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塑料包装热封强度问题
目前塑料包装封口材料主要有PP.PE,EVA等。请问PP,PA的热封强度大小有什么区别吗？同是PE内层，为什么BOPP/PE的热风强度比PA/PE的小呢？
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复合加工工艺
作者：魏瑞玲 来源：《印后原理及工艺》·第十四章　复合薄膜印后加工工艺
第二节　复合加工工艺
　　一、干法复合
　　干法复合是生产复合薄膜最常用的方法，它是用溶剂型粘合剂将两种或数种基材复合在一起。干法复合主要有以下特点；
　　（l）对基材的适应性广。可用于各种塑料薄膜、。铝箔、镀铝薄膜以及纸张的复合，尤其适于同种或异种塑料薄膜的复合。
　　（2）生产效率高。复合速度最高可达250m／min左右，一般为130～150m／min；加工宽度为400～1400mm。
　　（3）使用聚氨酯粘合剂，其粘合强度大，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。
　　（4）复会操作简单，只要干燥温度和张力控制适当，就可顺利生产。
　　干法复合的主要缺点是粘合剂用量大，能源消耗大，其生产成本较高；且聚氨酯粘合剂有一定的毒性。
　　目前，我国约有1／3的复合薄膜采用于法复合生产，主要用于蒸煮食品、风味食品等中高档商品的包装。在国外，由于价格的竞争，共挤出和挤出复合薄膜占了绝大部分，而干法复合薄膜所占的比重较小，只有在需要高档包装上才使用。如日本干法复合薄膜仅占12％；在美国和西欧等国，因聚氨酯粘合剂的毒性问题，其复合薄膜不准用于食品的包装。近年来，我国也在注重发展共挤出和挤出复合薄膜。
　　1.干法复合材料及原辅料。主要有干法复合薄膜、复合用基材、粘合剂、油墨等。
　　（1）干法复合薄膜。干法复合薄膜最常见的是由2～3层基材构成，主要用于食品包装。复合薄膜的结构，可以根据不同产品的包装要求，选择适合的基材，进行合理的设计。如蒸煮袋要求具有较好的耐热性、阻隔性和强度等，典型的蒸煮袋结构是：PET（外）／AL（铝箔）／CPP（内），PET薄膜为蒸煮袋提供了较高的强度、印刷性和透明性；铝箔提供了刚性和阻隔性；CPP薄膜作内层材料则具有较好的热封性和化学稳定性。常见干式复合薄膜的结构、特点及用途见表14-1。
　　（2）复合用基材。干法复合可供选择的基材面广，一般基材均可用于干法复合。从复合薄膜的结构来看，外层材料应具有较好的印刷性能和光学性能；强度高，不易划伤、磨毛；耐热性能好等特点。适合作外层材料的有：BOPP、BQNY、BOPET薄膜、镀铝薄膜、纸和玻璃纸等。中层材料应具有较好的阻隔性能，如对气体、气味、水气的透过率低，能遮光等。
　　适合作中层材料的有：铝箔、镀铝薄膜、PVDC、BONY、BOPET薄膜等。内层材料应具有热封性能好；无味、无毒；耐油、耐水、耐化学药品性优良等。常用的内层材料有：LDPE、HDPE、CPP、PVDC、EVA薄膜、离子型聚合物薄膜等。铝箔表面应无油污；PE、PP等非极性薄膜在复合前一般要进行电晕处理，以增加粘合强度。
　　（3）粘合剂。干法复合使用的溶剂型粘合剂有：聚氨酯、环氧树脂、天然橡胶和合成橡胶等热固性树脂粘合剂，以及醋酸乙烯、氯乙烯、丙烯酸酯聚合物等热塑性粘合剂。其中聚氨酯粘合剂具有优良的综合性能，使用最广。
　　聚氨酯粘合剂是以聚氨基甲酸酯为主要成分的热固性粘合剂，它与各种基材均有良好的粘接强度；在室温和加热的情况下都可以固化；且溶剂的脱离性较好。其形成的胶层透明、柔韧、耐高低温、耐蒸煮；并具有耐水、耐油和耐化学药品性。但聚氨酯粘合剂也存在以下问题。在高温杀菌时，由于受热分离出的有毒物质有向里层渗透的可能，会对食品产生污染。因此，近年来国外新开发了氧化聚丙烯、改性聚酯、改性聚丙烯等非聚氨酯型粘合剂用于蒸煮袋的中层与里层的粘合。据有关资料介绍，我国已研制出了耐高温无毒粘合剂。
　　粘合剂的选用，应根据复合薄膜的结构组成和用途来确定。目前我国在干法复合中广泛使用的是聚氨酯粘合剂，其品种有国产的和进口的。表14-2中列出了几种常用牌号粘合剂的特点的用途，可供选用时参考
表14-1 干法复合薄膜的结构、特点及用途
结　构特　　点用　　途
BOPP(20)*/LDPE(25～60)机械强度好，耐磨性优良，防湿、防潮，可低温冷藏包装快餐面、饼干、酱菜、密饯、化妆品
BOPA(15)/CPP(30～80)良好的冷藏性，耐腐蚀好，抗穿剌，阻气，保香，可低温冷藏豆腐干，鱼类制品，肉和香肠、奶酷、咖啡、医疗器具、冷冻食品
镀铝PET(12)/CPP(30～80)机械强度高，阻气，保香性好，可蒸煮调味品，香肠，咖啡
BOPP(20)/A1(7-14)/LDPE(25～60)阻气，阻湿，阻光性好，有刚性，可低温冷藏榨菜，牛奶，饮料，液态食品
BOPP(20)/PVDC/LDPE(25～60)阻气、阻潮，保香，透明香肠，火腿，调味品，咖啡
BOPET(12)/A1/(7-14)/CPP(30～80)阻气、阻湿，保香，机械强度高，可蒸煮，可低温冷藏
烘烤食品，肉类制品，奶油
玻璃纸(20)/镀铝PP(20)/LDPE(25～60)阻气、阻湿、光泽好药品、烘烤食品，巧克力
