好的耐熱性，所用膠黏劑也需要經(jīng)受高溫的考驗，否則蒸煮后復(fù)合膜將會出現(xiàn)分層剝離的現(xiàn)象。除了高溫的考驗，低溫儲藏和冷凍也會導(dǎo)致膠黏劑發(fā)脆、分層、剝離、脫膠，因此蒸煮袋用復(fù)合薄膜的膠黏劑應(yīng)同時具備良好的耐熱耐寒性。（2）優(yōu)異的粘結(jié)性。蒸煮袋所用復(fù)合薄膜一般由多種性質(zhì)的薄膜經(jīng)膠黏劑復(fù)合而成，其表面粘性各不相同，為了使復(fù)合薄膜獲得穩(wěn)定的復(fù)合牢度，膠黏劑應(yīng)對所復(fù)合材料表現(xiàn)出良好的粘結(jié)性。
在干式復(fù)合工藝中，當(dāng)前以雙組分聚氨酯膠黏劑性能*，它是由主劑和固化劑兩組分構(gòu)成，使用時二者混合，并通過溶劑稀釋到一定濃度后施膠涂布。這類膠黏劑具有很高的內(nèi)聚力，膠膜強韌柔軟、具有很好的耐熱性、耐寒性和抗介質(zhì)侵蝕性，是應(yīng)用于蒸煮袋用復(fù)合薄膜生產(chǎn)的理想膠黏劑，現(xiàn)于蒸煮食品的耐121℃、128℃和135℃復(fù)合膜用聚氨酯膠黏劑已經(jīng)發(fā)展成熟，投入使用多年，這在一定程度上促進了干式復(fù)合工藝在蒸煮袋用復(fù)合薄膜領(lǐng)域的主流地位。
然而，干式復(fù)合工藝中膠黏劑的涂布必須借助溶劑的稀釋，“溶劑殘留”的風(fēng)險使蒸煮食品的衛(wèi)生安全變的難以控制，加之GB/T 10004-2008《包裝用塑料復(fù)合膜、袋 干法復(fù)合、擠出復(fù)合》將溶劑殘留量修改為≤5mg/m2，其中苯類溶劑不檢出，這一變化促使了以無溶劑膠黏劑為特點的無溶劑復(fù)合工藝在蒸煮袋用復(fù)合薄膜領(lǐng)域的嘗試。一方面能大幅降低溶劑殘留量，另一方面更適合于蒸煮袋復(fù)合結(jié)構(gòu)中受熱易變形材料的加工，如PE材料。但是，劍有雙刀須慎用。無溶劑膠黏劑不使用溶劑，無法通過溶劑來調(diào)節(jié)膠黏劑的黏度以滿足涂布要求，只能采用降低膠黏劑的分子量的方法，其直接影響為膠黏劑初粘力的下降，剝離強度低。針對這一問題，許多國家對無溶劑膠黏劑展開了深入的研究和商業(yè)化產(chǎn)品的研制，目前國內(nèi)外皆已推出耐高溫蒸煮的無溶劑聚氨酯膠黏劑，但應(yīng)用時間相對較短，且國內(nèi)尚未形成包括設(shè)備、材料、工藝、操作人員、等成熟體系，因此制約了無溶劑復(fù)合工藝在蒸煮袋用復(fù)合薄膜領(lǐng)域的應(yīng)用。
無論采用何種工藝制得的復(fù)合薄膜蒸煮袋，質(zhì)量檢測是保障后續(xù)生產(chǎn)和銷售正常運轉(zhuǎn)的重要前提。GB/T 10004《包裝用復(fù)合薄膜、袋干法復(fù)合、擠出復(fù)合》是針對塑料復(fù)合薄膜的性能要求和試驗方法的國家標(biāo)準(zhǔn)，涉及水蒸氣透過量、氧氣透過量、剝離強度、熱合強度、耐壓強度、摩擦系數(shù)、耐熱性、穿刺強度、溶劑殘留等多方面。其中，剝離強度和摩擦系數(shù)與包裝生產(chǎn)、應(yīng)用關(guān)系密切但前人研究較少，下面將從這兩個角度進行詳細(xì)介紹。
蒸煮袋的使用中，“破袋”是zui為困擾包裝生產(chǎn)者的問題，除了高溫蒸煮前后袋內(nèi)外壓力差引起的破袋事故，蒸煮袋復(fù)合薄膜的剝離強度較差也是元兇之一。通常蒸煮袋所用復(fù)合薄膜是采用干式復(fù)合工藝或無溶劑復(fù)合工藝，按照“熱封性的薄膜基材-膠黏劑-阻隔性薄膜基材-膠黏劑-印刷性薄膜基材”這一基本結(jié)構(gòu)制成的三層或多層復(fù)合薄膜。倘若任意兩種材料間剝離強度沒有達(dá)到要求，則會表現(xiàn)為復(fù)合膜在受力部位呈條紋狀脫離，甚至蒸煮后呈大面積自然脫離，嚴(yán)重影響復(fù)合薄膜蒸煮袋的包裝質(zhì)量。其原因主要凸顯在三個方面：（1）膠黏劑的品類、質(zhì)量與包裝使用目的不符，上膠量不足。GB/T 10004規(guī)定，包裝根據(jù)使用溫度分為普通級（≤80℃）、水煮級（80℃以上~100℃）、半高溫蒸煮級（100℃以上~121℃）、高溫蒸煮級（121℃以上~145℃）共四個等級，不同等級的包裝產(chǎn)品對于膠黏劑的耐高溫性要求也有所不同，半高溫蒸煮級和高溫蒸煮級包裝若使用普通膠黏劑，必定會影響復(fù)合膜層間的剝離強度。與此同時，膠黏劑的涂布量不足且不均勻也會引起局部剝離強度的下降。