淺談軟包裝用無溶劑聚氨酯膠黏劑

呂忠元

（萬華化學(xué)（北京）有限公司）

一、概況

1974年德國Herbert公司首次推出了無溶劑復(fù)合工藝，距今已有40余年的歷史。由于該工藝具備良好的經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性、高效性等突出的優(yōu)點(diǎn)，而備受青睞。而在國內(nèi)，1985年北京化工研究院引進(jìn)了國內(nèi)第一臺無溶劑復(fù)合設(shè)備，并開始相應(yīng)膠黏劑的開發(fā)；但是直到2008年為止，國內(nèi)的無溶劑產(chǎn)業(yè)一直未能真正發(fā)展起來。究其原因，主要是設(shè)備、膠黏劑等長期依靠進(jìn)口，無溶劑成本優(yōu)勢不明顯，造成彩印復(fù)合企業(yè)上無溶劑設(shè)備的動力不足；同時，無溶劑復(fù)合工藝經(jīng)驗(yàn)積累不足、無溶劑復(fù)合人才也極度匱乏，這些都嚴(yán)重制約了國內(nèi)無溶劑的發(fā)展進(jìn)步。自2009年，特別是2012年開始，國內(nèi)的無溶劑設(shè)備出現(xiàn)了井噴式增長，由最初的40余臺設(shè)備，發(fā)展到如今接近3000臺，市場容量接近6萬噸。萬華化學(xué)（北京）有限公司作為最早一批投入到國產(chǎn)無溶劑膠黏劑研發(fā)的企業(yè)之一，我們深刻地認(rèn)識到，這與國產(chǎn)設(shè)備、膠黏劑廠商等同仁在無溶劑技術(shù)方面的不懈努力密不可分。

二、應(yīng)用領(lǐng)域

時至今日，無溶劑的應(yīng)用范圍已不再局限于簡單的塑塑復(fù)合，而是已經(jīng)涵蓋絕大部分干輕包裝，并逐步向中高端方向、功能化方向發(fā)展。我們從使用角度來做一個簡單的歸納：

1. 干輕包裝

無溶劑復(fù)合的主戰(zhàn)場，包括簡單的塑塑包裝（如BOPP/CPP等）、鍍鋁包裝（BOPP/VMCPP及BOPP/VMPET/PE等）等。該類型的包裝復(fù)合工藝已經(jīng)非常成熟，流平性佳的通用型膠水在此類型包裝上最為適用。但值得注意的是，部分要求高（耐揉搓、特殊袋型等）的鍍鋁結(jié)構(gòu)，使用無溶劑復(fù)合仍然是有較高風(fēng)險的。

2. 重包裝

典型結(jié)構(gòu)是PA/PE，在東北地區(qū)大米包裝中十分流行。此類結(jié)構(gòu)對于復(fù)合牢度要求較高，目前主流的通用型膠黏劑產(chǎn)品基本滿足此類需求，但應(yīng)注意控制PE膜助劑的穩(wěn)定；另外，要求開口性時可以考慮聚酯類膠黏劑。

3. 水煮包裝（≤100℃）

包括PA/PE，PET/PE等，目前國內(nèi)很多膠黏劑供應(yīng)商的通用型產(chǎn)品一般都兼容此項(xiàng)功能。在該領(lǐng)域，無溶劑也基本實(shí)現(xiàn)了100%的替代率。不過對于鍍鋁類、鋁箔類的水煮結(jié)構(gòu)，應(yīng)注意其不同于普通塑塑結(jié)構(gòu)，需要選用特殊的膠水。

4. 半高溫蒸煮包裝（121℃）

截止目前為止，多應(yīng)用在塑塑結(jié)構(gòu)上，例如PA/RCPP、PET/PA/RCPP等。而對于鋁塑結(jié)構(gòu)，各大膠黏劑供應(yīng)商也在重點(diǎn)攻關(guān)，例如萬華化學(xué)（北京）有限公司的高溫蒸煮專用膠WANNATE 9063A/WANEXEL763B便是此方面的先行者。值得指出的是，這里鋁塑蒸煮的應(yīng)用主要是指內(nèi)層；而關(guān)于鋁塑結(jié)構(gòu)的外層，則需要膠黏劑、工藝、基材等多方面協(xié)同才能解決。

5. 紙塑or紙鋁包裝

此類型包裝是無溶劑領(lǐng)域較為特殊的一類，不同于上述結(jié)構(gòu)，紙塑or紙鋁包裝主要使用單組份膠黏劑，濕固化的方式；而視紙張情況，也可使用雙組份膠黏劑復(fù)合。值得一提的是，隨著“三只松鼠”、“良品鋪?zhàn)印钡染W(wǎng)銷品牌的盛行，紙類包裝的需求量在近年來大幅提升。