　　*括号内为基材的常用厚度，单位μm。
表14-2 几种常用牌号粘合剂的特点和用途
牌号特点和用途生产单位
PU-170杰出的耐内装物性，可在120℃的高温下蒸煮，适用于各
种薄膜(铝箔)的复合，可用于食品包装浙江黄岩油墨化学厂
PU-180高的粘接强度，优良的涂布性能，适用于各种薄膜的
复合，也适用于铝箔复合，可用于食品包装
TF-2耐蒸煮，适用于各种薄膜的复合，可用于食品包装
江苏太仓塑料助剂厂
JN826适用于BOPP/A1/PE、BOPP/PE的复合青岛化纤材料厂
EST-B耐蒸煮，初期粘接力强，适用于BOPP/A1/PE，BOPP/PE的复
合，可用于食品包装浙江临海化工三厂
AD503粘接力强，主要用于铝箔复合材料日本东洋油墨株式会社
AD1010耐蒸煮，主要用于铝箔蒸煮袋
　　通常使用的聚氨酯粘合剂是双组分的。使用时分别根据主剂与固化剂的固体含量不同，按一定重量配比将两组分混合，再加入醋酸乙酯稀释至固体含量为一定值，一般为15%～30%。不同牌号的聚氨酯粘合剂主剂与固化剂的配合比例不同，表14-3为几种常用牌号聚氨酯粘合剂的标准配比，可供使用时参考。
表14-3 几种常用牌号粘合剂的标准配比
牌号主剂固化剂标准配比
PU-170PU-170主剂PU-170固化剂100∶10～15
PU-180PU-180主剂PU-180固化剂100∶10
TE-2TF-2主剂TF-2固化剂100∶35
JN826JN826主剂JN826固化剂100∶15
EST-BEST-BC-75100∶7～5
AD503AD503CAT-10100∶4.5
AD1010AD1010AD-RT100∶7
　　稀释剂的用量按下式计算(14-1)
Wx=(W1×N1+
W2×N2）/N-W1-W2　　　（14-1）
　　式中：Wx为稀释剂的用量（kg）；W1为主剂的用量（kg）；W2为固化剂的用量（kg）；N1为主剂的固体含量（％）；N2为固化剂的固体含量（％）；N为粘合剂的固体含量（％）。
　　常用的稀释剂除醋酸乙酯外，也可采用甲乙酮。丙酮、正己烷和甲苯等。
　　调配粘合剂时，在主剂中加入稀释剂搅拌均匀，再加入固化剂充分搅拌均匀后即可使用。
　　主剂与固化剂混合后即进行反应，粘度逐渐增加，直至成为凝胶状。配成的粘合剂固化剂含量越高，其固化速度越快。在标准配比浓度及密闭条件下，其适用期一般为2天（25℃），但随着气温等条件的变化，可使用的时间也随之变动。
　　（4）油墨。印刷油墨为凹印油墨，其基本要求是：对复合牢度影响小，容易干燥，残留溶剂少，适于高速印刷，再现性好等。为得到最佳的印刷复合牢度，对不同基材最好采用专用油墨。常用的复合基材如BOPP、BOPET、BONY等国外已有多种专用油墨。我国目前生产的油墨多为通用型油墨，它基本上能满足于法复合的要求，专用型油墨也正逐步得到开发应用。
　　2.干法复合机的基本结构。干法复合机通常由两套放卷装置，一套涂胶装置、干燥装置、复合装置和收卷装置等组成。辅助装置有薄膜的传递、张力调节。进位控制器及电晕处理装置等，见图14-1。
　　(1）放卷装置、收卷装置。放卷装置和收卷装置与凹版印刷中相同。
　　（2）涂胶装置有网纹辊刮刀式、网纹辊橡胶辊式等几种形式。最常用的是网纹辊刮刀式涂胶装置，见图14－2。它是由一个表面刻有网纹的金属辊和一个橡胶反压辊组成。常用的网纹辊网线约为35～55l/cm；网点深度为2O～6μm；黑白比为1∶3～8；网点形状有斜槽型、斗型、倒四角锥型等。通过更换不同网点深度和网线的网纹辊，可得到所需要的涂胶量。涂布量（于物质）一般为2～5g／m2，粘合剂的浓度为15％～30％。涂布量可参考下式计算：
　　式中：CW为涂布量（g／m2）；N为粘合剂的固体含量（％）；h为网纹辊的网点深度（μm）；K为修正系数，即粘合利从网眼中转移到基材上的转移率，一般取1／4～ 1／6。
干法复合机示意图
1－涂布机 2－退卷机 3－干燥通道 4－收卷机 5－冷却工位 6－复合机 7－退卷机
　　网纹辊刮刀式涂胶装置的主要特点是：能够准确地控制涂胶量，但网纹辊的价格昂贵，且容易损坏，需要经常清洗。
　　（3）干燥装置。其作用是使涂覆于基材上的粘合剂中的溶剂挥发掉。它由烘道、电加热器、鼓风机和排风机等组成。烘道采用拱门隧道式或水平隧道式，以防止基材在干燥过程中卷起。鼓风机鼓出的风经过电热器加热后，均匀地吹向涂胶基材上，热空气流动的方向与基材的运行方向相反。鼓风的目的是使烘道内空气流动，横向温度分布均匀。排风机通过风管将挥发的溶剂蒸气排出或进行回收。
图14-2 网纹辊刮刀式涂胶装置
1-网纹辊 2-反压辊
　　（4）复合装置。是将已涂胶并经过烘干处理的基材与另一基材进行复合。它由一对复合夹辊即一个加热钢辊和一个橡胶辊组成。复合钢辊内可通入热油、蒸气或过热水加热；也可采用电阻丝加热。复合橡胶辊则需要通冷却水以保护面层。
　　3．干法复合工艺。干法复合工艺过程及控制要点如下：
　　（l）干法复合工艺过程。用印刷的薄膜作第一基材，经过涂胶装置将粘合剂均匀地涂布在第一基材的印刷面上，然后将其通过烘道，使粘合剂中的溶剂挥发掉，再经过复合夹辊在加热加压下与第二基材复合在一起，冷却后卷取即成复合膜卷，其工艺流程见图14－3。复合膜卷还需进一步固化，即进行熟化处理，以达到应有的性能。
