復合薄膜的生產工藝及其弊端
復合薄膜的生產方法主要是擠出復合和干法復合,干法復合工藝適用于各種薄膜基材的復合。目前,世界各國干法復合使用的膠粘劑都是聚氨酯膠粘劑,可制得滿足耐熱、耐寒、耐油、耐酸、耐藥品、阻氣、透明、耐磨以及耐穿刺等性能要求的軟包裝復合薄膜。干法復合是指使用膠粘劑把二種薄膜基材粘合在一起,膠粘劑涂布在基材薄膜上以后,靠加熱干燥去除溶劑和發生化學反應進行復合(壓合),因此稱干法復合工藝,又叫干法層壓。也就是加熱使涂布干燥后表面已無粘性的膠層熱融,賦予可粘接性,貼合后樹脂再結晶化,立即得到較高的初期粘接強度。這種粘接方式,在工業操作上希望熱活化溫度低。干法復合工藝用于溶劑型膠粘劑制備復合薄膜存在著缺點,如膠層有機溶劑的殘留有可能遷移到包裝的食品中,揮發出來的溶劑會造成嚴重的環境污染,需要大量的投資回收溶劑和建立防護設施。為了解決有機溶劑帶來的公害問題,1974年德國Ｈｅｎｂｅｔｓ公司首先用無溶劑型聚氨酯膠粘劑制成復合包裝材料。雖然無溶劑膠粘劑工藝能消除上述弊病,但為便于涂敷,要求粘度低,相應的聚氨酯相對分子質量小,致使復合初始強度不夠理想,正在研究開發內聚力大的低粘度聚氨酯復合膠粘劑。而通過改性提高水性聚氨酯膠膜的某些性能,使得水性聚氨酯在復合薄膜軟包裝上應用成為可能。國外許多公司已開發出此類膠粘劑。例如Ｆｕｌｌｅｒ開發的ＷＤ-4003、ＷＤ-4006和ＷＤ-4007聚氨酯分散液對多種軟包裝材料均有極好的膠接性,交聯后的膠接強度高于薄膜材料本身。復合后在93℃烘道內處理24ｓ,使之部分交聯,即可有足夠強度切割所需尺寸。

2　水性聚氨酯膠粘劑的特性
水性聚氨酯膠粘劑是指聚氨酯溶于水或分散于水中而形成的膠粘劑。在實際應用中水溶液型很少,主要是聚氨酯水性分散體或乳液,是以水為介質的二元膠態體系,聚氨酯粒子分散于連續的水相中。水性聚氨酯膠粘劑具有無毒、不易燃燒、不污染環境、節能、安全可靠、不易損傷被涂飾表面、適用于易被有機溶劑侵蝕的材料、易操作和改性等優點,使得它在織物、皮革涂飾及木材膠粘劑等領域得到廣泛的應用,正在逐步代替溶劑型聚氨酯。除了上述優點,與溶劑型聚氨酯膠粘劑相比,水性聚氨酯膠粘劑還具有自身的一些特點:(1)大多數水性聚氨酯膠粘劑中不含ＮＣＯ基團,因而主要靠分子內極性基團產生內聚力和粘附力,水性聚氨酯中含有羧基、羥基等基團,適宜條件下可參與反應,使膠粘劑產生交聯。(2)高相對分子質量、低粘度、乳液粘度與樹脂相對分子量無關。(3)高固含量、低粘度,通過乳液粒徑控制可得低粘度產品。(4)由于水的揮發性比有機溶劑差,故水性聚氨酯膠粘劑干燥較慢,并且由于水的表面張力大,對表面疏水性的基材的潤濕能力差。若當大部分水分還未從粘結層、涂層揮發到空氣中,或者被多孔性基材吸收就遽然加熱干燥,則不易得到連續性的膠層。由于大多數水性聚氨酯是由含親水性的聚氨酯為主要固體成分,且有時還含水溶性高分子增稠劑,膠膜干燥后若不形成一定程度的交聯,則耐水性不佳。(5)水性聚氨酯膠粘劑可與多種水性樹脂混合,以改進性能或降低成本。(6)水性聚氨酯膠粘劑氣味小,操作方便,殘膠易清理。

