Stav vývoje a budoucnost bezrozpouštědlových lepidel pro flexibilní balení
I. Lepidla bez rozpouštědel
Společnost HanGao zřídila specializované laboratoře Liofol na hlavních světových trzích, aby zajistila a zlepšila výkonnost produktů a neustále zdokonalovala technologie kompozitů a povlaků. Významné technologické průlomy v oblasti reaktivního polyuretanu v laboratořích Liofol vedly k vývoji lepidel bez rozpouštědel.
Lepidla bez obsahu rozpouštědel jsou skutečně ekologická lepidla s vynikajícími vlastnostmi: (1) Nejsou použita žádná rozpouštědla. Lepidla bez obsahu rozpouštědel s 100% obsahem účinných složek se nanášejí pomocí různých nátěrových systémů bez rozpouštědel. Proto nedochází k odpařování rozpouštědla během celého kompozitního procesu, žádné zbytky rozpouštědla v kompozitních produktech, splňují požadavky na bezpečnost potravin, jsou bez emisí a splňují normy pro snižování emisí a ochranu životního prostředí. (2) Není klasifikováno jako hořlavé nebo výbušné nebezpečné zboží. Jsou bezpečné, bez rizika požáru nebo výbuchu, což eliminuje potřebu opatření k zabránění výbuchu rozpouštědel. Lepidla bez obsahu rozpouštědel nejsou hořlavé nebo výbušné nebezpečné zboží a při přepravě a skladování nevyžadují úvahy o výbuchu. Lepidla bez rozpouštědel mají navíc 100% obsah pevných látek a vyžadují méně skladovacího prostoru ve srovnání s lepidly na bázi rozpouštědel, která musí brát v úvahu hořlavost a výbušnost kvůli obsahu rozpouštědla. (3) Nižší množství povlaku Díky lepším charakteristikám toku za studena lepidel bez obsahu rozpouštědel je množství povlaku obecně mezi 0,8 a 2,5 g/m2. U speciálních materiálů, jako je papír, může množství nátěru dosáhnout 4 g/m2. Naproti tomu lepidla na bázi rozpouštědel mají obvykle množství povlaku 2,0 až 4,5 g/m2. To zdůrazňuje nákladovou výhodu lepidel bez rozpouštědel. (4) Bezrozpouštědlová lepidla s relativně nízkou molekulovou hmotností mají mnohem nižší molekulovou hmotnost ve srovnání s lepidly na bázi rozpouštědel stejné úrovně. To umožňuje lepidlu infiltrovat, difundovat a pronikat do povrchu substrátu bez nutnosti použití rozpouštědla při určitých vhodných teplotách.
II. Typy a historie vývoje bezrozpouštědlových polyuretanových lepidel
Bezrozpouštědlová kompozitní technologie, zařízení a lepidla byly vyvinuty v 70. letech minulého století a vyvíjely se od první generace ke třetí generaci.
Lepidlo první generace bez rozpouštědel je jednosložkové lepidlo vytvrzující vlhkostí. Chemická struktura jednosložkového, vlhkostí tuhnoucího polyuretanového bezrozpouštědlového lepidla obsahuje izokyanátové koncové skupiny s krátkým řetězcem z polyesteru nebo polyetheru. Isokyanátová skupina (-NCO) reaguje s vlhkostí v prostředí a uvolňuje CO2 pro vytvrzování.
K překonání nevýhod jednosložkových lepidel byla vyvinuta dvousložková polyuretanová lepidla bez obsahu rozpouštědel. Dvousložková polyuretanová bezrozpouštědlová lepidla lze podle počáteční přilnavosti a odolnosti vůči páře rozdělit do druhé a třetí generace.
Lepidlo druhé generace bez rozpouštědel bylo poprvé aplikováno na kompozitní obalové materiály na počátku 80. let.
Lepidlo třetí generace bez rozpouštědel překonalo nevýhody druhé generace. Vyznačuje se vysokou počáteční adhezí, nízkou viskozitou, nízkou provozní teplotou a bez omezení na kompozitní substráty. Řeší problémy s adhezí lepidla druhé generace k EVA a Nylonovému tepelnému těsnění. Problémy jako vrásky nebo snadné odlupování vysoce bariérových filmů byly vyřešeny. Je vhodný pro kompozity různých plastových fólií a fólií, snižující obsah volných diisokyanátů. Výkon kompozitního filmu je vynikající a také se zlepšila adhezní pevnost a tepelná odolnost lepidla. Výrobky z hliníkovo-plastových kompozitních fólií mohou mít výkon, který vydrží vaření při vysoké teplotě.
Hlavní charakteristiky produktů třetí generace jsou následující: (1) Přijetí protikatalytického systému. (2) Snížení viskozity lepidla, zlepšení smáčecích vlastností lepidla na povrchu filmu a zvýšení účinnosti disperze povlaku. To nejen zlepšuje kvalitu lepicích kompozitních produktů bez rozpouštědel, ale také zvyšuje rychlost a efektivitu výroby.