　　（2）工艺控制要点。主要有涂布量、干燥温度、复合温度和压力以及熟化温度和时间等。
　　①涂布量。在干法复合中，粘合剂的涂布量很大程度上影响着复合薄膜的质量。当涂布量不足时，复合薄膜的粘合强度差、耐蒸煮性和热封强度降低；当涂布量过多时，会使薄膜发皱变硬，开口性变差，同时溶剂不易挥发彻底，胶层中也会残存溶剂。粘合剂的涂布量可
图14－3干法复合工艺流程图
1－第一基膜放卷 2－涂胶 3－供道 4－复合辊 5－第二基膜放卷 6－复合收卷
　　的基材，其涂布量为1．5～2．5g／m2；纸张等表面粗糙的基材，印刷墨层厚实、面积较大以及多色印刷的基材，其涂布量为2．5～3．5g／m2；耐蒸煮、耐高温和粘合强度要求高的
复合薄膜，其涂布量高，一般在3．5～5.0g／m2之间，如蒸煮袋用复合薄膜的涂布量为3．0
～4．5g／m2。
　　②干燥温度。烘道分三段工作，蒸发区、硬化区、排除异味区。干燥温度根据溶剂的种类和基材的耐热性等来确定，对各段温度分别进行控制。干燥温度也要与生产速度相适应，以使涂布在基材上的粘合剂中的溶剂完全挥发。在生产速度一定的情况下，若干燥温度过低，溶剂的挥发速度慢，胶层中残存的溶剂多，使复合薄膜的粘合强度降低。若干燥温度过高，薄膜受热易被拉长，产生皱精，同时溶剂挥发过快，容易产生针孔等。
　　烘造温度从基材进口到出口之间由低到高设置，分三段控制。在基材刚进入烘道即蒸发区时，粘合剂中的溶剂蒸发容易，温度应低一点，使其慢慢蒸发；当基材进人硬化区时，因溶剂不断蒸发以及粘合剂两组分间的反应，使粘合剂的粘度逐渐升高，溶剂再继续蒸发困难，此时应提高洪道温度；当基材进入最后一区时，应进一步提高烘道温度，以使粘合剂中残余的溶剂完全蒸发掉，形成有一定粘性的胶层。烘道的三段温度一般为：50～60℃、60～70℃、70～80℃左右。
　　溶剂的挥发速度除与洪道的温度有关外，还与烘道中的风速、排风量等密切相关。一般风速越快、排风量越大，则溶剂的挥发速度愈快，反之亦然。
　　③复合温度和压力。适当提高复合温度和压力，有助于提高粘合剂的流动性和对第二基材的润湿性，从而使复合强度提高。但复合温度过高，会使基材的透明性降低。通常的复合温度为：透明薄膜50～60℃；铝箔80～100℃；其它基材70～80℃。复会压力一般为0．4～1.2mPa。
　　④熟化温度和时间。聚氯酯粘合剂在将两基材复合后并未完全固化，因此复合后的薄膜还需要经过熟化处理，使其充分交联固化，达到应有的粘合强度和各项性能。适当提高熟化温度，能增加复合强度，缩短熟化时间，但熟化温度过高，会使复合薄膜的开口性变差。一般熟化温度在50～60℃之间，熟化时间需48h左右。
　　（3）干法复会常见故障。干法复合常见故障及排除见表14－4。
　　4．印刷复合机组。一般干法复合是先在基材上进行印刷，然后再进行复合加工，两者是独立完成的。这种操作工序多，生产效率低，且产品质量不易保证。因此，近年来发展了先进的印刷复合工艺，即将各类印刷机与相关的复合机串联起来，这样在一道工序中可完成对基材的印刷和复合加工等，大大提高了生产效率和产品质量。另外，也出现了将印刷机、干法复合机、分切机、制袋机组成一个系列，进行连续化生产。
表14-4 干法复合常见故障及排除
异常现象产生原因解决办法
涂覆不均匀
①胶槽中部分粘合剂固化更换或增添粘合剂
②涂覆压力小 加大涂覆辊的压力
③橡胶辊溶胀、变形更换胶辊
④薄膜厚度误差大更换基材，选用厚度误差小的薄膜
⑤薄膜松弛合紧压模辊，增大牵伸力
涂覆层有通洞
①涂覆薄膜干燥时被拉伸，复合后逐渐回缩，与第二基材间产生松弛而致
②伸缩性差大的复合薄在复合后立即保温
降低张力，选择具有初期粘俣力且固化反应速度快的粘合剂，需高温熟化
①粘合剂选择不当，涂覆量设定不当，配比计量有误
重新选择粘合剂牌号和涂覆量，准确配制
②稀释剂中含有消耗NCO基的醇和水，使主剂的羟基不反应
使用高纯度(99.5%)的醋酸乙酯
③粘合剂被印刷油墨吸收，使涂覆量不足
重新设定配方和涂覆量
④粘合剂适用期已过(粘合剂的凝胶时间一般为2～3天)
更换粘合剂，粘合剂应随配随用，一般选凝胶化时间一半为保险时间
⑤熟化时间、熟化温度不当
适当提高热化温度或延长熟化时间
⑥聚烯烃薄膜表面处理不够
提高电晕处理的电压和电流
⑦复合调整、压力偏低，速度较快
提高复合温度和压力，适当降低复合速度
互相贴合的基材拉力不一致，薄膜向着受力大的基材一方卷曲
调节辊速和张力
①涂覆不均匀，有凹板痕迹
调节料液粘度、浓度和刮刀角度，更换凹板辊
②涂覆量过多
重新设定涂覆量或更换凹板辊
③基材表面润滑性差，如防潮玻璃纸
提高复合辊温度
④传送膜导辊上有杂质
清理干净导辊
⑤刮刀上有杂物或损伤，产生刮痕迹
清理或研磨刮刀
⑥收卷张力大，膜起皱
调整收卷张力和速度
⑦环境湿度大或加工时夹入水分，层间有未排净的CO2，产生白化现象
提高干燥温度，降低环境湿度
①干燥温度过高，粘合剂表面结皮降低干燥温度
②复合压力不够提高复合压力
③基材薄膜有皱褶或松弛现象，薄膜不均匀或卷边等更换合格的基材，调整辊速和张力
④复合膜上裹入灰尘、杂质清除静电和杂质
⑤粘合剂涂布不均匀，用量少提高涂覆量和均匀度
⑥粘合度浓度高，粘度大，涂覆不匀用稀释剂降低粘合剂浓度
产品有臭味
①粘合剂残留溶剂未除净
调节干燥温度、进风量、排风量、温度梯度及车事速
