河南省印刷装帧技术工艺厂　曹华



　　（续上期）



　　（七）胶层烘干



　　在向薄膜上涂布经过烯料调兑的胶液的组合成分中，75％以上是烯料，只有25％的固体物质才起最后粘结作用。但这25％有最后价值的物质，只有依靠75％的烯料的熔解、烯释才能发挥其作用。这75％的烯料尽管占的份量很大，但只是在合成、涂布过程中才需要，是一个暂时性组分，要在与印刷品复合前挥发掉。它不挥发掉，就无法使有价值的25％固体物质形成一种可同时对薄膜和印刷品双向都产生较强的粘结力。所以薄膜和被复合材料粘结得牢固与否，即起泡不起泡，依据的不只是胶的质量、胶的浓度、胶的厚度，更重要的是胶液里面的烯料挥发净了没有，胶在复合之前是否干透。



　　为了保证胶层的干燥，涂胶覆膜机都设计有几米长的烘干遂道。就是想在这么长的距离内，在封闭的烘干箱中，通过数道电热管散发出均匀的热量，和前端几台风扇向烘道内鼓风，后端抽气扇向外界排风，这样连续不断供应强热气流，将涂布在薄膜表面上的胶液层中的烯料挥发掉。在这种条件下会出现这样几种情况：



　　①烯料做为胶液的主要成分对树脂的溶解、合成起作用。被树脂溶解、合成后的烯料自身也被所溶解、合成的物质改变。溶解、合成过程不只是几种物料混合、形态改变的物理过程，同时也是相互作用，相互反应，产生新性能的化学变化。溶解树脂等化学原料的烯料，和为便于涂布操作又加兑进来的烯料，在共同变成胶液时，其相对密度、沸点、蒸发速度、闪点等，都发生了较大的变化。就象用自来水做稀饭一样，加过米、豆、碱的自来水做成稀饭后，其成分不再只是H₂O，而是有碱、淀粉等化学成分，性质已发生变化。在这样的情况下，混合在胶液中的烯料向大气中的挥发，尽管辅之以高热气流的外力条件，但要比纯烯料挥发缓慢得多，困难得多。有关科研部门曾做过试验，将纯烯料和用这种烯料合成，并稀释后的胶液，分别涂在20um经过电晕处理的双向拉伸BOPP薄膜上，经同样条件下的热风气流烤烘作用，测得纯烯料的残留量为21PPm，两者相差量为15.33倍。这项试验表明，混合在胶液中烯料的挥发速度、挥发蒸腾量，只有纯烯料的1／15。就如一碗清水泼到地上，会迅速全部渗入土中，只留下润湿的痕迹；而一碗稀饭泼在地上，稀饭中的水分不能很快渗入土中，仍存留在稀饭中，保留很长时间一样。所以通过烘道出来的薄膜上面的胶，并不是干燥的固态，而是有点发粘的胶弹体。



　　②一般涂敷在薄膜上的胶层多在5um以上。通过烘道后首先挥发掉的是表层胶液中的烯料，就象倒在地上的稀饭，干燥先从表面开始一样。地上的稀饭还有被土壤吸收这另一重要的干燥途径。而内部深层烯料的挥发，只有靠烯料分子突破胶液其它物质分子吸引力的作用，活动上升到胶层的表面才能进行。这时，烯料的分子会遇到两层困难：一个是表层的烯料挥发以后，会形成胶层体积的收缩，变为一种表层“干痂”，成为内部深层烯料分子活动上升、脱离胶层母体、挥发到大气中的盖子；另一个是从内部深层克服分子间引力，上升到表层这种运动所需要的时间。这种时间往往长于薄膜在高强的热风气流作用下通过烘干遂道的时间。这两种困难的结果，使胶层深处的烯料的挥发被表层“干痂”所阻挡，形成外干内不干的一种假象。



　　③不少机长在操作中发现这样的问题时，往往采用加大烘道内电热管功率和加大电机排风量的作法，希望更高的温度和更大的风力使烯料能彻底地挥发。但溶剂的过快挥发，又使胶层表面温度迅速下降，与周边的大气环境形成胶层表面小区域内的温度反差。这种温度差，使热风气流中的水蒸气分子在胶层表面低温条件下，凝结成细微的水汽，覆盖在胶层表面，随着薄膜和印刷品复合在一起。这种水汽的存在，一方面形成胶和油墨印刷层的隔离层影响粘结，另一方面影响胶层复合后的透明度，出现了发白、发虚现象。



