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软包装技术交流-1-干式复合工艺概述第一章、复合概论一、复合的概念1、复合的概念：就是使用特定的设备，借助各种胶粘物质，使二层或二层以上的薄膜或其它基材均匀粘合在一起的工艺方法。2、复合的目的：就是合理组合各种基材，综合其优点，从而达到包装的要求。单一的薄膜，具有各自的特性，但很难同时具有包装所需的全部特性，如印刷性能、热封性能、机械强度、阻气性能、阻湿性能、阻光性能、耐高温性能、耐低温性能、耐介质性能（如酸、辣、油、盐、酒等）、透明度、柔软度、挺度等等。二、复合的种类1、干式复合：就是在基材表面涂布一层溶剂型胶粘剂，经过烘道除去溶剂而干燥，然后与另一基材通过热辊压合成膜的复合方式。2、湿式复合：就是在基材表面涂布一层水溶性胶粘剂，然后与另一基材通过热辊压合成膜，再经过烘道干燥的复合方式。湿式复合一般要求其中一种基材具有较强的透过性能，如纸，以便水分能在复合后渗透挥发。3、挤出复合：就是用挤出机将聚乙烯树脂或其它树脂加热熔融、经过模唇流出形成片状薄膜后立即与另一种或二种基材通过冷却辊压合成膜的复合方式。4、蜡式复合：就是以卫生级微晶石蜡作胶粘剂，将石蜡在加热槽中熔融后均匀涂布在基材上，然后与另一基材通过压辊压合成膜的复合方式。5、无溶剂复合：就是将经加热后粘度变小的非溶剂型胶粘剂涂布在基材上，然后与另一基材通过热辊压合成膜的复合方式。6、热熔复合：就是将聚乙烯-丙烯酸酯共聚物、乙烯-醋酸乙烯共聚物、石蜡放在一起加热熔融后均匀涂布在基材上，然后与另一基材通过压辊压合成膜的复合方式。7、多层共挤复合：就是将多种不同性能的树脂通过多台挤出机共挤进入模具复合成膜的复合方式。软包装技术交流-2-第二章、干式复合一、干式复合定义把液态黏合剂涂布到一层薄膜上（第一基材），经过烘箱使黏合剂中的溶剂蒸发后成固态“干”的状态，再与另一层薄膜（第二基材）经热压贴合成复合薄膜的工艺。二、干式复合特点1、对基材的实用性广。可用于各种塑料薄膜、铝箔、镀铝薄膜以及纸张的复合。2、复合PE材料时，无氧化臭味，热合性更好。3、比挤出复合剥离强度高、薄膜品整、刚性好。4、适用于多品种、少数量的产品复合，基材与黏合剂更换方便。5、生产效率高。复合最高速度可达250m/min左右，一般为130-150m/min，加工宽度为400-1400mm。6、使用聚氨酯黏合剂，其粘合强度达，并有良好的耐热性和耐化学药品性，可用作耐高温蒸煮袋等。7、复合操作简单，只要干燥温度和张力控制适当，就可顺利生产。三、干式复合缺点1、有残留溶剂在制品中，有引起火灾和爆炸等的危险。2、黏合剂与涂布性能难掌握。3、对基材的厚度均匀性及荡边要求高。4、黏合剂用量大，能源消耗大，其生产成本高。5、目前仍以溶剂型聚氨酯黏合剂为主，或多或少有一定的毒性。四、干式复合工艺流程第一基材放卷→涂布→烘干→复合→收卷→熟化第二基材放卷软包装技术交流-3-第三章、胶粘剂附着力基本原理分析胶粘剂（涂料、油墨）附着力的机理人们并未完全了解，但形成了一些假设理论，并用以分析附着过程和影响附着力的因素。一、附着力当两种物体被放在一起达到紧密的界面分子接触，以至生成新的界面层时就生成了附着力。当胶粘剂涂布于基材上，在干燥和固化的过程中附着力就生成了。这些力的大小取决于基材表面和胶粘剂的性质。广义上讲附着力可分为二类：主价力和次价力。化学键即为主价力，具有比次价力高得多的附着力。次价力基于以氢键为代表的弱得多的物理作用力。这些作用力在具有极性基团(如羧基)的基材上更常见，而在非极性表面如聚乙烯上则较少。键的强度和键能强度类型能量(千卡/摩尔)实例共价键主价力15～170绝大多数有机物氢键次价力12水色散力次价力10绝大多数分子偶极力次价力5极性有机物诱导力次价力0.5非极性有机物二、附着力理论１、机械连接理论在亚微观状态下观察，基材表面是粗糙的，充满孔洞、凹陷。