（2）殘留溶劑量過高。對于干式復(fù)合工藝生產(chǎn)的蒸煮袋用復(fù)合薄膜來說，殘留的溶劑不僅會影響內(nèi)容物的安全衛(wèi)生，復(fù)合后還會氣化為微小的氣泡，使本應(yīng)粘結(jié)的兩種基材分層脫離。（3）無溶劑膠黏劑的黏度控制不當(dāng)。由于無溶劑復(fù)合工藝主要通過降低膠黏劑的分子量來控制黏度，若分子量掌握不好，會直接導(dǎo)致膠黏劑的初粘性下降，影響剝離強度。通過上述分析可以發(fā)現(xiàn)，采用兩種復(fù)合工藝制得的蒸煮用復(fù)合薄膜，其剝離強度的變化有共性原因亦有個性原因，情況復(fù)雜，現(xiàn)實生產(chǎn)中應(yīng)配合拉力機或剝離強度測試儀器實時抽樣檢測，以便隨時調(diào)整工藝參數(shù)。
具體檢測方法可參照GB/T 10004：首先沿樣品膜寬度方向均勻裁取寬15±0.1mm，長200 mm的縱、橫試樣各5條，并沿長度方向?qū)?fù)合膜與基材預(yù)剝50mm，將剝離部分的兩端分別加于XLW(PC)智能電子拉力試驗機上下夾具之間，使未剝開部分與拉伸方向呈T型（如圖1所示），以300±50mm/min的速度分離上下夾具，從而獲得剝離力平均值。zui終5條試樣剝離力的算術(shù)平均值要符合表2中的要求。
圖1. 復(fù)合薄膜剝離強度測試之試樣加持
表1 蒸煮膜/袋剝離力要求
類型 | 剝離力（N/15mm） |
普通級 | ≥0.6 |
水煮級 | ≥2.0 |
半高溫蒸煮級 | ≥3.5 |
高溫蒸煮級 | ≥4.5 |
摩擦系數(shù)是指兩表面間的摩擦力和作用在其一表面上的垂直力之比值，分為靜摩擦系數(shù)和動摩擦系數(shù)。在蒸煮袋用復(fù)合薄膜的生產(chǎn)中，摩擦力既是動力又是阻力，尤其在薄膜放卷過程中，一般要求薄膜內(nèi)層與放卷金屬滾軸之間的摩擦系數(shù)比較小，利于薄膜的勻速放卷，太小容易引起薄膜打滑，過大則意味著放卷阻力加大易使薄膜拉伸變形，影響包裝線的正常運轉(zhuǎn)。因此有必要加強薄膜內(nèi)層與金屬面之間的動、靜摩擦系數(shù)的監(jiān)測，使之在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)。
GB/T10004建議按照GB/T 10006-1988的規(guī)定進行摩擦系數(shù)的檢測，通常情況下可借助MXD-01摩擦系數(shù)儀完成。首先，將薄膜內(nèi)層面朝下，用膠帶在滑塊前沿和上表面固定，使之包住滑塊。將滑塊無沖擊的放在鋼板上，薄膜下表面與滑動方向平行且測力系統(tǒng)恰好不受力。兩面接觸后保持15s。啟動儀器使薄膜和鋼板以（100±10）mm/min的速度相對移動，如圖2。力的*個峰值為靜摩擦力Fs，兩試樣相對移動6 cm內(nèi)的力的平均值(不包括靜摩擦力)為動摩擦力Fd。計算動、靜摩擦力與垂直于接觸面的力的比值，得出薄膜內(nèi)層與鋼板的動、靜摩擦系數(shù)，需符合GB/T10004的要求≤0.4。
圖2.摩擦系數(shù)測試
對于測試結(jié)果沒有滿足GB/T 10004要求的復(fù)合薄膜，可能存在以下原因：（1）薄膜基材自身的摩擦系數(shù)偏高，經(jīng)過復(fù)合后摩擦系數(shù)繼續(xù)升高；（2）復(fù)合所使用的膠黏劑的影響。不同種類膠黏劑對薄膜添加的爽滑劑的吸收程度有所差異，隨著涂膠量的上升，膠黏劑對爽滑劑的吸收量增大，薄膜摩擦系數(shù)相應(yīng)上升；（3）熟化溫度偏高。摩擦系數(shù)與溫度成正比，熟化溫度越高，一方面膠黏劑對爽滑劑的吸收速率加快，摩擦系數(shù)增大，另一方面低熔點的爽滑劑容易出現(xiàn)粘連，失去作用，進而影響復(fù)合膜的摩擦系數(shù)。
干式復(fù)合工藝歷史悠久，技術(shù)成熟，系列新國標(biāo)如GB/T 10004的實施雖然對其有所限制，但仍無法阻擋干式復(fù)合工藝在蒸煮用復(fù)合薄膜的舞臺上閃耀光芒，然而，這卻給無溶劑復(fù)合工藝提供了良好的發(fā)展契機。隨著兩種工藝逐漸應(yīng)用到蒸煮袋的制備中，復(fù)合薄膜的剝離強度和摩擦系數(shù)的影響因素更為復(fù)雜，仍是重點檢測項目，需要包裝生產(chǎn)企業(yè)加以重視。
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