高温蒸煮袋,凹印机的特点带来的缺陷

by admin on 2019年12月23日

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[摘要]着重分析了目前普遍存在的高温蒸煮袋破袋的原因,重点探讨了原材料、胶粘剂、复合工艺参数、制袋工艺参数的影响,提出一些控制破袋不良现象出现的建议方法,为提高产品质量,对生产工艺的改进提供参考。

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凹印以印刷精美、墨色厚实、印版耐印率高著称,凹印产品涵盖出版印刷、包装印刷甚至人民币、邮票等有价票券印刷等领域。
本文是一位行业资深人士根据自身经验,针对轮转凹印,详细分析其印刷特点带来成本消耗问题。

关键词:高温蒸煮袋;破袋;软塑包装

在薄膜类材料的标签印刷过程中,很容易出现面层印刷掉墨的问题,很大程度上影响到印刷品的质量,甚至延误交货日期。
本文尝试从日常印刷的经验中,总结并列举常见的油墨掉墨的原因和改进方法,供业内人士共同探讨,以求找出最佳解决方案。

凹印机的特点带来的缺陷

高温蒸煮袋又叫软罐头,用于食品包装并能承受高温蒸煮、加热、杀菌的复合薄膜袋。
由于它在抽真空的条件下充填或灌装食品后进行高温蒸煮杀菌,杀菌后的食品可以在常温下长期保存。
食用时,既可冷食又可热食,能在3分钟以内加热食用,使用方便,且废弃物容易处理,空间占据小,因此很受人们的欢迎。
但容易破袋,特别是灌装果汁之类的酸性液体进行高温蒸煮杀菌时,破袋的情况屡有发生,是各厂家最为棘手的问题。
通过对高温蒸煮袋破袋原因进行调查、实验、分析,提出了一些解决问题的办法。

常规薄膜分为带涂层和不带涂层二种,而薄膜涂层缺陷导致油墨掉墨的原因也就相应分为两种情况:对于带涂层的薄膜材料,如果表面涂层牢固度差,会造成油墨附着力差;而无涂层薄膜材料往往因为面层与油墨结合牢度不好,造成油墨掉墨。

凹印在成品率方面同其他印刷方式相比有着明显的不足。
同样为轮转方式的薄膜印刷,机组式凹印机的损耗为6%~7%,而卫星式柔印机的损耗仅为1%~2%,差异之大令人震惊。
即使同为机组式轮转印刷方式,由于纸路长短的关系,凹印机比柔印机的损耗也要高许多,仅换卷一项而言,虽然都需要2~3个纸路的损耗,但由于凹印机的纸路明显比柔印机的纸路要长,所以损耗就要高出不少。
这还不包括由于凹印的印刷压力是各种印刷方式中最大的,因此凹印机各色组在机械同步速度上的损失也是最大的,由此造成凹印在套印不准上存在大量损失;同时,也不包括凹印由于上墨方式的影响,刀丝只能暂时解决但无法永远消除而造成的质量损耗。

1、高温蒸煮袋的生产工艺流程

针对涂层缺陷导致的油墨掉墨,可以通过以下方式来解决:采取面层上光油印刷处理,保护油墨表层,起到防止掉墨的作用;面层采用电晕再处理,材料表面电晕达因值应不低于38,达因值低于36则会直接影响到印刷油墨牢固度;面层打底涂或使用油墨附着力强的增强剂,也可以提高膜类面层的着墨力;某些亚面合成纸材料由于表面涂层具有一定纸张涂层的特性,所以不适合用3M胶带检测。

实例:凹印软包装企业损耗数据

软塑包装多采用凹版印刷和干式复合,以下仅就此工艺进行分析说明。
其生产工艺流程为:

对于印刷表面为电晕处理的薄膜材料,要达到良好的油墨润湿,达因值通常需要38以上,低于就容易出现掉墨问题;同时,这种材料的达因值会随时间而逐渐消退,出现印刷掉墨问题。
这一问题的实质是张力问题。

