? 摘要:紙鋁塑復(fù)合膜在藥包領(lǐng)域應(yīng)用得比較多,本文重點(diǎn)分析了采用凹印、無溶劑復(fù)合工藝生產(chǎn)的紙鋁塑復(fù)合膜容易出現(xiàn)的質(zhì)量問題,并針對(duì)紙鋁熱封脫層、殘留溶劑超標(biāo)、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(fù)合膜的特點(diǎn)及主要技術(shù)指標(biāo)
紙鋁塑復(fù)合膜在實(shí)際運(yùn)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(shì):①紙張的機(jī)械強(qiáng)度高,剛性好,制袋成型后保持能力較強(qiáng),提高了產(chǎn)品外觀的挺括度;②自動(dòng)包裝時(shí)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(jī)械強(qiáng)度,在自動(dòng)包裝機(jī)上進(jìn)行灌裝封合時(shí),對(duì)封合時(shí)受到的剪切外力破壞有很好的抵抗作用,保護(hù)鋁箔不會(huì)出現(xiàn)熱封壓穿壓斷現(xiàn)象,進(jìn)一步確保了中間層鋁箔的阻隔性能得到應(yīng)有的保證。
紙鋁塑結(jié)構(gòu)的藥品包裝用復(fù)合膜,在YBB20062012(草案)中屬種類Ⅳ紙、鋁、塑料,主要技術(shù)指標(biāo)有:
1、外觀
不得有穿孔、異物、異味、粘連、復(fù)合層間分離及明顯損傷、氣泡、皺紋、臟污等缺陷。復(fù)合袋的熱封部位應(yīng)平整、無虛封。
2、水蒸氣透過量
試驗(yàn)溫度38℃±0.6℃,相對(duì)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(yàn)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(qiáng)度:≥2.5 N/15 mm
5、熱合強(qiáng)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(gè)溶劑的檢出限均為0.01mg/m2。
7、溶出物試驗(yàn)
易氧化物:不超過1.5ml。
不揮發(fā)物:水不揮發(fā)物殘?jiān)怀^15.0 mg;65%乙醇不揮發(fā)物殘?jiān)怀^30.0 mg;正己烷不揮發(fā)物殘?jiān)怀^30.0 mg。
二、紙鋁塑復(fù)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(duì)印刷、復(fù)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(diǎn):
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(cè)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(cè)量真空度在規(guī)定范圍內(nèi)變化所需的時(shí)間。
②具有一定含水量
GB/T 10335.2規(guī)定:交貨水分為(5.5±1.0)%。
③對(duì)液體具有很強(qiáng)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(huì)帶來尺寸變化
GB/T 10335.2規(guī)定:應(yīng)采用防潮紙或塑料膜等防潮材料。
⑤紙張導(dǎo)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(diǎn),柔性版印刷表面粗糙的紙張優(yōu)勢(shì)明顯,而凹印易出現(xiàn)實(shí)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(xì)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(jī)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(diǎn)的版面設(shè)計(jì)
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(yīng)以線條實(shí)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(jì)
由于凹印熱風(fēng)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(jìn)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(shí),由于塑料受熱拉伸的伸長特性,制版時(shí)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(shí),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(shí)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(qiáng)的吸收性,使用溶劑型油墨及溶劑型光油時(shí),溶劑成分會(huì)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(dǎo)致異味及溶劑殘留超標(biāo)現(xiàn)象。目前紙張水性油墨及水性UV光油在煙包方面的應(yīng)用已非常成熟,這方面的經(jīng)驗(yàn)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(shí),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(qiáng)度降低,易出現(xiàn)紙層間的分離。在使用單組分無溶劑復(fù)合時(shí),水恰好是膠黏劑的固化反應(yīng)介質(zhì),紙張中含水量過少顯然會(huì)影響膠黏劑的交聯(lián)固化。
(二)復(fù)合技術(shù)的選擇
在紙鋁結(jié)構(gòu)的復(fù)合方式上,擠出復(fù)合及無溶劑復(fù)合具有明顯環(huán)保優(yōu)勢(shì),而傳統(tǒng)的干法復(fù)合只能是紙張上膠,同樣因?yàn)榧垙埦哂泻軓?qiáng)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(fù)合在紙鋁結(jié)構(gòu)上具有明顯缺陷。
擠出復(fù)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(duì)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(fù)合方式)改善與鋁箔的復(fù)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(shí)對(duì)鋁箔起到了保護(hù)作用,不易被壓穿壓斷。
