复合包装用聚氨酯胶黏剂现状与发展趋势

复合软包装材料是由两种或两种以上不同性能的基材 （膜），通过胶黏剂紧密地黏合起来的复合材料。目前，我国在复合软包装材料中使用最多、性能最好的胶黏剂，是溶剂型双组分聚氨酯胶黏剂。这种类型的胶黏剂在国外已有五六十年的应用历史，而在我国只有二十五六年的应用 历史，是自上个世纪80 年代初从国外进口来制造复合软 包装材料的。1981年，上海的研究成果通过了国家级的技 术鉴定，并在1984 年实现了工业化生产。经过20 多年的发展，目前我国已有几百家企业生产这种产品，年生产能力达10 万吨左右，去年的实际产量约三万五六千吨。提供的产品既有普通型的，又有功能性的；既有耐低温的，也有耐135℃高温的；既有食品、药品包装用的，也有抗液体农药腐蚀的；既有芳香族的，也有脂肪族的；既有溶剂型的，也有无溶剂的；既有酯溶性的，也有醇溶性的。 总的来说，别的国家有的，我们都有。 　　以下具体分析一下复合包装用聚氨酯胶黏剂在我国的应用历史、现状及其发展趋势。 发展现状 p; 我国复合软包装材料的发展起步比国外晚。上个世纪70年代后半期，上海开始研究用挤出复合和干式复合方法制造食品包装的复合材料。1982 年，上海、大连、无锡率先从日本引进比较先进的大型软包装生产设备，从凹版印刷机、干式复合机、挤出复合机、分切机到制袋机和检测设备，形成了完整的生产体系，同时也开始使用进口的铝箔、聚酯薄膜、聚丙烯、油墨和胶黏剂。 　　1984年底，我国利用1981年通过国家鉴定的技术，建成了第一个生产食品包装用的溶剂型双组分聚氨酯胶黏剂的工厂，使人们看到了胶黏剂国产化的前景，从此在短短的二三年内，迅速发展起十几家胶黏剂生产企业，而且规 模也较大，年产量均在200～500 吨。 　　到了上个世纪90年代初，我国包装工业突飞猛进，进口的软包装生产线如雨后春笋般在各地出现。在巨大的市场诱惑下，胶黏剂的生产厂也迅猛发展。据最近统计，全国已有约300家企业生产干式复合胶黏剂，年生产能力约 10 万吨。双组分聚氨酯胶黏剂国产化20 多年来，不仅生产厂家多，产品型号品种也丰富了起来，某些品牌的产品质量已达到国际水平。近年来，在国内市场的总消耗量中，国产产品已占到85% 以上。 　　为了占领中国市场，许多国外企业纷纷在中国投资建 厂。日本武田药品公司在苏州的生产工厂已经投入生产，向中国市场提供普通型低价位的胶黏剂。美国罗门哈斯公司也已在上海设厂，在收购了莫顿公司以后，除了大力推广水性胶黏剂外，也销售溶剂型胶黏剂。汉高公司在上海 的工厂已投产UK2860 型聚氨酯复合用胶黏剂。 　　在国产胶黏剂中，上海、北京的研究开发和产品质量 一直走在前头。从历史上看，从开发普通型胶黏剂到抗酸辣、耐介质胶黏剂，从常温使用的胶黏剂到耐煮沸直至耐高温蒸煮胶黏剂，从一般性胶黏剂到功能性胶黏剂，从溶剂型胶黏剂到无溶剂胶黏剂，从芳香族胶黏剂到脂肪族聚 氨酯胶黏剂，再到适应某些液体乳油农药包装的抗腐蚀性胶黏剂，从非阻燃胶黏剂到全阻燃胶黏剂，上海的科技人员都起到了开创领先的重要作用，产品质量也处于先进行列，用上海技术生产的产品，不仅可以代替进口，而且还 得到了国外用户的认可，上世纪90 年代初就实现了国产 聚氨酯胶黏剂的出口。 　　