以上是對無溶劑膠黏劑在軟包領(lǐng)域主流應(yīng)用的介紹，而伴隨著技術(shù)的發(fā)展，無溶劑必然會被應(yīng)用到更多的領(lǐng)域中，讓我們拭目以待。

三、現(xiàn)存問題

雖然經(jīng)過業(yè)內(nèi)各位同仁的不懈努力，無溶劑復(fù)合的應(yīng)用已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了跨越式發(fā)展，但是綜合來看，在實(shí)際使用中仍會出現(xiàn)一些問題。

1. 外觀

外觀的問題需要從兩個方面來闡述。其一，對于普通干輕包裝，無溶劑復(fù)合已經(jīng)非常成熟，但由于無溶劑初黏力小、上膠量低等特點(diǎn)，所以在實(shí)際使用中偶然會出現(xiàn)白點(diǎn)、氣泡等外觀問題；這就要求印刷復(fù)合企業(yè)在實(shí)際應(yīng)用中做好工藝控制，同時選用低粘型膠黏劑，加強(qiáng)“二次流平”，有助于上述問題的解決。其二，近年來經(jīng)常出現(xiàn)油墨處背面氣泡的問題，除了工藝相關(guān)因素外，客戶往往通過更換油墨解決了該問題，但這只是表象，中間可能涉及了諸多因素，值得膠黏劑、油墨與軟包企業(yè)共同深入研究。其三，對于高阻隔結(jié)構(gòu)，例如PET/VMPET，PA/AL等，使用無溶劑復(fù)合往往會出現(xiàn)泡點(diǎn)等復(fù)合外觀問題，這一類的產(chǎn)品，需要從設(shè)備、工藝、膠黏劑、油墨、膜材等多方面去進(jìn)行多重有效控制?，F(xiàn)階段來看，尚不具備大規(guī)模推廣應(yīng)用的條件。

2. 耐溫性

目前市場上的無溶劑蒸煮膠，一般可以滿足半高溫121℃塑塑結(jié)構(gòu)的蒸煮需求。但是對于高溫135℃的蒸煮要求，雖然蒸煮后破袋概率不高，但強(qiáng)度方面很難達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)?？上驳氖?，該領(lǐng)域已經(jīng)有了對應(yīng)的產(chǎn)品在市場上小范圍的推廣及應(yīng)用。

3. 熱封高溫

熱封高溫問題主要是出現(xiàn)在內(nèi)層為PE膜時，表現(xiàn)為熱封溫度的不正常升高。這種現(xiàn)象的發(fā)生，往往是不規(guī)律的。有時是整批PE膜出現(xiàn)問題，有時是某批PE膜中的某一兩卷出現(xiàn)問題，更有甚者，筆者曾遇到過同一卷PE膜表現(xiàn)都非常大。這也從側(cè)面說明熱封高溫的問題，主要是PE膜質(zhì)量不穩(wěn)定導(dǎo)致的。但為何干復(fù)膠很少出現(xiàn)類似的問題呢？業(yè)內(nèi)已經(jīng)形成基本共識：無溶劑膠黏劑屬于低溫涂布，因此小分子物質(zhì)占比高于干復(fù)膠，且不同的無溶劑膠黏劑間差異并不大；當(dāng)PE膜質(zhì)量出現(xiàn)問題時，無溶劑固化劑中的小分子的異氰酸酯類物質(zhì)更容易透過PE膜，積聚在熱封層，并形成了聚脲類物質(zhì)（軟化溫度遠(yuǎn)高于PE），進(jìn)而造成了熱封溫度的提升。

4. 油墨匹配性

如上所述，由于無溶劑膠黏劑均為常溫或低溫涂布，所以在體系設(shè)計上，其分子量往往較小，因而易與油墨發(fā)生匹配性問題。特別是滿版印刷的鍍鋁結(jié)構(gòu)上，無溶劑膠黏劑可能會與油墨發(fā)生相容性問題，造成大批量的損失；這就要求彩印復(fù)合企業(yè)在使用油墨或膠黏劑前，必須做好充分的產(chǎn)前試驗(yàn)，更換油墨或膠黏劑需慎重，另外也要特別注意溶劑殘留的控制。

5. 質(zhì)量穩(wěn)定性

一款膠黏劑產(chǎn)品的優(yōu)劣，最為重要的一個標(biāo)準(zhǔn)便是其質(zhì)量穩(wěn)定性。市場上部分膠黏劑產(chǎn)品，有時會出現(xiàn)批次間質(zhì)量不穩(wěn)定的問題。除與企業(yè)自身品控水平不高有關(guān)外，還有一個重要原因是其過分追求低成本，對于原料等要求不高所致。比如業(yè)內(nèi)經(jīng)常遇到的氣味問題，往往是由于采購了價低質(zhì)差的原料，造成膠黏劑氣味嚴(yán)重偏高，最終導(dǎo)致復(fù)合制品中長期殘留膠黏劑氣味，給軟包企業(yè)造成了巨額的損失。因此，軟包企業(yè)在選擇膠黏劑供應(yīng)商時，除了考慮價格、單次試樣結(jié)果等因素的同時，也應(yīng)多關(guān)注企業(yè)的整體實(shí)力。

