CN108340670A - 双拉伸聚乳酸薄膜即涂膜、即涂覆膜法加工工艺及设备 - Google Patents

双拉伸聚乳酸薄膜即涂膜、即涂覆膜法加工工艺及设备 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种双拉伸聚乳酸薄膜的即涂膜、以及该双拉伸聚乳酸薄膜的即涂覆膜法加工工艺和其加工设备。本发明将聚乳酸薄膜采用在线即涂的方式涂布上环保UV光固化粘合剂，在通过带有LED‑UV光源的光固化压辊，达到压合覆膜与粘合剂固化同时完成的目的。聚乳酸薄膜和UV光固化剂都是绿色环保产品，UV光固化剂在固化过程中不需要热源，也不产生VOC排放，整个覆膜过程也是绿色环保的。这种可降解聚乳酸即涂薄膜将应用于印刷品覆膜领域，可一定程度上代替市面上的普通BOPP薄膜。由于聚乳酸是以乳酸为主要原料聚合得到的聚合物，原料来源充分且可以再生，其本身可以生物降解，不会造成环境污染，可以摆脱普通薄膜对石油资源的依赖。

Description

双拉伸聚乳酸薄膜即涂膜、即涂覆膜法加工工艺及设备
技术领域
本发明涉及化学材料领域，尤其涉及的是一种双拉伸聚乳酸薄膜的即涂膜、以及该双拉伸聚乳酸薄膜的即涂覆膜法加工工艺和其加工设备。
背景技术
纸质印刷包装品覆膜属于印后表面整饰加工工艺的一种，是指在纸质印刷品和包装品表面用覆膜机覆合一层塑料薄膜而形成的一种纸塑合一产品的加工技术。经过覆膜后印刷品，由于表面多了一层薄而透明的塑料薄膜，从而改善了印刷品的光泽度和牢度，是图文颜色更鲜艳，富有立体感，同时起到防水、防污、耐磨、耐摺、耐化学腐蚀等作用。
通过上胶方式划分，目前市场上有即涂和预涂两种覆膜工艺，即涂覆膜工艺是指在塑料薄膜上先涂胶后与印刷品复合的工艺，预涂覆膜工艺是指预先将塑料薄膜上胶复卷后再与印刷品复合。
出于环保的考虑，预涂膜工艺逐渐成为市场的主流。但是无论是即涂膜还是预涂膜，其塑料薄膜的基材通常为双向拉伸聚丙烯(BOPP)薄膜、双向拉伸聚酯(BOPET)薄膜等薄膜。BOPP薄膜具有透明度高、光泽度好、无毒无味、耐水、耐热、价廉、质地柔软等特点，是覆膜工艺中较理想的材料，其厚度为(12-20)微米，因此，从材料成本和加工工艺等角度考虑，绝大部分即涂和预涂膜基材均采用BOPP薄膜。
然而，这类材料制备成的覆膜产品使用完丢弃到大自然中难以降解，导致了严重的环境污染问题。而且，覆膜后的纸制品只有经过纸塑分离的工艺后才能被再次利用。伴随着石油资源的日益短缺及人们对环境问题的高度关注和生活质量要求的提高，开发具有完全可生物降解性覆膜产品已成为现今国内外印刷包装领域研究的热点。
聚乳酸(PLA)是属于脂肪族聚酯中一种可生物降解的环境友好的高分子材料，其单体原料乳酸可以通过发酵玉米等粮食作物及各类农副产品来大规模制取，因而能完全摆脱聚酯、聚丙烯等普通薄膜对石油资源的依赖；PLA材料具有优良的可生物降解性，在自然环境中，在细菌、水等的作用下，能完全降解为二氧化碳和水，对环境无害，可以彻底解决聚酯、聚丙烯等塑料制品带来的“白色污染”等问题。
然而，聚乳酸的玻璃化转变温度只有60℃左右。无论是即涂用粘合剂还是预涂用粘合剂的复合温度都在100℃以上，这就影响了聚乳酸薄膜在覆膜领域的应用。