现在，上海、北京、浙江、江苏、广东等地都能提供 各种性能、满足各种包装要求的复合食品包装材料用聚氨酯胶黏剂，其中上海烈银化工公司能生产同时具有耐高温、抗介质侵蚀性能的LY-50A/LY-50AH 胶黏剂和LY-103A/LY-103B 功能性镀铝膜复合胶黏剂，以及可用于含 铝箔结构又耐121～135℃高温蒸煮的LY-9850R/LY-9875R、LY-135A/LY-135B 型胶黏剂和符合美国FDA 规范的耐121～124℃高温蒸煮的LY-9850F/LY-9875F型脂肪 族聚氨酯胶黏剂，还有LY-50VR 和LY-50VN 型液体乳油农药包装的胶黏剂，而且还在2001 年研制成功了快固化 且不增加复合膜的摩擦系数的LY-75FT/LY-75FTH 胶黏剂，在缩短固化时间、降低摩擦系数而保持良好开口性这 两个方面，与进口同类产品相比毫不逊色。北京化工研究院有UK2850/UK5000塑/塑复合耐121℃、30分钟蒸煮的胶黏剂和UK8150/UK7330无溶剂胶黏剂，广东中山康和公司有镀铝膜专用胶黏剂KH-VM80，深圳的欧美科公司有 ECO501A/B和ECO751A/B 醇溶性胶黏剂，北京高盟化工 有耐高温蒸煮胶黏剂等。 　　发展趋势 　　复合软包装用胶黏剂的发展趋势有以下6个方向。 1.向高固体含量、低黏度胶黏剂方向发展 　　最早的双组分聚氨酯胶黏剂，其主剂的固体含量是 35% 或50%，现在已提高到75%或80%，欧洲地区已提高到88%，几乎接近无溶剂了！固化剂的固体含量也由原 来的60%、75% 提高到80% 左右。这主要是为了减少溶剂的排放量和降低生产成本。 　　过去，由于设备和工艺的关系，要求胶黏剂具备极好 的初黏力，以保证在当时的设备和工艺条件下复合物不产生皱折、“隧道”的缺陷，所以胶黏剂的分子量很高，黏度很大，而在复合时操作溶液的浓度要较低，（大多在20%～30%），以保证得到预先设定的上胶量和均匀的涂胶效果，以及复合产品的质量。很明显，这种低浓度含量的涂胶，必然导致大量的溶剂挥发到大气中去，例如，操作溶液的浓度为20%，上胶量为3.5g/m2，那么，涂在每平方米基膜上的胶黏剂重量便是3.5/0.20＝17.5(g)，干燥时每平方米有14g溶剂变成气体排放到空气中，只剩下3.5g 干基胶黏剂。这种情况会导致两个大问题。 　　第一，大量有机溶剂（具体是醋酸乙酯）排放到大气 中，对空气造成污染。这在越来越崇尚保护环境、 防止污 染的潮流下，显然是不行的。 　　第二，在涂胶过程中，溶剂的作用只是帮助胶料方 便、均匀地转移到被涂胶的基材表面上去，一旦这个使命完成，就要全部离开，以便在干态下进行复合。很明显，溶剂对黏结力的高低不起什么作用。如果不考虑它前面所讲的作用，仅从黏结效果和剥离力高低的角度来说，它简 直是多余的。像上面所讲的操作溶液浓度为20%，涂胶量 要求是3.5g/m2时，每平方米消耗的醋酸乙酯竟达14g， 按现在每千克9 元的价格计算，每平方米消耗醋酸乙酯的 成本为0.126 元。这0.126元是跑到空气中去“浪费”掉 的。高固体含量、低黏度胶黏剂可以配成较高浓度的操作 溶液而仍保持预计的涂胶量并达到均匀的转移，可以在40%～45% 的浓度下进行操作。