環保型鋁箔上光油的研製與應用

2021-01-11 中國鋁業網

    包裝印刷用鋁箔(常分0.2mm~0.25mm的硬鋁箔和0.07mm~0.09mm的軟鋁箔)上光油,又稱罩光油和OP保護劑。本文著重闡述和介紹完採用國產原材料,研製出的屬於環保型上光油的常溫固化、耐高溫固化及光固化三大類型的五個品種的材料組成、配方設和應用結果。

    鋁箔上光油的主要任務

    鋁箔上光油的主要任務是,將已經完成所有單一印刷或多色套印的精包裝印刷的半成品,再塗布一層保護層。其目的是進一步促進包裝印刷製品表面光澤、美觀、耐酸、鹼等,同時又要保護已印刷的圖文墨膜。不僅增加了印刷製品的表面硬度,還具有一定的柔韌性,也能提高包裝印刷正品率,提升商品包裝的高附加價值。

    從鋁箔上光油的用途上,我們已經知道了它的主要任務。但人們在其應用範圍上,只是將常溫固化類光油用於食品包裝上居多,特別是近三年來,時興的在啤酒封口(頂)包裝標識上更是色彩斑斕。一般耐高溫121~160℃的上光油用於蒸煮的飲料罐廳、煙包和藥品包裝上。

    隨著國家藥品包裝容器(材料)標準到目前(2004年6月1日)實施,傳統的檢測依據GB12255-90僅有規格、揮發物、黏合劑塗布量差異、熱封強度、保護層的耐熱性等五項,開始被YBB00132002(藥品包裝用複合膜、袋通則)所取代。這不僅標誌著我國包裝製品,特別是藥品包裝製品同國際標準的接軌,同時也標誌著傳統的上光油產品的終結。環保型鋁箔上光油的問世,更標誌著新的上光油產品的開始。其產品的開發依據:

    一是:(1)鑑別紅外光譜;(2)外觀;(3)阻隔性能(水蒸氣和氧氣);(4)機械性能;(5)複合袋的熱合強度(雙層和多層);(6)溶劑殘留量;(7)袋的耐壓性能(三邊封袋和其他袋);(8)袋的跌落性能(袋與內裝物總質量和跌落高度);(9)溶出物試驗:①重金屬;②易氧化物;③不揮發物;(10)微生物限度(一般複合膜、袋;外用藥複合膜、袋等)(11)異常毒性。

    二是:YBB00132002規定了(1)複合膜係指各種塑料與紙、金屬或其他塑料通過黏合劑組合而形成的膜,其厚度一般不大於0.25mm;(2)複合袋系將複合膜通過熱合的方法而製成的袋,按制袋形式可分為三邊封袋、中封袋、風琴袋、自立袋、拉鏈袋等。而且明文規定了複合膜的分類、阻隔性能、機械性能、跌落性能、微生物限度指標、尺寸偏差等。筆者圍繞著環保和同國際市場接軌,除物理測量外,又增加了理化指標的測量。同時由於過去溶劑總殘留量為30mg/m2,現改為10mg/m2和苯殘留限量3.0mg/m2。結合先採用硫代硫酸鈉滴定液(0.01mol/L)滴定至近終點時,加入的澱粉指示液0.25ml,繼續滴定至無色,另取水空白液同法操作,二者消耗滴定液之差不得過1.5ml的苛刻限制。加上上光油能在180-250℃,10秒不變色、不褪色、不掉色、不側光(既有因熱又有因光,既因軟化點過高,又有因導電引起的)。同時還應符合以下技術要求:(1)保色性能好,經一定溫度乾燥圖文不遷移、不泛黃、不變色或油墨墨膜不掉塊;(2)有一定的光亮度、牢固度,膠粘帶粘拉不脫落;(3)同白色印刷油墨或彩色油墨及底油接觸時應有一定的親和性;(4)固量高而黏度小,透明度高,特別是流平滑爽性好;(5)上光油成膜後能耐模切,不傷刀,並能耐壓花、打孔等機械衝擊。

