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水性聚氨酯胶黏剂的应用及常见问题探讨
2020/4/5
一、 复合热辊温度不够
热辊的作用是让干燥但尚未固化的胶熔化、流动，去润湿第二放卷的基材。如果温度不够则剥离强下降，还拌随出现气泡、白点。冬季我国大部分区域受寒流影响，东北和西北地区的很多软包装彩印厂复合后出现一种奇怪的气泡:从熟化室取出的复合膜卷，外层十几圈出现很大的气泡，严重的还有“隧道”。
这些气泡导致成品率大幅下降，工厂难以接受，需要紧急处理。实地考察时看到，复合膜刚下机时没有气泡，但共同的特点是初粘低。同样的工艺，除了严寒的气候外平时很正常，归纳后发现凡发生上述弊病的复合机都没有第二放卷预热辊系统，这就找到了原因。
根本原因是胶初黏力低造成，但胶的初黏力还要由工艺来决定。我们知道不同种类的胶初黏力有区别，胶的分子量大小决定了初黏力的高低，所以水性聚氨酯胶黏剂要在固含量一致的条件下比较初粘力，而不能拿 30%固含量的胶与35%的作比较。现在普通胶中35%固含量的胶是主流产品，采用合理的工艺可以得到所需的初黏力，复合热辊设定合适的温度就行。但如果第二放卷没有预热辊，而聚乙烯、聚丙烯膜使用时才从仓库送来，有的膜卷温度只有 1℃左右，热辊热量复合时被第二基材大量带走，造成复合热辊中段温度下降，已干燥的胶不能被充分热熔，初黏力就低。虽然放进熟化室后过段时间能恢复应有的初黏力，但外层几圈乃至十几圈不能被很好地裹紧固定，产生了白点、气泡。
国产复合机的热辊系统有两种，一种是电加热的，但温度探测头都被放置在热辊边缘而非复合膜经过的部位，所以测得的温度不是我们所关注的热辊中段实际温度。另一种油加热系统干脆把测温仪放在导热油箱内，所测的温度与热辊温度无关。实测某油加热系统，温度显示(油箱温度)70℃，复合热辊边缘温度 50℃，热辊中段 30℃，我们不能被显示温度所迷惑。同样的热辊设定温度，复合机运转速度不同时热辊中段温度有区别，因此降低复合速度也能解决问题。
彻底解决热辊温度低的弊病可以在第二放卷后加装预热辊或其他预热装置，虽费时费钱效果却最好。提高复合热辊温度也是可行的方法，但某些油热系统油箱的最高升温也就是 70℃左右，温度是够的，只是传递不到热辊，应考虑增加导热油的流量；对采用电加热方式的热辊系统最好把温度探测头向热辊中间移动，可以控制热辊复膜部分的温度。最简易的方法是降低复合速度；车间温度能保持在 10℃以上的可以考虑把第二复合基材预先存放在车间。
二、 包装内容物侵蚀
农药类是侵蚀性最强的内容物，大家也很注意，这里就不涉及了。化妆品、食品尤其是腌制品中的有机酸会与铝箔袋中的铝层反应，引起剥离强度下降甚至脱层。建议加强热封内层薄膜的阻隔性。
三、 胶与油墨相容性不好
整体上看水性聚氨酯胶黏剂与氯化 PP 油墨、聚酰胺、聚氨酯油墨相容性是好的。但由于各厂油墨的配方有差异，各色油墨的连接料配比也有变化，所以还要分别考察。比如同一类白墨，表面张力会不一样。
四、 涂布量不够
涂布量不够不但会产生气泡，也能使剥离强度下降。但涂布量太大会使油墨从印刷基材上脱落，转移。
五、 镀铝膜转移造成剥离强度低
镀铝层转移机理的讨论进行了很长时间，也是大家感到很迷惑的课题，对这个问题我只能多讲一些。
六、对早期有关镀铝转移机理的评价
