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生產環境溫濕度變化對印刷、復合質量的影響
來源: | 作者:aidibz | 發布時間: 2017-10-10 | 450 次瀏覽 | 分享到:
所謂季節氣候變化就是環境濕度、溫度兩大指標的變化。一般來說,在春夏兩季尤其是梅雨時節,空氣中的相對濕度較大,甚至可達到飽和。而秋冬兩季則空氣干燥、濕度小;就氣溫而言,夏季比冬季高出許多,兩者之間最大可相差將近3040(南、北方溫差)
對于這些差異如不注意,很可能在印刷、復合時會產生以下問題:粘合劑經常固化不徹底、干不透、殘留黏性大,嚴重的甚至會出現脫層現象,特別是尼龍薄膜吸潮性較大,更容易產生這種現象。
尼龍膜雖然是極性材料,在生產過程中也有經過分子結晶這個過程,但并非所有聚酰胺中的分子都能結晶,還有一部分非結晶的酰胺基極性基團,這些酰胺基可以與水分子配位,導致尼龍薄膜表面極易吸入極性很強的水分子,使尼龍膜吸潮變軟,拉伸力減弱,生產時造成張力不穩,有時在薄膜表面形成一層薄薄的水膜,阻隔油墨和膠粘劑對薄膜的附著,從而影響產品質量。如使印品起皺、翹邊、袋口卷曲、套印不準、制袋錯位、復合起泡、起斑點、晶點和白點、異味增多、膜面粘連、打碼困難等。嚴重時還會引發復合剝離強度下降或高溫蒸煮過程中破袋現象增多、復合膜手感發硬、發脆現象增多等。這些都是尼龍膜吸潮以后產生的缺點而造成的質量故障。
而尼龍膜一旦吸潮,其物性指標發生變化就會變軟起皺,對于高速運轉的無溶劑復合來說,吸潮起皺是一個難解的課題。其次,尼龍膜的厚薄均衡性、膜面光潔度,熱收縮率縱、橫向差值,表面潤濕張力、添加劑量及遇熱上浮等性能都可能影響無溶劑復合的產品質量。
因此,在天氣變化或潮濕多雨的季節,對于尼龍膜的生產和使用就要特別注意,以保證產品質量不受影響。
一、嚴格控制生產環境的溫濕度變化
由于尼龍膜的吸潮性以及吸潮后所引起的一系列不良后果,因此尼龍膜的使用環境和存放環境十分重要。
尼龍膜一般應存放在23±3左右,干濕度差在60%RH±5%RH范圍內比較理想,尼龍膜不能直接放置于地板、露天,以免吸濕受潮。而生產環境的干濕差一般不超過75%RH,若達80%RH應停止生產(特別是復合生產)以免產生不良后果。若趕任務一定要投產,可在生產場地加放排風扇和除濕機,加強室內空氣流通,使生產環境濕度降至70%RH以下再生產。總之,在濕度超過70%RH時一定慎重使用,在氣溫偏低或濕度偏大時使用,一定要開啟印刷和復合機的預熱設備,先將尼龍膜預熱,烘干附于尼龍膜表面的水分,以利于印刷、復合生產的順利進行。在冬春之交季節,由于溫度變化較大,在使用混合溶劑時要注意隨氣溫的變化進行有效調整,防止溶劑揮發太快或殘留溶劑太多產生的質量事故。車間環境控制可保持濕度在50%~60RH,夏季溫度在2022最佳,這是因為印刷車間在生產過程中會產生大量的熱能釋放,控制好溫、濕度是保證印刷質量的首要條件。
在干式和無溶劑復合工藝中,不同型號的雙組份聚氨酯粘合劑對水和醇類的敏感度都不一樣。超出范圍就有可能造成不干的現象。敏感度超出范圍越多,柔韌性就越差,復合后的產品有時會發硬、發脆。因此,會嚴重影響復合效果,這是因為無溶劑聚氨酯膠粘劑中含有NCO基團,可以和活性氫原子反應,這些反應會消耗異氰酸酯,使之參與膠液反應量減少,同時又放出CO2,使膠層含有氣泡,對于復合極為不利,也會造成表面不干或粘合強度下降。