②印刷后残留溶剂未除净控制印刷速度和印刷质量
表面发粘，滑移性差
①熟化温度过高降低熟化温度
②溶剂残留量大，薄膜中滑爽剂失效按上述方法排除残留溶剂
纵向有漏粘痕迹
①张力控制不妥，复合后薄膜收缩或松弛根据薄膜规格选择最佳张力及控制参数
②残留溶剂量大降低粘合剂涂布量，或复合速度
③干燥过强，薄膜延伸增大，粘合剂反应剧烈，得不到充分的初期粘结力
延伸性大的薄膜要严格控制干燥和卷取张力
④辊温过高降低辊温
　　80年代以来，我国相继引进了800～1200mm宽幅分列式塑料印刷复合机组，其中以日本的为最多，另外德国、意大利、台湾等国家和地区的设备也占有一定的比例。目前，国内有关机械制造厂也可制造成套的印刷复合设备。
　　二、湿法复合
　　湿法复合是在铝箔、塑料薄膜或纸的表面涂布一层水溶性粘合剂，在粘合剂还处于湿的状态下，通过复合夹辊与另一基材纸或玻璃纸等复合在一起，再经过热烘道干燥即成为复合薄膜。其工艺流程见图14－4。
图14－4湿法复合工艺流程图
l－第一基膜放卷 2－第一复合辊 3－第二基暖放卷 4－涂胶辊 5－烘道 6～7－收卷 8－粘合剂
　　湿法复合是一种最早采用的较经济的复合方法。因不需要有机溶剂，所以成本较低，且无污染；复合速度可达150～300m／min左右。但由于湿法复合中使用的是水溶性粘合剂，所以要求复合基材至少有一侧是疏松多孔、透气的，以便使粘合剂在烘道中充分干燥。湿法复合主要用于铝箔／纸、纸／纸、纸／玻璃纸、塑料／纸的复合，其粘合强度不高，主要用作香烟、糖果、巧克力的内包装材料，以及包装商标材料。
　　湿法复合所用的粘合剂主要有：淀粉、干酪素、聚乙烯醇、硅酸钠等水溶液；聚醋酸乙烯、聚丙烯酸酯以及天然橡胶和合成橡胶乳液等。其中以聚醋酸乙烯乳液使用的最多。
　　湿法复合薄膜的粘合强度，与基材的表面状况、粘合剂的涂布量及固体含量密切相关。如铝箔表面残留的压延油污会降低粘合剂的润湿效果，使粘合强度降低；纸基材厚薄不均、表面有异物等也会降低粘合强度。一般粘合剂的固体含量越高。涂布量越大，其复合薄膜的粘合强度也越大。
　　湿法复合机及工作原理与干法复合机相似。因为湿法复合是将涂布粘合剂的基材直接与另一基材复合后，再进入烘道干燥；而干法复合是将涂布粘合剂的基材先经烘道加热待溶剂挥发后再与另一基材复合。因此相应的复合机装置也有些不同。
　　三、无溶剂复合
　　无溶剂复合是采用无溶剂型粘合剂，将两种基材复合在一起的一种方法，又称反应型复合。
　　在无溶剂复合中，因不使用溶剂，节省了大量能源，减少了生产设备的占地面积；无环境污染问题；复合薄膜中无残留溶剂。因此它是一种很有发展前途的复合方法，可用于塑料薄膜、铝箔、纸之间的复合。
　　无溶剂复合使用的粘合剂，一般是单组分聚氨酯粘合剂。其原理是聚氨酯预聚体一经加热，即变成低粘度液体，遇到空气中的水分即发生固化。因此可以在粘合剂处于液状时进行涂覆。近年来，又发展了无溶剂双组分聚氨酯粘合剂。
　　在无溶剂复合过程中，一个关键的问题是涂布量很小，约为0．5～1．5g／m2，要将如此少量的粘合剂均匀地涂覆在基材上，用通常的涂胶装置难以进行，因此要使用稳定的、高精度的涂胶装置来完成，其价格昂贵。另外就是粘合剂的初始固化和固化问题，若控制不当会影响该复合方法的经济性，并降低复合薄膜的透明性和粘合强度等。由于无溶剂复合中粘合剂的涂布量非常少，因此要采用很高的复合压力。
　　无溶剂复合机除无烘干装置外，其它与干法复合机大致相同。
　　四、热熔复合
　　热熔复合是使用热熔性粘合剂，将其加热熔融后涂布在一基材的表面复合在一起，冷却后即成为复合薄膜，其工艺流程图见14－5。
图14-5 热熔复合生产工艺流程图
1-第二基膜 2-复合辊 3-冷却辊 4-第一基膜 5-热熔胶
　　热熔复合工艺简单，无需使用溶剂，粘合在瞬间即可完成，成本较低。基主要缺点是粘合剂耗量大，粘合强度不高，且耐热性较差。热熔复会主要膺于生产铝箔人纷、铝箔／玻璃纸、玻璃纸／玻璃纸等复合薄膜，用作香烟、食品等包装材料以及瓶贴商标材料等。
　　热熔复合最早使用微晶石蜡作粘合剂，又称蜡复合。现正逐渐为合成粘合剂所代替，如EVA、乙烯丙烯酸酯共聚物、聚异丁烯、聚丁烯、石油树脂等。其中以EVA热熔粘合剂用的最多。另外，铝箔／纸、纸／纸复合也常采用蜡作粘合剂，这种复合薄膜因成本低，大量用于食品包装。
　　五、涂覆
　　涂覆是在基材的单面或双面均匀地涂覆一层涂复剂，使其形成复合薄膜的一种方法。
　　最常用的涂覆剂是PVDC树脂，它对气体、气味、水气的透过率很低，是极佳的阴隔性材料。将PVDC树脂涂覆在玻璃纸、BOPP、BOPET和BONY薄膜上，可显著地提高薄膜的阻隔性，使其具有优良的防潮性、气密性和保香性，同时也改善了某些薄膜的热封性。
　　PVDC涂覆剂有乳液型和溶液两种。目前主要使用水溶性PVDC乳液，它可直接在薄膜加工过程进行涂覆，也可在薄膜的印刷生产线上通过涂覆装置一并完成。一般在涂覆前对基材进行电晕处理或预涂一层粘结剂即底胶，以增加涂层与基材间的粘结牢度。一般底胶是热熔性粘合剂，采用较多的是乙烯醋酸乙烯共聚物和氯化聚丙烯的混合物，也可用丙烯酸酯业和聚氨酯类粘合剂作底胶。PVDC的涂复量一般为4～6m／m2。
　　六、挤出复合