目前，市场上的覆膜材料的基材都采用的双向拉伸聚丙烯薄膜(BOPP)，双向拉伸聚酯薄膜(BOPET)和双向拉伸聚氨酯(BOPA)薄膜。覆膜后，很难进行纸塑分离回收，且BOPP,BOPET和BOPA无法自然降解，容易造成环境污染。而且，即涂薄膜的黏合剂在烘干过程会造成VOC排放，污染环境。
因此，现有技术存在缺陷，需要改进。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种可降解的双拉伸聚乳酸薄膜的即涂膜、以及该双拉伸聚乳酸薄膜的即涂覆膜法加工工艺和其加工设备。
本发明的技术方案如下：一种双拉伸聚乳酸薄膜即涂膜，包括双拉伸聚乳酸薄膜、以及通过涂布冷压辊，采用辊涂涂布法涂布在双拉伸聚乳酸薄膜的UV固化黏合剂，其中，所述UV固化黏合剂为聚氨酯丙烯酸脂类和/或聚酯丙烯酸酯类UV固化黏合剂。
应用于上述技术方案，一种双拉伸聚乳酸薄膜即涂覆膜法加工工艺，包括如下步骤：S1：将双拉伸聚乳酸薄膜通过涂布冷压辊，采用辊涂涂布法将涂布材料涂布在双拉伸聚乳酸薄膜上，其中，涂布材料为UV固化黏合剂；S2：采用UV光固化冷压覆合，将涂布有UV固化黏合剂的双拉伸聚乳酸薄膜与印刷品覆合在一起。
应用于各个上述技术方案，所述的双拉伸聚乳酸薄膜即涂覆膜法加工工艺中，步骤S1中，采用的UV固化黏合剂为聚氨酯丙烯酸脂类和/或聚酯丙烯酸酯类UV固化黏合剂。
应用于各个上述技术方案，一种双拉伸聚乳酸薄膜即涂覆膜法加工设备，包括：用于采用辊涂涂布法将涂布材料涂布在双拉伸聚乳酸薄膜上的上涂布冷压辊和下涂布冷压辊，其中，涂布材料为UV固化黏合剂；用于将涂布有UV固化黏合剂的双拉伸聚乳酸薄膜与印刷品UV光固化冷压覆合在一起的UV辊和覆合冷压辊；其中，UV辊设置在双拉伸聚乳酸薄膜与印刷品的上方，覆合冷压辊设置在双拉伸聚乳酸薄膜与印刷品的下方。
应用于各个上述技术方案，所述的双拉伸聚乳酸薄膜即涂覆膜法加工设备中，所述上涂布冷压辊和下涂布冷压辊的直径分别为20-40cm，所述UV固化黏合剂为聚氨酯丙烯酸脂类和/或聚酯丙烯酸酯类UV固化黏合剂。
应用于各个上述技术方案，所述的双拉伸聚乳酸薄膜即涂覆膜法加工设备中，所述UV辊设置为中空圆柱体结构，所述覆合冷压辊设置为金属圆柱体实心结构，并且，所述UV辊内径中安装有LED-UV光源。
应用于各个上述技术方案，所述的双拉伸聚乳酸薄膜即涂覆膜法加工设备中，所述覆合冷压辊的长度为100-400cm，外径为10-20cm；所述UV辊采用PMMA或PC的全透明材料制成，其长度H为100-400cm，外径D1为10-20cm，内径D2为9-19cm。
应用于各个上述技术方案，所述的双拉伸聚乳酸薄膜即涂覆膜法加工设备中，所述UV辊的侧壁上布满圆型通孔，每一圆形通孔的直径d在0.1-0.5cm之间，并且，相邻圆形通孔的圆心之间的距离h大于2d。
应用于各个上述技术方案，所述的双拉伸聚乳酸薄膜即涂覆膜法加工设备中，所述UV辊内径中安装LED-UV光源，其波长范围在180-450nm之间，带宽10-40nm，功率4-12W。
应用于各个上述技术方案，所述的双拉伸聚乳酸薄膜即涂覆膜法加工设备中，还包括设置在UV辊两端、并用于将LED-UV光源散热降温至50℃以下的风扇或中间水冷装置。