　　（八）复合后的变化



　　涂敷在薄膜表面上的胶层，经过热压合机构之前，要通过一道导向小光辊－小胶辊系统。这个系统决定了薄膜与薄膜或薄膜与纸张等材料的初步粘接定位。其间隙大小不但决定薄膜与被复合材料受到的初步压力的大小，还影响到运行速度、通过时间、排出空气量等问题，也关系到复合质量。



　　当薄膜和被复合材料复合后，包结在“干痂”内的胶层中的烯料仍旧存在，尤其“干痂”内表层的活跃的烯料分子会继续活动，使胶层处于发粘发软的状态，剖开泡泡可触摸到发粘的胶就是很好的说明。



　　这种发粘的胶中的烯料分子由于它的挥发性能所决定，必然在与被复合材料复合后继续活动，要想方设法通过各种途径脱离胶层母体向外挥出逸出。一部分经过被热压合机构压力轧破碎的胶层表皮的“干痂”会聚到薄膜的内表面，另一部分逐渐摆脱胶层树脂分子间的引力向反方向运动，到达油墨印层的表面。



　　聚合在薄膜内表面的烯料分子因受到薄膜的气阻作用不能穿透薄膜向大气中挥发逸出，逐渐汇聚。较浓的烯料分子会对薄膜产生溶胀作用，使平整光滑的薄膜因溶胀变松起绉，形成泡泡。如同人们的手在水里泡的时间长了，皮肤会被水泡白泡胀一样。



　　到达油墨印层表面的烯料分子，将和其中的油脂产生亲和、溶蚀、分解，使油墨中的颜料失去油脂的连结成为散状的颗粒，降低胶层附着力。同时，彩色印刷用的油墨中含有一定份量的添加剂、稀释剂等化学物质。当这些烯料分子和胶液中的烯料分子一面受到附着在其表面的BOPP薄膜的气阻，另一面因印刷油墨层被热风干燥结皮而形成包结，只有存在于油墨之中，在薄膜内表面下汇聚，更加剧了对薄膜的溶胀作用，会出现起泡或发白、发虚的脱空不实。



　　依据操作程序的分析，基本上可以明了起泡的原因，主要不是操作工人掌握不当或责任心不强，而是工艺设计与实施效果有较大的差异，是即涂胶覆膜工艺本身就存在着严重的缺陷。其工艺是：



　　薄膜放料→涂布胶液→烘干→压合→收卷→存放→分切→成品



　　　　　　　　↑　　　　　　　↑



　　　　　　　胶液调兑　　　　输送印刷品



　　塑／塑、塑／金属、纸／塑复合起决定作用的是胶，在即涂胶复合工艺中，只有运用烯料（溶剂)型胶才能进行操作，为了便利操作还必须再度加大烯料的用量。烯料量的加大，一方面降低了胶的粘结力，另一方面增加了烯料的挥发量，处于“浓了涂不上，稀了粘不牢、薄了力不够，厚了干不透”这样一种极为矛盾、不科学的状态，不断发生令人难以捉摸的起泡问题。当然，复合速度慢到300r/min以下会好些，烯量挥发得多，油墨和胶液也会干燥些，但生产周期的紧迫容不得你慢慢来。提高浓度，增加厚度也是一种办法，但浓度提高，厚度增加，胶烘干后所产生的内聚力也会加大，不仅解决不了因溶胀引起的起泡问题，还会发生新的薄膜绉折泡泡。



　　五、覆膜产生静电的原因、影响和消除



　　随着覆膜由即涂胶湿式复合工艺改革为热熔胶预涂膜干式复合工艺，因覆膜生产过程中产生的静电引燃有机溶剂挥发气体造成的火灾得以排除，但静电对覆膜生产过程操作的影响依然存在。消除静,保证覆膜生产和其产品再加工的顺利进行，已成为覆膜工艺一项技术攻关新课题，有待同仁探讨攻关。