對尼龍膜、玻璃紙等吸潮性很強的材料,印刷后殘留溶劑及空氣中濕度要嚴加管理控制。在尼龍膜家族中,PA6膜的吸水率最大,飽和吸水率可達9%左右,雙向拉伸尼龍薄膜受潮吸濕后除起皺外,還會橫向伸長、縱向縮短,并且隨濕度升高而伸長率變大,伸長率最大可達1.5%。如濕度在75%RH,橫向伸長0.37%左右,而縱向為-0.28%;若濕度升至85%RH,則橫向伸長0.5%,縱向-0.38%。尼龍膜吸潮后其應力--應變曲線變化顯著。尼龍膜吸潮后,并不會對電暈效果產生較大影響,但會對油墨和膠粘劑的附著力產生較大影響。一般尼龍膜含水率超3%時,不但會影響油墨和膠粘劑的附著力,同時還會使薄膜手感發硬,表面泛黃而影響外觀。因此對于尼龍膜的儲存和使用要特別注意,以防受潮吸濕。
二、印刷中盡量少用或不用醇類溶劑
印刷尼龍薄膜有其專用的聚氨酯樹脂類油墨,在使用聚氨酯樹脂類油墨時注意少加或不加醇類稀釋溶劑。因為聚氨酯樹脂本身是由-OH封端的,-OH能與聚氨酯膠粘劑的固化劑中的異氰酸酯基-NCO發生反應,使固化劑參與膠粘劑主劑反應的量減少,影響粘合強度。如若一定要加入醇類稀釋溶劑,也應盡量控制在5%以內,(注意檢查所用溶劑的純度)。并在印刷過程中將溶劑殘留量降至最小限度(一般總量>3mg/m2)。
在采用無溶劑復合工藝時,應在印刷工序將殘留溶劑清除干凈,因無溶劑復合沒使用溶劑,也就不存在溶劑殘留問題。無溶劑復合無法降低由于印刷造成的殘留溶劑,因此對印刷殘留溶劑的控制提出了更高的要求。無溶劑復合膠不含有機溶劑,不會增加殘留溶劑,但同時也不會降低由于印刷而帶來的溶劑殘留。只有將印刷殘留溶劑盡量減少,才能真正杜絕最終成品的異味。
用于水性油墨印刷的薄膜在印前最好隨機進行電暈處理,以保證油墨對薄膜的附著力。在印刷有白墨打底的印件時,最好在白墨中加入少量的通用型固化劑以提高復合牢度。(根據油墨廠家按要求加入量使用)。印后應盡快進行復合生產,剩余材料可用含有鋁箔的包裝膜包裝好,以防空氣中水蒸汽侵入受潮,剩膜應放置于干燥通風處,再用時最好提前2~3小時放置于熟化室,以烘干尼龍膜表面水蒸汽,使材料免于受潮而影響產品質量。
三、選擇質量高的油墨,以防色遷移和色滲透
潮濕季節或高溫高濕的天氣中使用BOPA薄膜,應防止塑料凹印中出現的色遷移和色滲透。色遷移和色滲透主要是由于墨層中顏料的小分子在一定的濕度和溫度下做劇烈的布朗運動,從而脫離靠微弱的分子間力形成的晶格而跟隨其它有機分子一起做遷移運動,散布顏色。在高濕高溫的環境中,色顏料如青蓮色、桃紅色等很容易產生色遷移,特別是印刷好的成品,堆放一定要注意。
溫度越高,濕度越大,水分子就越多,顏色料晶體的分解受水的作用就越嚴重,色滲透也就越容易產生。而對于單偶氮顏料來說,由于分子量小,所以比較容易發生遷移;對于雙偶氮顏料及縮合偶氮顏料如聯苯胺黃、顏料紅44等材料,由于大大提高了分子量,所以不易發生遷移。雜環顏料如永固紫,由于分子量大,化學性質穩定,因而也不容易發生遷移。
色滲透發生機理比色遷移復雜,除與顏料本身的特性,如分子量、受水作用影響程度有關外,還與薄膜的特性有關。色滲透主要是在一定的溫度環境下發生,印刷有墨膜的塑料薄膜聚合物中高分子劇烈運動,形成有間隙的孔隙。當溫度升高時,其孔隙擴張變大,而在此時,顏料分子也作劇烈的布朗運動,擴散到塑料薄膜高分子形成的孔隙,形成色滲透。塑料薄膜高分子間形成的孔隙越大,顏料分子越容易穿過滲透,形成的色遷移越嚴重。