    鋁箔上光油的基本組成

    環保型鋁箔包裝上光油的基本組成是:樹脂、溶劑、填料、助劑。目前常溫鋁箔包裝上光油的體系中多以熱塑性樹脂為主,而一般耐高溫(120-160℃)鋁箔上光油的體系中則採用熱塑性樹脂,再添加少量熱固性樹脂或兩性樹脂,但耐高溫(180-250℃)鋁箔包裝上光油體系裡則以熱固性樹脂併兼有兩性樹脂。其樹脂的選擇有:丙烯酸樹脂、硝化纖維素、聚醯胺樹脂、天然松香改性樹脂、酚醛樹脂、有機矽樹脂、聚酮樹脂、氨基樹脂等等。其溶劑的配比則以醇、酯、酮為主,苯輔之。助劑類有流平劑、滑爽劑和微量的光穩定劑及熱穩定劑等。

    目前,關於常溫固化的鋁箔上光油樹脂除以上介紹的外,在圍繞完全無毒的同時,大多選擇軟化點較高的聚醯胺樹脂同兩性的硝化纖維素或同聚酮及萜烯樹脂組成,也有採用乙烯樹脂同硝化纖維素等組成,以防在一定溫度下回粘。而溶劑的選擇和配伍則以氣味小,多元混合溶劑以實現上光油在塗布成膜過程的揮發梯度平衡(內外一齊幹)。至於助劑的選擇則以實惠價廉為主,以保證同質的上光油達到不同的塗布面積(量),同時在相同的塗布量時,實現較低成本和為了控制較低的溶劑總殘留量和苯殘留兩。例如混合溶劑的組成(配方):丙酮47.14,醋酸乙酯35.35,工業乙醇17.51,作為上光油的稀釋劑。比現普遍單一採用醋酸乙酯溶劑的優點是:鋁箔包裝印刷上的溶劑氣味小,溶劑殘留量少,成膜乾燥速度快,附著牢度好,光油光澤度高而稀料溶劑成本低。

    在一般耐高溫121-160℃甚至180℃的鋁箔包裝上光油則以改性松香酯同硝化纖維素或高軟化點聚醯胺樹脂或採用硝化纖維素加入氨基樹脂等組成。也有採用軟化點高的熱塑性丙烯酸樹脂添加氯醋樹脂等組成的。現在耐高溫(180-250℃甚至更高的上光油)鋁箔包裝上光油以熱固性樹脂同兩性樹脂及矽樹脂等接枝混合組成。為了控制易氧化物常常引入穩定劑。為了控制異常毒性的生成,凡在樹脂、溶劑、助劑甚至顏、染料分子中出現O、H、Cl等字樣一律不予選用。氧化物的理論學說是:(1)元素和氧化合而成的化合物。這裡所說的氧化物是指氧以單個原子參加結合而形成的離子型或共價型氧化物。此外,還有過氧化物、超氧化物、臭氧化物、有機氧化物(如環氧乙烷)等,同一元素可以有價態不同的氧化物。如:二氧化硫SO2和三氧化硫SO3;氧化亞Cu2O和氧化銅CuO,製備方法有:①單質或化合物在空氣中或純氧中燃燒,可得到常見氧化物;②在赤熱的溫度下,用水蒸氣將單質氧化成氧化物;③用硝酸作氧化劑可把某些元素氧化成氧化物;④氫氧化物的脫水或碳酸鹽、硝酸鹽的熱分解;⑤向鹽溶劑中加鹼,以除去沉澱氫氧化物或氧化物,然後進行脫水乾燥;⑥用還原劑還原高氧化態氧化物,可得到低氧化態的氧化物。(2)金屬或非金屬和氧化合而成的化合物。同一元素可以有幾種價數不同的氧化物。例如一氧化碳CO和二氧化碳CO2和氧化銅CuO;一氧化鐵FeO,三氧化二鐵Fe2O3和四氧化三鐵Fe3O4等。氧化物可分為酸性氧化物、鹼性氧化物、兩性氧化物和惰性氧化物等。