镀铝复合膜的镀铝层转移现象大家讨论了好几年了，对镀铝层转移机理也作了些阐述，本文先归纳一下有关的论点:
1.“分子量小的粘合剂 分子间活动能力强，容易浸蚀镀铝层而破坏铝层。”
2.“(胶黏剂)涂布量大，完全固化时间就长，粘合分子就有足够的活动能力，破坏镀铝层。”
3.“在质量较好的镀铝膜上均匀分布着 250 多万个直径 0.1mm 的“针孔”，或者是更多的直径小于 0.1mm 的‘针孔’ 研发镀铝专用胶水的目标是:让分子量较小、分子量分布较窄的胶水分子在尚未发生交联的情况下，在一定的温度和压力作用下，穿过上述的‘针孔’，与镀铝基材直接接触，经过熟化与镀铝基材‘松散地’粘合在一起。”
4.“不要选用分子量大、分子量分布不均匀且溶剂释放性差的粘合剂，因为溶剂本身渗透能力强，破坏涂层(指镀铝层)，还会影响粘接强度。同时，分子量大的粘合剂在生产过程中，其分子量也必然不均匀。(稀释溶剂纯度不高影响镀铝层也是同样道理。)”
姑且不论镀铝膜上是否存在“针孔”，前 3 条论述的共同点是认为胶黏剂的小分子会透过镀铝层而到达镀铝基材表面。至于结果如何，有的解释为“与镀铝基材‘松散地’粘合在一起”；有的认为“浸蚀”或“破坏”了镀铝层。总之，他们认为胶黏剂小分子的渗透是导致镀铝层转移的因素之一，至于是如何破坏的语焉不详。第4 条认为溶剂渗透镀铝层也会造成镀铝转移。这种渗透理论进一步演变成油墨附着力添加说，概略内容为:在油墨层上涂胶后，胶黏剂渗透至油墨与基材的结合部，加强了油墨对基材的附着力，如果油墨的附着力差说明胶黏剂的质量有问题云石。
大量实验证明，粘合剂小分子能渗透过镀铝层的说法不能成立，所以渗透后的结果是“破坏”了镀铝层还是“提高了复合强度”都无从谈起。不要说是胶黏剂小分子，即使是醋酸乙酯分子短时间内也不能渗透镀铝层。
有人作过如下实验:将 VMPET(聚酯镀铝膜)及 VMCPP(聚丙烯镀铝膜)放入醋酸乙酯中浸泡，然后用压敏胶带测试镀铝层的附着力。5 小时后 VMPET 的镀铝层尚未发生脱落，而 VMCPP 的镀铝层却被部分剥离。再把醋酸乙酯浸泡液升温至 50℃±2℃，VMPET 浸泡 3.5 小时后镀铝层就发生部分脱落；VMCPP 浸泡 2 小时后，压敏测试胶带把部分镀铝层剥离下来了。此实验并不能证明醋酸乙酯是从镀铝层侵入，倒很可能是从 CPP 或 PET 层渗透，因为醋酸乙酯温度升高使转移提前发生的实验结果，符合塑料薄膜阻隔性规律。到底是镀铝层还是塑料薄膜层发生渗透现象目前不必下结论，起码实验证明了在短暂的涂胶、干燥过程中(整个工艺过程不超过 1 分钟)，溶剂渗透镀铝层的可能微乎其微。而胶黏剂分子远大于醋酸乙酯，渗透更不可能。
温度对镀铝层转移的影响也是大家关注的热点。有的提倡高温短时间熟化:如“镀铝膜复合产品原则上应提高熟化温度，采用高温短时的熟化方式，一般熟化温度在 50℃左右，切勿低温长时间熟化。”然而生产实践却不支持这种观点，有条件的厂家通行做法是将熟化室分成高温及低温室，低温熟化室就用于镀铝复合膜的熟化。
温度到底对镀铝膜产生了什么作用?还是举上述实验的继续来分析:150mm宽的VMCPP在不同温度及施加 1kgf 恒定张力的条件下，经受不同时间的拉伸后除去张力，冷却至室温后用压敏胶带测试的结果(见表 1)。以同样的条件拉伸 VMPET，结果是镀铝层的转移较轻微。