　　挤出复合一般是以PE作为粘合剂，经挤出机T型模头挤出后成熔融薄膜，在粘合剂处于熔融状态时将两种基材粘合在一起，冷却定型后成为复合薄膜。挤出复合是一种用途广泛的复合方法，它主要有以下特点：
　　（1）在复合中，PE既是粘合剂又作为复合结构层，无需再使用其它粘合剂，因此生产成本较低，比干法复合降低1／3左右。
　　（2）从挤出到复合一次完成，生产效率高，一般复合速度在150m／min左右，高速复合可达 200～300m／min。
　　（3）挤出复合温度高，其复合薄膜比手法复合薄膜柔软。
　　（4）对环境的污染问题少。
　　（5）设备费用过高，只有用于大中型的复合规模时，才能显示出经济效益。
　　在挤出复合中，因PE的粘接性差，所以一般需要对基材进行表面增粘处理，以提高复合强度。　　挤出复合可用于塑料／铝箔、塑料／纸、塑料／塑料以及塑料铝箔纸之间的多层复合，其产品可加工成复合包装袋、复合纸盒、复合软管等，主要用于食品、饮料、化妆品、牙膏等产品的包装，也可用作水泥袋、化肥袋以及集装袋等大型包装袋。
　　1.挤出复合材料及原辅料。主要有挤出复合薄膜、复合用基材、热粘接材料和增粘剂等。
　　(1）挤出复合薄膜。常见的挤出复合薄膜有2～7层。两层复合薄膜是在基材的一面挤出涂布热粘接材料，又称挤出涂布薄膜。其基材的复合面可预先进行印刷（反面凹印），挤出涂布后油墨层被夹在复合薄膜中间，不会脱落，印刷效果好，如玻璃纸／PE的复合。三层复合薄膜通常是在两层基材的中间涂布热粘接树脂，其特点是基材的选用灵活性大，可制得具有较好机械性能和阻隔性能的复合薄膜。另外，也可以在一基材的两面涂布热粘接材料制得，如PE／铝箔/PE。三层复合薄膜的特点为结构对称，不发生卷曲，便于自动包装，但需要进行两次挤出复合加工。更多层挤出复合材料，其结构可按要求进行设计。能制得具有阻隔性好、机械强度高并能热封的复合材料，可用于多种产品的包装，如复合纸盒、一复合软管等都是采用的多层挤出复合材料。但多层挤出复合材料，需经过多次播出复合，工艺复杂。
　　常见挤出复合材料的结构、性能及用途见表14-5。
表14-5 挤出复合薄膜的结构、特点和用途
结构特点用途
PE(印刷)/涂覆层(白)/A1/涂覆层/PE印墨在薄膜内，印刷效果好，强度高，阻隔性好，防
水作软管，用于牙膏、膏状食品的包装
PE(印刷)/涂覆层/纸/涂覆层A1/PE机械强度、耐磨性、阻气、保香性好作软管，用于化妆
品、油膏，高级食品等的包装。
玻璃纸/涂覆层防潮性、气密性、透明性、热封性优良一般包装
PET/涂覆层防潮性、气密性、耐油性、耐蒸煮性、耐寒性、透明性、热封性优良真空包装、杀菌包装、肉类包装
BOPP/涂覆层一般轻包装用
玻璃纸/涂覆层/A1/涂覆层防潮性、气密性、热封性优良咖啡、粉末食品
包装牛皮纸/涂覆层机械强度高，防潮塑料树脂、化肥等重包装
PP编织布/涂覆层机械强度高，防潮、防水塑料树脂、化肥、食盐等重包装
　　(2)复合用基材。用于挤出复合的基材品种较多。纸类有牛皮纸、白卡纸、优质纸、玻璃纸等；薄膜类有PE、BONY、BOPP、BOPET薄膜等；其它有铝箔、布类、聚丙烯编织布等。
　　(3)热粘接材料。热粘接材料即粘合剂，它是决定挤出复合粘合强度的重要因素，约有90%以上的热粘接材料采用LDPE树脂。挤出复合用的LDPE树脂中不含润滑剂，其熔体指数为4～8g/10min，具有熔融粘度低，动性好，易粘附，价格低等特点。目前国内使用的复合级PE有国产的和进口的，详见表14-6。此外有EVA树脂、离子型合物和PP树脂等。
表14-6 挤出复合用PE树脂
规格熔融指数g/10min密度g/m2生产单位
IC7A7.00.920北京燕山石化总厂
1C8A6.8～9.29.917～0.919上海石化总厂
L7027.00.922住友化学工业
LM-318.00.918三菱石油化学
L3207.00.920三菱化成工业
2360M6.0～8.00.924～0.926德国巴梯斯
43524.8　美国杜邦公司
43838.0　美国杜邦公司
　　(4)增粘剂。是为增加挤出复合的粘合强度，而在基材上预先涂布的一层底胶，又称AC剂。
　　常用的AC剂有：有机钛酸酯类、聚乙烯亚胺类和异氰酸酯类。各类AC剂的特点及适应性见表14-7和表14-9。
表14-7 各类 AC剂的特点
AC剂优点缺点
①初期粘着性好②有通用性③皮膜柔韧④本身不自粘，可离机涂布
①吸潮，见水分解，易损耗②溶剂挥发性高，最大，易燃易爆③皮膜不耐水
聚乙烯亚胺类
①用水作溶剂，成本低，无污染，安全可靠②稀释倍率高③价格低
①BOPP专用②加水多时难干燥③皮膜硬，没有耐水性④复合温度高
⑤重卷时易自粘
异氰酸酯类
①有通用性②皮膜耐水性好③皮膜耐蒸煮性好④综合性能最优
①溶剂挥发性高，不安全②初期粘着性差③重卷时易自粘
表14-8　各类AC剂所用的稀释剂、浓度和涂布量
AC剂稀释剂常用浓度(%)涂布量(g/m2)
有机钛类已烷，甲苯3～52～4
聚乙烯亚胺类水，甲醇0.5～1.02～4
异氰酸酯类醋酸已酯，甲苯5～102～5
表14-9　各类AC剂对基材的适应情况
　　AC剂基材有机钛类聚乙烯亚胺类异氰酸酯类
普通玻璃纸优良良
防潮玻璃纸良不能用良
定向聚丙烯良优优
聚酯良一般优
尼龙良良优
铝箔良良优
　　2.挤出复合机的基本结构。挤出复合机的基本结构由放卷和收卷装置、挤出装置、复合装置、切边装置以及其它装置组成。