色移與色滲透發生的原因一般是墨層中的顏料、溫度、濕度、薄膜本身特性等方面共同作用的結果。對于尼龍膜、非線型聚乙烯等薄膜,由于是無定型態,結晶程度低,分子間隙大,在高溫高濕環境下易發生色滲透現象。
靜電也會造成色遷移的發生。墨層中顏料分子既然能夠克服內部分子間的作用力而作布朗運動,一般也會克服連結料樹脂分子之間的作用力,在靜電的同性相斥和異性相吸作用下,沖破連結料樹脂的包裹而發生遷移。如某些用凹版塑料表印油墨印制的服裝袋,在與一些有特殊性纖維材料的服飾接觸過程中,印刷有圖案的慢慢與這些服飾材料接觸摩擦,產生靜電作用,墨膜中的某些顏料分子會遷移到服飾材料上,可能滲入該服飾材料的內部,粘污服飾,造成一定的經濟損失。
一般尼龍膜的表面電阻非處理面在1013時,此時膜靜電沒影響,可以放心使用;若表面電阻在1014時,秋冬干燥季節時會靜電偏大;而膜表面電阻在1015時,說明此時膜靜電太大不能使用。
四、印刷時氣侯轉變使油墨產生粘連、堵版
春夏季節交替時,空氣中的濕度比例大,裸露使用的油墨、膠黏劑因為溶劑快速揮發,會經常產生淺網堵版、油墨結粒、白化等現象,油墨吸收過多的水分,會令分子結構重組,結果產生使用性、親和性變差,引起更多刀線,并引起色調和復合色分層。油墨、膠黏劑在經烘箱后極容易出現假干現象,深網干燥得更慢,常有反粘導輥和收卷后反粘現象。此時,印刷所使用油墨要少加勤加,以免循環時間長了使油墨吸濕變質。
干燥介質(空氣)的濕度對于殘留溶劑量有很大的影響,一旦空氣中的水分進入油墨中,將造成溶劑的綜合揮發性變差并抑制了溶劑的揮發。環境濕度增加一倍,油墨的干燥速度一般遲緩近兩倍,也正是這個原因,梅雨季節印刷尼龍膜時最容易發生粘連故障,因此在高溫高濕環境中,應盡量減慢印刷速度,減少油墨與空氣接觸,以保證油墨能充分干燥。
在春夏、冬春氣溫交替時節的時候,印刷溶劑的配方必須做相應地改變,以減少油墨堵版的現象發生。
一般做法是增加溶劑中慢干(快干)溶劑的含量;相應的,生產中的工藝、車速、排風都要相應地做出調整,保證生產中溶劑充分地揮發,若是油墨中的慢干(快干)溶劑揮發不充分,就會產生一系列的惡果:如油墨粘連反粘、復合中表不良、復合后粘合劑固化不充分等。實際生產中還要特別關注印刷圖案中有淺網過度的區域,因為這一區域是最容易發生堵版的,特殊情況也可以在印前制版時做些工藝改變,做到控制在前,預防在先。其次是油墨粘度的控制。油墨粘度的穩定,關系到印刷色相的穩定,所以在夏季溫度升高、溶劑揮發速度變快時,油墨循環系統的封閉對減少溶劑揮發、保證油墨粘度的穩定尤其重要。(可用3#量杯隔30min測量一次)
五、區分真溶劑和假溶劑并加以調整
在印刷油墨加入的混合溶劑中,有的溶劑可以溶解油墨中的連結料,稱之為真溶劑,有的溶劑單一使用則不能溶解油墨中的連結料,稱為假溶劑。由于溶劑之間揮發性不同,如果真溶劑先揮發,則油墨中溶劑的比例受到破壞就會出現油墨樹脂析出沉淀等現象。所以應及時添加真溶劑,當溶劑平衡性較差時,應添加一些蒸發速度較慢的真溶劑,以保持溶劑揮發性的平衡。特別在廢除使用甲笨、二甲苯等苯類溶劑后,溶劑種類增多,在傳統的四大溶劑類型外增加了許多特殊溶劑。而各種類型的油墨由于油墨樹脂的不同,針對使用的真溶劑也不同,一定要先搞清楚使用哪種類型的樹脂油墨,才能對應使用何種真溶劑。