    為了實現牢固的附著力,在該產品體系中除了嚴把溶解度、氫鍵力、表面張力、沸點及揮發速度和蒸發速率的同時,適量引入潤溼助劑,有利於上光油與印刷圖文墨膜的親合性。其目的就是要繞過技術的壁壘限制,實現鋁箔上光油(保護劑)的科學化和規範化。

鋁箔上光油的生產工藝

    原材料棗投入溶劑棗投入樹脂棗開機分散溶解棗助劑添加棗刮樣棗測試。

    鋁箔上光油的配方舉例:

    耐高溫鋁箔上光油(配方一)檢測報告

    附註:1.分別於160℃和200℃條件生產使用該產品(批量塗布,見表一),其中2為綜合記錄);

    2.地點:河南凱迪藥包材料有限公司

    3.時間:2004年6月6日上午(測試日期相同);

    4.檢測依據:GB12255-90;

    5.鋁箔採用0.024×140mm的素鋁箔(PTP);

    6.藥用鋁箔檢測記錄(見表一)。

    表一藥用檢測記錄

    1.揮發物的測定

    取100mm×100mm兩片

    指標:≤4mg/0.02m2

    乾燥前重量(mg)1109.30

    乾燥後重量(mg)1109.30

    揮發物(mg/0.02m2)測量結果0.20評定合格

    2.上光油塗布量差異測量

    取100mm×100mm五片稱重

    檫去上光油重量差值即為塗布量,求出平均值

    各片塗布量與平均值的差,即為塗布量差異

    指標:12.5%

    原始重量(mg)①547.30②546.60③554.50④549.45⑤552.10

    除去上光油重量(mg/m2)①531.70②530.80③538.20④533.40⑤535.90

    塗布量(g/m2)①15.60②15.80③16.30④16.05⑤16.20

    塗布量平均值(g/m2)15.99

    塗布量差異測量結果①-2.43%②-1.18%③1.93%④0.37%⑤0.31%評定合格

    熱封強度指標:≥5.88N/15mm測量結果評定

    10.10合格

    保護層耐熱性指標:200℃,0.2Mpa無明顯粘落測量結果評定

    無合格

    說明的是:筆者先後在江蘇省鎮江市江州醫藥精包裝股份有限公司分別將送達的耐高溫上光油(配方1-5)在180-250℃乾燥3-8秒後,對易氧化物的理論指標進行了四次測量,結果是:配方1為0ml,配方2為0.7ml,配方3為0ml,配方4為0.8ml,配方5為0.7ml(以上是二者消耗滴定液之差數)。

    除此之外,筆者採用耐高溫上光油加入著色劑(染料、色漿)作為一般鋁箔包裝印刷油墨和耐高溫鋁箔包裝印刷油墨進行試印結果,其印刷墨膜均能達到YBBOO132002所規定的檢測要求。並能與DIC的產品相媲美,且成本僅是DIC的三分之二。

    結語

    隨著自動、省力、高速、精細、優質的鋁箔包裝印刷及塗布上光油(保護劑)的發展,針對市面上鋁箔上光油「水平面趨同」效應的出現,高成本及殘留有害物帶來的弊端都一一顯現出來,加上沒有形成聚集效應,上光油技術水平和該產品檔次難以有效地得到提高。

    縱觀全球市場經濟一體化,質和量應該說是一枚硬幣的兩個面。因為當今科學理論不僅造就了新的包裝印刷材料,而且也造就了鋁箔包裝印刷上光油的新產品,同時也造就了新一輪的科學基礎理論知識的更新。我們只有在市場競爭中權衡利弊,才能將國產鋁箔上光油的產品推廣、應用到極限;只有做好售前的產品調查、介紹和售後應用技術的終端跟蹤服務,才能受到國內外包裝印刷用戶的青睞;只有用先進的科學,才能長期而有效指導我國鋁箔包裝(印刷)上光油產品技術的進步!

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