　　(1)放卷装置和收卷装置。与凹版印刷中相同。
　　(2)挤出装置。是用来完成熔融片膜的挤出。它由挤出机和T型模头组成。
　　挤出机主要由加热的料筒和在料筒中旋转的螺杆所组成。目前使用最多的是单螺杆挤出机，双螺杆挤出机也日益增多。挤出机的作用是将热粘接树脂在一定的温度和压力下熔融塑化，并连续地通过T型模头挤出成片状熔融薄膜。挤出复合主要利用熔融树脂的流动性进行基材间的粘合，部分基材还要借助增粘剂来增加粘合强度。挤出合的粘合强度与热粘接树脂的塑化情况密切相关。挤出机的塑化效果和机头出料的均匀度挤出复合的关键部分，而塑化效果则主要取决于挤出机螺杆的结构和长径比(L/D)，适于挤出复合的螺杆长径比在20以上，通常为24∶1～28∶1。
　　挤出机料筒外部分段设有电阻加热装置以及水冷装置，以满足挤塑工艺的要求。
　　通常挤出机安装在一个移动台上，使挤出机能上下、前后移动，以便于使用或维修，并不易损坏复合装置。
　　挤出复合用的机头一般为支管式和衣架式，又称T型模头，其结构示意图见图14-6。
图14-6 挤出复合T型机头示意图
1-调节孔 2-口模面 3-口模成型面 4-内部调幅板 5-T型模头 6-V型裁面
7-可调模唇 8-口模成型面 9-外部调幅板 10-衣架涂布模头
　　为了与复合辊配合，T型模头具有伸出的模唇，外截面设计呈“V”字形。模唇的长度一般为500～1500mm，也有大于3000mm的；口模出料缝的大小沿长度方向可分段调节，以控制挤出的熔融片膜在横向厚度的均匀性。
　　（3）复合装置。是用来将挤出的熔融片膜与基材复合在一起，并进行冷却。复合装置由冷却钢辊、橡胶辊和压辊等组成。
　　①冷却钢辊。它的作用是带走熔融片膜的热量，使复合薄膜冷却定型，并与橡胶辊配合完成对复合材料的加工。冷却钢辊的直径一般为450～600mm，最大为1000mm。冷却钢辊的直径越大，复合材料与其接触冷却的时间越长，其冷却效果越好。冷却钢辊一般为水冷却，其内为夹套螺旋式冷却流道，以保证冷却均匀。冷却钢辊的长度比机头目模的长度稍长。
　　冷却钢辊的表面有镜面和毛砂面两种。用镜面辊复合的薄膜透明度高，有光泽，但因降低了熔融塑料在辊上的流动性，容易产生纵向厚度波动，同时薄膜容易产生粘辊现象，影响其剥离性。用毛砂面辊复合的薄膜透明度和光泽稍差，但薄膜纵向厚度均匀，且不易粘辊。
　　②橡胶辊。它的作用是与冷却钢辊一起，完成以熔融片膜和基材的加压，使其成为一体的复合材料。从挤出机挤出的熔融片膜的温度高达20O℃以上，它要与橡胶辊接触，因此，要求橡胶辊的耐热性和耐磨性好，且不粘附薄膜，橡胶辊表层一般采用硅酮橡胶制成。橡胶辊的直径较小，约为冷却钢辊直径的1／2，一般为ZOO～300mm，其长度略大于模唇长度。
　　③压辊。它的作用是对橡胶辊加压和冷却。压辊表面镀铬，内部可通冷却水。压辊直径一般为250～300mm，长度与橡胶辊相同。压辊对橡胶辑施加压力是通过气缸来完成的。
　　（4）切边装置。挤出复合薄膜的两边一般偏厚，因此，需要将复合后的薄膜通过可调节的刀切边后，再到收卷装置。常用的切边装置有剪刀式、划线刀式＿刀片式和剃刀式等几种形式。剪刀式用于切割复合纸板材料；刀片式用于切割薄膜与纸张的复合材料；划线刀式用于切割一般复合材料；剃刀式用于切割较厚的塑料片材复合材料等。切去的废边可用鼓风机吹出回收。切边时常会产生因边角料粘贴了纸基等不能回收再用。因此，可采用熔融片膜的幅宽大于基材的宽度即可解决此问题。
　　（5）其它装置。为提高复合牢度，在复合前一般需要对基材进行预热处理，电晕处理、增粘处理等，因此，需要设置相应的预热器、电晕处理装置、AA剂涂布装置以及抗静电处理装置等。
　　3．挤出复合工艺。
　　（1）挤出复合工艺过程。挤出复合有单联式和串联式。、单联式播出复合由一台挤出机和复合装置组成，可生产2～3层的复合薄膜、串联式挤出复合由2～3台挤出机和复合装置组成，可生产3～7层的复合薄膜。其工艺流程见图14－7和图14－8。
　　（2）增粘处理。因PE粘接树脂与基材的粘合牢底较低，因此。在挤出复合中常需要采取增粘措施，以增加挤出复合材料的粘合强度。常用的增粘方法有以下几种：
　　①电晕处理。在复合前对基村表面进行电晕处理是最常用的增粘措施。它是在电极上施加高频高压电（一般频率为10～50kHz，电压为10～50kV）使电极电晕放电。放电时空气中产生的等离子气体冲击电极间的薄膜，使其表层分子的化学键断裂i同时放电时产生的臭氧使薄膜表面氧化，这样既粗化了薄膜表面，又使其生成了谈基、羟基和接基等权位基团，增加了表面的粘合性能。另外，电晕处理还除去了薄膜表层的油污、水气和尘垢等，使挤出．复合的粘合强度提高。电晕处理方法一般用于塑料薄膜的表面处理。对于PE与纸基的挤出复合，对纸基表面进行高强度电晕处理，也可增进其粘合强度，实践证明其效果好。
图14－7单联式挤出复合工艺流程图
1－放卷2－导棍3－效形辊个供箱5－空隙6－T型模头7－挤出机
8－塑模板 9－夹紧辊 10－冷却辊 11－夹层基材 12－收卷
图14－8双联式挤出复合工艺流程图
1－放卷 2－导辊 3－鼓形辊个 4－7烘箱 5－挤出机 6－夹层基材 7－挤出机 8－收卷
　　②打底处理。即复合前在基材的表面预涂布一层增粘剂。一般是将增料剂溶液涂布在基材上，加热将溶剂蒸发后，再通过粘接树脂与其它基材复合在一起。常用的增粘树脂有各类AC剂以及聚氨酯粘合剂等。
