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食品软包装复合膜胶粘剂的浅析

2021-07-09 来源:常德机械信息网

食品软包装复合膜胶粘剂的浅析

复合薄膜包装材料由于具有强度高、气密性好、防火遮光、耐热封等优点,自上世纪50年代问世以来,已广泛地应用于食品行业。但食品软包装质量的好坏不仅与复合薄膜的性质有关,而且依赖于所用胶粘剂的性质。本文从其所用胶粘剂的角度出发,对胶粘剂的选择、现在多种胶粘剂的优缺点等方面加以说明。

一、食品软包装复合膜用胶粘剂的选择

对食品软包装用胶粘剂的选择要考虑多种因素,一般来说作为复合胶应满足下列条件:

①无异味,无毒;②包装食品后无有害萃取物出现;③适用食品贮存的温度要求;④耐候性好,不发黄起泡,不粉化脱层;⑤耐油、香精、醋和酒精;⑥不侵蚀印刷图案油墨,并对油墨有较高亲和力。

另外柔软性、可操作性、粘力持久性、抗介质侵蚀性和卫生安全性等也是不容忽视的。如就抗介质侵蚀性而言,食品中含有盐、酸、辣、香辛料,醇、水、糖、脂肪酸等,其特性各异,但有一人共性即有可能透过复合膜内层渗入胶层,起腐蚀破坏作用,导致包装袋脱层、破裂以致失效。为此,胶粘剂必须具有抵御上述物质侵蚀的能力,始终保持足够的粘接剥离强度。

二、食品软包装复合膜用胶粘剂

1聚氨酯胶粘剂

聚氨酯(PU)是一类以低聚多元醇为软段、异氰酸酯和扩链剂为硬段的嵌段化合物,其化学结构中含有氨基甲酸酯键、酯键、脲键等多种极性键,赋予了它优良的粘接性能和成膜性能。但不同类型的聚氨酯胶粘剂也有不足之处。

①酯溶性聚氨酯胶粘剂

目前国内外大大小小约有上千家复合膜生产线,绝大多数是采用溶剂型聚氨酯类型的粘合剂,这里的溶剂型指酯溶性的,这种粘合剂历史悠久、工艺成熟、价格低廉。世界上几乎100%采用聚氨酯胶粘剂作为干式复合用胶粘剂来制造食品。可见聚氨酯胶粘剂在食品包装中的重要地位。

对于普通包装用复合薄膜聚氨酯胶粘剂一般包括干燥食品包装用胶和耐70~100℃煮沸杀菌用的蒸煮食品包装用胶。此类胶粘剂为双组份酯溶性聚氨酯胶粘剂。其主剂是聚醚可聚酯多元醇经芳香异氰酸酯改性后含羟基的聚氨酯多元醇,固化剂是芳香异氰酸酯与三羟甲基丙烷的合成物。普通型聚氨酯对有腐蚀性介质的食品,如又咸又酸又辣的榨菜、酸辣菜、川菜等不能完全适应。新的Pv500食品级聚氨酯胶粘剂具有高固含量、低粘度,初始粘接强度好,耐酸、耐辣、耐咸,剥离强度高等优点,可弥补普通型聚氨酯的一大缺陷。

透明蒸煮袋用和铝箔蒸煮袋用复合薄膜聚氨酯胶粘剂一般包括耐121℃蒸煮杀菌用复合薄膜胶粘剂和耐135℃高温蒸煮杀菌用复合薄膜胶粘剂。为了提高聚氨酯胶粘剂的耐蒸煮性,通常是以改变软段聚酯和硬段部分的分子结构,引入耐湿热高温链段,改变交联剂品种,调整交联剂的密度,甚至采用高聚物的共混合形成互穿聚合物网络的途径来解决。如日本两家公司开发出一系列耐蒸煮聚氨酯胶粘剂,选用混合二元酸和混合二元醇合成的具有高分子量的聚酯型多元醇与固化剂反应,同时添加环氧树脂、磷酸类、酸酐、胺类等化合物,从而大大提高了胶的耐高温性、耐水性,同时还提高胶的耐酸性、耐油性。

虽然酯溶性聚氨酯胶粘剂性能优良,工艺成熟,品种也比较多,但仍然有一些缺点,如成本高,毒性大,其排放的大量溶剂污染环境,并复合材料时间一长可能发生水解,释放出一种致癌物质TDA(氨基乙磺酸二乙酸)。极大地危害操作工人的健康,因此随着国内环保意识的增强,此种类型胶粘剂的使用量在不断下降,现在欧美发达国家使用此类粘合剂的包装从10年前的80%锐减到现在的30%。

②醇溶性聚氨酯胶粘剂

醇溶性聚氨酯胶粘剂以价格低廉的工业酒精作为溶剂,生产成本低、卫生性能好、对工人无害、对环境无污染,很适合于国内用于出口商品的软包装生产。新东方集团华光树脂有限公司通过近一年的研制,开发推出了U-7750/H-100醇溶性聚氨酯胶粘剂,性能指标已达到实用性、安全性、卫生性的要求。醇溶性胶粘剂可在常温下熟化,具有较理想的初始粘合力,且后期的粘合强度较高,复合膜有良好的透明性,对水蒸气不敏感且残留溶剂低。