具有良好流动性能的液态胶粘剂流入并填满这些孔洞、凹陷，干燥固化后形成钩锚、榫接、铆合等机械连接力。基材的粗糙程度高、表面积大，附着力就大。只有当胶粘剂完全渗透到粗糙表面的不规则界面处，才对附着力有利。只要涂膜稍具流动性，就很少会产生不可释放应力。但随着涂膜粘度、刚性的增加和对基材附着力的形成，就会产生大量的应力。胶粘剂在基材的凹凸处的厚度显然不同，这种不同导致物理性质不同。不均一的涂层会产生很大的内部应力，甚至会导致膜层的破裂。２、化学键理论在界面间产生化学键，互相反应的化学基团牢牢结合在基材和胶粘剂上。这类连结最强且耐久性最好。含反应性基团如羟基和羧基的胶粘剂倾向于和含有类似基团的基材有更强的附着力。光谱分析法可证实这一点。３、静电理论胶粘剂和基材表面都带有残余电子而形成带电双电层，这些电子的相互作用也能提高附着力。静电力主要来源于色散力和由永久偶极子引起的相互作用力（一个分子的正电区和另一个分子的负电区）。诱导偶极子之间的吸引力称为色散力或伦敦力，是范德华力（分子间力）的一种。当胶粘剂分子与基材分子之间的间距超过０.5纳米（5埃）时，这些力的作用明显降低。所以保证一定压力用压辊使胶粘剂与基材紧密接触是非常重要的。4、扩散理论当胶粘剂与基材接触时，大分子的某些短链会向界面另一边进行不同程度的扩散。即链段穿过界面后相互扩散形成交错网状结构。由于长链性质不同及扩散系数较低，非相似聚合物通常不相容。完整的大分子穿过界面互相扩散是不可能的。实验表明，局部链段扩散很容易发生，并在界面产生10~1000埃的扩散界面层。软包装技术交流-4-三、附着力形成机理1、机理描述当不相似的两种材料密切接触时，在空气中的两个自由表面消失，形成新的界面。界面相互作用的性质决定了涂料和底材之间成键的强度，这种相互作用的程度基本由一相被另一相的润湿性决定,使用液体涂料时，液相的流动性也有很大帮助，因此润湿可被看作涂料和底材的密切接触。为了保持涂层与底材的附着力，除了保证初步的润湿外，在涂膜形成后的完全润湿和固化后仍保持键合情况不变是很重要的。成膜方式(a)、冷却到熔融温度（玻璃化温度Tg）以下(b)、化学交联反应(c)、溶剂和稀释剂的挥发(d)、粘结料在干燥时也有交联能力。因此涂料对底材的润湿是形成附着键的关键。2、界面现象附着力形成机理的前提是液体涂料在固体基材上产生有效润湿。涂料在液态时的表面张力以及基材和固态涂膜的表面能是影响界面连接强度和附着力形成的重要参数。液体的表面张力数值低于固体的表面张力（表面自由能）数值时，液体才能在该固体上有效润湿，才可能充分铺展。二者数值差越大，润湿、铺展的程度越好。1）润湿润湿过程就是相界面上一种流体被另一种流体所取代的过程。衡量润湿程度的参数是接触角。2）、净吸力物体表面和内部分子的受力状态是不同的。如图：A1表面分子B1B2A1A2C1C2BDD1B2CA2F液体内部某分子在各个方向所受力是均等的。液体表面某分子所受的各个方向的吸引力，其中A1、A2的力可以互相抵消，C向力及B、D向下的合力为F，B、D水平分力也互相抵消，所以分子受到一个垂直于液体表面指向液体内部的”合吸力”，通常称为净吸力，由于有净吸力的存在，致使液体表面的分子有被拉入液体内部的倾向，所以任何液体表表都有自发缩小的倾向，这也是液体表面表现出表面张力的原因。固体表面分子同样存在净吸力，只是固体分子不能象液体分子一样可以自由移动，不能产生表面收缩，但以自由能的形式存在于表面。3）、表面张力以球形液滴铺展到表面为例表面积变大、意味着液体内部的某些分子被“拉到“表面并铺于表面上。当内部分子被拉到表面时，需要克服内部分子的吸引力而消耗功。因此，表面张力可定义为增加单位面积所消耗的功。表面张力的单位是Ｎ／Ｍ。是作用在单位长度上的力。液滴体积V不变,表面积S小液滴体积V不变,表面积S大软包装技术交流-5-分子间力可以引起净吸力。而净吸力引起表面张力，表面张力永远和液体表面相切，而和净吸力相互垂直。4)、表面润湿把液滴放在固体表面时，会出现二种现象：一种是液滴会立即铺展开来，即固体被液体所润湿；另一种是液滴团聚成球状不铺展，即固体不被液体所润湿。