Vývoj bezrozpouštědlových polyuretanových lepidel má téměř 30letou historii. Její produkty postupně dozrály a v kontextu zelené a nízkouhlíkové ekonomiky jsou bezrozpouštědlová lepidla oblíbená v Německu, Spojených státech, Japonsku a po celém světě. Ve vyspělých zemích, jako je Evropa a Spojené státy, se používání polyuretanových lepidel bez rozpouštědel zvýšilo z 10 % před 20 lety na více než polovinu dnes. Od představení prvního suchého kompozitního stroje bez rozpouštědel v Japonsku v roce 1977, za méně než 20 let, se vyvinulo téměř 100 kompozitních zařízení bez rozpouštědel.
Dvousložkový se týká použití prepolymerů zakončených isokyanátovými skupinami jako složky A a prepolymerů obsahujících hydroxylové skupiny zakončené hydroxylovými skupinami jako složky B. Podléhají reakcím tvorby urethanu, za vzniku urethanmethakrylátu, který lze považovat za první krok reakce. Nadměrné vysokomolekulární isokyanátové skupiny na řetězci reagují s vlhkostí za vzniku močoviny, což lze považovat za druhý krok reakce. Celá adhezivní polymerační reakce je velmi složitá, obecně považována za dvě výše uvedené reakce. To může pomoci a vést výrobu kompozitu. Mechanismus reakce je následující:
Dvousložkový reakční mechanismus bez rozpouštědel Jako průkopník na trhu bezrozpouštědlových polyuretanových lepidel HanGao vyniká nejen dnešní třetí generací univerzálních bezrozpouštědlových lepicích produktů, které splňují a překonávají požadavky trhu na vysokou rychlost, úsporu nákladů, nízkou spotřeba energie a nulové emise; ale také neustále inovuje a vyvíjí inteligentní rychle tuhnoucí lepidla bez rozpouštědel, která splňují mezinárodní předpisy pro bezpečnost potravin, jako je FDA, hybridní lepidla bez rozpouštědel s rychlostí chodu až 500 metrů za minutu a jednoduchá lepidla bez rozpouštědel pro nízkou viskozitní aplikace při pokojové teplotě. Tyto inovace poskytují řešení pro neustále se měnící trh lepidel bez rozpouštědel.
Vzhledem k neustálému zvyšování rychlosti laminovacích strojů, což ztěžuje přizpůsobení univerzálních lepidel rychlosti vytvrzování, díky výsledkům výzkumu HanGao a bohatým zkušenostem se objevila čtvrtá generace lepidel bez obsahu rozpouštědel vytvrzovaných ultrafialovým zářením. V současnosti používané kationtové vytvrzovací produkty jsou převážně kyselinou katalyzované epoxidové systémy. Při ultrafialovém ozařování se fotoiniciátor lepidla rozkládá a iniciuje polymeraci epoxidového segmentu za vzniku trojrozměrné zesíťované struktury epoxidové pryskyřice. S vhodným generátorem ultrafialového záření může toto lepidlo rychle laminovat polyesterové filmy a dosáhnout vysoké pevnosti spojení během minut až hodiny, což usnadňuje následné zpracování.
III. Charakteristika bezrozpouštědlového kompozitního zařízení
Kompozitní zařízení na bázi rozpouštědel a zařízení bez rozpouštědel se liší v několika aspektech. Na jedné straně se liší nátěrové systémy a systémy zásobování lepidlem bezrozpouštědlových kompozitních zařízení. Na druhé straně kompozitní zařízení bez rozpouštědel nemá sušicí dráhu, má kompaktní konstrukci, nízkou spotřebu energie, nízkou hlučnost a malé rozměry.
Struktura a schematický diagram kompozitního zařízení bez rozpouštědel: Ve srovnání s kompozitním zařízením na bázi rozpouštědla má kompozitní zařízení bez rozpouštědel následující výhody: (1) Žádná cesta sušení, nízká spotřeba energie. Kompozitní stroje na bázi rozpouštědla mají obecně instalovanou kapacitu sušící dráhy 150 až 250 kW s průměrnou roční spotřebou energie 500,{8}} až 700,{10}} RMB. Ani při sušení párou není spotřeba energie zanedbatelná. Celková spotřeba energie strojů bez rozpouštědel je nižší, bez cesty sušení. Podle informací poskytnutých společností Nordmeccanica v Itálii je spotřeba energie strojů bez rozpouštědel téměř jedna dvacetina spotřeby strojů na bázi rozpouštědel. (2) Vysoká rychlost laminace. Laminace bez rozpouštědel nevyžaduje sušení, eliminuje omezení zbytkového rozpouštědla, což má za následek vysokou efektivitu výroby s průměrnou rychlostí laminace 250 m/min. Maximálně může dosahovat 600 m/min a jeden laminovací stroj může splnit produkci dvou tiskových strojů. (3) Vysoký stupeň automatizace. Bezrozpouštědlové laminovací stroje využívají vyhrazené zařízení pro automatické podávání lepidla, automatickou kontrolu poměru složek A a B a automatickou regulaci teploty. Množství nátěru lze upravit online a zařízení je kompaktní, což šetří práci. Laboratoře Liofol mají bezrozpouštědlové laminovací stroje v průmyslovém měřítku pro testování materiálů v reálném světě a bezrozpouštědlových lepicích systémů, vyvíjejí optimální složení a přizpůsobená řešení pro různé oblasti použití.
