助剂技术提高包装材料品质

   2011-05-24 90

  包装材料是迅速发展的新兴工业。与传统的概念相比,近年来,包装材料已由单层的塑料薄膜发展为多层共挤共吹、多层复合等以功能性膜材为主的阶段。在表面科技刷方面,也有了重要的变革。从简单的胶版科技刷逐步演变为精细的网点铜版科技刷(或称柔版科技刷)。即使是在单层膜包装材料方面,也演变为以高透明度、高光亮度、高平滑度、高抗刺破性、高封口强度的高品质膜材为主。上述的种种变化,对各类助剂的发展,提供了新的服务要求。
 
  在助剂方面,近年来的发展趋向是,各种高效能的新助剂不断问世。除功能性助剂外,工艺性助剂的重要性也得到了体现。可以说,如果没有工艺助剂的使用,高品质的包装膜材是难以生产的。

  助剂分散度与效能的关系

  在助剂效能的体现方面,有一项重要的新概念,即:助剂的分散度决定了助剂效能的体现。与传统的概念相比,助剂的效能,已不再单纯地取决於所加入的重量,而是所加入助剂的有效总微粒数量及有效总比表面面积。计算公式如下:

  (1) 相同重量的助剂,被分散到2微米直径及被分散到8微米直径的微粒数量比例:即:相同重量的助剂,被分散至2 微米直径时,其总微粒数为被分散至8微米直径的64倍。
  (2) 相同重量的助剂,被分散到2微米直径时,其总表面面积为被分散至 8 微米直径的倍数:

  结论:相同重量的助剂,被分散至2微米微粒直径时,其总表面面积是被分散至8微米微粒直径的4倍。

  根据上述的计算,可见助剂被分散得越细,颗粒越小,它的效能就越高。这也是目前国际上纳米技术迅速兴起的原理之一。

  由於绝大部份聚合物熔体具有相当高的黏度,如要求将各种助剂(包括在聚合物熔化温度下,其形态为固态、半固态或液态)在高黏度的聚合物熔体中分散到纳米级细度,显然需要消耗极大的功能。对许多助剂来说,如果在单独存在的状态下,对之进行纳米级分散,由於分散後巨大的表面面积以及化合物表面的能量,将使被分散到纳米级的助剂迅速重行聚集(Aggregate)或结团 (Agglomerate)。

  因此,以目前的工艺水平来说,将助剂生剂工艺提升到纳米级分散度并进行大规模生产,尚有一定的难度。

  以目前的工艺水平来说,如能将各类助剂的生产分散度提高到低微米 / 亚微米级,已属於国际领先的生产技术。例如:将各类助剂的分散度控制在 0.6-2 微米区间,已能使助剂效能发挥,为普通分散度为 8-12 微米粒径的几倍。大量的生产实践证实了,在工艺性助剂方面,即使是相同的助剂加入量,不同生产厂所生产的助剂母粒效能也可相差几倍。在功能性助剂方面,大量的生产实践也证实了上述相同的效能差异。例如:高效能的抗氧剂母粒(例如:AY-3),在较少添加量的情况下,能使 PE 包装袋在 3 年的存放期内,且在高湿度的情况下不变黄。又例如:包装粉体材料(如:奶粉、营养剂粉、洗衣粉)的包装袋,使用不含胺型抗静电母料(HAS-F-1 表面干燥型抗静电剂母料),当料中的抗静电剂被分散到低微米 / 亚微米级时,所吹制的包装膜在制成袋後,可使所包装的粉体材料不沾壁。上述两项功能性助剂母料,对包装材料的市场适用性,是十分重要的。它们亦已广泛地应用於高品质的包装胶袋生产。

  工艺助剂与油墨印刷效果的关系

  高品质包装材料,其印刷效果是决定市场竞争力与售价的重要因素。所谓印刷效果,即油墨的表面光亮度、鲜艳度、以及附?牢度、抗黏结性等。油墨表面的光亮度及鲜艳度,除由油墨本身的颜料、基材树脂、助剂所决定外;还有一个非常重要,但目前尚未被大量包装材料生产厂所认识的因素,即:包装材料表面的微观平滑度对油墨膜表面光亮度及鲜艳度的影响。

  油墨干固後,在所印制的包装材料表面,形成一层很薄的油墨膜。油墨的表面光亮度由干固後的油墨膜对可见光的反射度所决定。在理想的情况下,假定油膜是平整的,其对可见光的反射原理如图:

  但实际情况并不如此。在没有工艺助剂 PEA 加入的情况下,无论是用流涎工艺或吹膜工艺所生产的包装膜材,表面都是不平滑的。在显微镜光导纤维侧向光源或暗场显微观察下,不使用工艺助剂,包装膜材表面存在大量的微小水波纹。与之相反,在工艺助剂 PEA 加入後,就可获完全平整的包装膜材。

  因此,在印刷不加工艺助剂所生产、带有大量微小表面水波纹的膜材时,干固的油墨膜表面,也存在一定的不平整度。

  在使用照相铜版(或称柔版)印刷的情况下,油墨在包装材料基膜上的附?状态是点状的。因此,在微观上,每一个油墨微点,实际上是一块小的可见光反射镜。当基体塑料膜平整时,这些微小的反射面对可见光进行同向反射,因此油墨膜表现出亮度高。反之,当基体塑料膜不平整时,这些微小的反射面对可见光进行无规则的漫反射,因此油墨膜的亮度就明显降低。