　　（一）覆膜产生静电的原因



　　覆膜是BOPP塑料薄膜和其它塑料薄膜或纸张印刷品的复合。在通过专用覆膜机的热压合机构复合前，BOPP塑料薄膜要在放料机构上，被加热辊简牵动旋转，被动地放料。这时，首先要发生紧紧缠绕在一起的BOPP塑料薄膜还要通过数道金属展平辊，依靠与金属辊紧紧贴合的摩擦、扩展、调紧，和保持BOPP塑料薄膜自身在全幅面宽度上平度及张力一致。成叠堆放的纸张印刷品，要由工人或通过一次次设备拉动产生的摩擦，脱离原位，到达输送带上，被送往热压合机构。纸张输送机构的橡胶传送带与驱动金属辊之间产生摩擦，传送带才能不停地运动。刚刚发生过纸张与油墨印层或油墨印层相互间摩擦的这张印品，马上又进入和橡胶传送带的二重摩擦状态。没有输送带和驱动辊之间、纸张印品和橡胶传送带之间的二重摩擦，无法形成印品合前定位的输送。



　　在通过热压合机构时，表面的BOPP塑料薄膜受到金属加热辊筒的摩擦，底面的纸张印刷品，被橡胶加压辊等强有力挤轧摩擦，才能形成胶粘剂分子向印品自身的扩散，与BOPP塑料薄膜的粘结复合，同时，被碾轧“吐”出，离开热压合机构。



　　离开热压合机构的纸／塑复合品，被收料机构拉动，牵引收卷。即又形成纸面与塑面间相互紧密贴合摩擦的缠绕，收卷成为半成品。



　　半成品收卷的纸／塑料复合物，又要通过人工力量的拉动，将长条状的复合物逐一分切还原为本来开数大小的单张成品。成品分切的过程，既有旋转的切线剥离摩擦，又有垛放平面重叠摩擦。



　　整个覆膜过程，既是BOPP塑料薄膜和纸张位置不断变化的过程，又是BOPP塑料薄膜、纸张分别和金属辊、像胶辊接触位置移动和变化的过程。全部处在塑料薄膜／塑料薄膜、塑料薄膜／金属、纸张／油墨、纸张／核料薄膜／金属、纸张／油墨、纸张／橡胶、塑料／纸张相互间从不停顿的摩擦运动中。



　　无论BOPP塑料薄膜、纸张印刷品、油墨、金属展平辊、橡胶压力辊的基本材质有何区别，各自都是由分子、原子组成的。原子又由带正电的原子核和带负电的电子组成。原子核中有质子和中子，中子不带电，质子带正电。一个电子所带的负电量与一个质子所带的正电量相等。在正常情况下，上述各物体中任何一部分所包含的电子的总数和质子的总数是相等的，所以对外界不表现出电性。正如单独存放的纸张、BOPP塑料薄膜、覆膜机等，在没有相互作用运动、保持静止时，并没有静电的释放和影响。



　　但是，如果在一定外力作用下，如BOPP塑料薄膜放料时的自身剥离发生摩擦，BOPP塑料薄膜和金属展平辊运行时发生的摩擦，纸张和纸张离开时的摩擦，纸张和橡胶压力辊碾轧的摩擦，BOPP塑料薄膜和加热辊简碾轧的摩擦，纸塑复合品塑料和纸张分离的摩擦，摩擦作用力的双方，接触距离为一个或小于一个分子距离，即等于或小于一个25×10^-8cm时，一种物质就会把电子传给另一个物质，失去电子带正电，另一方带负电。如是接触迅速分开，会使其中的某一部分得到或失去一定数量的电子，使原保持电子总数与质子总数相等的平衡遭到破坏，电子总数和质子总数不再相等，BOPP塑料薄膜，纸张印刷品，覆膜机，分别或同时都会显示它的双方分别带等量异号的静电荷。



　　同时，覆膜机的主电机和收卷电机的工作，也会在覆膜机周围形成电场。BOPP塑料薄膜是PP（聚丙烯）树脂的加工物，PP树脂为高电阻率材料（体积电阻率10 ＊＊，相对介电常数为2.25），电阻率很大，导电能力很差，可称做电介质。



