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紙鋁塑藥品包裝復合膜的特點及生產應用
時間:2014-03-28   來源: 包裝前沿   閱讀:12546次

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?  摘要:紙鋁塑復合膜在藥包領域應用得比較多,本文重點分析了采用凹印、無溶劑復合工藝生產的紙鋁塑復合膜容易出現的質量問題,并針對紙鋁熱封脫層、殘留溶劑超標、熱封變色、異味、熱封不良等問題提出了解決方案。

  一、紙鋁塑復合膜的特點及主要技術指標

  紙鋁塑復合膜在實際運用于醫用包裝粉劑、顆粒劑包裝產品上比現在市場上普遍使用的塑鋁塑包裝具備如下優勢:①紙張的機械強度高,剛性好,制袋成型后保持能力較強,提高了產品外觀的挺括度;②自動包裝時無需打易撕口,有良好的易撕效果;③由于紙張具備很高的機械強度,在自動包裝機上進行灌裝封合時,對封合時受到的剪切外力破壞有很好的抵抗作用,保護鋁箔不會出現熱封壓穿壓斷現象,進一步確保了中間層鋁箔的阻隔性能得到應有的保證。

  紙鋁塑結構的藥品包裝用復合膜,在YBB20062012(草案)中屬種類Ⅳ紙、鋁、塑料,主要技術指標有:

  1、外觀

  不得有穿孔、異物、異味、粘連、復合層間分離及明顯損傷、氣泡、皺紋、臟污等缺陷。復合袋的熱封部位應平整、無虛封。

  2、水蒸氣透過量

  試驗溫度38℃±0.6℃,相對濕度90%±2%,水蒸氣透過量≤1.5g/(m2·24h)。

  3、氧氣透過量

  熱封面向氧氣低壓側,試驗為溫度23℃±2℃,氧氣透過量≤3.0cm3/(m2·24h·0.1MPa)

  4、內層與次內層剝離強度:≥2.5 N/15 mm

  5、熱合強度:≥12 N/15 mm

  6、溶劑殘留量

  溶劑殘留總量不得過5.0mg/m2,其中苯類溶劑殘留量不得檢出,苯類單個溶劑的檢出限均為0.01mg/m2。

  7、溶出物試驗

  易氧化物:不超過1.5ml。

  不揮發物:水不揮發物殘渣不超過15.0 mg;65%乙醇不揮發物殘渣不超過30.0 mg;正己烷不揮發物殘渣不超過30.0 mg。

  二、紙鋁塑復合膜生產的關鍵技術

  紙鋁與塑鋁的結構差異,更多地表現為紙張層與塑料層的不同,對印刷、復合工藝,及使用過程產生了非常明顯的影響。我們首先分析一下紙張的特點:

  ①表面具有一定粗糙度

  GB/T 10335.2規定:平滑度≥200S(一等品)。檢測原理是將紙和紙板放在玻璃板上,施加特定壓力產生半真空,從而吸入空氣并使空氣通過接觸表面,測量真空度在規定范圍內變化所需的時間。

  ②具有一定含水量

  GB/T 10335.2規定:交貨水分為(5.5±1.0)%。

  ③對液體具有很強的吸收性

  GB/T 10335.2規定:油墨吸收性為(15~28)%。

  ④吸濕(或失水)會帶來尺寸變化

  GB/T 10335.2規定:應采用防潮紙或塑料膜等防潮材料。

  ⑤紙張導熱性差,不如塑料的傳熱性良好

  (一)印刷技術的選擇

  紙張卷筒紙主要有凹印和柔印兩種方式,各有特點,柔性版印刷表面粗糙的紙張優勢明顯,而凹印易出現實地色塊發花(墨層不能完全覆蓋紙張凹下去的表面),但是柔性版的加網線數目前很少能做到150L/IN,凹版印刷的加網線數多在150~170L/IN,因而凹版印刷的網紋精細度較高。另外,柔性版印刷設備在軟包裝生產企業的裝機容量很少,絕大多數使用凹版印刷的方式來印刷紙張。

  紙張凹印需要注意以下一些方面:

  1、避免淺網點的版面設計

  由于紙張表面具有一定的粗糙度,小于30%的淺網很難正常轉移(與紙張表面和粗糙程度有關),應以線條實地為主,而且需加深處理以保證足夠的墨量。

  2、避免高套印精度的設計

  由于凹印熱風干燥的影響,第一色印刷干燥后,紙張因失水,尺寸收縮,主要表現為橫向套印不良。通常的做法是,先將紙張烘干后進行印刷,減少紙張含水量變化引起尺寸變化帶來的套印問題。