不同樹脂對溶劑的釋放性不同,每一種連結料都有自己的真溶劑、次溶劑和非(假)溶劑存在:
溶劑對氯化聚丙烯樹脂的溶解性依次為:苯類>酮類>酯類>醇類。
溶劑對聚氨酯樹脂的溶解性依次為:酮類>酯類>苯類。
溶劑對聚酰胺樹脂的溶解性依次為:苯類>醇類>酯類>酮類。
六、溶劑的質量非常重要
必須對所使用溶劑的含水、醇量、雜質進行控制。各種溶劑的質量非常重要,如醋酸乙酯的含水量、含醇量多少完全可以影響干式復合產品的質量。國家標準GB3728--1991規定:優等品醋酸乙酯含量應達99.0%,水分含量0.1%;一等品醋酸乙酯含量應達98.5%,水分含量為0.20%以內。在干式復合中水分含量不超過0.20%才能符合要求,并且不能含醇、胺、活性氫類,否則將消耗固化劑,出現復合剝離牢度差、不干、復合脫層或起皺等現象。這是由于帶-OH封端的聚氨酯主劑與帶-NCO封端的聚氨酯固化劑發生反應生成較大分子量的聚氨酯而形成粘合力。因此,它們之間的配位有固定的配比,而帶有-OH的醇類物質及帶有-NH2的物質對復合加工的干擾性較大,不但會產生大量的不干現象,同時殘留溶劑多,復合產生氣泡等質量問題也會不斷涌現。
為了保證在高濕天氣下復合膠粘劑主劑和固化劑的匹配合理,考慮空氣中濕度大的同時,在配制膠粘劑時,可適當增加5%~8%的固化劑用量,以保證膠粘劑的正常交聯固化。環境溫度高,濕度中的水分子難以揮發,在印刷復合時氣泡增多引起產品多白花點,初粘度變差,特別是引起蒸煮袋的復合牢度質量事故。尤其要注意蒸煮袋印刷PA尼龍和復合鋁箔時產生的質量問題。溶劑的品質決定溶劑的殘留,因此嚴格控制采購溶劑質量,是保證印刷、復合殘留量合格的前提保障。其次,在使用水性油墨時應特別關注油墨的附著率和殘留溶劑的影響。由于水性油墨屬偏堿性油墨,其pH值一般在8.0~9.0之間,所用的溶劑屬軟質水,千萬不能使用自來水、純凈水等硬質水做稀釋劑,以免引起不良質量反應。
七、由濕度大引起的凝膠和白化
由于水分帶入到含有異氰酸酯基(--NCO)的粘合劑系統中,會引起凝膠和白化。這主要是因為:1摩爾的水(H2O)可以和1摩爾的含有異氰酸酯基(-NCO)的粘合劑的固化劑反應生成胺和二氧化碳R-NCO+H2O→R-NH2+CO2↑,這一步反應雖然不是很快,但比起與主劑的反應要快得多(有人做過試驗快10倍以上)。由于固化劑與水反應在先,從而改變了主劑與固化劑的配比,使粘合劑不能正常固化,而與水生成的CO2氣體使復合制品鼓脹,造成氣泡和針孔,而與水反應產生的胺繼續與1摩爾的含異氰酸酯基(-NCO)反應,生成縮二脲,R-NCO+R2--NH2--RNHCONHR↓。該產品是一種白色結晶,不溶于醋酸乙酯中而呈現膠液的白化,生成的縮二脲逐漸積累,使復合花輥堵塞而造成上膠量不足,產生廢品。有的企業經常在早上復合膠液還正常使用,到下午就出現膠液混濁變白并有沉淀現象就是這個原理。因此在配制粘合劑時,應隨配隨用,不要放置時間過長,在配制時保證固化劑量,使其盡量往上限靠(應視實際情況增加調節5%~10%,一般不超過正常用量的10%)一般固化劑量控制在30%以下,固化劑的比例越大,膠膜脆性和膠層內聚力也越高,而膠層的內聚力會對剝離強度產生抵消作用從而導致剝離強度較差(收縮應力會抵消一部分的剝離強度)。