还是以上胶量为3.5g/m2 为例，如果把操作溶液的浓度提高到45%，这时，涂在每平方米基膜上的胶黏剂重量应是3.5/0.45=7.78(g)，干 燥后挥发到空气中的醋酸乙酯只有4.28g/m2，比前面的14g/m2，少了9.72g/m2，每平方米所消耗醋酸乙酯的成 本只有0.03852元，比前面的0.126元节约了0.08748元，若再加上赶走9.72g醋酸乙酯消耗的热能成本，节约下来的成本就更多了。 　　由此可见，这两个原因正是发展高固体含量、低黏度 胶黏剂的原动力。但是，有一个问题必须引起注意，那就是固体含量提高、黏度降低了以后，胶黏剂的初黏力不应降低。作为胶黏剂生产者，就不能用简单的降低分子量的办法去提高固体含量、维持较低的胶黏剂黏度，而应该从 分子结构上去考虑，以生产出具有较高初黏力的高固体含量、低黏度产品来。据我们的经验，初黏力（剥离强度）在1.0N/15mm 以下时，复合物极易产生皱纹、“隧道”等故障；初黏力在1.0～1.8N/15mm，则故障有可能产生； 当初黏力大于1.8N/15mm 时，就不会产生皱纹、“隧道” 等故障。 　　2.向水溶性或水分散性胶黏剂方向发展 　　这类胶黏剂有两种：一种是水性聚氨酯胶黏剂，另一 种是水性聚丙烯酸酯胶黏剂。 　　它们的优点是以水代替有机溶剂，不存在燃烧爆炸的 潜在危险，也不会对环境造成污染和对操作人员产生刺激或毒害，而且溶剂成本低。但是，至今为止，这种胶黏剂的性能还较差，胶黏剂对被涂胶要黏合的基材的浸润性不佳，导致黏结力不高。另外水的热容量大，要烘干它就要 消耗更多的能量，同样烘干一个克分子量的物质，水要比 有机溶剂多消耗20%～30%的能量，生产速度高不了，成 本也就高了。此外，水蒸气对钢铁会造成严重锈蚀，导致设备的性能变差，甚至报废。这些都是影响到它被广泛采用的因素。 　　 　　重要的一点，就是水性聚氨酯胶黏剂卫生性能较 差，到目前为止仍未得到FDA 的批准。目前实际推广使用的是聚丙烯酸酯型的水性胶黏剂。 　　3.向醇溶性聚氨酯胶黏剂方向发展 　　以往的溶剂型干法复合用聚氨酯胶黏剂，都是以醋酸 乙酯为介质的溶剂型胶黏剂。醋酸乙酯对人的刺激性比酒精要大，成本要高。近10年来，人们对生产环境和产品成 本的关注，以及整个人类对地球大气环境保护意识的逐步提高，都希望不用或少用成本高、有刺激、有毒性的有机溶剂。于是以酒精代替其他有机溶剂的醇溶性聚氨酯胶黏剂应运而生，例如原美国莫顿公司推出的LamaI HSA/ LamaI C 型双组分聚氨酯胶黏剂，就是用变性酒精/ 正己烷为溶剂的，可用异丙醇、变性甲醇或乙醇来稀释。据该公司资料介绍，此胶黏剂有6 个月的储存期 ，对玻璃纸、聚酯、尼龙、铝箔、镀铝膜及PVDC 涂复膜有良好的附着力，而对聚乙烯、聚丙烯膜是否适用却未提到。 　　深圳的欧美科公司在二三年前就向市场推出了醇溶性 的ECO501A/B 型和ECO701A/B 型聚氨酯胶黏剂，各地也有厂家应用。浙江新东方和北京化工研究院也在近期推出了这类产品。 　　醇溶性聚氨酯胶黏剂的优点是适应醇溶性复合油墨的 要求，也不受大气湿气的影响。因为醇溶性油墨印刷后的残留溶剂是醇，醇要破坏酯溶性聚氨酯胶黏剂中固化剂的性能，如果油墨层中的残留溶剂量大了，就会造成剥离强度降低的不良后果，而用醇溶性聚氨酯胶黏剂去复合，就 可克服这一缺点。近年来，关于醋酸乙酯和酒精对人体健康和对环境友 好性方面的孰优孰劣，存在着争议，对醇溶性聚氨酯胶黏剂的毒理学安全性评价结论也未见报<