3　水性聚氨酯膠粘劑應用于制備復合薄膜的不足之處以及改善方法干法復合工藝中,膠粘劑是影響復合薄膜品質性能的關鍵因素,因此食品包裝復合薄膜用膠粘劑應具備下述性能:(1)粘合性復合包裝薄膜使用的基材有塑料、鋁箔等,而塑料又分很多種類,要將這些表面特性不同的薄膜粘接在一起,要求膠粘劑必須具有同時能粘合兩種不同薄膜材料的性能。(2)柔軟性以塑料為主的復合材料,又稱軟性包裝材料,其受歡迎的主要原因就是其輕柔性。這除了本身要柔軟、可折疊外,膠粘劑本身也要具備這種性能。如果膠膜堅硬、性脆、不可折疊,則失去了包裝的意義。(3)耐熱性許多食品包裝在制造加工操作中要經受高溫(180～220℃),例如,熱封制袋,對包裝好的食品經高溫殺菌以及蒸煮食品等,這就不僅僅要求各種基材薄膜經受起高溫的考驗,所使用的膠粘劑也能經受得起高溫的考驗,否則,經高溫處理后的薄膜分層剝離,就不是復合包裝薄膜了。這一點必須在選用膠粘劑時慎重考慮。(4)耐寒性許多食品包裝后要低溫冷藏或冷凍保存,這就要求包裝薄膜本身能耐低溫。如果膠粘劑在低溫下發生變硬、發脆、分層、剝離、脫膠等現象,則不符合要求。(5)抗介質性食品本身是一種成分非常復雜的物質,含水、油、鹽、酒,還有辣、香料,甚至醋酸、檸檬酸、乳酸、糖、硫化物、氧化物等。面對這些復雜的成分,包裝后又要受高低溫處理和長期貯存的考驗,要保持包裝薄膜的完美無缺,除了基材薄膜本身的優良抗介質侵蝕能力外,膠粘劑的穩定性也很重要,要能抵抗各種介質的侵蝕,否則會引起復合薄膜分層剝離,失去包裝作用。(6)安全衛生性食品包裝復合薄膜所保護的、所包裝的東西是直接入口的,為了對消費者身體的健康安全負責,不僅基材薄膜要無味、無臭、無毒,所使用的膠粘劑也要具有相同的性能,安全衛生性是世界各國都十分重視的大問題。

針對以上所述,結合水性聚氨酯膠粘劑的特性,對水性聚氨酯膠粘劑應用于制備復合薄膜的不足之處進行分析,并提供以下改善方法:
①因分子結構中有親水基團,其耐水性及耐溶劑性欠佳。為改善其耐水性及耐溶劑性,研究措施很多,其中較有效的措施是通過交聯。交聯方法分內交聯和外交聯兩種。內交聯是指制備過程中即已完成架橋及交聯行為。內交聯法常因不慎交聯過度,致使預聚體無法于水中分散。若分散同時交聯,易生成沉淀而分層。即使無上述現象發生,具網狀結構的水性聚氨酯往往在室溫下的潤濕性和成膜性欠佳。外交聯是指向水性聚氨酯中外加交聯劑,相當于雙組分體系,即在使用前添加交聯劑組分于水性聚氨酯主劑中,在適合的干燥成膜條件下,產生化學反應,形成交聯的膠膜。與內交聯法相比,所得乳液性能好,并且可根據不同的交聯劑品種及用量,調節膠膜的性能。外交聯法是目前工業上應用最廣的一種方法。通常交聯可提高水性聚氨酯膠膜的耐溶劑、耐熱蠕變以及膠接力學性能等。按反應官能團分,其適用交聯體系有:含羧基—(ＣＯＯＨ)基團　三聚氰胺/甲醛、多官能度氮雜環丙烷、碳化二亞胺、環氧樹脂、鋅或鋯鹽的離子聯劑;含羥基—(ＯＨ)基團　三聚氰胺/甲醛、環氧樹脂、屏蔽異氰酸酯交聯劑;含胺—(ＮＨ)基團　三聚氰胺/甲醛、環氧樹脂屏蔽異氰酸酯交聯劑、水分散性多異氰酸酯、氮雜環丙烷交聯劑。下表1為常用交聯劑比較,表中所列交聯溫度和速度可隨交聯劑添加量和使用條件不同而異。
②水系聚氨酯膠粘劑的初粘性低也是阻礙它廣泛應用的因素之一。除加入增粘劑改善外,大日本油墨和化學品公司引入環氧樹脂制成的水系聚氨酯,顯示出良好的初粘性,且其耐水性、耐溶劑、耐熱蠕變,密著性能也得到明顯改善。

標簽：膠粘劑環氧樹脂復合