　　当BOPP塑料薄膜这种电介质处于覆膜机电场中时，在电场力作用下，分子中的正负电荷中心将发生相对位移，介质发生极化并产生束缚电荷。束缚电荷也产生自己的电场来抵制外电场的作用，方向与外电场相反。由于BOPP塑料薄膜正电荷半衰时间为9708s，负电荷半衰时间为5153s，泄漏静电能力差，所以电场的能量得以储存，会出现很高的静电位，发生向人体或覆膜机的放电打击现象，可以看到强烈的电火花，听到劈劈叭叭的放电响声，或令人毛发竖立。



　　（二）覆膜生产过程产生静电的影响



　　覆膜生产过程产生的静电，不仅经常给操作工人以“触电”的感觉，令人不舒服和产生心理恐惧，影响正常操作，还会给生产安全、产品质量等方面造成严重影响。



　　1.BOPP塑料薄膜积聚的静电释放形成的强烈火花，可以迅速点燃有机溶剂挥发的极度易燃气体，造成涂胶机构部位存在的胶粘剂和稀释剂的爆燃，即刻引燃塑料薄膜和纸张等易燃品，发生可怕的火灾。



　　2.BOPP塑料薄膜和金属展平辊摩擦产生各自带有等量异号的电荷，会使涂胶机构的胶液输送管道、贮胶盘槽、胶粘剂也带静电。胶液带电后因斥力作用形成微粒，不仅易弄脏覆膜机械、引发火灾，同时，在对BOPP塑料薄膜进行机械涂布时，带电的胶液产生移动，引起放电现象，形成“条纹”、“斑痕”、“发花”、“针孔”等不同表现的涂布不匀。



　　3.由于静电的吸附作用，会造成空气中的尘埃附着在 BOPP塑料薄膜和纸张印刷品表面，产生亮点、虚影响等，破坏粘结效果，也会造成取纸的困难或纸张在输送带上的吸附，使之不能按要求顺利进入热压合机构，出现有膜无纸空挡的粘卷缠绕或绉折事故发生。



　　4.由于静电的存在，覆膜成品单张与单张之间或相斥，或相吸，很难滑开，灌不进空气，整理起来非常困难，不能方便地做到撞齐，保证规矩线在同一标准位置，极易造成裁切的错误，出现废品浪费。



　　5.带静电的覆膜封面间的相互吸引，造成分离的困难，在上无线胶订包书生产线时，影响吸嘴有规律的工作，常常发生吸不起，分不开，送不出的问题，致使书芯涂刷胶后无相对应的封面包贴。不仅返工困难，使书芯、胶液浪费，还污染胶订设备，影响书芯的输送和设备的正常运转，引发工序间不成有的矛盾。



　　（三）覆膜产生静电的消除方法



　　1.保证覆膜机有良好的接地装置



　　覆膜静电产生的主要原因，是覆膜机存在外电场和运转部件与BOPP薄膜、纸张间的摩擦。没有这种相互间的摩擦，覆膜无法进行。覆膜机如有良好的接地装置，则可明显地减少摩擦产生的静电，这是对覆膜机电机、电器已有的接地线（主要用做驱动动力电流的漏电保护）的补偿。



　　2.进行BOPP塑料薄膜放料时的静电消除



　　BOPP塑料薄膜在拉伸生产时电晕处理积容的静电，和放料时剥离摩擦产生的静电，可以称做原始静电和第一感应静电，是覆膜产生静电的源头。进行BOPP塑料薄膜放料的静电消除，减弱静电源头的能量和基础影响，更能有效地补偿和提高覆膜机接地装置消除静电的功能。



　　可用三种方法。



　　（1）使用静电消除器。在BOPP塑料薄膜放料部位安装不同类型的离子流静电消除器、放射性同位素静电消除器、无火花式静电消除器等,以这些设备产生的感应静电，遏止抵消覆膜放料时新产生的和原积蓄的静电。



　　（2）用高碳纤维制成的刷型静电消除装置，或将导电橡胶板一边剪成锯齿状，让高碳纤维毛刷或导电橡胶板齿尖，紧贴在BOPP塑料薄膜上。将BOPP塑料薄膜原始的和剥离又产生的新静电，通过毛刷或齿尖的传导，经良好的接地装置与大地极中和消除。



