液体农药包装膜的研究开发

2015-04-23刘海东邢顺川刘海春龚伟兵

印刷技术·包装装潢 2015年1期

刘海东邢顺川刘海春龚伟兵

一直以来，国内市场上传统的液体农药包装大多采用塑料瓶或玻璃瓶，但这种包装具有易碎、容量较大、不易计量、成本较高、运输不便等缺点，无法满足细分化的市场需求。液体农药市场迫切需要一种安全、小容量、易计量、携带方便的新型软塑包装，液体农药包装膜的研究开发便在这样的市场背景下展开。

实验前提

1.客户使用条件

农药形态为液态，溶剂以甲苯、二甲苯、甲醇、环己酮等为主。

灌装设备为北京迈威液体灌装机，热封温度为200℃左右（可调节）。灌装压力可调，但灌装机上并无计量显示。客户要求膜卷供货，张力均匀，并要求液体农药包装膜在保质期内外观良好，失重率小于2%，漏包率低于1‰。

2.结构设计

根据客户需求，笔者设计了两种结构的复合膜，第一种结构为：PET（12μm）/VMPET（12μm）或铝箔/ CPP（50～70μm）；第二种结构为：PET（12μm）/VMPET（12μm）/PA（15μm）/CPP（50～70μm）。

第一种结构设计可满足大众化液体农药的包装需求，第二种结构设计可满足高端液体农药的包装需求。本文以第一种结构设计为例，对其性能进行详细研究。

3.物理性能要求

作为液体农药的包装外膜，考虑到内装产品的特殊性，对包装膜的物理性能有如下要求。

（1）较高的封口强度。

（2）较高的复合强度。

（3）阻隔性能好，在保质期内能够阻止液体农药的渗透和侵蚀。

（4）摩擦系数小，以提高液体农药的装袋速度。

（5）挺括性和平整度好，在货架上能保持良好的外观。

4.工艺路线选择

印刷→干式复合→干式复合→熟化→分切→检验→包装→成品。

5.材料选择

PET薄膜选用中国石化仪征化纤股份有限公司生产的产品；CPP薄膜选用日本东赛璐公司生产的高结晶CPP薄膜；油墨选用天津东洋有限公司生产的多组分油墨；黏合剂选用德国汉高UK特种黏合剂。

6.实验设备

（1）印刷机为日本富士FM-15-12S凹印机。

（2）复合机为日本富士FL1100干式复合设备。

（3）分切机选用日本片冈机械工业株式会社生产的设备。

实验内容

依据客户对液体农药包装的特殊要求，笔者在研制复合膜结构的过程中，重点针对以下几方面内容进行了实验与验证。

1.耐内容物渗透

如前所述，液体农药大部分为乳液型，其中含有大量的甲苯、甲醇、二甲苯、环己酮等溶剂，这些溶剂会使常用的热封材料（如CPP薄膜、PE薄膜等），发生溶胀、渗透作用，从而容易造成破袋现象，致使液体农药发生泄露。为防止这种问题的发生，笔者设计了以下两种结构。

A结构：PET/铝箔（7μm或9μm）/CPP。

B结构：PET/VMPET/CPP。

在选材方面也许有人会提出疑问：为什么没有在热封层选择使用PE薄膜？这是因为CPP分子链较长，结晶度通常高于PE分子，对于农药中溶剂的阻隔性能要优于PE薄膜。常用的CPP薄膜采用三层共挤方式成膜，其一般结构为共聚PP/均聚或共聚PP/共聚PP，其特点兼顾了热封性、复合性和经济性。因此，热封层采用CPP薄膜可以增加薄膜的复合适性，降低热封温度。此外，中间层还常常添加回收料以降低成本。但值得注意的是，此类薄膜的结晶度较低，阻隔性较差，难以满足液体农药包装的要求。为解决这个问题，笔者查阅了大量资料，最后确定使用高结晶度均聚单层CPP薄膜，即本实验选取的日本东赛璐公司生产的R-18CPP薄膜。

