论文部分内容阅读
每年的6～8月是高温高湿季节，同时也是软包装生产质量问题多发的季节。据国内知名胶黏剂生产厂家统计：大部分质量投诉都集中在夏季，可见高温高湿环境对软包装生产的影响非常明显，主要集中在凹印和复合生产中。笔者在2015年5月出版的《印刷技术-包装装潢》中已介绍过夏季高温高湿环境对软包装凹印生产的影响及对策。本文中，笔者将对夏季高温高湿环境对软包装复合生产的影响及对策进行介绍，以帮助行业人士做好防范，减少不必要的损失。
对软包装干式复合的影响
1.导致胶黏剂黏度变化
实践表明，在其他条件不变的情况下，当环境温度升高5℃和10℃时（以25℃为基准），乙酸乙酯的挥发速度分别提高28%和67%，而挥发速度过快会导致胶黏剂黏度较快升高。因此，在夏季高温高湿环境下，软包装干式复合生产过程中一定要强调对胶黏剂黏度进行实时有效控制，否则将引发复合膜外观不良、溶剂残留超标等一系列质量问题。
2.导致堵版问题
在高温环境中，溶剂的蒸发速率较快，油墨中可以采用慢干溶剂来延缓蒸发速度，然而聚氨酯胶黏剂只能使用乙酸乙酯作溶剂，这样更容易导致“堵版”问题。尤其是在采用高浓度、高线数涂布工艺，又没能有效控制胶黏剂黏度的情况下，更易出现情况较为严重的堵版现象。这种问题与印刷中因油墨初干性太快而引起的堵版原理一致。图1a为夏季生产过程中出现的复合堵版现象；图1b是放大图，可见清晰的网纹格现象。
3.导致胶层不干
高湿环境会对干式复合胶黏剂产生较为严重的影响，水与固化剂的反应式如下：
R2- N C O + H2O→（慢） R2-NHCOOH→（快）R2-NH2+CO2↑
R2-NH2+R2-NCO→R2-NHCONH-R2
从反应式可以看出高湿环境带来的影响：①消耗固化剂，使胶黏剂的固含量失调，严重时胶层还会发黏，导致胶层不干；②产生的CO2 气体会形成气泡，影响复合膜的表观质量；③生成聚脲型聚氨酯，使复合膜产生晶点；④溶剂挥发速度减慢，最终导致残留量增大。
水分的主要来源有两个方面：一方面来源于稀释溶剂，另一方面来源于空气中的水分。环境相对湿度大，特别是出现“露点”现象时，会有大量的水分渗入胶黏剂中，此时最有可能出现胶黏剂不干现象。有时可以通过肉眼观察，如胶黏剂很快变得浑浊起来，则表明其中的水分含量超标。
胶黏剂不干会导致复合膜脱层起皱，如图2为尼龙复合膜因胶黏剂不干而引起的脱层起皱现象。
很显然，夏季是胶黏剂不干的多发季节，在对环境不能有效控制的情况下，笔者建议在干式复合生产配胶时可考虑适当增加固化剂的量，以避免复合膜出现层间不干或起皱等质量问题。例如，环境为高温高湿时；印刷用聚氨酯油墨或醇水油墨的溶剂中添加大量异丙醇或乙醇溶剂且印品中醇溶剂残留量较高时；乙酸乙酯质量不能保证时；干式复合生产中胶桶边缘、刮刀背、涂布表面和导辊表面有结露现象时等，以上情况可视具体情况增加10%～25%的固化剂，以确保复合膜的质量。
另外，当空气中水分含量过高，到达凝结小水珠的程度，且如果有小水珠混入胶黏剂中时，极有可能会引起气泡现象，如图3所示。
4.导致复合膜溶剂残留过量
实践证明，空气中的相对湿度增加一倍，溶剂的挥发速率将减缓一半。干式复合过程中，在相同工艺条件下，环境相对湿度增加时，复合膜的溶剂残留量也随之增加。表1为不同环境相对湿度下干式复合膜溶剂残留量的检测实例。从中可以看出，环境湿度升高时，复合膜的溶剂残留量也大幅度升高。
对无溶剂复合的影响
对无溶剂复合工艺，我们建议客户将无溶剂复合设备隔离开，安装空调来恒温除湿，这对于稳定产品质量是非常必要的，但仍有部分厂家未采取这样的隔离方案。
1.引起胶黏剂的变质反应
无溶剂胶黏剂的A胶含-NCO组分，易与空气中的水分发生副反应，甚至引发胶黏剂的变质。