　　（3）用保持达当湿度的废旧印刷水绒套，或棉布、全棉毛巾等织物进行静电消除。将织物的一端固定在覆膜机的金属架上，另一端紧紧搭放在BOPP塑料薄膜上，让BOPP塑料薄膜的剥离旋转放料，始终在与潮湿的棉布织物贴接触下进行。BOPP塑料薄膜原先积累的，和剥离摩擦后新产生的静电，通过这种简易的传导装置，方便地与大地极中和消除。



　　3.改善生产环境的温度



　　生产环境温度的提高，可使其空间的气压降低，空气密度下降，电子平均自由行程增大，从电场得到的功能增加，碰撞电离能力加强，使静电放电电压和击穿放电电压都有所降低。也能使覆膜静电的影响减弱。



　　4.改善生产环境的湿度



　　当生产环境相对湿度在40％以下时，覆膜产生的静电场能使靠近的工作人员的头发竖立，在调整、检查BOPP塑料薄膜运行状况或纸／塑复合品质量时，会受到静电电击。



　　当生产环境相对湿度加大时（控制在相对湿度60％），水蒸气均匀分布在BOPP塑料薄膜等带电体表面。电子和水汽碰撞机会增多，易形成活动性低的负离子，使带电的BOPP塑料薄膜表面的导电率大大提高，静电荷随之迅速释放掉。这样处理既简单，又有效。



　　BOPP塑料薄膜表面因湿度大，可能形成“水膜”，在运行过程中，特别是在进入热压合机构周围的高温度区域时，会迅速蒸发，不会影响粘结质量和外观效果。



　　应当注意的是，纸／塑复合半成品存放、分切和成品存放的环境，要控制温度不大于生产环境，以防止因纸张吸潮后延长变形，牵动薄膜收缩，发生卷曲。



　　5.增加滑石粉涂抹装置



　　静电的吸附，造成撞纸的困难。除以上各种静电消除方法外，可在加热辊筒后（按纸／塑复合品运行方向）低于纸／塑复合品运行水平的位置上，加装一可转动的原薄膜内纸芯筒，在纸芯筒外边，套上适当针数的印刷水绒套。在绒套上面定期涂抹滑石粉，确保粉能侵入水绒套孔隙中，即制成可自动涂抹滑石粉的涂辊。利用纸／塑料复合品的运行，摩擦带动这种滑石粉涂辊的旋转，自动在纸／塑复合品的BOPP塑料薄膜表面上，连续均匀涂上极薄的一层滑石粉。依靠滑石粉颗粒粉垫层的形成，克服未完全消除残留静电的吸附作用影响,证撞纸的顺利可靠。



　　这种装置，同时改变了纸／塑复合品离开加热辊筒与加压橡胶辊的角度，相当于复合物上面又加了一个向下着力的压辊。还可有效地防止纸／塑复合成品被反卷进热压合机构。



　　六、复合包装材料和食品的相容性



　　食品和包装材料间的相互作用可以分为以下几类：



　　在食品的包装和贮存期间，包装材料中的成分会迁移或渗透到食品中；



　　气体，有机物蒸气和水蒸气透过包装而影响食品；



　　包装吸收食品中的成分。



　　(一）迁移



　　在食品包装技术中，迁移常用来描述物质从包装材料中转移到食品中。在食品和复合包装材料中游离和可溶性物质就可能迁移到食品中。因接触与包装的相互作用而转移到食品中的物质叫迁移物，这种迁移可能引起毒害或产生异味。复合包装材料中的有害物质在食品的包装和贮存期间进入食品，它们对消费者产生的危害是随其毒性大小和数量多少而变化的。考虑迁移物不但要关注生产复合包装材料，还必须特别重视包装材料使用的各种辅助材料如油墨、粘合剂、溶剂等。