　　③高温氧化。即在热融片膜从T型模头的出口流到复合基材上的流下距离中进行空气氧化。在一定范围内，可通过提高热融片膜的温度，和增大流下距离延长片膜暴露在空气中的时间，来提高片膜的氧化程度，从而改进粘接树脂和基材间的粘合。但对热融片膜的过度氧化，会带来PE的气味问题，这对于食品包装是有影响的；而且还会使复合材料的热封性能降低。因此，可采用串联式挤出复合，经两道工序完成复合，即在第一道工序中采取高温挤出涂布，以使其高度氧化来保证良好的粘合；然后在第二道工序中再低温涂布未氧化的PE树脂，这样既避免了PE的气味问题。又保证了复合材料的热封性。
　　④臭氧氧化。‘是采用臭氧发生器进行氧化。它是通过喷咀喷出高浓度的臭氧，冲击热熔片膜与基材相粘合的一面上，使其充分氧化，保证了粘接树脂与基材间的粘合。这样允许
在较低的挤出温度下进行挤出复合，不会产生PE的气味问题。另外，热熔片膜另一面上的氧化程度较低，也使其热封性能得到了改善。
　　⑤火焰处理。在许多PE与纸基的挤出复合中，对纸基表面进行火焰处理，即使其表面暴露于火焰的直接喷冲之下，这样能使PE与纸基的粘合性得到改善。
　　在挤出复合中，各种增粘方法可单独使用或组成使用，增粘方法的选择通常取决于挤出复合材料的结构，以及所用的基材与粘接树脂等。
　　(3)挤出复合工艺控制要点
　　①挤出温度。挤出温度直接影响挤出复合薄膜的质量。一般来说，挤出温度高能提高PE与基材间的粘合牢度；但因高温氧化会使复合薄膜带有PE的臭味，热封性能降低，且挤出的熔融片膜收缩较大；挤出温度低则使PE与基材间的粘合性能下降，且挤出的PE膜的透明度和光泽度下降。一般挤出复合的机头温度为300℃左右，对幅宽较大的机头，为使其出料均匀，两端的熔融温度应比中心位置高5℃左右。
　　②气隙距离。它是指从T型模口到冷却钢辊与橡胶辊切点之间的距离，即熔融片膜的流下距离。一般气隙距离大，挤出版膜表面氧化程度大，有利于提高合牢度。但另一方面，气隙距离大则使熔融片膜的损失增大，也会影响复合牢度，且还会产生较大的缩颈。气隙距离小则与之相反。气隙距离一般控制在50～150mm之间。
　　③复合速度。当挤出机的挤出速度即螺杆转速一定时，复合速度越快涂覆层越薄、则粘合强度越低，反之亦然。一般当挤出复合薄膜粘合强度要求不高时，可以采用较高的复合速度；而粘合强度要求高时，若采用了较好的增粘措施也可以采用高速复合，而一般情况只能采用低速复合。挤出复合速度一般控制在150m/min以下，涂层厚虎在0.05mm左右。
　　④冷却温度。冷却辊表面温度一般为20～35℃。
　　(4)挤出复合常见故障。常见故障及解决办法见表14-10。
表14-10 挤出复合常见故障及解决办法
异常现象产生原因解决办法
透明度不佳挤出温度过度提高挤出温度
冷却不足冷却水温控制在21～27℃冷却辊温＜66℃
聚乙烯牌号不适用国产IC7A或德国19N430等
涂层厚度不均模口温度不够均匀调节机头温度
出料不均调口模间隙、消除薄点
波形出料提高上模两端温度
缩孔龟裂(产生凝胶)
挤出温度过低提高挤出机筒温度
螺杆塑化不良更换螺杆
不同MI树脂混合清理螺杆及机头，用新料顶0.5～1h
薄膜条纹口模定型段有异物，定型段有伤痕清理口模定型段，修整、打光
厚度不均调节口模间隙温度
冷却不充分降低冷却辊温度
卷取张力小提高张力
卷取打滑修卷取机
涂覆温度过高根据树脂牌号选择适宜温度
卷取前冷却不足降低冷却辊温度或适当降速
电晕处理过度或预热过度调整电晕处理或预热条件
树脂牌号不适换树脂
　　七、多层共挤出复合
　　多层共挤出复合是采用数台挤出机同种或异种树脂同时挤入一个复合模头中，各层树脂在模头内或外汇合形成一体，挤出复合后经冷却定型即成为复合薄膜。共挤出复合的主要特点是：多层薄膜一次挤出成型，其工艺简单，节省能源，生产效率高，且成本低；复合薄膜柔软，手感舒适；因层与层之间无需使用粘合剂，所以不存在残留溶剂问题，薄膜无异味，适用于食品和医疗器具的包装。其主要缺点是废料难以回收利用。
　　常见共挤出复合薄膜的层数一般为2～7层，其结构特点及用途见表14－11。
表14-11 多层共挤出复合膜的几种结构特性与用途
结构特性主要用途
LDPE/LDPE微孔密封鲜奶、邮包、一般包装
LDPE/EVA易热封、无茵重负荷包装、医疗用品包装
HDPE/EVA可无菌处理、易热封血清等离子、面包、食品包装
HDPE/LDPE高强度粮食、食品、浓缩果汁、化肥等包装
LDPE/HDPE/LDPE两侧封口好、不卷边、强度高粮食、邮包、
化肥、化工原料、食品、白糖鱼粉等
EVA/PP/EVA同上同上
EVA/HDPE/EVA同上同上
LDPE/粘合树脂/PA6阻水、阻气、强度高香肠、奶制品、冷冻肉制品、医用包装、军械包装
、粮食等。
EVA/粘合树脂/PA6同上同上
LDPE/粘合树脂/PA6/粘合树脂/LDPE结构平衡、不卷曲、阻隔性好、封口强度好同上
LDPE/粘合树脂/AP6/粘合树脂/LLDPE(HDPE)阻隔性好、封口强度高，机械性好同上
　　1．共挤出复合薄膜各层间的粘合。共挤出复合主要用于塑料之间的复合，它是根据分子相容性原理发展起来的。因此，只有分子结构相同或相似的塑料之间如 PE／PE、 PE／PP等