①混胶系统除湿效果不良时，空气中的水分将会进入到储胶桶中与A组分发生交联反应，情况轻微时表层胶水中的部分-NCO基团被消耗（相当于-NCO基团的摩尔含量降低），自动配胶后可能出现小范围局部不干现象；情况严重时胶水表面出现结皮现象，这样极可能将出胶管路堵塞，造成严重的胶黏剂混配比失调，出现胶水不干现象。
②计量间隙挡块间的胶黏剂直接与空气接触，特别是两侧挡胶块附近的胶黏剂置换反应速度较慢时，无溶剂A胶与水分子的反应速率远大于其与B胶的反应速率，也就是说在无溶剂复合操作过程中A胶先与空气中的水分反应，反应放热又加速胶黏剂自身的交联反应，导致胶黏剂黏度迅速增加。这种不良现象影响如下：一是黏度增加，流动性不良，影响上胶量；二是水分子过量消耗A胶中的-NCO组分，导致复合膜不干或剥离强度不合格。无溶剂单组分胶也有-NCO组分，同样存在相同的不良影响。
上述现象在挡胶块附近表现得最明显，最直接的表现是开机过程中胶液发白，产生气泡。处理对策：一是将初始加胶的液位设低，这样开机过程中能将陈胶尽量带走，使挡胶块附近的胶液保持新鲜；二是加胶喷头位移量尽量靠近挡胶块，这样能避免挡胶块附近陈胶积聚；三是控制环境相对湿度在70%以下。
2.更易出现复合膜外观白点现象
高温高湿环境更易引起无溶剂复合膜外观白点的产生，主要原因还是水分子与A胶中的-NCO发生反应，生成大量CO2，如果这些气体不能在胶水失去流动性之前从两层薄膜间渗透出去，则完全固化后就会表现为外观白点气泡现象。当然，两层材料的阻隔性越好，气体越不容易从薄膜间渗透，就越容易出现这种外观白点气泡现象。 影响因素主要有两方面：一是材料表面会吸附水分子，常用的材料本身是极性材料或经过电晕处理后表面极性增加，对水分子的吸附能力也会增加，这部分影响不仅与无溶剂复合操作环境的相对湿度有关，归根到底也与原材料的生产及贮存环境有关；二是复合下机两层复合膜间多少都会夹杂一定的空气，生产环境中的相对湿度越高，夹在膜层间空气中的水分子也越多，与固化剂反应后生成的CO2气体也越多，影响程度越大。温度20℃湿度65%RH时，空气中的绝对湿度约11g/m3；温度40℃湿度85%RH时，空气中的绝对湿度约43g/m3；假设这些水分全与-NCO反应，则生成CO2的量也会成倍增加，这无疑增加了固化时白点的消除难度。
3.影响尼龙复合膜的尺寸稳定性
尼龙膜是吸水性材料，吸湿后尺寸伸长，同时拉伸强度降低，在无溶剂复合机复合张力条件下其更易被拉长。现在无溶剂复合机绝大多数都是单工位的，换卷、卸卷都需要停机，停机时通道中的尼龙膜暴露在空气中的时间较长，其吸湿伸长率就大；在低速运行时也有相同的影响。这样就使得停机时、低速与正常生产机速时尼龙膜的吸湿变形量不一致，从而造成印刷光标间距不一致，影响成袋跟踪裁切精度，甚至还会造成废品或停机。
此外，夏季很多厂家无溶剂复合膜采取不进熟化室，在常温下自然熟化的方式。但由于尼龙膜的吸湿特性，边缘的尼龙膜长时间与空气接触，就会造成边缘复合膜的反应交联程度不充分，产生轻微不干现象。所以对于尼龙复合膜，如是采取常温自然熟化，应在膜卷外包一层防潮薄膜，以免边缘尼龙膜吸潮。
4.对复合膜摩擦系数的影响
现在行业内多是采用低温熟化的方法来控制PE复合膜的摩擦系数，但这种方法存在一定的风险，尽管经熟化制袋或分切的复合膜具有较低的摩擦系数，但在经受二次高温后，如45℃时，其摩擦系数会出现二次增大现象。如包装膜在夏季高温运输过程中就可能改变复合膜的摩擦系数。据笔者了解，已有部分软包企业发生了这种质量现象，且造成了几十万的经济损失。针对这种情况，市场上推出了一种专用于PE无溶剂复合膜的开口爽滑母料，能有效抑制这种现象的发生。
目前，多数中型企业安装了水冷式空调，其对车间温度具有一定的调节功能，但实际是通过水吸收空气中的热量达到降温，反而会增加环境的相对湿度。另外，车间洒水或拖地，也会人为地增加车间环境的相对湿度。
