双涂快固胶无溶剂复合在软包装行业的兴起始于drupa2016,其作为一种新型的软包装复合技术,整个复合过程无需UV灯,具有快速固化、常温固化、操作简单等优点。目前业内对双涂快固胶无溶剂复合有诸多探讨与争议,为了正确认识双涂快固胶无溶剂复合,本文将主要讨论双涂快固胶无溶剂复合的工艺和质量关键点,并提出相应的评价和建议。
单边涂胶量和最小涂胶量
1.单边涂胶量
涂胶量既是复合工艺的基本参数,又是涂胶成本的最大影响因素之一,因此是每个用户的关键考量点。
单边涂布的最小涂胶量由基材类型、印刷图文情况、复合宽度、机器精度和复合速度等综合决定,其中印刷基材比非印刷基材影响因素更多。
据某国外实例资料,双边涂布时两种基材的涂胶量分别为(0.8∶0.7)g/m,即总涂胶量为1.5g/m。为什么是这样一组数?实际上,就目前涂布方式和技术而言,0.7g/m是机器能正常运转的最小涂胶量。
在实际生产中,不管是普通胶还是快固胶,单边涂布的涂胶量都必须大于上述最小值。
2.双边涂布最小涂胶量的确定依据
在双边涂布时,主要考虑3个因素:两基材各自(即单边涂布)最小涂胶量、固化充分性、涂胶成本。
两基材由于材料本身质量和表面印刷图文状况的不同,涂胶量要求也不同。考虑到固化充分性要求,-NCO组分的比例应该略高。而在满足两基材涂布良好的情况下,为减少总涂胶量和成本,KA和KB相差应该是越小越好。
这就是前文提到的实例中(KA∶KB)采用(0.8∶0.7)的缘故。
因此,在普通胶复合中,可根据主基材(印刷膜)状况直接确定总涂胶量。而在双涂布快固胶无溶剂复合中,由两个单边涂胶量来确定总涂胶量。
3.结论
在双涂快固胶无溶剂复合中,先根据基材状况确定单边涂胶量,再由单边涂胶量确定总涂胶量。一般情况下,由于混配比的范围要求,双边涂布总涂胶量要大于普通胶复合时的涂胶量。
4.提示:关于KA∶KB的一些不真实的宣传或说法
①快固胶的涂胶量可达到0.6g/m2、甚至0.4g/m2。这种说法不严谨,因为没有考虑到基材类型、印刷版面图文情况、复合宽度和复合速度等诸多因素。实际也证明,在上述涂胶量条件下,有些复合机无法正常开机。
②对于快固胶复合膜透明性更好的说法,目前没有足够理论支撑。
基材印刷工艺的选择
1.不同印刷工艺的墨层厚度
软包装可采用不同的印刷方式,而不同印刷方式的墨层厚度、版面图文状况、墨层高差都不同。常见印刷方式是凹印或柔印,还有极少量的胶印。一般凹印墨层厚度为2~5μm(最高达10μm),柔印墨层厚度为2~3μm,胶印墨层厚度为1~2μm。
对印刷基材来说,版面墨层高差是决定涂胶量的最关键影响因素。因此,凹印的涂胶量要大于柔印和胶印的涂胶量。
2.快固胶的涂胶量与胶层厚度
①快固胶KA和KB比重与普通胶只是略有差别,因此基本上均为1。
②1.0g/m2涂胶量对应的涂布厚度大约为1μm,即1.0g/m2对应着1.0μm,0.1g/m2对应着0.1μm。
3.双边涂布模式更适合柔印和胶印产品
相对而言,双边涂布对某些凹印产品(特别是对墨层高差大的版面)适应性可能存在疑问(这里指里印),更适合光膜、柔印和胶印基材。图1为墨层厚度与胶层厚度混配比的关系。其中,a表示光膜和印刷膜未涂布之前的情况;b表示涂胶后墨层和胶层的总厚度全版面一致;c表示涂胶后,不论墨层厚薄,胶层厚度全版面一致;d表示胶层厚度随墨层厚度而变,这是实际中最常见的情况。
图1 墨层厚度与胶层厚度混配比的关系
4.结论
由于快固胶双边涂布的“一分为二”作用,单边涂胶量或其涂层厚度实际上受到了限制,对基材表面墨层高差(即印刷工艺和版面图文)的要求客观上也起到了一定的限制作用。因此,快固胶的双边涂布模式对印刷工艺的选择性比普通胶可能更强,或者说适应性更小。
5.提示:关于快固胶复合膜的一些推论
①在光膜复合时,由于墨层高差为0,涂胶量可以较小,但光膜复合在包装中的实际使用比例不大。
②在文字线条版复合时,虽然局部墨层有高差,但整体和光膜类似。
③在满版实地印刷膜复合时,如果其他图文简单,从涂布角度看,和文字线条版也基本一样(不考虑油墨与胶黏剂反应等因素)。
④表印膜与光膜复合类似。
机械压合能否代替静态混合
1.“两性”关系及其状况是无溶剂复合的命门
所谓“两性”关系是指胶黏剂的混合均匀性和固化充分性。根据双组分胶的机理,二者的关系是:固化充分性是达到复合质量要求的前提,而其又首先取决于混合均匀性。混合均匀性是固化充分性的必要条件,但不是充分条件。
2.如何实现混合均匀性
在普通胶复合中,利用自动混胶机对双组分胶进行“静态混合”。在快固胶复合中,利用复合机的复合机构进行“机械压合”。两种压合在原理、控制方法、控制结果(均匀性)上有何差异?如何正确了解两种混胶的内在区别?