采用上述方案，本发明将聚乳酸薄膜采用在线即涂的方式涂布上环保UV光固化粘合剂，在通过带有LED-UV光源的光固化压辊，达到压合覆膜与粘合剂固化同时完成的目的。其特点是聚乳酸薄膜和UV光固化剂都是绿色环保产品，UV光固化剂在固化过程中不需要热源，也不产生VOC排放，整个覆膜过程也是绿色环保的。这种可降解聚乳酸即涂薄膜将应用于印刷品覆膜领域，可一定程度上代替市面上的普通BOPP薄膜。并且，由于聚乳酸是以乳酸为主要原料聚合得到的聚合物，原料来源充分而且可以再生，其本身可以生物降解，不会造成环境污染，因此可以摆脱普通薄膜对石油资源的依赖。在本发明中，用于纸塑覆合的黏合剂采用绿色环保的UV胶，只需对原有设备进行简单改造，仅在UV光源照射下即可进行纸塑覆合，不需要额外的热源和烘干设备。由于UV胶在UV光源的照射下完全固化，因此整个覆合过程没有VOC排放，不会造成环境污染。
附图说明
图1为现有工艺设备图；
图2为本发明在现有工艺设备进行改进的工艺设备图；
图3为本发明重新设计的工艺设备图；
图4为本发明中UV辊的结构示意图；
图5为本发明中UV辊的截面示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例，对本发明进行详细说明。
本实施例提供了一种双拉伸聚乳酸薄膜即涂覆膜法的加工工艺，以及该加工工艺所采用的加工设备。
图1是目前工业上BOPP薄膜即涂覆膜法的加工工艺，BOPP原膜通过放卷装置后，通过辊涂法涂上丙烯酸树脂类黏合剂，经(60-90)℃干燥通道烘干后，在通过热压辊与待覆膜的印刷品相覆合，其中热压辊的温度为(70-110)℃，两个辊的压力在(5-20)bar之间，最后将覆膜后的印刷品收卷。
图2是本发明涉及的双拉伸聚乳酸薄膜即涂覆膜法的加工工艺。首先，将透明挤出级聚乳酸母粒制备的双拉伸聚乳酸薄膜通过涂布冷压辊，采用辊涂涂布法，上涂布冷压辊和下涂布冷压辊两辊的直径分别为20-40cm，其涂布材料为聚氨酯丙烯酸脂(PUA)类和(或)聚酯丙烯酸酯(PEA)类的UV固化黏合剂。
涂布后，采用UV光固化冷压覆合，将涂布有UV固化黏合剂的双拉伸聚乳酸薄膜与印刷品覆合在一起，由于采用UV光固化而非热固化，因此原即涂覆膜机上的干燥通道无需加热和通风，且与印刷品覆合用的热压辊无需加热。
在UV光固化时，下方的覆合冷压辊为金属圆柱体实心结构，长度为100-400cm，外径为10-20cm。本设计中唯一需要对原即涂覆膜机改进的地方在于覆合处上端的热压辊要改为UV辊。
UV辊的结构如图4和图5所示，UV辊为中空圆柱体结构，为PMMA或PC的全透明材料，长度H为100-400cm，外径D1为10-20cm，内径D2为9-19cm，其中空圆柱体的侧壁上布满圆型通孔，通孔直径d在0.1-0.5cm之间，圆形通孔圆心之间的距离h大于2d。
UV辊内径中安装LED-UV光源，其波长范围在180-450nm之间，带宽10-40nm，功率4-12W，UV辊配备两端风扇或中间水冷装置，可为LED-UV光源散热降温至50℃以下。
UV辊温度低于聚乳酸的玻璃化转变温度，因此聚乳酸薄膜在此发生结构变化。LED-UV光源的其辐照能量通过内外径之间圆孔和聚乳酸薄膜，从而引发UV黏合剂的固化，在通过UV辊与下方冷压辊5-20bar的压合作用，使得聚乳酸薄膜与印刷品能够牢固的覆合在一起，最后将覆膜后的印刷品收卷。