它的不足之处表现在不能做蒸煮用,不耐100℃的高温,不能包装榨菜一类的腐蚀性强的产品。最大的缺点在于调配好的胶液只能在当天用完,如剩下只能稀释数倍后保存,次日生产时,作为稀释剂使用。如果胶液已发白或增稠,则不能使用。

③水性聚氨酯胶粘剂

目前聚氨酯胶粘剂以溶剂型为主,有机溶剂的易燃、易爆、易挥发、气味大,使用时造成空气污染等公害问题,促使世界各国研究人员将开拓水性聚氨酯胶粘剂产品作为今后的发展方向。水性聚氨酯(APU)是将聚氨酯(PU)细粒分散于水相中形成的二元胶体,它是由pSchlack于1942年首先开发成功。它可制成水溶性、胶乳或乳液的形式,在复合包装的生产过程中排放出的是100%的水蒸气而不是有害溶剂,不会产生任何异味,因此受到人们的普遍欢迎。

美国罗门哈斯公司的水性粘合剂主要有单组份和双组份两大类产品系列,单组份水性粘合剂主要应用在膨化食品、饼干、糖果、调味品等轻质包装领域。而双组份的水性胶粘剂则突破了剥离强度、耐热和耐化学性能等技术难题,可以做蒸煮食品和液体包装等高档产品。水性聚氨酯胶粘剂其胶粘层既柔软、又坚韧,特别适合于制造食品包装用各种层压复合薄膜。

水性胶粘剂的优点为:粘度不随聚合物分子量的改变有明显差异,因而可使聚合物高分子量化以提高其内聚强度;粘度一般比溶剂型的抵;易与其他树脂或颜料混合以改进性能、降低成本;不燃、无毒,适用于易被有机溶剂侵蚀的基材;容易调配配方,易于清理。缺点是:干燥过程慢,耗能较大;初粘性比溶剂型差;成本较高及某些性能尚差于溶剂型等。

④无溶剂型聚氨酯胶粘剂

无溶剂复合工艺制造复合膜包装材料已成为世人皆知的成熟应用技术。用无溶剂胶粘剂干复,除具有使用溶剂型胶粘剂干式复合的优点外,还有以下特点:不用有机溶剂,成本下降;没有有机溶剂挥发对环境的污染;不需溶剂挥发干燥工段,降低了能耗;复合制品没有残留溶剂损害问题,并消除了溶剂对印刷油墨的侵蚀;不含有机溶剂,消除了复合基材易受溶剂和高温干燥而损坏的影响,使复合膜结构尺寸稳定性良好;设备较简单,占地面积小,节约了投资。

如中国航天总公司40所研制的无溶剂双组份聚酯蓖麻油聚氨酯胶粘剂,它选择聚酯作为溶剂PU胶粘剂的甲组份,用价格低廉、来源丰富的蓖麻油与甲苯二异氰酸酯(TDI),4.4’-二苯甲二异氰酸酯加聚,制得的端异氰酸酯基PU预聚体作乙组份;将两组份混合而制成。此胶粘剂特点为:粘度适合,并可通过调整聚合物组成和分子质量加以调整,其贮存其达1a以上;对各种复合膜材料粘接强度较高,耐高温(130*8h);成本较低,在食品包装方面应用前景广阔。

2热塑性弹性体食品袋粘合剂

广东潮安县工艺化工有限公司利用SBS(苯乙烯丁二烯苯乙烯嵌段共聚物)热塑性弹性体、松香、橙芳香糖以及各种化工原料合成了一种新型复合膜粘合剂,它的主要原料是SBS热塑性弹性体、松香、苯酚、甲醛、氧化锌、甘油、甲苯、乙酸乙酯、防冻剂、消泡剂、T90树脂(一种萜烯树脂)。其产品为单组份包装,使用方便,特点为:①性能好,使用寿命长。粘合后,在100℃混水中煮1h无剥落现象;在0℃环境中不硬化,不脱墨,对印刷油墨不发生影响;②自干性能好,复合膜不加热时,24h后能完全自干,透明度高,且适合于各种薄膜;③无毒、无异味、无污染,符合食品卫生要求,制备过程中不产生污染环境的有害物质。

3可控透气性的包装用胶粘剂

将一种阻气性很好的丙烯酸系/氯化聚乙烯胶乳或丙烯酸系/氯化聚乙烯/乙烯胶乳与一种阻气性较差的丙烯酸/乙烯胶粘剂以不同比较混合,然后将之涂布在透气性很好的薄膜(如聚烯烃)上,则得到透气性可以控制的复合薄膜。调节两种胶粘剂的比例,既可用作需低透气性的食品包装,又可用于需高透气性的水果和蔬菜包装。

由此可见,食品软包装复合膜用胶粘剂已备受关注,新的种类也日益增多。目前,几乎所有生产厂家还是采用溶剂型聚氨酯胶粘剂,虽然其优异性能比较突出,但由于其毒性大,对人体健康及环境都有不利影响,所以不能满足人们及社会要求。而其他新类型的胶粘剂能在一定程度上消除毒性,但使用性能及成本远不如溶剂型胶粘剂。因此用于此用途的胶粘剂还需研究人员的共同努力实现其多功能化,消除不足。

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