这个实验说明 VMCPP 膜的 CPP 基材受热温度越高，拉伸伸长率越大；拉伸时间越长 CPP 膜蠕变越大。正因为 CPP 基材的弹性模量小拉伸变形大，而镀铝层又没有延伸性，造成镀铝层的转移。以同样条件拉伸 VMPET 膜，由于 PET 基材拉伸变形小，镀铝层转移也少。这个实验结果可以帮助我们优化熟化条件:
(1)在不影响下道工序操作的前提下，降低熟化温度，减少镀铝复合膜在熟化室的熟化时间。
(2)不同基材的镀铝复合膜，熟化条件可以有所变化。原则上弹性模量大的复合膜可以延长熟化时间。
七、内应力的作用
用普通胶复合 PET/VMCPP，剥离强度 0.2N～0.5N，镀铝完全或大部分转移；复合结构改成PET/VM-PET，剥离强度1.6N～1.8N，镀铝只有少量转移。PET/VMBOPP 也达到 1.2N～1.4N。说明基材熟化后收缩率相似的复合膜剥离强度高。
我们举 PET/VMPET/PE 结构作例子:一般在 PET 印刷面涂胶与 VM-PET 的镀铝面复合，然后放进熟化室，熟化后的镀铝层没有转移迹象。再用上述复合膜涂胶复合 PE 膜，却发现 VMPET 的镀铝层转移至印刷面上，这是大多数彩印厂面临的难题。为此彩印厂没少动脑筋，有的尝试 PET 与 VMPET 复合后不经熟化就复合 PE 膜，还是发生镀铝层转移。说是小分子“浸蚀”或“破坏”又太牵强，因为第一次 PET 与 VMPET 复合时剥离强度很好，镀铝层不转移，而第二次复合 PE 膜后，第一次复合的镀铝层才发生转移现象。对这种镀铝转移现象产生的原因，人们作了种种猜测，如薄膜、胶层的性质，烘道温度、熟化时间、张力控制等条件（见图1）。
热辊的作用是让干燥但尚未固化的胶熔化、流动，去润湿第二放卷的基材。如果温度不够则剥离强下降，还拌随出现气泡、白点。冬季我国大部分区域受寒流影响，东北和西北地区的很多软包装彩印厂复合后出现一种奇怪的气泡:从熟化室取出的复合膜卷，外层十几圈出现很大的气泡，严重的还有“隧道”。
这些气泡导致成品率大幅下降，工厂难以接受，需要紧急处理。实地考察时看到，复合膜刚下机时没有气泡，但共同的特点是初粘低。同样的工艺，除了严寒的气候外平时很正常，归纳后发现凡发生上述弊病的复合机都没有第二放卷预热辊系统，这就找到了原因。
根本原因是胶初黏力低造成，但胶的初黏力还要由工艺来决定。我们知道不同种类的胶初黏力有区别，胶的分子量大小决定了初黏力的高低，所以水性聚氨酯胶黏剂要在固含量一致的条件下比较初粘力，而不能拿 30%固含量的胶与35%的作比较。现在普通胶中35%固含量的胶是主流产品，采用合理的工艺可以得到所需的初黏力，复合热辊设定合适的温度就行。但如果第二放卷没有预热辊，而聚乙烯、聚丙烯膜使用时才从仓库送来，有的膜卷温度只有 1℃左右，热辊热量复合时被第二基材大量带走，造成复合热辊中段温度下降，已干燥的胶不能被充分热熔，初黏力就低。虽然放进熟化室后过段时间能恢复应有的初黏力，但外层几圈乃至十几圈不能被很好地裹紧固定，产生了白点、气泡。
国产复合机的热辊系统有两种，一种是电加热的，但温度探测头都被放置在热辊边缘而非复合膜经过的部位，所以测得的温度不是我们所关注的热辊中段实际温度。另一种油加热系统干脆把测温仪放在导热油箱内，所测的温度与热辊温度无关。实测某油加热系统，温度显示(油箱温度)70℃，复合热辊边缘温度 50℃，热辊中段 30℃，我们不能被显示温度所迷惑。同样的热辊设定温度，复合机运转速度不同时热辊中段温度有区别，因此降低复合速度也能解决问题。