無溶劑復(fù)合是相對(duì)經(jīng)濟(jì)環(huán)保的復(fù)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(jìn)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(yīng)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(duì)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(fù)合。
雙組分膠的粘度較低,復(fù)合后更易被紙張表面的毛細(xì)孔吸收而出現(xiàn)表面缺膠,而且紙張中的水分會(huì)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(fù)合中都使用單組分無溶劑膠。
2、涂膠膜的選擇
紙張涂膠時(shí),由于紙張的纖維毛細(xì)孔會(huì)吸收較多的液態(tài)膠液,嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)表面缺膠脫層現(xiàn)象。通常為彌補(bǔ)被紙張吸收掉的膠量,就要加大涂布量,有時(shí)需要達(dá)到4gsm以上。
鋁箔涂膠時(shí),由于鋁箔的厚度多為7μ,放卷、過輥易起皺,對(duì)設(shè)備的機(jī)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(duì)膠液的吸收量,可相應(yīng)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(duì)復(fù)合牢度沒有貢獻(xiàn),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(shí)的干燥溫度高達(dá)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(shí),能穿透過膠層到達(dá)與鋁箔界面參與反應(yīng)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(shí)間也沒改善),耐熱性差,熱封脫層現(xiàn)象。
4、無溶劑復(fù)合操作中應(yīng)注意的細(xì)節(jié)
①紙張涂膠時(shí),不能用重量差法檢測(cè)涂布量,因?yàn)榧垙堊陨淼目酥仄钸^大,導(dǎo)致測(cè)量誤差。
②紙鋁復(fù)合時(shí),復(fù)合輥的溫度應(yīng)低,以減少膠層的流動(dòng)性,也就減少了紙張對(duì)膠液的吸收量。
③進(jìn)入貯膠桶中的空氣應(yīng)經(jīng)過干燥過濾。
④環(huán)境相對(duì)濕度應(yīng)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(yīng)活性較高。
⑤紙鋁復(fù)合后,如是在干法復(fù)合機(jī)上復(fù)合內(nèi)層,則需紙鋁層完全固化后再進(jìn)行。
5、內(nèi)層的復(fù)合工藝
內(nèi)層一般復(fù)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(yīng)適當(dāng)進(jìn)行加濕處理。
綜上所述,對(duì)紙鋁結(jié)構(gòu)的無溶劑復(fù)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(fù)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(fù)合加工方式時(shí),紙鋁塑復(fù)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(fù)合膜標(biāo)準(zhǔn)中沒有規(guī)定紙鋁塑復(fù)合膜中紙鋁層的復(fù)合強(qiáng)度指標(biāo),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(fù)合強(qiáng)度良好。
紙鋁脫層現(xiàn)象具有多種表現(xiàn)形式,其機(jī)理也不同。紙鋁塑熱封時(shí),由于紙張的傳熱性較差,需要設(shè)定較高的熱封溫度,有時(shí)熱度高達(dá)200℃以上,對(duì)膠層的耐熱性都是較大的考驗(yàn)。另外,紙張?jiān)?00℃以上的熱量作用下,紙張會(huì)失水產(chǎn)生一定收縮應(yīng)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(qiáng)度良好
熱封刀的熱量導(dǎo)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(jìn)行分析,主要因素:
①膠黏劑自身的耐熱性不夠。對(duì)策:需選用適當(dāng)?shù)哪z黏劑型號(hào)。
②膠黏劑的交聯(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(shí)間不夠,紙張中的游離水分過少。對(duì)策:延長熟化時(shí)間;對(duì)紙張適當(dāng)加濕。
2)熱合部位和非熱合部位的復(fù)合強(qiáng)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(qiáng),涂布量偏低。對(duì)策:使用鋁箔涂膠方式,減少紙張對(duì)膠液的吸收性;適當(dāng)增加涂布量。
3)紙張層間分層
紙張纖維層間的結(jié)合強(qiáng)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(qiáng)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(yīng)力。
2、殘留溶劑
YBB標(biāo)準(zhǔn)對(duì)溶劑殘留的限量為5.0mg/m2,但是紙張具有很強(qiáng)的吸收性,若使用溶劑型油墨及溶劑型光油時(shí),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(biāo),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(dǎo)致的。
4、異味
除了印刷時(shí)殘留的溶劑會(huì)產(chǎn)生異味外,紙張中的成分也可能導(dǎo)致異味,檢測(cè)方法是將原紙封入密閉的玻璃瓶中烘烤后,感官檢測(cè)是否有明顯異常氣味,或抽取其中的氣體進(jìn)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(huì)產(chǎn)生異味。
5、熱封不良
由于紙張的傳熱性較差,熱封時(shí)需要很高的熱封刀溫度,而且紙張?jiān)胶瘢绊懺矫黠@,因此PE層材料應(yīng)盡量選用低溫?zé)岱庑筒牧稀?/p>
紙鋁復(fù)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(jì)有關(guān),如果能降低操作時(shí)的熱封刀溫度,則能有效降低出現(xiàn)質(zhì)量事故的機(jī)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?zé)岱獠牧稀?/p>