一家2007年销售额超过4亿元的上市凹印软包装企业对其生产的OPP标签的损耗进行分类统计,不计印刷时的边丝,损耗为5.4%。
该类标签产品在珠光膜上表印,印刷完成后分切成卷就可出货,因此这5.4%的损耗主要就是换卷损耗和印刷品在套准误差、刀丝等印刷质量问题上的损耗。

原料准备——印刷——复合——熟化——分切——制袋

对于这种情况导致的掉墨,有以下几种解决方案:用有联机电晕功能的卫星轮转机,进行联机电晕处理来提高膜类材料表面能;采取间歇印刷机可以进行表面打底涂处理,用以提高表面印刷附着力;当达因值出现消退时,印刷时需要用电晕加以处理,但达因值的大小并不能完全代表油墨与面材之间的附着力,一般达因值的消退周期为3~6个月,所以建议尽量减少库存原料的长期存放。

另一家年销售额近6000万元的凹印软包装企业的损耗数据:印刷工序的损耗要求为6%,复合工序为1.2%,分切工序为0.3%,制袋工序为2%。
这是公司管理层下达的指标,实际上印刷工序的损耗还无法完全达到要求。
尽管各凹印企业在管理上有所差异,但在印刷工序的质量损耗上大致是相同的。
经过10多年的攻关,凹印工艺6%~7%的损耗似乎已降到了极点,难以再降下去了,凹印成品率的提升存在瓶颈。

2、高温蒸煮包装袋的质量特性

最后,推荐使用附着力更高型号的油墨,建议向油墨供应商咨询。

凹印固有特点带来的故障难以消除

a、有良好的耐热性,耐蒸煮性,蒸煮后尺寸稳定,对强度的影响小,根据蒸煮袋的杀菌温度,可分为高温蒸煮袋,低温蒸煮袋,超高温蒸煮袋(杀菌条件:145℃,几秒钟至几分钟)。
同时耐寒性好,热封性要好,热封强度要高,热封的尺寸稳定性好,不会因热封而收缩,即便污染,仍有良好的热封强度。

问题三:油墨干燥及张力

为了提高成品率,凹印企业确实已尽了最大的努力,如将印刷门幅放宽,有一家凹印企业,4~5台凹印机的幅宽都在1600mm,为的是节约边丝损耗,以提高成品率。
其实凹印机门幅越宽,其承印材料宽度两端在套准上越难控制,印刷时套准误差越大。
凹印企业虽然不断地进行设备更新、加强培训,然而成品率提升见效不大。
这在原材料价格居高不下的今天,对凹印企业的经营者来说,实在是一个难以克服的障碍。

b、蒸煮袋的填充性能要好,袋子的开口性好,有良好的机械加工性能,耐冲击性要好,耐针孔性要好。

在印刷过程中,油墨干燥和张力的原因也可能造成掉墨。
具体分为:印刷墨层太厚致使干燥不彻底;UV灯能量不足灯管老化,灯管反光罩老化,导致UV灯干燥固化不充分,墨层不干燥;油墨过度干燥,导致材料变形,形成墨层脱落。

凹印上述质量问题的产生同其印刷工艺上固有的缺陷有关,但遗憾的是,不少同行还没有意识到这点,对于印刷过程中存在的如此大的损耗,往往归罪于一线操作人员的技艺不精或责任心不强。
在制定印刷工艺时,管理部门无法细化,只能寄希望于一线凹印机长的现场处理能力,而一线操作人员由于学识水平的局限性,充其量只能依靠以往一些不完整的经验。
因此就形成了目前凹印工艺控制的尴尬局面:上面放弃领导,下面无所适从。
软包装行业的成品率普遍达不到90%,有些软包装企业的成品率甚至更低。
既然凹印质量问题的存在有其必然性,那么彻底解决其问题只有从其他工艺中吸取经验,改善或改造凹印工艺本身。

c、要有良好的防湿阻气性能,要有良好的卫生性,耐油脂性,无臭味。
价格要合理,外表要美观。

这种掉墨问题可采用以下三种方式来解决:

江苏申凯包装高新技术股份有限公司成立于2002年,公司注册资本8000万RMB,天交所上市企业,,股权代码000057,高新技术企业,公司总投资超过2.1亿RMB,拥有20000余平方米普包厂区;拥有13000平方米的药包厂区,11000平方米的办公面积。
公司拥有二位行业顶尖研发博士,每年新增超过100多个专利,专业生产食品包装膜、化工包装膜、电子监管码防伪包装等各类彩印复合包装膜。
现位于无锡新区硕放中通路99号,毗邻上海车程2小时内。

3、常用高温蒸煮包装袋材料质量特性

第一,采用深墨薄印,就是俗称的减少墨量,比如专色地子墨,可以配的深一些,在正式印刷时墨量小一些,达到样张效果即可,同时增加UV灯输出功率,降低印刷速度,增加受UV灯照射时间,达到干燥效果。
此方案适用于老的间歇或者卫星轮转机器及老的UV灯管解决方案。

文章转自

a、内层材料:PE使用温度最高110℃;特殊PE使用温度最高120℃;RCPP使用温度最高125℃,有较好的挺度;特殊CPP使用温度最高145℃,都有较好的热封性。
但也都各有其不足,如PE在120℃时有一定的臭味,流延聚乙烯CPE抗冲击强度不好热合温度较高,综合而言一般都采用它作为内封材料。

第二,检查UV灯管是否老化,并清洁反光罩。
通常国产UV灯管使用寿命500-1000小时左右,进口灯管寿命1000-2500小时左右,具体可参考实际使用情况。
建议印厂每隔半年左右进行一次UV灯管的清洁工作,保证正常使用。

b、中层材料:AL阻隔性好,不透光,耐高温;NY薄膜阻隔性好,耐高温,机械性能好,耐针孔性好:PET薄膜阻隔性好,耐高温。

第三,降低UV灯输出功率,具体操作为一般印厂印刷活件,色序前几组颜色大多为司标或者小字,所需光照有限,可开抵档UV灯照射,照干即可,不可高档过度照射,因为薄膜材料吸收热能有限,照射过度会造成膜类材料卷曲变形变脆,油墨附着力下降等后果,可遵循先低档后高档的UV灯使用原则。

c、外层材料:PET薄膜有较好的机械性,加工性,内层材料保护性,耐水煮性。
由于高温蒸煮袋使用的材料质量特性直接影响袋成品的质量,对原材料的检验就显得十分重要,实际生产过程中出现的问题也证明了这一点。

问题四:油墨与材料的匹配

4.影响高温蒸煮时破袋的因素

最后,油墨与材料的匹配程度也会在一定程度上引发掉墨。
例如,使用油墨分子张力太大,不能在承印物材料表面形成均匀墨层;抑或使用超过保质期的油墨型号或低劣的国产品牌油墨,都会造成印刷掉墨。

任何一种物料的表面都会受到一种迫使物料减少表面面积的力,这种力就是表面张力,要使油墨及胶水有好的附着力,必须使物料的表面张力等于甚至大于油墨及胶水的表面张力,因此物料表面张力直接影响到油墨及胶水在物料上的附着牢度。
塑料薄膜成型后表面张力值不足以便油墨及胶水牢固地附着在薄膜上,特别是对一些非极性材料,如:PE、PP料,必须经过一定的表面预处理来增大材料的表面张力,表面预处理的方法有很多,但是适用于工业化生产并应用最广的还是电晕处理。

遇到上述情况,可切换成与承印材料相匹配的油墨,比如膜类专用油墨和耐晒及耐光性油墨;而针对过期油墨,则需视情况在印刷前先做印刷测试,或者印刷一些简单文字或者小的司标图案,以及一些低档产品;印刷大面积实地及满版网点网线图案,推荐使用品牌好、附着性能高的油墨。

4.1.2原材料包装结构

通过上述分析,我们可以总结出油墨掉墨的八大原因:

高温蒸煮袋表层材料在蒸煮后的热稳定性非常重要,特别是蒸煮冷却后尺寸的稳定性,否则容易出现蒸煮冷却收缩后离层剥离,导致破袋的现象。
对于耐热表层材料PET是最佳防尺寸变化的表层材料,其热收缩率只有1%~1.5%,而NY作为表层材料时温度不能超过120℃,否则容易劣化收缩,其热收缩率将达到5%以上。
因此高温蒸煮袋中材料结构选择:一般选PET为表层材料;RCPP为蒸煮级CPP,作为内层热封材料;而NY和AL的选择与排列则需根据内容物来决定。

