無溶劑膠黏劑助力于功能性塑料軟包裝材料的發(fā)展

趙有中

（上?？颠_(dá)化工新材料股份有限公司，上海膠黏劑工程技術(shù)研究中心）

隨著近幾年無溶劑復(fù)合工藝的快速發(fā)展，無溶劑復(fù)合工藝不僅應(yīng)用于普通產(chǎn)品的復(fù)合，也逐漸應(yīng)用在耐高溫蒸煮、耐介質(zhì)以及耐含鍍鋁層的高阻隔包裝薄膜等功能型包裝材料的復(fù)合上。本文主要針對(duì)無溶劑膠黏劑在功能型塑料軟包裝材料的復(fù)合方面做一些簡(jiǎn)要的介紹。

1.蒸煮材料復(fù)合用無溶劑膠黏劑

耐高溫蒸煮袋，是指用耐蒸煮的膠黏劑將PET、PA、Al箔、CPP等薄膜材料復(fù)合在一起制成袋狀用于包裝食品、醫(yī)療器具等，并能經(jīng)受高溫蒸汽加熱殺菌的復(fù)合膜袋，也稱可蒸煮的軟包裝或軟罐頭，軟包裝食品以其輕質(zhì)、方便、保鮮期長(zhǎng)、衛(wèi)生、易儲(chǔ)存、易拆開等特點(diǎn)，適應(yīng)了人們?nèi)粘Ｉ畹男枰?/p>

無溶劑復(fù)合應(yīng)用于蒸煮包裝主要有以下幾方面需要改進(jìn)和提高：

① 與部分油墨匹配性差，造成耐蒸煮性能下降——蒸煮型無溶劑膠黏劑應(yīng)用于透明蒸煮包裝一般情況下不會(huì)出現(xiàn)分層現(xiàn)象。但當(dāng)無溶劑膠黏劑與油墨出現(xiàn)匹配性差的問題時(shí)，就會(huì)造成該油墨處剝離強(qiáng)度較透明和其他色墨處的剝離強(qiáng)度明顯變差，并且蒸煮后在該色墨處容易出現(xiàn)分層的現(xiàn)象。

② 一般只能耐 121℃蒸煮——對(duì)于大部分蒸煮包裝，一般要求121℃蒸煮40分鐘。很多軟包裝廠家的殺菌溫度控制在 118℃～120℃，最高溫度不超過121℃的情況下，使用耐121℃蒸煮的無溶劑膠黏劑不會(huì)出現(xiàn)質(zhì)量問題。而對(duì)于有些廠家為保證質(zhì)量按照大于121℃ 條件下進(jìn)行殺菌的包裝材料就要求蒸煮型無溶劑膠黏劑能夠耐125℃甚至更好的溫度才能夠保證復(fù)合后的產(chǎn)品不出現(xiàn)質(zhì)量問題。這就對(duì)膠黏劑的耐溫性能提出了更高的要求，目前市場(chǎng)上只能耐 121℃蒸煮膠就很難滿足軟包裝用戶的使用要求。

③ 成本較高、價(jià)格相對(duì)昂貴——對(duì)于大部分蒸煮型無溶劑膠黏劑主要采用成本相對(duì)較高的耐蒸煮的聚酯多元醇做為原料，這就造成耐蒸煮無溶劑聚氨酯膠黏劑成本和售價(jià)明顯高于普通的無溶劑膠黏劑一大截，造成在實(shí)際的推廣過程中的成本優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)的沒有那么明顯。

康達(dá)新材的無溶劑膠黏劑最新研究成果改變了以前通過加入耐高溫的聚酯樹脂來提高耐蒸煮性能的思路，引進(jìn)新的耐高溫基團(tuán)。從下圖1中可以看出，最新體系的無溶劑蒸煮膠不僅成本上較原來的蒸煮型產(chǎn)品有很大優(yōu)勢(shì)，同時(shí)大大改善了無溶劑膠黏劑與蒸煮性能以及與油墨的匹配性問題。

圖1 蒸煮型無溶劑膠黏劑數(shù)據(jù)對(duì)比圖

表1 某品牌蒸煮型產(chǎn)品的測(cè)試數(shù)據(jù)