总之，我们要认识到高温高湿环境对生产质量的不利影响，进行必要的环境温湿度监测，并采取一些防范措施，避免批量质量事故的发生。
对软包装干式复合的影响
1.导致胶黏剂黏度变化
实践表明，在其他条件不变的情况下，当环境温度升高5℃和10℃时（以25℃为基准），乙酸乙酯的挥发速度分别提高28%和67%，而挥发速度过快会导致胶黏剂黏度较快升高。因此，在夏季高温高湿环境下，软包装干式复合生产过程中一定要强调对胶黏剂黏度进行实时有效控制，否则将引发复合膜外观不良、溶剂残留超标等一系列质量问题。
2.导致堵版问题
在高温环境中，溶剂的蒸发速率较快，油墨中可以采用慢干溶剂来延缓蒸发速度，然而聚氨酯胶黏剂只能使用乙酸乙酯作溶剂，这样更容易导致“堵版”问题。尤其是在采用高浓度、高线数涂布工艺，又没能有效控制胶黏剂黏度的情况下，更易出现情况较为严重的堵版现象。这种问题与印刷中因油墨初干性太快而引起的堵版原理一致。图1a为夏季生产过程中出现的复合堵版现象；图1b是放大图，可见清晰的网纹格现象。
3.导致胶层不干
高湿环境会对干式复合胶黏剂产生较为严重的影响，水与固化剂的反应式如下：
R2- N C O + H2O→（慢） R2-NHCOOH→（快）R2-NH2+CO2↑
R2-NH2+R2-NCO→R2-NHCONH-R2
从反应式可以看出高湿环境带来的影响：①消耗固化剂，使胶黏剂的固含量失调，严重时胶层还会发黏，导致胶层不干；②产生的CO2 气体会形成气泡，影响复合膜的表观质量；③生成聚脲型聚氨酯，使复合膜产生晶点；④溶剂挥发速度减慢，最终导致残留量增大。
水分的主要来源有两个方面：一方面来源于稀释溶剂，另一方面来源于空气中的水分。环境相对湿度大，特别是出现“露点”现象时，会有大量的水分渗入胶黏剂中，此时最有可能出现胶黏剂不干现象。有时可以通过肉眼观察，如胶黏剂很快变得浑浊起来，则表明其中的水分含量超标。
胶黏剂不干会导致复合膜脱层起皱，如图2为尼龙复合膜因胶黏剂不干而引起的脱层起皱现象。
很显然，夏季是胶黏剂不干的多发季节，在对环境不能有效控制的情况下，笔者建议在干式复合生产配胶时可考虑适当增加固化剂的量，以避免复合膜出现层间不干或起皱等质量问题。例如，环境为高温高湿时；印刷用聚氨酯油墨或醇水油墨的溶剂中添加大量异丙醇或乙醇溶剂且印品中醇溶剂残留量较高时；乙酸乙酯质量不能保证时；干式复合生产中胶桶边缘、刮刀背、涂布表面和导辊表面有结露现象时等，以上情况可视具体情况增加10%～25%的固化剂，以确保复合膜的质量。
另外，当空气中水分含量过高，到达凝结小水珠的程度，且如果有小水珠混入胶黏剂中时，极有可能会引起气泡现象，如图3所示。
4.导致复合膜溶剂残留过量
实践证明，空气中的相对湿度增加一倍，溶剂的挥发速率将减缓一半。干式复合过程中，在相同工艺条件下，环境相对湿度增加时，复合膜的溶剂残留量也随之增加。表1为不同环境相对湿度下干式复合膜溶剂残留量的检测实例。从中可以看出，环境湿度升高时，复合膜的溶剂残留量也大幅度升高。
对无溶剂复合的影响
对无溶剂复合工艺，我们建议客户将无溶剂复合设备隔离开，安装空调来恒温除湿，这对于稳定产品质量是非常必要的，但仍有部分厂家未采取这样的隔离方案。
1.引起胶黏剂的变质反应
无溶剂胶黏剂的A胶含-NCO组分，易与空气中的水分发生副反应，甚至引发胶黏剂的变质。
①混胶系统除湿效果不良时，空气中的水分将会进入到储胶桶中与A组分发生交联反应，情况轻微时表层胶水中的部分-NCO基团被消耗（相当于-NCO基团的摩尔含量降低），自动配胶后可能出现小范围局部不干现象；情况严重时胶水表面出现结皮现象，这样极可能将出胶管路堵塞，造成严重的胶黏剂混配比失调，出现胶水不干现象。
