水性聚氨酯胶粘剂在复合薄膜制造上的应用上温度探头

水性聚氨酯胶粘剂在复合薄膜制造上的应用(上)

摘要：介绍了聚氨酯胶粘剂在复合薄膜制造上的应用，水性聚氨酯胶粘剂替代溶剂型聚氨酯胶粘剂做复合薄膜用胶的必然性，水性聚氨酯胶粘剂的特性、制备方法以及水性聚氨酯乳液应用于制备复合薄膜的不足之处以及改善方法。

关键词：复合薄膜；干法复合；水性聚氨酯胶粘剂

前 言

因复合薄膜软包装能起到屏蔽、可印刷和热封等功能，广泛用于食品、医药、化妆品和办公消费品等包装，部分代替玻璃、马口铁、纸和纸板等包装材料。由于分子链中含有氨酯基(—NHCOO——)和或异氰酸酯基(—NCO—)，聚氨酯胶粘剂性能优越，目前在复合薄膜的干式复合制造工艺中，90％以上采用聚氨酯胶粘剂。其中溶剂型聚氨酯胶粘剂的用途中用量最大的领域就是食品包装复合薄膜及装饰纸用复合胶粘剂，但是，大量溶剂挥发不仅造成环境污染，而且食品袋内的残留溶剂还会影响到食品质量与安全。目前欧美发达国家已经制定了相关的食品卫生法规，如美国的食品和药品管理局FDA、欧盟的EU90／128以及德国的BgVV，都明确规定了用于食品和药品包装的胶粘剂类型，只要是法规中没有提到的化学品一律禁止使用。因此，目前在欧美使用溶剂型胶粘剂的复合包装材料已从10年前的80％减少到目前的30％左右。目前国内上千条复合包装生产线中大部分仍采用的是溶剂型胶粘剂，我国出口到日本、欧盟的茶叶、蘑菇、肉类等食品，都曾因卫生安全问题被退回。因此，食品卫生及包装不仅威胁着人们的健康，也影响了我国的出口经济。随着人们环保意识的不断增强，食品包装材料绿色化、环保型必将越来越受到重视。

水性聚氨酯胶粘剂是以水代替有机溶剂的一种聚氨酯胶粘剂，它是一种环保型的胶粘剂，在复合包装生产过程中无有害溶剂挥发，没有异味，从根本上消除了残留溶剂。这种水性胶粘剂的最大优势是，在食品包装厂现有的使用溶剂型胶粘剂的复合薄膜生产线上无需设备改造和追加投资就可以直接使用，且水性胶粘剂的综合成本不高于现有国产溶剂型胶粘剂，目前已在国内“三资”企业中广为推广。

1 复合薄膜的生产工艺及其弊端

复合薄膜的生产方法主要是挤出复合和干法复合，干法复合工艺适用于各种薄膜基材的复合。目前，世界各国干法复合使用的胶粘剂都是聚氨酯胶粘剂，可制得满足耐热、耐寒、耐油、耐酸、耐药品、阻气、透明、耐磨以及耐穿刺等性能要求的软包装复合薄膜。

干法复合是指使用胶粘剂把二种薄膜基材粘合在一起，胶粘剂涂布在基材薄膜上以后，靠加热干燥去除溶剂和发生化学反应进行复合(压合)，因此称干法复合工艺，又叫干法层压。也就是加热使涂布干燥后表面已无粘性的胶层热融，赋予可粘接性，贴合后树脂再结晶化，立即得到较高的初期粘接强度。这种粘接方式，在工业操作上希望热活化温度低。

干法复合工艺用于溶剂型胶粘剂制备复合薄膜存在着缺点，如胶层有机溶剂的残留有可能迁移到包装的食品中，挥发出来的溶剂会造成严重的环境污染，需要大量的投资回收溶剂和建立防护设施。

为了解决有机溶剂带来的公害问题，1974年德国Henbets公司首先用无溶剂型聚氨酯胶粘剂制成复合包装材料。虽然无溶剂胶粘剂工艺能消除上述弊病，但为便于涂敷，要求粘度低，相应的聚氨酯相对分子质量小，致使复合初始强度不够理想，正在研究开发内聚力大的低粘度聚氨酯复合胶粘剂。