八、半成品熟化工序不能小視
對于印刷復合好的半成品的熟化工作非常重要,是印刷復合質量好壞的關建。熟化目的是讓膠粘劑進一步交聯,若完全交聯,分子排列整齊就可以提高復合牢度。另一方面可以將半成品復合膜中的殘留溶劑排出以減少殘留溶劑量,從而減少剝離強度不良、開口性差、有異味等問題。但使用高阻隔性材料,如PETBOPA等材料要將殘留溶劑在熟化過程中排出就較因難,一定要在印刷和復合烘干中盡量排除,以減少溶劑殘留產生的不良后果。
熟化無論采用外加熱或內加熱,都以達到固化室內溫度穩定、均勻為目的。一般可按要求時間進行熟化,如若固化時間過短,可能導致膠粘劑固化不完全,而影響剝離強度和殘留異味,而固化時間過長,則可能導致薄膜開口性不良。從試驗的結果看,兩層或蒸煮的薄膜需要低溫長時間固化。此外,熟化含有PET真空鍍鋁膜時,溫度應控制在50以下,千萬不可超過60。因為鋁粉的膨脹系數比PET的膨脹系數大20,若溫度過高,復合時易造成鋁粉脫層。因此含有VMPET膜的半成品熟化溫度應控制在50以下。
高溫蒸煮袋一般需要45~5572h的固化才能滿足固化要求。業內有人提出二次熟化的工藝,即:將多層基材復合好后,先放于45~50的烘房里熟化36h,然后取出分切和制袋。再將分卷好的半成品和制袋好的成品放在70下保持12h(PE為內膜)或在90下保持3h(CPP為內膜)進行短時間的二次熟化(特殊熟化工藝),其熟化效果比一次性長時間熟化效果更好。
在有鋁箔和真空鍍鋁的產品中也有先將復合鋁箔和鍍鋁的半成品先熟化24h而后再復合熱封層后再熟化24h,(分階段進行復合、熟化)以減少殘留溶劑量,提高復合剝離牢度。
以上方法在大批量使用前請先做好實驗取得一定參數認可后再擴大使用。熟化溫度和熟化時間是由所用粘合劑性能和產品最終性能要求所確定的。不同的粘合劑品種有不同的熟化溫度和時間。熟化溫度太低(低于20),粘合劑的反應極緩慢;熟化溫度太高,基材膜添加劑析出,影響復合膜性能和增加異味,如熟化時間太長也會影響復合膜性能并增加異味,這主要是聚乙烯薄膜中的加工助劑析出造成的。
由于無溶劑黏合劑分子量遠遠小于干式復合黏合劑,所以復合產品的固化反應需要相對更長的時間,一般來講,保證4048h以上的熟化條件是必要的(耐高溫蒸煮袋時間更長些)。復合膜收卷后,并且在熟化過程中粘合劑依然會流動,所以,復合膜下機后最好能橫向懸掛起來,也可用人工翻轉,對熟化過程進行室溫均勻性操作,室溫偏差小于2%。為防止膜根處嚴重皺折,由于無溶劑膠液徹底交聯時間長,在國外有的完全熟化需7~10天,因此必須嚴格按膠粘劑廠家要求條件進行固化。對于無溶劑復合,熟化工作更為重要,因為無溶劑復合沒有初粘性,因此對于熟化時間和溫度要嚴格控制,使復合膜得到充分熟化,特別是生產蒸煮袋,充分熟化后,復合膜在自然條件下放置24h以上再制袋,不但可以提高復合牢度,同時也可減少一級芳香胺對食品帶來的污染。
九、結語
綜上所述,生產環境的溫度和濕度變化會大大影響我們的印刷和復合質量,各生產企業應根據自身的生產環境和設備狀況、生產工藝進行相應的有效調節和安排。對生產中出現的質量問題進行仔細認真的分析、排查,找出問題的原因所在,找出最佳解決問題的方案及改進方法。
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