彻底解决热辊温度低的弊病可以在第二放卷后加装预热辊或其他预热装置，虽费时费钱效果却最好。提高复合热辊温度也是可行的方法，但某些油热系统油箱的最高升温也就是 70℃左右，温度是够的，只是传递不到热辊，应考虑增加导热油的流量；对采用电加热方式的热辊系统最好把温度探测头向热辊中间移动，可以控制热辊复膜部分的温度。最简易的方法是降低复合速度；车间温度能保持在 10℃以上的可以考虑把第二复合基材预先存放在车间。
二、 包装内容物侵蚀
农药类是侵蚀性最强的内容物，大家也很注意，这里就不涉及了。化妆品、食品尤其是腌制品中的有机酸会与铝箔袋中的铝层反应，引起剥离强度下降甚至脱层。建议加强热封内层薄膜的阻隔性。
三、 胶与油墨相容性不好
整体上看水性聚氨酯胶黏剂与氯化 PP 油墨、聚酰胺、聚氨酯油墨相容性是好的。但由于各厂油墨的配方有差异，各色油墨的连接料配比也有变化，所以还要分别考察。比如同一类白墨，表面张力会不一样。
四、 涂布量不够
涂布量不够不但会产生气泡，也能使剥离强度下降。但涂布量太大会使油墨从印刷基材上脱落，转移。
五、 镀铝膜转移造成剥离强度低
镀铝层转移机理的讨论进行了很长时间，也是大家感到很迷惑的课题，对这个问题我只能多讲一些。
六、对早期有关镀铝转移机理的评价
镀铝复合膜的镀铝层转移现象大家讨论了好几年了，对镀铝层转移机理也作了些阐述，本文先归纳一下有关的论点:
1.“分子量小的粘合剂 分子间活动能力强，容易浸蚀镀铝层而破坏铝层。”
2.“(胶黏剂)涂布量大，完全固化时间就长，粘合分子就有足够的活动能力，破坏镀铝层。”
3.“在质量较好的镀铝膜上均匀分布着 250 多万个直径 0.1mm 的“针孔”，或者是更多的直径小于 0.1mm 的‘针孔’ 研发镀铝专用胶水的目标是:让分子量较小、分子量分布较窄的胶水分子在尚未发生交联的情况下，在一定的温度和压力作用下，穿过上述的‘针孔’，与镀铝基材直接接触，经过熟化与镀铝基材‘松散地’粘合在一起。”
4.“不要选用分子量大、分子量分布不均匀且溶剂释放性差的粘合剂，因为溶剂本身渗透能力强，破坏涂层(指镀铝层)，还会影响粘接强度。同时，分子量大的粘合剂在生产过程中，其分子量也必然不均匀。(稀释溶剂纯度不高影响镀铝层也是同样道理。)”
姑且不论镀铝膜上是否存在“针孔”，前 3 条论述的共同点是认为胶黏剂的小分子会透过镀铝层而到达镀铝基材表面。至于结果如何，有的解释为“与镀铝基材‘松散地’粘合在一起”；有的认为“浸蚀”或“破坏”了镀铝层。总之，他们认为胶黏剂小分子的渗透是导致镀铝层转移的因素之一，至于是如何破坏的语焉不详。第4 条认为溶剂渗透镀铝层也会造成镀铝转移。这种渗透理论进一步演变成油墨附着力添加说，概略内容为:在油墨层上涂胶后，胶黏剂渗透至油墨与基材的结合部，加强了油墨对基材的附着力，如果油墨的附着力差说明胶黏剂的质量有问题云石。
大量实验证明，粘合剂小分子能渗透过镀铝层的说法不能成立，所以渗透后的结果是“破坏”了镀铝层还是“提高了复合强度”都无从谈起。不要说是胶黏剂小分子，即使是醋酸乙酯分子短时间内也不能渗透镀铝层。