  大量的生产实际已证实,在使用相同的生产设备、相同的原料配方、
相同的包装膜材生产工艺、相同的油墨、相同的印刷版情况下,印制不添加工艺助剂所生产、表面存在大量微小水波纹的包装膜材,与印制使用 PEA 工艺助剂後所生产的表平高度平滑的包装膜材,油墨干固後的表面光亮度与鲜艳度,是明显不同的。

  高强度、高品质包装膜材

  包装材料的强度,是决定包装材料所需的厚度与成本控制的重要因素。对任何产品的包装来说,高强度的包装材料是被优先选择采用的。也就是说,高强度的包装膜材,在销售上具有市场竞争力。

  对PE膜材来说,LDPE与 LLDPE 的混配,有一定技术意义。目前国际绝大多数的PE膜材,所使用的 LLDPE 熔流指数(Melt index,简称 Mi)为2。在国际上已被大量地使用的高拉力 LLDPE,熔流指数为(Mi)1 或1以下的,很少被采用。原因不外乎三种:一是国内的石化企业目前尚未生产 Mi 1的 LLDPE;二是很少有供应商进口Mi 1 LLDPE 至国内市场销售;三是由於市场上少有Mi 1 LLDPE 的供应,大量的包装材料生产企业不熟悉此原料。但归根到底,问题在於没有优良的工艺助剂配合使用,Mi 1 (或低於 1)的 LLDPE 不能进行良好的加工。因此,Mi 1(或低於 1)LLDPE 流涎或吹制的膜,表面存在大量熔流纹(或俗称蛇皮纹)。同时由於 Mi 1(或低於 1)LLDPE 熔体黏度大,一般的挤出设备螺杆动力难以承受更高的扭矩。

  在配方上,由於Mi 2 LLDPE 手感较黏,挺度差,因此,大多数生产厂在使用比例上以33.3% LDPE / 66.7% LLDPE (即:1 / 2)为最高比例。Mi 2 LLDPE 如在配比中高於 70%,制成膜就显得太软而且黏手。实际上,Mi 1 LLDPE 具有比 Mi 2 LLDPE 高 50%(或以上)的拉力,同时具有更高的抗刺破、抗撕性。由於 Mi 1 LLDPE 有较好的挺度及不太黏的手感,因此,LDPE / LLDPE 的配比可改为 10% / 90%。应注意的是,在国际市场上,LLDPE 每吨比 LDPE 价格低约 50 美元 / 吨,因此,在将 LLDPE 配比由 66.7% 提高到 90% 後,可省下的配方成本为:(90 - 66.7)× 50 = 11.7 美元 / 吨。因此,当采用了工艺助剂 PEA 後,在每吨原料配方更改後所省下的用料成本,已可抵销相当部份的 PEA 工艺助剂使用成本。

  工艺助剂使用与加工设备之间的关系

  工艺助剂的使用与加设备之间有重要的关系。举例如下:

  (1) 提高产能,节省设备电耗,降低生产成本。根据数百台吹膜设备(包括香港、台湾、中国大陆)长期使用的效果证实,PEA-2,PEA-HD-2 能使吹膜速度在螺杆转速及其他工艺条件不变的情况下,自动提升 7-10%。同时在进一步提升螺杆转速,提高产能的情况下,主电机电耗不上升。

  (2) 在膜材的品质控制上,能使低品质的模头生产高品质的膜材,平滑度甚而超过使用电镀硬铬并作镜面抛光模头所吹制的膜材。实例如华谊科技发展有限公司研究报告:胶袋表面平滑度显微摄影分析证实,模头内壁镜面抛光并不能取代工艺助剂的效能。

  (3) 工艺助剂的使用,在吹膜方面,可使模头温度控制在比不使用工艺助剂低 15-20℃ 的範围。因此,在夏天,可弥补冷风环冷却力的不足,或使冷风环不必在极限情况下操作,使泡体稳定并保证吹膜产量在夏天不下降。

  (4) 近六年来,从香港多家居领导地位大型胶袋生产厂的实际经验证实,工艺助剂 PEA 的使用,可明显延长螺杆、炮筒的使用寿命,减少摩损。而且每当对设备作维修保养时,吹膜设备内部、模头内部、螺杆凹位均无堆积物,十分洁净,更无碳化物死角。因此延长了设备检修周期,使生产量稳定顺利。
  (5) 在进口的多层共挤设备上使用,能使多层共挤设备工作稳定,层间界面平滑度得到提高。因此,不仅提高了多层共挤膜的透明度、平滑度,并使多层共挤膜的品质控制得到提高。 

 
举报收藏 0打赏 0
 
更多>同类技术
推荐图文
推荐技术
点击排行
网站首页  |  网站简介  |  服务体系  |  会员服务  |  技术咨询  |  合作伙伴  |  联系方式  |  汇款方式  |  使用协议  |  隐私政策  |  版权隐私  |  网站地图  |  排名推广  |  广告服务  |  积分换礼  |  网站留言  |  RSS订阅  |  违规举报  |  豫ICP备2020034376号-2