1、带涂层的薄膜材料,表面涂层牢度差;

对于高温蒸煮袋印刷所使用的油墨必须是耐高温的,否则会出现包装袋从油墨层剥离的现象。
通常采用聚异氰酸酯类树脂和适量的含活泼氢的固化剂为连接料的油墨,如DIC或东洋的蒸煮油墨,不会出现网点扩散、油墨层剥离现象同时不会有重金属的迁移发生。

2、无涂层薄膜材料,印刷后造成与油墨结合牢度不好;

4.3胶粘剂及胶水浓度

3、达因值低。
对于印刷表面为电晕处理过的薄膜材料,要达到良好的油墨润湿,达因值通常需要38以上;

高温蒸煮包装基本都是采用干式复合,在复合中一般采用由主剂和固化剂二个组分构成的聚氨酯胶粘剂。
为了耐高温蒸煮,通常为高固含量的脂肪族双组份聚氨酯胶。
如果要得到更高的耐水耐热性,可以在胶粘剂中添加约1%的偶联剂。

4、达因值消退,印刷面为电晕处理过的薄膜材料,其达因值可能随时间而逐渐消退,消退周期为3-6个月;

胶水浓度太高容易堵塞涂胶网版的网点,使上胶量越来越低;胶水浓度太低则胶水不容易转移到材料上,通常是使主剂和固化剂按规定比例混合,加溶剂稀释至混合后胶粘剂的工作固含量为30%左右。

5、印刷墨层太厚以及UV灯功率不足等原因导致墨层固化不充分;

复合工艺参数的设定直接影响到产品的复合强度,也是控制高温蒸煮袋不破袋的很重要的一环,如胶粘剂的涂布量、张力及温度的设定、熟化条件等等。

6、油墨张力太大不能在承印材料表面形成均匀固化墨层;

4.4.1胶粘剂涂布量

7、使用过期油墨或低劣的国产油墨;

涂布量对复合强度非常重要,涂布量太少会达不到复合强度的要求,而且会产生小气泡,影响产品的外观;涂布量太高则不仅不能增加复合强度,而且会下降,同时产品的透明度也差,容易起皱,使产品的成本增加,所以必须严格控制好涂布量。
涂布量的控制是通过涂胶网版网点深浅来控制的,同一浓度的同种胶水配比网版网点越深则上胶量越大。
一般来说如果胶粘剂工作固含量为30%,则140线的网版涂胶量为1.5~1.8g/m2,120线网版涂胶量1.8~2.5g/m2,90线网版涂胶量3.5~4.5/m2。
同时涂胶量还与胶粘剂的浓度、刮刀的角度、胶压辊的硬度与压力、机器的速度有关;其它条件相同的情况下,浓度越大,上胶量越大;刮刀越平,软刀片伸出越长,上胶量越大;机速慢,上胶量要稍大;胶压辊硬度越小,压力越大,上胶量也越大,通常复合的胶压辊的硬度为70度。
涂胶量与复合强度的关系如下表1所示。

8、油墨过度照射,过度干燥。

由表1可见从成本控制及质量保障方面来说涂布量采用4.5g/m2最为合适。

江苏申凯包装高新技术股份有限公司成立于2002年,公司注册资本8000万RMB,天交所上市企业,,股权代码000057,高新技术企业,公司总投资超过2.1亿RMB,拥有20000余平方米普包厂区;拥有13000平方米的药包厂区,11000平方米的办公面积。
公司拥有二位行业顶尖研发博士,每年新增超过100多个专利,专业生产食品包装膜、化工包装膜、电子监管码防伪包装等各类彩印复合包装膜。
现位于无锡新区硕放中通路99号,毗邻上海车程2小时内。