表2 膠黏劑T型剝離強(qiáng)度對(duì)比參考

2.耐介質(zhì)材料復(fù)合用無溶劑膠黏劑

隨著復(fù)合軟包裝材料應(yīng)用范圍的日益擴(kuò)大，它不僅用在食品藥品的包裝方面，還用在日用品、化裝品、洗滌用品、衛(wèi)生用品、農(nóng)藥和某些化學(xué)藥品的包裝方面，所以對(duì)功能性的要求更迫切了。研究開發(fā)具備抗酸、堿、辣、咸、油的功能，以及具備抗苯、甲苯、二甲苯、酯、烴、酒、表面活性劑、含量小于20%的DMF有機(jī)溶劑混合液、農(nóng)藥等腐蝕的功能。無溶劑膠黏劑是也是無溶劑發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)，其經(jīng)充分熟化后的復(fù)合膜應(yīng)能夠包裝含甲苯、二甲苯、少量DMF、醇類、酯類，烴類混合溶劑的液體農(nóng)藥。

對(duì)于食品包裝材料可以分為塑塑包裝材料和鋁塑包裝材料，康達(dá)新材針對(duì)這兩類包裝材料的耐介質(zhì)性能進(jìn)行了研究。復(fù)合好的包裝袋內(nèi)分別裝 5%NaCl水溶液、50%醋水溶液以及裝油、辣醬等內(nèi)容物經(jīng)121℃，40min蒸煮后，又在80℃條件下放置72小時(shí)，外觀完好，無分層、破袋和隧道效應(yīng)。剝離強(qiáng)度在蒸煮前可以達(dá)到5-6N/15mm，蒸煮后亦可以4-5N//15mm，甚至材料破壞。

3.含鍍鋁層的高阻隔性包裝薄膜

鍍鋁材料復(fù)合（尤其是 VMPET）最容易產(chǎn)生的問題是鍍鋁層轉(zhuǎn)移，造成復(fù)合材料基本沒有強(qiáng)度，在復(fù)合工藝上表現(xiàn)的尤為明顯。當(dāng)然鍍鋁層發(fā)生轉(zhuǎn)移的原因有很多種，包括鍍鋁材料、復(fù)合工藝、膠黏劑本身特性等等。僅從膠黏劑的角度考慮，可以通過調(diào)整膠黏劑的配方來最大程度的降低鍍鋁層轉(zhuǎn)移的問題發(fā)生。

目前軟包裝材料復(fù)合用無溶劑膠黏劑所用的原料主要為異氰酸酯和多元醇。

異氰酸酯組份主要為二苯基甲烷二異氰酸酯（MDI），其可以分為三種異構(gòu)體，按下圖順序依次分別為 4，4`-二苯基甲烷二異氰酸酯，2，4`-二苯基甲烷二異氰酸酯和2，2`-二苯基甲烷二異氰酸酯。

4，4`- MDI

2，4`- MDI

多元醇一般為聚醚多元醇和聚酯多元醇，由于其結(jié)構(gòu)是鏈型的（如下圖結(jié)構(gòu)式）。

聚醚多元醇

聚酯多元醇

分子鏈中的RR’R’’可以有很多種變化，當(dāng) RR’R’’為直鏈性結(jié)構(gòu)時(shí)，膠黏劑固化后比較柔軟，鍍鋁不容易轉(zhuǎn)移；當(dāng)RR’R’’為一些立體環(huán)狀結(jié)構(gòu)時(shí)，固化后的剝離強(qiáng)度相對(duì)較高，但鍍鋁也容易轉(zhuǎn)移，一旦發(fā)生鍍鋁轉(zhuǎn)移，剝離強(qiáng)度則幾乎為零。對(duì)于含鍍鋁層的高阻隔性包裝薄膜的復(fù)合就要合理的設(shè)計(jì)分子結(jié)構(gòu)，來控制固化后的膠層既要不發(fā)生轉(zhuǎn)移，也要有較高的剝離強(qiáng)度，同時(shí)還要兼顧無溶劑膠黏劑的操作工藝性能。

表2為康達(dá)新材最新的無溶劑膠黏劑產(chǎn)品與溶劑型膠黏劑對(duì)不同材料復(fù)合后剝離強(qiáng)度的對(duì)比數(shù)據(jù)，特別是對(duì)鍍鋁材料復(fù)合在剝離強(qiáng)度方面有了明顯的提高。

無溶劑膠黏劑應(yīng)用于軟包裝材料的復(fù)合工藝技術(shù)已經(jīng)相對(duì)比較成熟，發(fā)展較為迅速，特別是在功能型材料復(fù)合方面也有很大進(jìn)展，在目前環(huán)境保護(hù)的嚴(yán)峻形勢(shì)下，無溶劑膠黏劑必將助力于軟包裝復(fù)合領(lǐng)域向無VOCs排放的工藝的發(fā)展。