“混胶→涂布→复合”真的是一次性混胶吗?不是!实际上是3次(3阶段)混胶。这一点无法从字面上理解,只能从胶液运动及传递过程分析。
第1步静态混合,由自动混胶机完成。利用静态混合管对A胶和B胶进行进行2N混合(N为静态混合管节数)。
第2步转移涂布,由复合机涂布单元完成。从转移钢辊、转移胶辊、涂布钢辊和涂布胶辊进行第二次混合。在该过程中,转移钢辊→转移胶辊→涂布钢辊两次差速碾合,从涂布钢辊→基材→涂布胶辊之间1次同速转移,因此这里总共包含了3次碾压和转移的过程。
第3步复合,由复合单元完成,在复合钢辊→基材→复合胶辊之间完成1次同速压合,其实局部也是一个混合过程。
那么,这3种混胶方式有何差异?
静态混合是由伺服电机驱动齿轮泵驱动的强力混合。
差速碾合是由伺服电机驱动转移钢辊、转移胶辊、涂布钢辊差速转动,实现对胶膜的强力碾压和减薄,其中包含了剪切和挤压组合的复杂运动。
同速压合是由复合电机驱动在复合钢辊、基材、复合胶辊之间完成同速贴合。其在理论上是纯滚动,但实际上包含了径向直压为主、周向和横向局部碾压(如胶辊变形形成的接触宽度和凸包)的复杂运动。
总体上看,静态混合、差速碾合是相对可靠、更加精确的控制,而同速压合是相对随机和模糊的控制,无法精确控制。表1为静态混合和机械压合的对比。
表1 静态混合和机械压合的对比
3.双边涂布的分层固化现象
在快固胶固化过程中,胶液固化其实是不均匀、不同步的。这一点与普通胶有明显差异。
两组分的胶液从接触开始,相互渗透和流平即开始,而稍后的固化过程与之同步发生。导致的结果就是,表层先固化,形成阻隔层,阻碍流平和相互渗透,形成由表及里分层固化的现象。而固化层会阻碍胶液进一步的混合和固化。图2为分层固化示意图。
图2 分层固化示意图
4.结论
从理论上看,快固胶的“涂布→复合+混合”方式不如“混胶→涂布→复合”可控可靠。
双边涂布的固化从理论上看在各个区域或层面上不同,即是一个渐变固化的过程。
就目前技术控制手段看,存在着至少两重风险:在某些情况下,混配比可能不受控或不均匀、固化可能不充分,即存在“虚混”和“虚固化”的风险;双边涂布实际上存在单胶和涂胶基材之间选择性对应关系,即存在方向性。当涂胶量越大时,上述风险的概率也越大!
5.提示:关于虚焊和假干的意义
虚焊:虚焊是指焊点没有完全有效焊合。
假干:假干是指油墨的表层干燥而底层未完全干燥的现象。
复合环境条件的影响
1.快固胶的基本组分和反应固化机理
快固胶与普通胶基本组分相同(分别为-NCO和-OH),其反应机理也基本不变。理论上,涂布NCO+的胶液对环境湿度比较敏感,或者说环境条件(湿度)会对快固胶产生影响。
2.环境条件的影响与开口时间
实践证明:在一定湿度条件下,A胶槽里的胶黏剂、涂在基材上而没有复合的胶黏剂都会和环境中的水分发生反应。
胶黏剂固化时间越短,其胶黏剂的开放时间相应地也会有所缩短!
3.结论
由于快固胶的基本原理仍然是-NCO和-OH组分的反应固化。因此,环境因素尤其是相对湿度会对其产生影响。由于是快速固化,湿度影响对于快固胶来说可能比普通胶更为明显。
4.提示:关于环境影响的不实宣传
①混胶机的清洗和复合机上涂布辊的清洗是两码事。
②“改用普通泵,设备中午休息时也不用清洗了!”“涂布后可长时间不复合、长时间停机可以不清洗”。这纯粹是不着边际的推测!