  3、版輥遞增量

  塑料凹版印刷時,由于塑料受熱拉伸的伸長特性,制版時版徑的遞增量為0.03~0.05mm,而紙張印刷干燥失水,紙張尺寸是縮短的,故可不做遞增。如果印刷時,各色組間料段的張力不一致,且呈增大狀態,則是版徑遞增量過大引起的。

  4、靜電吸墨裝置

  為增加紙張印刷時的油墨轉移效果,可使用靜電吸墨裝置。

  5、油墨類型的選擇

  由于紙張具有很強的吸收性,使用溶劑型油墨及溶劑型光油時,溶劑成分會大量滲入到紙張纖維中被吸附,很難完全揮發出來,從而導致異味及溶劑殘留超標現象。目前紙張水性油墨及水性UV光油在煙包方面的應用已非常成熟,這方面的經驗值得軟包裝紙張凹印借鑒。

  使用溶劑型油墨及溶劑型光油時,需要充分干燥才能保證光油的耐熱性,但經過干燥后紙張中的水分已大幅降低,紙張的撕裂強度降低,易出現紙層間的分離。在使用單組分無溶劑復合時,水恰好是膠黏劑的固化反應介質,紙張中含水量過少顯然會影響膠黏劑的交聯固化。

  (二)復合技術的選擇

  在紙鋁結構的復合方式上,擠出復合及無溶劑復合具有明顯環保優勢,而傳統的干法復合只能是紙張上膠,同樣因為紙張具有很強的吸收性,涂膠后溶劑被大量吸附到紙張內部,很難揮發,而且涂布量較大,可見傳統干法復合在紙鋁結構上具有明顯缺陷。

  擠出復合是利用熔融態的樹脂,通過熱壓合將紙張和鋁箔粘結在一起,純LDPE對鋁箔的粘結性一般只有2N/15mm左右,需要使用EEA、EAA等樹脂(共混或共擠復合方式)改善與鋁箔的復合牢度。通常最薄的擠出層厚度也要11μ左右,成本較高,但擠出PE層柔軟性好,熱壓封合時對鋁箔起到了保護作用,不易被壓穿壓斷。

  無溶劑復合是相對經濟環保的復合方式,操作中要注意以下方面:

  1、膠黏劑種類的選擇

  無溶劑膠分為單組分和雙組分。單組分需要水分進行交聯固化,紙張中的水份正好是單組分無溶劑膠的固化反應介質,而且單組分膠的分子量較大,涂布冷卻后的粘度也較大,相對于雙組分無溶劑膠不易被紙張過度吸收而出現缺膠現象,單組分更適用于紙鋁結構的無溶劑復合。

  雙組分膠的粘度較低,復合后更易被紙張表面的毛細孔吸收而出現表面缺膠,而且紙張中的水分會消耗其中固化劑,是產生膠層不干的因素之一。故在紙鋁無溶劑復合中都使用單組分無溶劑膠。

  2、涂膠膜的選擇

  紙張涂膠時,由于紙張的纖維毛細孔會吸收較多的液態膠液,嚴重時會出現表面缺膠脫層現象。通常為彌補被紙張吸收掉的膠量,就要加大涂布量,有時需要達到4gsm以上。

  鋁箔涂膠時,由于鋁箔的厚度多為7μ,放卷、過輥易起皺,對設備的機械精度、張力調節及操作技能都要求更高。由于鋁箔涂膠可減少紙張對膠液的吸收量,可相應減少涂布量,如2.0gsm即可。

  3、涂布量的選擇

  涂布量不是越大越好,貼合后保留在紙張表面與鋁箔界面間的膠層厚度才是有效的涂布量,被吸入到紙張中的膠液對復合牢度沒有貢獻,而且經過印刷烘干后紙張中的水分也是有限的,涂布量越高,其交聯固化也需要更多的游離水分。印刷時的干燥溫度高達80℃以上,紙張中的游離水分基本揮發掉了,而熟化過程中交聯最薄弱的環節是與鋁箔接觸的膠黏劑分子,如果涂布量偏大、紙張中水分又很少,那么熟化時,能穿透過膠層到達與鋁箔界面參與反應的游離水分子則更少了,最終出現交聯固化不完全(延長固化時間也沒改善),耐熱性差,熱封脫層現象。