BBθθACAC图Aθ＜90°图Bθ＞90°液体对固体的润湿程度，通常用液－固二相的接触界面AC与液体表面的切线AB之间的夹角（称接触角）的大小来表示。液体对固体的润湿程度接触角润湿状况备注θ＞90°固体不为液体所润湿θ=180°固体表面完全不润湿此现象一般不存在θ＜90°固体为液体所润湿θ=0°固体完全被润湿基材可以被表面张力、接触角小的涂料所润湿、或者说二者较接近时才能润湿。理论上讲：若某种物体表面自由能低于33dyn/cm，就几乎无法附着目前所知的任何一种胶粘剂。溶剂的表面张力(dyn/cm)溶剂表面张力溶剂表面张力溶剂表面张力水72.7醋酸丁酯25.2石脑油22.0乙二醇48.4正丁醇24.6正辛烷21.8丙二醇36.0石油溶剂油24.0脂肪烃石脑油19.9邻二甲苯30.0甲基异丁酮23.6正己烷18.4甲苯28.4甲醇23.6涂料中典型聚合物和助剂的表面张力(dyn/cm)聚合物表面张力聚合物表面张力三聚氰胺树脂57.6聚甲基丙烯酸甲酯41聚乙烯醇缩丁醛53.665%豆油醇酸38苯代三聚氰胺树脂52聚醋酸乙烯酯36.5聚乙二酸己二酰胺46.5聚甲基丙烯酸丁酯34.6Epon82846聚丙烯酸正丁酯33.7脲醛树脂45Modaflow32聚酯三聚氰胺涂膜44.9聚四氟乙烯Mw1,08821.5软包装技术交流-6-聚环氧乙烷二醇,Mw600042.9聚二甲基矽氧烷Mw1,20019.8聚氯乙烯41.9聚二甲基矽氧烷Mw16215.7四、胶粘剂转移机理对基材具有良好润湿性的胶粘剂，借助毛细现象的作用，在压力作用下由网辊上的网眼转移到基材上。1、毛细现象插在溶液中的毛细管中的液面高于或低于溶液液面的现象，称为毛细现象。毛细现象是由液体的表面张力引起的。图A图B液面升高现象液面降低现象当液体能够充分润湿毛细管壁时，毛细管中的液面会高于溶液的液面，如图A所示；当液体不能够润湿毛细管壁时，毛细管中的液面会低于溶液的液面，如图B所示；在涂胶压辊作用下，薄膜与网辊接触进入压合区时，交界处形成了毛细管。当胶粘剂能够充分润湿基材时，在毛细作用下，液面会自动上升，即胶粘剂上升到基材表面。同时由于离心力的作用，胶粘剂也会加速转移到基材上。而在胶粘剂转移之前，毛细现象也有助于克服离心力的作用使胶粘剂附着在网眼内。这时网眼事实上就是毛细管。压辊毛细管（网眼）毛细管（接触点前小区域）网辊网辊2、压力原理复合的基础，是在一定压力下胶粘剂分子与基材表面分子达到一定距离才可能产生分子间力。一般距离在2~4A°3、胶粘剂的转移过程复合过程中胶粘剂是在强制受压的情况下进入基材与网辊之间的。随后胶膜在基材与网辊之间因接触和受压及润湿和铺展形成相互之间的附着力。在辊与辊的出口处（减压部位）。先是在胶膜的内部形成微细丝，最后胶丝破裂胶膜被分离成二部分，分别附着在基材上及网辊上。使胶膜分裂并转移到相应物面上的力是胶粘剂对基材的附着力。假使附着力很弱（如未经电晕处理、压辊缺陷等），胶膜不会分裂、也就不能正常转移到基材上。附着力在胶膜分离过程中作用时间是非常短暂的，只有万分之几秒，而且是周期性的冲击力。胶膜的分裂、转移是胶膜对附着力的一种动态响应。由于作用时极短、这时胶粘剂表现出固体的刚性特点即弹性，也就是拉得太长（胶丝）会断裂，断裂后会回弹的特性。而胶粘剂能够拉成丝、是由于胶粘剂是流体、具有粘滞性、能流动，所以可伸展得很长。在胶粘剂成丝的过程中，是其粘滞性起主要作软包装技术交流-7-用、弹性起辅助作用，而在胶粘剂的断裂过程中是胶粘剂的弹性起主要作用，胶粘剂的粘滞性起辅助作用。胶膜在上述过程中所表现来的阻止胶膜破裂的能力，叫胶粘剂的粘着性，即分子间的连结力，是其在附着力作用下的一种表现。如果粘着性大于附着力，则胶粘剂不会转移到基材上。在胶膜的破裂过程中，有二个因素起主要作用：一个是胶膜内空洞形成的机会及扩展情况，主要与胶粘剂分裂过程中的压力分布及胶粘剂树脂此时的物理性能有关；