才能很好的粘合。若分子结构完全不同的塑料复合，就必须引入另一种与两者均能亲和的树脂作增粘层。如PE／NY的复合中，可采用单一的离子聚合物或共混物作为增粘层。用单一的离子型聚合物大都共挤于PE层上，然后再与NY层结合在一起，其增粘效果好，但成本较高。
　　共混料可由离子聚合物和PE树脂混合，或PE树脂和NY树脂混合，虽然混合料的增粘效果不及离子聚合物，其粘接强度一般只有纯离子聚合物的15～20％，但对于许多用途来说，是完全可以满足要求的，且成本低。另外，还可以用PE、NY和离子聚合物三者的混合物作增粘层，但其粘合强度低于上述混合料。常用树脂层间粘合强度的比较见表14－12。
　　在共挤出复合中，不同树脂熔融膜汇集在一起并复合成一体可以在口模内部或外部进行。模内复合可将三种、五种甚至更多种树脂复合在一起，层与层之间的粘结主要依靠树脂间的互溶性及亲合力，且要求不同树脂的熔融温度相差不能很大。楼外复合又称多缝式复合。
　　它可在熔融膜层汇合前直接在层与层之间使用增粘剂来改善粘合强度，且允许不同树脂的熔融温差大些。但此法因需要采用几只分开的模孔而结构比较复杂，且往往局限于生产两层或三层复合薄膜。所以在共挤出复合中通常使用的是模内复合。
表14-12 常用树脂层间粘附强度的比较
树脂品种LDPEHDPEEVA离子聚合物PPNYPETPVDC
LDPE☆☆☆△△××△
HDPE　☆☆△××××
EVA　　☆△△××△
离子聚合物　　　　△☆(×)°×
PP　　　　☆×××
NY　　　　　☆××
PET　　　　　　☆×
PVDC　　　　　　　☆
　　注：☆不能剥离，否则材质破坏
　　△粘附良好，界面剥离强度在400g/15mm以上
　　×无粘附力
　　°一定品种的聚酯
　　2.共挤出复合工艺。共挤出复合工艺一般分为平膜法和泡管法两种。
　　平膜法是采用T型复合模头平挤出多层片膜，经复合冷却定型后即成为产品。它一般采用模内复合方法。
　　泡管法是采用多模孔管状模头挤出多层管状膜坯,在多层管坯内通入压缩空气使之吹胀，经冷却定型后即成为产品。泡管法可采用模内复合和模外复合，模外复合时，模头往往带有引入氧化性气体的通道，可在层与层汇合前在层间引入活性气体如氧气、臭氧等进行活化处理，以增加各膜层间的粘合。
　　共挤出复合中，挤出温度、复合压力等工艺条件的适当控制，模头的结构形式，以及不同树脂间的相溶性和配合性等，对复合薄膜的质量都有很大的影响。
　　八、印刷对复合工艺及产品质量的影响
　　许多复合薄膜的生产是先在基材上印刷后再进行复合，因此基材的印刷情况如印刷墨层厚度和图文面积、印刷油墨的类型、印刷墨层的干燥状况等都会对复合工艺以及复合薄膜的质量产生一定的影响。因此必须使基材的印刷情况与复合工艺相适应，以制得性能优良的复合薄膜。
　　1．印刷墨层厚度和图文面积。复合用印刷基材的墨层厚度和图文面积对复合时的涂胶量以及复合薄膜的粘合强度会产生一定的影响。
　　一些印刷墨层较厚的复合基材，特别是大面积的厚墨层材较难与其它基材粘合，且粘合后也容易出现脱层、起泡等缺陷。这主要是因为基材表面的厚墨层降低了粘合剂对基材表面的润湿性。通过对基材表面不同墨层的润湿性进行测试，其结果表明：随墨层厚度或图面积的增大，基材的表面张力明显降低。因此对印刷墨层厚、图文面积大的基材，在复合过程中需增大涂胶量，以达到要求的粘合强度。但涂胶量过大，不仅会增加成本，而且需延长干燥时间，使生产效率降低，同时较厚的胶层也容易产生气孔等缺陷。所以对复合用印刷基材，应尽可能控制使墨层的厚度薄一些。
　　印刷墨层的厚度与印刷时对墨层的控制有关外，它还与印刷方法直接相关。采用不同的印刷方法，其墨层厚度亦不同，平印墨层厚度约为1～2μm、凸印约为2～5μm、凹印可达10μm。而印刷方法的选择则主要取决于印刷基材的性质、印刷效果要求以及印刷数量等因素。
　　另外，为使印刷墨层控制在较薄的程度上，也可采取深墨荷印的方法，即将油墨的颜色调配得略深于所要求的颜色，而在印刷时适当减薄墨层厚度，这样即能达到印刷的要求，同时也有利于复合加工。
　　2．印刷油墨的类型。对于复合用印刷基材，其印刷油墨应满足复合加工的工艺条件要求，否则会对复合工艺及复合薄膜的粘合强度产生不利的影响。若采用干法复合时，印刷油墨应有较好的耐溶剂性。干法复合使用聚氨酯粘合剂时，不能使用聚酰胺油墨，因其两者的粘合性较差，使复合薄膜的粘合强度降低。若将聚酸胺与硝基纤维素、马来酸树脂等适量并用，可改善其复合粘着性能。采用湿法复合则要求油墨的耐水性好。而采用挤出复合等热粘合时，要求油墨应有较好的耐热性。
　　另外，油墨中的辅助剂等也会对复合工艺及复合薄膜的粘合强度产生一定的影响。
　　3．印刷墨层干燥状况。复合用印刷基材的墨层干燥不良会对复合薄膜的粘合强度等产生较大的影响。用墨层未完全干燥的基材复合后，油墨中所含的高沸点溶剂很容易使塑料薄膜润胀和伸长，油墨溶剂对BOPP薄膜的润胀影响最大。而塑料薄膜的润胀和伸长是使复合薄膜产生起泡、脱层的最主要的原因。因此，在复合薄膜生产中必须使用完全干燥的印刷基材，以保证复合薄膜的质量。
　　影响印刷墨层干燥的因素与油墨的种类，印刷与存放的环境温、湿度条件有关，另外还与印刷基材的性质等有关。
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