　　复合包装材料是由各种塑料基膜、铝箔、纸等材料优化组合而成，这些材料本身必须符合卫生指标要求。与食品直接接触通常采用聚乙烯或聚丙烯膜。聚乙烯、聚丙烯本身是无毒、无味、化学性能稳定、安全卫生的塑料，但在制膜过程中，为了提高加工性和塑料膜的某些使用性能，有时要加入抗氧剂、热稳定剂、开口剂等助剂，而且各个企业的生产加工车间的卫生状况不同，因此生产出的薄膜的卫生性能就不完全相同，只有保证薄膜的卫生性能才能加工出卫生安全合格的复合包装材料。而食品生产厂家在采用复合包装材料之前，必须依据国际GB9683－88《复合食品包装袋卫生标准》严格检测，当其卫生指标达到重金属1mg/L，高锰酸钾消耗量10mg/L，甲苯二胺（4％乙酸）0.004 g/L，蒸发残渣（4％乙酸）30 g/L，65％乙醇30g/L时才能使用。



　　复合包装材料在生过程中要使用大量的油墨、有机溶剂和粘合剂，这些辅料虽不和食品直接接触，但在食品包装和贮存过程中，某些有毒物质会迁移到食品中，危害人们的健康，必须引起关注。油墨中的重金属离子的毒性问题，颜料和染料中某些成分的致癌问题都需要认真研究。



　　印刷油墨中常使用乙醇、异丙醇、丁醇、丙醇、丁酮、醋酸乙酯、醋酸丁酯、甲苯、二甲苯等有机溶剂。这些有机溶剂虽然通过干燥可以除去绝大部分，但是残留的溶剂地迁移到食品中对人体造成危害。因此必须将溶剂残留控制到最低限度。先进国家已提出不使用苯类溶剂，我国在国标GB9685－94《食品溶器、包装材料用助剂使用卫生标准》中规定了涂料、粘合剂、油墨使用的溶剂品种有乙醇、丁醇、丙酮和乙酸乙酯。GB／T10004－1998《耐蒸煮复合膜、袋》中规定了溶剂残留总量10mg/m²,而且规定其中苯类溶剂3.0mg/m²。天津某中外合资食品生产企业使用汕头某公司生产的OPP/CPP复事膜包装食品，开袋后闻到强烈的异味，后经国家包装产品质量监督检验中心检测，仅二甲苯残留量一项就达18.03mg/m²，总溶剂残留量达到21.4mg/m²，严重超标。该食品生产企业后来虽得到经济赔偿，但其信誉损失却是不能完全挽回的，这就是食品生产企业在使用包装材料之前没有严格要求包装材料质量所造成的，每个食品包装厂应该从中吸取教训。



　　物质从复合包装材料迁移到食品中是一个复杂的过程。迁移有三种基本类型：第一，无迁移，包括装在惰性容器内的干食品、食糖等，扩展程度接近零。第二，不取决于食品的迁移，包括气体成分的扩散，比如氯乙烯单体从PVC扩散到食品中，这种扩散遵从Fiek扩散理论。第三，由食品控制的迁移，食品成分渗入聚合物，扰乱了聚合物的物理结构，改变了食品和塑料间的界面，出现了溶胀现象，从而加速迁移。



　　（二）渗透



　　气体的渗透，比如氧气二氧化碳、水蒸气和其它一些透过包装和来自包装的小分子物质，通常会对食品带来有害影响缩短其货架寿命。包装在复合纸盒中的果汁比包装在玻璃瓶中的果汁的货架寿命短的原因是氧气透过了纸盒包装。用作食品包装的小塑料袋在流通过程中由于挠裂而增大了氧气的渗透，缩短了食品的货架寿命。



　　（三）吸收



　　当食品同塑料薄膜接触时，如聚乙烯和聚丙烯膜，食品中的香味成分会被薄膜吸收。有报道说柑桔汁中的1，8－萜二烯和其它香味成分有明显损失，原因是被包装盒的PE内衬吸收了，因而影响了原有的香味，甚至对机械性能有不利影响。包装材料中的有害物质向食品的迁移以及包装材料吸收食品中某些成分的研究很少，有的甚至未触及。这些应引起我国有关部门重视，加大人力和物力的投入，加强食品和包装材料的相容性研究，同时加大执法的力度。



　　（未完待续）



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[时间：2001-02-27  作者：曹华  来源：2000年《广东包装》第五期]