4.4.2机器烘箱温度及张力

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由于塑料材料都有一定的耐热性,如果烘箱温度及张力太大,就会造成材料如RCPP的拉伸,冷却后收缩,再经过高温蒸煮加热后又冷却,这样就很容易使材料在膨胀收缩中发生离层最终导致破袋。
因此烘箱的温度通常都在40~90℃之间,温度太低会造成溶剂残留超标,国家标准是不超10mg/m2,欧美、日本要求更高不超过5mg/m2,而且溶剂残留太高会在熟化或蒸煮时爆发出来,破坏胶粘剂层,也会导致破袋的产生。
特别需要注意的是烘箱温度通常是三段温区控制,温度是由低到高设置,如果第一段设置太高会造成胶水表面局部高温结皮,内部溶剂无法干燥,最终导致离层。

表中数据是装入10%的食盐水后排气封口,在121℃蒸煮30min冷却后测得,经济日报度数据为PET/AL/NY/RCPP中的NY/AL层。
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熟化也叫固化,是将复合材料放置在40~60℃的一个恒温室内维持一段时间,通常在24~72hr。
其目的是让双组份聚氨酯胶粘剂的主剂与固化剂产生化学反应,便分子量成倍的增加,生成网状交联结构,从而达到更高的复合强度、更好的耐热性和抗介质性。
当温度提高时,反应的速度就会加快,固化时间缩短复合强度效果也较好,但是温度一定得在材料的承受范围内增加,否则会使材料变形、收缩等。
所以固化温度大多数都在40~60℃范围内。

制袋工艺中影响包装袋的热封强度即密封性的有3个因素:热封刀的温度、压力和机速。
表2为PET12/AL7/NY15/CPP70结构的制袋工艺参数和测试数据。
由下表可见:热封强度必须达到65N/15mm,机速越高,热封温度、压力设置要越高;温度太低,压力太低,热封强度达不到;温度太高,压力太高,会使热封部位出现裂纹,同样影响热封强度,使密封性下降,导致蒸煮时破袋。

影响高温蒸煮袋蒸煮时破袋的因素很多,涉及到原材料、油墨、胶水、复合及制袋工艺参数等方面,其中每一道工序都必须严格把关,只要有一点控制不好,就会功亏一篑。
通过在生产第一线的长期观察了解,以及取样测试,对实验和工艺参数的统计和分析,得出以下结论及解决方案。

a、尽量使用由固定供应商提供的原材料,利于把握原材料的加工特性,要对原材料按技术条件进行检验。

b、原材料结构要视内容物酸碱性、重量、对光、氧的敏感性等特征来龙去脉决定。
无AL的结构,可视内容物,成本低,但遮光及阻氧的性能不如有AL的结构;如果是酸碱性内容物:采用含AL结构的包装一定在AL及热封层RCPP之间加复一层NY以增加抗酸碱渗透性,同时如果内容物是液体蒸煮杀菌,杀菌装置必须有反压装置。

c、油墨必须采用高温蒸煮油墨,且须与所采用的高温蒸煮胶具有很好的亲和性。

d、胶水采用耐高温蒸煮的双组份聚氨酯胶。
胶水的主剂与固化剂配比、工作固含量及涂布量一定要进行实验测试,找出最佳数据,而不能只为减少成本使用低工作固含量及涂布量。

e、复合及制袋工艺参数、熟化条件一定要根据材料结构,胶粘剂的具体情况设置,要进行数据积累,并进行统计分析,不能一概而论。

f、复合强度必须达到7.0N/15mm以上;热封强度必须达到65N/15mm以上。
除以上分析的主要因素外,还有溶剂的纯度,车间的温度、湿度,复合机的第二放卷预热辊温度,热合辊的温度、压力等等都对蒸煮袋的性能产生影响。

江苏申凯包装高新技术股份有限公司成立于2002年,公司注册资本8000万RMB,天交所上市企业,,股权代码000057,高新技术企业,公司总投资超过2.1亿RMB,拥有20000余平方米普包厂区;拥有13000平方米的药包厂区,11000平方米的办公面积。
公司拥有二位行业顶尖研发博士,每年新增超过100多个专利,专业生产食品包装膜、化工包装膜、电子监管码防伪包装等各类彩印复合包装膜。
现位于无锡新区硕放中通路99号,毗邻上海车程2小时内。

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