? 摘要：紙鋁塑復合膜在藥包領(lǐng)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(chǎn)的紙鋁塑復合膜容易出現(xiàn)的質(zhì)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(shù)指標
紙鋁塑復合膜在實際運用于醫(yī)用包裝粉劑、顆粒劑包裝產(chǎn)品上比現(xiàn)在市場上普遍使用的塑鋁塑包裝具備如下優(yōu)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(chǎn)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(xiàn)熱封壓穿壓斷現(xiàn)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(jié)構(gòu)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(shù)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(cè)，試驗為溫度23℃±2℃，氧氣透過量≤3.0cm3/(m2·24h·0.1MPa)
4、內(nèi)層與次內(nèi)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(fā)物：水不揮發(fā)物殘渣不超過15.0 mg;65%乙醇不揮發(fā)物殘渣不超過30.0 mg;正己烷不揮發(fā)物殘渣不超過30.0 mg。
二、紙鋁塑復合膜生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)
紙鋁與塑鋁的結(jié)構(gòu)差異，更多地表現(xiàn)為紙張層與塑料層的不同，對印刷、復合工藝，及使用過程產(chǎn)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(guī)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(chǎn)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(guī)定范圍內(nèi)變化所需的時間。
?、诰哂幸欢ê?/p>
GB/T 10335.2規(guī)定：交貨水分為(5.5±1.0)%。
?、蹖σ后w具有很強的吸收性
GB/T 10335.2規(guī)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(guī)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(shù)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(yōu)勢明顯，而凹印易出現(xiàn)實地色塊發(fā)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(wǎng)線數(shù)目前很少能做到150L/IN，凹版印刷的加網(wǎng)線數(shù)多在150~170L/IN，因而凹版印刷的網(wǎng)紋精細度較高。另外，柔性版印刷設(shè)備在軟包裝生產(chǎn)企業(yè)的裝機容量很少，絕大多數(shù)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(wǎng)點的版面設(shè)計
由于紙張表面具有一定的粗糙度，小于30%的淺網(wǎng)很難正常轉(zhuǎn)移(與紙張表面和粗糙程度有關(guān))，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(shè)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(xiàn)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(tài)，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(zhuǎn)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(fā)出來，從而導致異味及溶劑殘留超標現(xiàn)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(jīng)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(jīng)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(xiàn)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(zhì)，紙張中含水量過少顯然會影響膠黏劑的交聯(lián)固化。
(二)復合技術(shù)的選擇
在紙鋁結(jié)構(gòu)的復合方式上，擠出復合及無溶劑復合具有明顯環(huán)保優(yōu)勢，而傳統(tǒng)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(nèi)部，很難揮發(fā)，而且涂布量較大，可見傳統(tǒng)干法復合在紙鋁結(jié)構(gòu)上具有明顯缺陷。
擠出復合是利用熔融態(tài)的樹脂，通過熱壓合將紙張和鋁箔粘結(jié)在一起，純LDPE對鋁箔的粘結(jié)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(jīng)濟環(huán)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(lián)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(zhì)，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(xiàn)缺膠現(xiàn)象，單組分更適用于紙鋁結(jié)構(gòu)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(xiàn)表面缺膠，而且紙張中的水分會消耗其中固化劑，是產(chǎn)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(tài)膠液，嚴重時會出現(xiàn)表面缺膠脫層現(xiàn)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(shè)備的機械精度、張力調(diào)節(jié)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(jīng)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(lián)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(fā)掉了，而熟化過程中交聯(lián)最薄弱的環(huán)節(jié)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(xiàn)交聯(lián)固化不完全(延長固化時間也沒改善)，耐熱性差，熱封脫層現(xiàn)象。
4、無溶劑復合操作中應注意的細節(jié)
?、偌垙埻磕z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。
?、诩堜X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(jīng)過干燥過濾。
?、墉h(huán)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。
?、菁堜X復合后，如是在干法復合機上復合內(nèi)層，則需紙鋁層完全固化后再進行。
5、內(nèi)層的復合工藝
內(nèi)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(jié)構(gòu)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(xiàn)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(zhì)量問題：
1、紙鋁熱封脫層現(xiàn)象
在YBB紙鋁塑復合膜標準中沒有規(guī)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(zhuǎn)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(xiàn)象具有多種表現(xiàn)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(shè)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(chǎn)生一定收縮應力，加劇熱封脫層現(xiàn)象。
1)脫層只出現(xiàn)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(nèi)部脫層分開的，我們可以借助PU染色劑進行分析，主要因素：
?、倌z黏劑自身的耐熱性不夠。對策：需選用適當?shù)哪z黏劑型號。
?、谀z黏劑的交聯(lián)固化不充分。產(chǎn)生效聯(lián)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(jié)合強度低，在熱封剪切力(圓壓圓的熱封方式表現(xiàn)最明顯)的作用下分層，與紙張本身的含水量及其內(nèi)聚強度有一定關(guān)系。另外，要調(diào)整好熱封滾輪間的間隙，避免產(chǎn)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(nèi)部，難以再揮發(fā)干燥，最終溶劑殘留超標，這是溶劑型油墨印刷紙張出現(xiàn)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(chǎn)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(xiàn)很多不明小雜峰，則說明紙張中存在較多的可揮發(fā)性物質(zhì)，會產(chǎn)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(xiàn)熱封脫層、變色、熱封不良現(xiàn)象，很顯然與材料結(jié)構(gòu)設(shè)計有關(guān)，如果能降低操作時的熱封刀溫度，則能有效降低出現(xiàn)質(zhì)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(nèi)層選用超低溫熱封材料。