  4、無溶劑復合操作中應注意的細節

  ①紙張涂膠時,不能用重量差法檢測涂布量,因為紙張自身的克重偏差過大,導致測量誤差。

  ②紙鋁復合時,復合輥的溫度應低,以減少膠層的流動性,也就減少了紙張對膠液的吸收量。

  ③進入貯膠桶中的空氣應經過干燥過濾。

  ④環境相對濕度應小于65%RH。單組分膠涂布溫度在80℃以上,與空氣中水分的反應活性較高。

  ⑤紙鋁復合后,如是在干法復合機上復合內層,則需紙鋁層完全固化后再進行。

  5、內層的復合工藝

  內層一般復合PE熱封材料,可選用單組分或雙組分無溶劑膠,由于鋁箔與PE表面的吸附水分很少,用單組分無溶劑膠應適當進行加濕處理。

  綜上所述,對紙鋁結構的無溶劑復合,使用單組分無溶劑膠、采用鋁箔涂膠的方式、涂布量2.0gsm,是理想的工藝條件。

  三、紙鋁塑復合膜的常見問題分析

  不同的加工方式有不同的故障表現形式,下面我們主要分析采用凹印、無溶劑復合加工方式時,紙鋁塑復合膜常見的質量問題:

  1、紙鋁熱封脫層現象

  在YBB紙鋁塑復合膜標準中沒有規定紙鋁塑復合膜中紙鋁層的復合強度指標,通常我們將紙張層剝離開來,觀察紙張纖維的轉移情況,如果有一層紙張纖維留在鋁箔面,說明常溫下的復合強度良好。

  紙鋁脫層現象具有多種表現形式,其機理也不同。紙鋁塑熱封時,由于紙張的傳熱性較差,需要設定較高的熱封溫度,有時熱度高達200℃以上,對膠層的耐熱性都是較大的考驗。另外,紙張在200℃以上的熱量作用下,紙張會失水產生一定收縮應力,加劇熱封脫層現象。

  1)脫層只出現在熱封合部位,沒有熱合的部位強度良好

  熱封刀的熱量導致粘接牢度劣化,一般是從膠黏劑層內部脫層分開的,我們可以借助PU染色劑進行分析,主要因素:

  ①膠黏劑自身的耐熱性不夠。對策:需選用適當的膠黏劑型號。

  ②膠黏劑的交聯固化不充分。產生效聯固化不充分的因素有:熟化的溫度、時間不夠,紙張中的游離水分過少。對策:延長熟化時間;對紙張適當加濕。

  2)熱合部位和非熱合部位的復合強度均較差

  留在紙張表面與鋁箔界面間的膠水量太少,可能因素:紙張吸收性過強,涂布量偏低。對策:使用鋁箔涂膠方式,減少紙張對膠液的吸收性;適當增加涂布量。

  3)紙張層間分層

  紙張纖維層間的結合強度低,在熱封剪切力(圓壓圓的熱封方式表現最明顯)的作用下分層,與紙張本身的含水量及其內聚強度有一定關系。另外,要調整好熱封滾輪間的間隙,避免產生過大的剪切應力。

  2、殘留溶劑

  YBB標準對溶劑殘留的限量為5.0mg/m2,但是紙張具有很強的吸收性,若使用溶劑型油墨及溶劑型光油時,溶劑成分不可避免地大量滲入到紙張內部,難以再揮發干燥,最終溶劑殘留超標,這是溶劑型油墨印刷紙張出現的工藝性缺陷。根本的解決方法是使用水性油墨和水性光油。

  3、熱封變色

  主要是油墨及光油的耐熱性能不足,或光油的干燥不充分導致的。

  4、異味

  除了印刷時殘留的溶劑會產生異味外,紙張中的成分也可能導致異味,檢測方法是將原紙封入密閉的玻璃瓶中烘烤后,感官檢測是否有明顯異常氣味,或抽取其中的氣體進行色譜分析,如果基線上出現很多不明小雜峰,則說明紙張中存在較多的可揮發性物質,會產生異味。

  5、熱封不良

  由于紙張的傳熱性較差,熱封時需要很高的熱封刀溫度,而且紙張越厚,影響越明顯,因此PE層材料應盡量選用低溫熱封型材料。

  紙鋁復合膜在使用過程出現熱封脫層、變色、熱封不良現象,很顯然與材料結構設計有關,如果能降低操作時的熱封刀溫度,則能有效降低出現質量事故的機率,可以通過以下方式降低熱封刀所需的溫度:控制紙張的厚度,紙張克重不宜過大;內層選用超低溫熱封材料。

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