這里只是提到了部分業(yè)內(nèi)常見的問題，筆者認(rèn)為問題的出現(xiàn)并非壞事，這正是我們未來努力的方向。

四、發(fā)展趨勢

無溶劑膠黏劑的野蠻生長期已經(jīng)接近尾聲，關(guān)于其未來的發(fā)展方向，筆者在這里簡單談一下自己的幾點(diǎn)淺見。

1. 一體化

現(xiàn)在市場上的無溶劑產(chǎn)品已經(jīng)非常豐富，國內(nèi)大大小小的膠黏劑供應(yīng)商已經(jīng)接近百家；針對不同需求，每家企業(yè)又有多款產(chǎn)品在市場上推廣，造成產(chǎn)品五花八門，眼花繚亂。而中國的軟包企業(yè)以小微企業(yè)為主，往往只有1臺無溶劑設(shè)備，且結(jié)構(gòu)復(fù)雜、需求多樣，無溶劑頻繁切換膠水的時間成本太高，并不現(xiàn)實(shí)。所以，自然而然地提出了“一體化”的需求。是否能開發(fā)一款產(chǎn)品，既能滿足鍍鋁、低摩擦系數(shù)、高油墨匹配性，同時也能滿足蒸煮等要求呢？國內(nèi)主流的膠黏劑廠家已經(jīng)開始朝著這個方向發(fā)展，包括萬華化學(xué)（北京）在內(nèi)的部分廠家已經(jīng)推出了市場化的產(chǎn)品；可以想見，未來類似的產(chǎn)品肯定會越來越多的推向市場，產(chǎn)品的兼容性也會越發(fā)完善。

2. 功能化

無溶劑技術(shù)的發(fā)展之路，本質(zhì)上是干復(fù)技術(shù)被逐步取代的過程。而在干復(fù)膠方面，至今仍然有無溶劑無法逾越的技術(shù)壁壘—功能膠，包括高阻隔、耐溶劑、135℃鋁塑蒸煮膠等等。這個領(lǐng)域技術(shù)門檻高，非?？简?yàn)?zāi)z黏劑廠家技術(shù)功底。所以筆者認(rèn)為，凡有遠(yuǎn)見之企業(yè)，必已在此方向上展開了相應(yīng)的研究和技術(shù)儲備。未來一旦此領(lǐng)域有了突破性進(jìn)展，那么無溶劑幾乎可以實(shí)現(xiàn)對干復(fù)100%的替代，當(dāng)然這還需要軟包裝行業(yè)同仁們共同努力、協(xié)作，方有望實(shí)現(xiàn)。

3. 安全性

近年來，食品安全相關(guān)問題日益突出，新國標(biāo)GB 9685-2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品接觸材料及制品用添加劑使用標(biāo)準(zhǔn)》推出，膠黏劑相關(guān)的國標(biāo)也已經(jīng)開始征集意見，這些法規(guī)層面的措施導(dǎo)致食品軟包行業(yè)對于毒害物質(zhì)的要求也愈發(fā)嚴(yán)格。法規(guī)的完善只是第一步，食安問題是底線問題，每個食品行業(yè)的從業(yè)者都應(yīng)嚴(yán)守這個底線。

在筆者看來，法規(guī)的完善帶來的不是禁錮，而是重大的機(jī)遇；更高的要求勢必會帶來技術(shù)的進(jìn)一步革新升級，促進(jìn)無溶劑市場進(jìn)一步良性上升發(fā)展。

五、結(jié)語

2020年是非常不平凡的一年，肆虐全球的新冠疫情對整個世界都產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。上半年國內(nèi)諸多行業(yè)非常不景氣，但即使如此嚴(yán)峻形勢下，無溶劑行業(yè)仍然有著非常好的發(fā)展，這與其貼近民生必需品不無關(guān)系。隨著人民生活水平的提高，這個行業(yè)必將繼續(xù)上升。但機(jī)遇和挑戰(zhàn)并存，未來無溶劑技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)由相對原始的擴(kuò)張性發(fā)展，逐步轉(zhuǎn)變?yōu)橄虬踩?、高端化、功能化方向發(fā)展，這需要膠黏劑廠家、設(shè)備供應(yīng)商和軟包裝企業(yè)三者通力協(xié)作，才有望實(shí)現(xiàn)無溶劑行業(yè)的良性可持續(xù)發(fā)展。