IV. Klíčové body bezrozpouštědlového kompozitního procesu
Mezi běžně používané substráty pro bezrozpouštědlovou laminaci v současnosti patří BOPP, PET, OPA, VMCPP, VMPET, CPP, PE, hliníková fólie atd. Obecně lze říci, že tuhé a dobře nanášené materiály (PET, BOPP, OPA, VMPET, atd.) jsou umístěny v hlavní odvíjecí poloze, zatímco roztažitelné materiály (PE, CPP, VMCPP atd.) jsou umístěny v sekundární odvíjecí poloze. Toto však není pevně dané a lze jej flexibilně zvolit na základě skutečných výrobních podmínek. Například, když je tisková fólie laminována hliníkem pokoveným materiálem, pro zajištění kvality a efektivity výroby laminace lze hliníkové materiály umístit do hlavní odvíjecí polohy.
Mezi bezrozpouštědlová lepidla patří především jednosložková lepidla vytvrzující vlhkostí, dvousložková lepidla bez rozpouštědel nanášená za studena, dvousložková lepidla bez rozpouštědel s reverzním tepelným povlakem a lepidla vytvrzovaná UV zářením. Při výběru lepidla je třeba vzít v úvahu několik faktorů, jako je typ obsahu balení a typ použitého materiálu fólie. Pokud se tisková barva dostane do kontaktu s lepidlem, měla by být také zvážena jejich kompatibilita. Kromě toho mají na výběr lepidla významný vliv faktory, jako jsou požadavky na pevnost v odlupování a podmínky tepelného svařování.
Je také nezbytné zvážit dva problémy: za prvé, isokyanátové sloučeniny typu MDI budou postupně migrovat vnitřní fólií a reagovat s vlhkostí za vzniku polymočovinové tepelně svařitelné vrstvy, což ovlivní kvalitu tepelného zatavení obalových sáčků. Tento problém je pravděpodobnější při použití dvousložkových lepidel, zejména pokud je kvalita polyetylenové fólie špatná nebo pokud je výběr lepidla nesprávný. Za druhé, když se použijí fólie s vysokými hladinami kluzných činidel, migrace kluzných činidel do adhezivní vrstvy může vést k problémům, jako je špatná pevnost v odlupování, špatné tepelné utěsnění a zvýšený koeficient tření, což ovlivňuje provozuschopnost na výrobní lince obalů. Proto je při laminování takových fólií nezbytně nutné zvolit vhodné lepidlo.
V. Vyhlídky a výhled pro bezrozpouštědlová lepidla
Po desetiletích vývoje a aplikace se bezrozpouštědlové a bezrozpouštědlové kompozitní technologie staly zralými. Použití lepidel bez obsahu rozpouštědel na laminátové fólie může snížit spotřebu energie, zvýšit efektivitu výroby, zlepšit kvalitu produktů a snížit celkové výrobní náklady. Díky absenci rozpouštědel přispívají lamináty bez rozpouštědel k ochraně životního prostředí a čisté výrobě a zajišťují, že laminace potravinových a farmaceutických obalů je bez kontaminace.
S rostoucím důrazem na kvalitu kompozitních produktů, povědomí o bezpečnosti a hygieně potravin a posílení úspory energie a ochrany životního prostředí se očekává, že bezrozpouštědlové laminaci bude věnována větší pozornost odborníků v průmyslu kompozitních obalů. Úspěšný provoz stávajícího bezrozpouštědlového kompozitního zařízení v zemi, který funguje jako ukázka, urychlí transformaci odvětví flexibilních obalů z laminace na bázi rozpouštědel na laminaci bez rozpouštědel. S ochotou společností ve filmovém průmyslu porozumět, zkoumat a používat laminaci bez rozpouštědel, ve spojení s podporou politik úspory energie a snižování emisí v potravinářském a farmaceutickém průmyslu, se očekává, že laminace bez rozpouštědel zažije prudký rozvoj. , která se stala hlavní metodou laminace ve filmovém průmyslu v Číně.