②计量间隙挡块间的胶黏剂直接与空气接触，特别是两侧挡胶块附近的胶黏剂置换反应速度较慢时，无溶剂A胶与水分子的反应速率远大于其与B胶的反应速率，也就是说在无溶剂复合操作过程中A胶先与空气中的水分反应，反应放热又加速胶黏剂自身的交联反应，导致胶黏剂黏度迅速增加。这种不良现象影响如下：一是黏度增加，流动性不良，影响上胶量；二是水分子过量消耗A胶中的-NCO组分，导致复合膜不干或剥离强度不合格。无溶剂单组分胶也有-NCO组分，同样存在相同的不良影响。
上述现象在挡胶块附近表现得最明显，最直接的表现是开机过程中胶液发白，产生气泡。处理对策：一是将初始加胶的液位设低，这样开机过程中能将陈胶尽量带走，使挡胶块附近的胶液保持新鲜；二是加胶喷头位移量尽量靠近挡胶块，这样能避免挡胶块附近陈胶积聚；三是控制环境相对湿度在70%以下。
2.更易出现复合膜外观白点现象
高温高湿环境更易引起无溶剂复合膜外观白点的产生，主要原因还是水分子与A胶中的-NCO发生反应，生成大量CO2，如果这些气体不能在胶水失去流动性之前从两层薄膜间渗透出去，则完全固化后就会表现为外观白点气泡现象。当然，两层材料的阻隔性越好，气体越不容易从薄膜间渗透，就越容易出现这种外观白点气泡现象。 影响因素主要有两方面：一是材料表面会吸附水分子，常用的材料本身是极性材料或经过电晕处理后表面极性增加，对水分子的吸附能力也会增加，这部分影响不仅与无溶剂复合操作环境的相对湿度有关，归根到底也与原材料的生产及贮存环境有关；二是复合下机两层复合膜间多少都会夹杂一定的空气，生产环境中的相对湿度越高，夹在膜层间空气中的水分子也越多，与固化剂反应后生成的CO2气体也越多，影响程度越大。温度20℃湿度65%RH时，空气中的绝对湿度约11g/m3；温度40℃湿度85%RH时，空气中的绝对湿度约43g/m3；假设这些水分全与-NCO反应，则生成CO2的量也会成倍增加，这无疑增加了固化时白点的消除难度。
3.影响尼龙复合膜的尺寸稳定性
尼龙膜是吸水性材料，吸湿后尺寸伸长，同时拉伸强度降低，在无溶剂复合机复合张力条件下其更易被拉长。现在无溶剂复合机绝大多数都是单工位的，换卷、卸卷都需要停机，停机时通道中的尼龙膜暴露在空气中的时间较长，其吸湿伸长率就大；在低速运行时也有相同的影响。这样就使得停机时、低速与正常生产机速时尼龙膜的吸湿变形量不一致，从而造成印刷光标间距不一致，影响成袋跟踪裁切精度，甚至还会造成废品或停机。
此外，夏季很多厂家无溶剂复合膜采取不进熟化室，在常温下自然熟化的方式。但由于尼龙膜的吸湿特性，边缘的尼龙膜长时间与空气接触，就会造成边缘复合膜的反应交联程度不充分，产生轻微不干现象。所以对于尼龙复合膜，如是采取常温自然熟化，应在膜卷外包一层防潮薄膜，以免边缘尼龙膜吸潮。
4.对复合膜摩擦系数的影响
现在行业内多是采用低温熟化的方法来控制PE复合膜的摩擦系数，但这种方法存在一定的风险，尽管经熟化制袋或分切的复合膜具有较低的摩擦系数，但在经受二次高温后，如45℃时，其摩擦系数会出现二次增大现象。如包装膜在夏季高温运输过程中就可能改变复合膜的摩擦系数。据笔者了解，已有部分软包企业发生了这种质量现象，且造成了几十万的经济损失。针对这种情况，市场上推出了一种专用于PE无溶剂复合膜的开口爽滑母料，能有效抑制这种现象的发生。
目前，多数中型企业安装了水冷式空调，其对车间温度具有一定的调节功能，但实际是通过水吸收空气中的热量达到降温，反而会增加环境的相对湿度。另外，车间洒水或拖地，也会人为地增加车间环境的相对湿度。
总之，我们要认识到高温高湿环境对生产质量的不利影响，进行必要的环境温湿度监测，并采取一些防范措施，避免批量质量事故的发生。