其加工工艺的最大特点是：1.仅将覆合处上端的热压辊要改为UV辊，对现有工厂的即涂覆膜设备改动最小。2.整个覆膜过程不在需要给压辊加热，干燥通道无需加热和通风，仅需给UV光源通电即可，减少了能源消耗。3.通过风冷或水冷装置给UV光源散热。4.UV光固化剂在固化过程中不需要热源，也不产生VOC排放，整个覆膜过程也是绿色环保的。
图3加工设备是对图2加工设备的重新设置，去掉图2的干燥通道，减少导辊数量，在双拉伸聚乳酸薄膜辊涂UV胶后，直接通过UV辊和覆合冷压辊的压合后收卷。其设计更加简单精细，占地面积更小，方便操作。
以下为3个具体实施例子
实例1：
采用图2中的设备，将透明结晶型聚乳酸母粒制备的双拉伸聚乳酸薄膜(光膜)通过涂布冷压辊，采用辊涂涂布法，两辊的直径为30cm，其涂布材料为聚氨酯丙烯酸树脂(PUA)类的UV黏合剂。涂有UV胶的聚乳酸薄膜通过导辊后，通过即涂覆膜机上的干燥通道，但是干燥通道无需加热和通风。在通过第二个导辊后，涂有UV胶的聚乳酸薄膜与印刷品直接通过冷压辊覆合。此处下方的冷压辊长度为100cm，外径为20cm。UV冷压辊为中空圆柱体结构，其材料为PMMA的全透明材料，长度为100cm,外径为20cm，内径为19cm，其中空圆柱体的侧壁布满直径为0.2cm的圆型通孔，圆形通孔圆心之间的距离大于0.2cm。UV辊内径中安装LED-UV光源，其波长为405nm，带宽10nm，功率8W，UV辊内设水冷冷却装置，可为LED-UV光源降温至45℃。LED-UV光源的其辐照能量通过内外径之间圆孔和聚乳酸薄膜，从而引发UV黏合剂的固化，在通过UV辊与下方冷压辊5bar的压合作用，使得聚乳酸薄膜与印刷品能够牢固的覆合在一起，最后将覆膜后的印刷品收卷。
实例2：
采用图2中的设备，将透明挤出级聚乳酸母粒制备的双拉伸聚乳酸薄膜(哑膜)通过涂布冷压辊，采用辊涂涂布法，两辊的直径为40cm，其涂布材料为聚酯丙烯酸酯(PEA)类的UV黏合剂。涂有UV胶的聚乳酸薄膜通过导辊后，通过即涂覆膜机上的干燥通道，但是干燥通道无需加热和通风。在通过第二个导辊后，涂有UV胶的聚乳酸薄膜与印刷品复合直接通过冷压辊覆合。此处下方的冷压辊长度为400cm，外径为16cm。UV冷压辊为中空圆柱体结构，其材料为PMMA的全透明材料，长度为400cm,外径为16cm，内径为15cm，其中空圆柱体的侧壁上布满直径为0.5cm圆型通孔，圆形通孔圆心之间的距离大于0.5cm。由于哑膜的透光性不如光膜，因此在UV辊内径中安装LED-UV光源，其波长为365nm，带宽10nm，功率16W，UV辊两端配备风扇冷却装置，可为LED-UV光源散热降温至50℃。LED-UV光源的其辐照能量通过内外径之间圆孔和聚乳酸薄膜，从而引发UV黏合剂的固化，在通过UV辊与下方冷压辊6bar的压合作用，使得聚乳酸薄膜与印刷品能够牢固的覆合在一起，最后将覆膜后的印刷品收卷。
实例3：
采用图3的设备，将透明挤出级聚乳酸母粒制备的双拉伸聚乳酸薄膜(光膜)通过涂布冷压辊，采用辊涂涂布法，两辊的直径为25cm，其涂布材料为聚氨酯丙烯酸脂(PUA)类和聚酯丙烯酸酯(PEA)类按照质量比2:1的混合UV黏合剂。涂有UV胶的聚乳酸薄膜直接通过冷压辊覆合。此处下方的冷压辊长度为300cm，外径为10cm。UV冷压辊为中空圆柱体结构，其材料为PC的全透明材料，长度为300cm,外径为10cm，内径为9cm，其中空圆柱体的侧壁上布满直径为0.3cm的圆型通孔，圆形通孔圆心之间的距离大于0.3cm。