混配比微调失效及其影响
1.混配比微调失效
混配比微调是指在实际复合生产中,根据具体复合结构和用途的需要对胶黏剂的标定混配比进行小范围调整,以达到调节成膜速度、改变胶膜柔软性、改善镀铝层或墨层转移状况和提高复合牢度的目的。这种方法在镀铝膜(VMCPP、VMPET等)复合中被经常采用。在普通胶复合中,部分高精度混胶机的混配比控制精度可以达到±1%,可随时调整混配比,比如通泽SM1-40型混胶机。
在双边涂布模式中,混配比实际上是靠涂胶量决定的。目前涂胶精度最高水平是±0.1g/m2,涂胶量每次的调节量必须是0.1g/m2的倍数,因此,不容易实现混配比的微调,而且各个区域的混配比有可能不一致甚至相差悬殊。
涂胶量调节量为0.1g/m2或者其倍数,如果混配比设定值(KA∶KB)是(0.8∶0.7)g/m2,相当于(100.0∶87.5),调整0.1g/m2后会怎么样?如双边同时减0.1g/m2,则变成(0.7∶0.6),即(100.0∶85.7);如双边同时增0.1g/m2,则变成(0.9∶0.8),即(100.0∶88.9);如KA增、KB减0.1g/m2,则变成(0.9∶0.6)即(100.0∶66.7)。
由此可见,由于设备精度误差或增减涂胶量带来的混配比的改变非常明显,混配比难以实现可控范围内的微调。
2.混配比微调失效的影响
镀铝膜复合最大困扰是镀铝转移和透铝,前者更为常见。目前的工艺应对方法是减缓成膜速度(包括微调混配比、降低固化温度等)。而快固型复合恰恰快速成膜且复合应力增大,与上述应对方法正好背离。因此,相当部分镀铝膜的复合可能受到限制。而中国市场特点之一是镀铝膜复合厂家比例高(据估计约占60%)。
3.结论
快固胶混配比不能微调意味着其对镀铝材料复合的操作难度将有所增加。考虑其快速固化的特点,双涂快固胶无溶剂复合时反而可能会进一步增加镀铝转移或油墨转移的概率。
因此,如何解决对镀铝膜的适应性将是快固胶复合一个不小的新挑战,这是由中国国情决定的!
转序的意义
1.关于后工序时段的不同说法
目前市场上关于转工序时间的宣传有以下说法。①90分钟可分切;②90~120分钟转工序;③90分钟自然固化,可快速交货;④90分钟可分切、制袋;⑤2小时转序。第①种说法最早源自德鲁巴;第②种说法时间延长,没有说明是复合→分切、复合→分切→制袋,还是复合→制袋;第③种说法指出了固化条件(自然固化还是人工固化:什么是自然固化?不进固化室,对环境温度没要求?在海南和黑龙江都一样吗?),并提出交货快速(以什么方式交货:卷料还是袋子?);第④种说法最严苛,分切、制袋均可完成;第⑤种说法不说明后工序是什么。
2.中国与欧美复合软包装的主要区别
了解中国市场的基本情况,理解其与欧美市场的差异,是我们评价或研发一项新技术并使之成功的前提条件。这对双涂快固无溶剂复合也不例外。中国复合软包装与欧美复合软包装相比,至少在印刷工艺、复合结构、内包装物、质量要求和交货形式等5个方面明显不同,因此,照搬照套注定要出问题。表2为中国复合软包装与欧美复合软包装的主要区别。
表2 中国复合软包装与欧美复合软包装的主要区别
在这里,“转序”作为一个不断被重复混乱使用的概念必须得到澄清。在欧美,转序≈(从复合)到分切。在中国,“转序”则至少有3种可能:复合→下一次复合或第2、3次(或第3、4层)复合;复合→分切;复合→制袋。复合、分切和制袋这3种工序对复合半成品的要求、对最终成品的影响完全不同!
我们最关心的是:复合到制袋到底需要多少小时。目前没有供应商给出明确可靠的答案,源于基本概念不清。有一点非常重要,对再次复合或者分切而言,固化不充分通常不会造成明显影响,之后固化过程仍可继续。但是制袋对固化充分性要求要高得多,其瞬间高温有可能强行中断或彻底改变固化过程。因此,复合到制袋必须十分严谨、规范。
3.结论
所有复合后工序的时段都与胶黏剂、复合结构密切相关。复合到制袋所需时间对中国软包装企业更有实在意义。
4.提示
牢记中国国情,这是首要考量!我们认为,转序时间24小时也是可以接受的。
工艺稳定性
复合是一个工艺体系,是人员、设备、基材、方法和环境的综合体。只有这5个方面都获得稳态,整个工艺才是稳定的。与普通无溶剂复合工艺相比,双涂快固胶无溶剂复合的工艺稳定性明显下降,至少表现在如下几点。
①涂布稳定性下降,至少从现有设备和控制手段看是如此。
②混合精度下降、均匀性下降、虚固化风险增加,同时复合强度的均匀性也受到调整。
③固化更容易受环境影响。
④固化快速的同时,人为调整/干预的空间下降,出现转移的概率增加(包括镀铝膜转移、普通油墨转移等)。
总之,从目前技术手段看,双涂快固胶无溶剂复合的工艺稳定性至少要比常规复合的工艺稳定性下降!