而通过改性提高水性聚氨酯胶膜的某些性能，使得水性聚氨酯在复合薄膜软包装上应用成为可能。国外许多公司已开发出此类胶粘剂。例如Fuller开发的WD—4003、WD—4006和WD—4007聚氨酯分散液对多种软包装材料均有极好的胶接性，交联后的胶接强度高于薄膜材料本身。复合后在93℃烘道内处理24s，使之部分交联，即可有足够强度切割所需尺寸。

2 水性聚氨酯胶粘剂的特性

水性聚氨酯胶粘剂是指聚氨酯溶于水或分散于水中而形成的胶粘剂。在实际应用中水溶液型很少，主要是聚氨酯水性分散体或乳液，是以水为介质的二元胶态体系，聚氨酯粒子分散于连续的水相中。

水性聚氨酯胶粘剂具有无毒、不易燃烧、不污染环境、节能、安全可靠、不易损伤被涂饰表面、适用于易被有机溶剂侵蚀的材料、易操作和改性等优点，使得它在织物、皮革涂饰及木材胶粘剂等领域得到广泛的应用，正在逐步代替溶剂型聚氨酯。

除了上述优点，与溶剂型聚氨酯胶粘剂相比，水性聚氨酯胶粘剂还具有自身的一些特点：

(1)大多数水性聚氨酯胶粘剂中不含NCO基团，因而主要靠分子内极性基团产生内聚力和粘附力，水性聚氨酯中含有羧基、羟基等基团，适宜条件下可参与反应，使胶粘剂产生交联。

(2)高相对分子质量、低粘度、乳液粘度与树脂相对分子量无关。

(3)高固含量、低粘度，通过乳液粒径控制可得低粘度产品。

(4)由于水的挥发性比有机溶剂差，故水性聚氨酯胶粘剂干燥较慢，并且由于水的表面张力大，对表面疏水性的基材的润湿能力差。若当大部分水分还未从粘结层、涂层挥发到空气中，或者被多孔性基材吸收就遽然加热干燥，则不易得到连续性的胶层。由于大多数水性聚氨酯是由含亲水性的聚氨酯为主要固体成分，且有时还含水溶性高分子增稠剂，胶膜干燥后若不形成一定程度的交联，则耐水性不佳。

(5)水性聚氨酯胶粘剂可与多种水性树脂混合，以改进性能或降低成本。

(6)水性聚氨酯胶粘剂气味小，操作方便，残胶易清理。

3 水性聚氨酯胶粘剂应用于制备复合薄膜的不足之处以及改善方法

干法复合工艺中，胶粘剂是影响复合薄膜品质性能的关键因素，因此食品包装复合薄膜用胶粘剂应具备下述性能：

(1)粘合性复合包装薄膜使用的基材有塑料、铝箔等，而塑料又分很多种类，要将这些表面特性不同的薄膜粘接在一起，要求胶粘剂必须具有同时能粘合两种不同薄膜材料的性能。

(2)柔软性以塑料为主的复合材料，又称软性包装材料，其受欢迎的主要原因就是其轻柔性。这除了本身要柔软、可折叠外，胶粘剂本身也要具备这种性能。如果胶膜坚硬、性脆、不可折叠，则失去了包装的意义。

(3)耐热性许多食品包装在制造加工操作中要经受高温(180~220℃)，例如，热封制袋，对包装好的食品经高温杀菌以及蒸煮食品等，这就不仅仅要求各种基材薄膜经受起高温的考验，所使用的胶粘剂也能经受得起高温的考验，否则，经高温处理后的薄膜分层剥离，就不是复合包装薄膜了。这一点必须在选用胶粘剂时慎重考虑。

(4)耐寒性许多食品包装后要低温冷藏或冷冻保存，这就要求包装薄膜本身能耐低温。如果胶粘剂在低温下发生变硬、发脆、分层、剥离、脱胶等现象，则不符合要求。

(5)抗介质性食品本身是一种成分非常复杂的物质，含水、油、盐、酒，还有辣、香料，甚至醋酸、柠檬酸、乳酸、糖、硫化物、氧化物等。面对这些复杂的成分，包装后又要受高低温处理和长期贮存的考验，要保持包装薄膜的完美无缺，除了基材薄膜本身的优良抗介质侵蚀能力外，胶粘剂的稳定性也很重要，要能抵抗各种介质的侵蚀，否则会引起复合薄膜分层剥离，失去包装作用。

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