在UV辊内径中安装LED-UV光源，其波长为385nm，带宽8nm，功率12W，UV辊两端配备风扇冷却装置，可为LED-UV光源散热降温至48℃。LED-UV光源的其辐照能量通过内外径之间圆孔和聚乳酸薄膜，从而引发UV黏合剂的固化，在通过UV辊与下方冷压辊8bar的压合作用，使得聚乳酸薄膜与印刷品能够牢固的覆合在一起，最后将覆膜后的印刷品收卷。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种双拉伸聚乳酸薄膜即涂膜，其特征在于；包括双拉伸聚乳酸薄膜、以及通过涂布冷压辊，采用辊涂涂布法涂布在双拉伸聚乳酸薄膜的UV固化黏合剂，其中，所述UV固化黏合剂为聚氨酯丙烯酸脂类和/或聚酯丙烯酸酯类UV固化黏合剂。
2.一种双拉伸聚乳酸薄膜即涂覆膜法加工工艺，其特征在于；包括如下步骤：
S1：将双拉伸聚乳酸薄膜通过涂布冷压辊，采用辊涂涂布法将涂布材料涂布在双拉伸聚乳酸薄膜上，其中，涂布材料为UV固化黏合剂；
S2：采用UV光固化冷压覆合，将涂布有UV固化黏合剂的双拉伸聚乳酸薄膜与印刷品覆合在一起。
3.根据权利要求1所述的双拉伸聚乳酸薄膜即涂覆膜法加工工艺，其特征在于：步骤S1中，采用的UV固化黏合剂为聚氨酯丙烯酸脂类和/或聚酯丙烯酸酯类UV固化黏合剂。
4.一种双拉伸聚乳酸薄膜即涂覆膜法加工设备，其特征在于，包括：
用于采用辊涂涂布法将涂布材料涂布在双拉伸聚乳酸薄膜上的上涂布冷压辊和下涂布冷压辊，其中，涂布材料为UV固化黏合剂；
用于将涂布有UV固化黏合剂的双拉伸聚乳酸薄膜与印刷品UV光固化冷压覆合在一起的UV辊和覆合冷压辊；其中，UV辊设置在双拉伸聚乳酸薄膜与印刷品的上方，覆合冷压辊设置在双拉伸聚乳酸薄膜与印刷品的下方。
5.根据权利要求3所述的双拉伸聚乳酸薄膜即涂覆膜法加工设备，其特征在于：所述上涂布冷压辊和下涂布冷压辊的直径分别为20-40cm，所述UV固化黏合剂为聚氨酯丙烯酸脂类和/或聚酯丙烯酸酯类UV固化黏合剂。
6.根据权利要求3所述的双拉伸聚乳酸薄膜即涂覆膜法加工设备，其特征在于：所述UV辊设置为中空圆柱体结构，所述覆合冷压辊设置为金属圆柱体实心结构，并且，所述UV辊内径中安装有LED-UV光源。
7.根据权利要求5所述的双拉伸聚乳酸薄膜即涂覆膜法加工设备，其特征在于：所述覆合冷压辊的长度为100-400cm，外径为10-20cm；所述UV辊采用PMMA或PC的全透明材料制成，其长度H为100-400cm，外径D1为10-20cm，内径D2为9-19cm。
8.根据权利要求7所述的双拉伸聚乳酸薄膜即涂覆膜法加工设备，其特征在于：所述UV辊的侧壁上布满圆型通孔，每一圆形通孔的直径d在0.1-0.5cm之间，并且，相邻圆形通孔的圆心之间的距离h大于2d。
9.根据权利要求5所述的双拉伸聚乳酸薄膜即涂覆膜法加工设备，其特征在于：所述UV辊内径中安装LED-UV光源，其波长范围在180-450nm之间，带宽10-40nm，功率4-12W。
10.根据权利要求5所述的双拉伸聚乳酸薄膜即涂覆膜法加工设备，其特征在于：还包括设置在UV辊两端、并用于将LED-UV光源散热降温至50℃以下的风扇或中间水冷装置。
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