有人作过如下实验:将 VMPET(聚酯镀铝膜)及 VMCPP(聚丙烯镀铝膜)放入醋酸乙酯中浸泡，然后用压敏胶带测试镀铝层的附着力。5 小时后 VMPET 的镀铝层尚未发生脱落，而 VMCPP 的镀铝层却被部分剥离。再把醋酸乙酯浸泡液升温至 50℃±2℃，VMPET 浸泡 3.5 小时后镀铝层就发生部分脱落；VMCPP 浸泡 2 小时后，压敏测试胶带把部分镀铝层剥离下来了。此实验并不能证明醋酸乙酯是从镀铝层侵入，倒很可能是从 CPP 或 PET 层渗透，因为醋酸乙酯温度升高使转移提前发生的实验结果，符合塑料薄膜阻隔性规律。到底是镀铝层还是塑料薄膜层发生渗透现象目前不必下结论，起码实验证明了在短暂的涂胶、干燥过程中(整个工艺过程不超过 1 分钟)，溶剂渗透镀铝层的可能微乎其微。而胶黏剂分子远大于醋酸乙酯，渗透更不可能。
温度对镀铝层转移的影响也是大家关注的热点。有的提倡高温短时间熟化:如“镀铝膜复合产品原则上应提高熟化温度，采用高温短时的熟化方式，一般熟化温度在 50℃左右，切勿低温长时间熟化。”然而生产实践却不支持这种观点，有条件的厂家通行做法是将熟化室分成高温及低温室，低温熟化室就用于镀铝复合膜的熟化。
温度到底对镀铝膜产生了什么作用?还是举上述实验的继续来分析:150mm宽的VMCPP在不同温度及施加 1kgf 恒定张力的条件下，经受不同时间的拉伸后除去张力，冷却至室温后用压敏胶带测试的结果(见表 1)。以同样的条件拉伸 VMPET，结果是镀铝层的转移较轻微。
这个实验说明 VMCPP 膜的 CPP 基材受热温度越高，拉伸伸长率越大；拉伸时间越长 CPP 膜蠕变越大。正因为 CPP 基材的弹性模量小拉伸变形大，而镀铝层又没有延伸性，造成镀铝层的转移。以同样条件拉伸 VMPET 膜，由于 PET 基材拉伸变形小，镀铝层转移也少。这个实验结果可以帮助我们优化熟化条件:
(1)在不影响下道工序操作的前提下，降低熟化温度，减少镀铝复合膜在熟化室的熟化时间。
(2)不同基材的镀铝复合膜，熟化条件可以有所变化。原则上弹性模量大的复合膜可以延长熟化时间。
七、内应力的作用
用普通胶复合 PET/VMCPP，剥离强度 0.2N～0.5N，镀铝完全或大部分转移；复合结构改成PET/VM-PET，剥离强度1.6N～1.8N，镀铝只有少量转移。PET/VMBOPP 也达到 1.2N～1.4N。说明基材熟化后收缩率相似的复合膜剥离强度高。
我们举 PET/VMPET/PE 结构作例子:一般在 PET 印刷面涂胶与 VM-PET 的镀铝面复合，然后放进熟化室，熟化后的镀铝层没有转移迹象。再用上述复合膜涂胶复合 PE 膜，却发现 VMPET 的镀铝层转移至印刷面上，这是大多数彩印厂面临的难题。为此彩印厂没少动脑筋，有的尝试 PET 与 VMPET 复合后不经熟化就复合 PE 膜，还是发生镀铝层转移。说是小分子“浸蚀”或“破坏”又太牵强，因为第一次 PET 与 VMPET 复合时剥离强度很好，镀铝层不转移，而第二次复合 PE 膜后，第一次复合的镀铝层才发生转移现象。对这种镀铝转移现象产生的原因，人们作了种种猜测，如薄膜、胶层的性质，烘道温度、熟化时间、张力控制等条件（见图1）。
拿一张已经发生镀铝转移的 PET/VMPET/PE 复合膜裁成条状，我们先把 PE 膜剥离掉，然后再测试镀铝复合层的剥离强度，却发现剥离强度能符合要求；镀铝层也不再转移了(见图2)。
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