在A、B两种材质结构中，由于铝箔的阻隔性能远高于VMPET，从理论上来讲，A结构应该比B结构更适用于液体农药包装材料。但经过实验得出的结论却恰恰相反，即B结构更适合于液体农药的包装。

笔者在高温条件下进行了检测，即将A、B两种材质结构的包装膜制成包装袋并灌入等量的液体农药后，同时放在65℃条件下进行加速老化实验。经检测笔者发现，虽然两种结构都能满足液体农药的包装使用要求，但整体比较来看，B结构的表现更胜一筹。

在高温条件下加速老化后，A结构包装袋的第一复合层（PET/铝箔）的剥离强度保持良好，但第二复合层（铝箔/CPP）的剥离强度下降得比较严重，剥离强度从实验前的10N/15mm下降到2N/15mm，虽然此剥离强度可以满足液体农药的包装使用要求，但考虑到极端恶劣的运输和储存条件，这种强度更容易引起破袋现象，风险较高。这主要是因为铝箔的阻隔性极佳，农药中的溶剂部分渗透穿过CPP薄膜到达铝箔与CPP薄膜的黏结处时，完全被铝箔阻隔而无法再向外渗透，一定时间（65℃，48h）后，积累足够浓度的溶剂将会破坏铝箔与CPP薄膜之间的胶膜，使黏合剂层溶胀、变软，进而使这一层的剥离强度急剧下降。

B结构在实验中的表现要明显好于A结构，高温实验后的层间剥离强度高于A结构，达到了3N/15mm的设计要求。原因是VMPET本身的阻隔性较铝箔小得多，溶剂渗透通过CPP薄膜到达VMPET层后，VMPET没有完全阻隔所有溶剂，部分溶剂通过VMPET层向外渗透，到达PET层后又渗透通过PET层到达外界。经过一段时间后，这种渗透达到了动态平衡，因渗透量比较小，不会对印刷层、黏合剂层造成重大影响，从而保证了包装袋的使用性能。

2.失重

虽然B结构能够满足液体农药的包装要求，但毕竟存在内容物损失的隐患，此结构是否会影响农药的使用性能？为了解决这个疑问，笔者又进行了失重实验。通过比较实验前的袋内农药重量与实验后的袋内农药重量来判断农药的损失量。结果表明，这种损失量基本控制在2%以内。通过与客户沟通确认，这种损失量主体为溶剂，而溶剂在液体农药中的作用主要是为了溶解一些有效杀虫剂成分，2%以内的溶剂损失不会对农药的使用性能带来本质上的影响。

3.复合强度

复合强度受原材料、加工工艺、上胶量等因素的影响。较低的复合强度容易导致包装袋在受到挤压、碰撞等外力作用下发生分层，不但会影响包装袋的外观，还会使内层CPP薄膜单独受力，易发生破袋现象。在原材料确定的情况下，对包装袋复合强度影响较为明显就是复合工艺，我公司常用的复合方式有干式复合和挤出复合。干式复合是通过黏合剂将不同材料层黏结在一起，挤出复合主要通过高温熔融的黏合树脂将不同的材料黏结在一起。

根据多年的生产经验，笔者认为干式复合膜的复合强度要高于挤出复合膜。为了验证该说法，找到最优的工艺条件，笔者对两种不同的复合方式进行了对比。

干式复合使用的基本上属于聚氨酯双组分黏合剂，通过-NCO基团与-OH反应生成网状结构，使不同的材料黏结在一起。不同的黏合剂所达到的复合强度也不一样，笔者选用的德国汉高UK特种黏合剂中含有更多的-NCO基团，固化时间更短，反应完成后交联程度更高，分子量也非常大，对于溶剂的耐受性明显比其他种类的黏合剂更佳，各层剥离强度分别提高了1.5N/15mm左右。而采用挤出复合膜的复合强度则没有显著提高。