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熱收縮標簽薄膜的分類與性能對比介紹

2021-05-22 08:45:12

收縮膜標簽是一種采用專用油墨印刷在塑料膜或塑料管上的薄膜標簽,又稱為收縮標簽。

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熱收縮標簽薄膜分類介紹

1.聚氯乙烯收縮膜

(polyvinyl chloride,簡稱PVC)

聚氯乙烯(polyvinyl chloride,簡稱PVC) ,是由氯乙烯在引發劑作用下聚合而成的熱塑性塑料。聚氯乙烯具有難燃、抗化學腐蝕、耐磨等優點,通過添加不同量的增塑劑和加工助劑可以做成硬質、半硬質、軟質制品三類。國內PVC收縮膜的年產量已達20萬噸左右,PVC收縮膜由PVC樹脂粉、增塑劑、增強劑、熱穩定劑、加工潤滑劑等構成,其屬于一種硬質聚氯乙烯制品,聚氯乙烯樹脂含量一般超過85%,厚度一般在30-50um,增塑劑含量一般小于5%,為鄰苯二甲酸酯類。

下表為檢測機構對典型的市售PVC薄膜鄰苯類測試結果:

*數據只代表樣品測試數據

PVC收縮膜采用雙泡法的吹塑工藝制成。

其工藝分如下幾段:

拌料(捏合)——擠出吹脹——風冷定型——水浴加熱——二次吹脹——冷凍水定型——收卷

PVC收縮膜,由于采用旋轉擠出模頭,而且需要二次吹脹,其厚薄均勻度較差,偏差在±5um,若是50um的薄膜其厚薄偏差已經達到±10%,若是為30um的薄膜其厚薄偏差已經將近±20%,這樣的厚薄偏差嚴重影響了薄膜的印刷套準精度、后加工的尺寸穩定性,而且影響PVC收縮標簽的自動套標效率,這嚴重制約了PVC收縮標簽的應用。

PVC收縮膜存在的另外一個主要問題是環保性差,除PVC收縮膜生產過程需要加入鄰苯類增塑劑以外,PVC含有氯元素,其在回收焚燒時,會產生二噁英。而且PVC收縮膜和PET瓶的相對密度比較接近,在PVC密度為1.36-1.38,PET瓶密度為1.32,就目前的技術水平而言,在回收過程中很難將兩者嚴格區分開,這會影響到PET的回收水平。

2010年4月16日,可口可樂中國公司攜其在華的4家裝瓶商聯合發布“積極樂觀,美好生活”可持續發展宣言,表示將陸續停止使用聚氯乙烯(PVC),減少產品包裝中非環保物質的使用。

臺灣環保署規定,從2008年起臺灣省內銷售的瓶裝飲料外包裝的收縮膜標簽不能使用PVC材質,否則連同瓶身、蓋子的清除處理費將懲罰性加收一倍。

2011年3月27日,國家發改委令第9號《產業結構調整指導目錄(2011年本)》規定,淘汰直接接觸飲料和食品的聚氯乙烯(PVC)包裝制品,雖然沒有影響到收縮標簽這樣非直接接觸的包裝物,但是其對PVC材料的定性和環保引導作用非常大。

2. 聚對苯二甲酸乙二醇酯收縮膜

(polyethylene terephthalate,簡稱PET)

PET樹脂是由二元醇(乙二醇,EG)與二元酸(對苯二甲酸,PTA)縮聚而成線性均聚聚酯,共聚聚酯是用醇或酸改性的聚酯,其中用于熱收縮膜的是PETG,PETG是一種非結晶性共聚酯,PET生產過程中EG被CHDM取代(1,4-cyclohexane dim ethanol),可預防結晶化,進而改善加工能力、韌性和透明度。 PETG熱收縮膜(以下簡稱PET收縮膜)有超過70%的橫向收縮率, 具有高強度、高挺度、高透明度、高收縮力、高光澤、存儲時自然收縮率低的優點。

PET收縮膜采用雙向或單向拉伸的工藝制成。

其工藝分如下幾段:

混料(烘干)——擠出鑄片——急冷定型——(縱向拉伸)——橫向拉伸——熟化定型

PET收縮膜的合掌膠水與PVC有明顯差異,其合掌外觀較PVC差,而且不同廠商供應的PET收縮膜合掌性能有所差異,這是由于原料改性的二元醇種類或含量不同,使得PETG具備了一定的結晶能力,當縱向拉伸溫度或熟化定型溫度太高時薄膜就會出現結晶,不但會造成PET薄膜變脆,而且會導致合掌時膠水難以滲透,導致粘合力下降或無法粘合。

PET薄膜與PVC薄膜相比剛性大、脆性大,在印刷、合掌和套標過程中都可能出現斷膜,排除收縮標簽制造過程中的物理損傷外,其深層次的原因主要是結晶和水降解,結晶會導致薄膜變脆,其原因和分析上文已經提到。由于PETG分子鏈中含有酯基,有吸濕性,在受熱情況下,即使有微量的水分存在,也極易發生水降解,使分子量下降、脆性增大,所以在熔融擠出前,要對PETG原料進行干燥,水分要控制在500ppm之下。

PET收縮膜與PVC、OPS薄膜相比容易造成收縮變形,其原因主要有兩個原因,PET收縮膜不同位置的收縮率有波動、收縮率曲線比較陡。 影響收縮率均勻度的原因有拉伸溫度、拉伸速度和各個位置的拉伸倍率因素,首先必須保證拉伸各個區各個點的溫度一致,再通過調整拉伸溫度、鑄片厚度和拉伸速度,使薄膜每個位置的拉伸倍率一致,就能保證收縮率的均勻性。收縮率曲線陡,不同溫度的收縮率差異較大,套在瓶子上的標簽通過烘道加熱時,若是烘道里的溫度不均,就會出現薄膜的實際收縮率不一致,導致收縮變形。調整拉伸過程中的預熱區、拉伸區、定型區的溫度,可以獲得適當平緩的收縮曲線,以改善PET收縮膜的收縮變形問題。

3.聚苯乙烯收縮膜

(polystyrene,簡稱PS)

是由苯乙烯單體聚合而成的熱塑性塑料,經過單向或雙向拉伸薄膜的工藝制得。

其生產工藝一般為如下:

混料——擠出鑄片——急冷定型——(縱向拉伸)——橫向拉伸——熟化定型

OPS收縮膜具有良好的耐水性,其吸水率是PVC收縮膜的1/2,PET收縮膜的1/5,在濕度極高時,表面也不易形成冷凝水。比重?。?.05左右);耐低溫、冷凍性能好;OPS收縮膜與PET和PVC收縮膜相比更軟,所以在標簽上使用撕裂線的產品非常容易撕開,而且撕開方向不易偏移;OPS收縮膜的收縮速度非常緩慢,對于日化行業中常用的HDPE瓶可以取得非常好的收縮效果。

OPS收縮膜對凹版印刷中常用的乙酸乙酯、醋酸正丙酯等酯類溶劑非常敏感,若是印刷油墨中酯類溶劑含量高于一定比例, 會導致薄膜表面發霧;而且由于酯類溶劑對薄膜表面的溶解導致薄膜斷裂和OPS收縮標簽的殘留溶劑含量過高,但是酯類溶劑含量過低又會導致油墨牢度大幅度下降。所以OPS收縮膜的印刷油墨、印刷配套稀釋劑和合掌膠水都需要進行系統的測試,以找到一個佳的平衡點。

乳制品標簽是目前應用OPS非常多的細分市場,自三聚氰胺事件后,環保和安全在奶制品行業更為關注。光明乳業率先在其玻璃瓶裝的每日遞送牛奶瓶上全部使用了OPS標簽,其印刷靚麗、收縮附體的效果,不僅很好地滿足了奶制品行業法律法規標注的要求,收縮膜廠家,更是達到了提升產品檔次,展示企業形象,吸引消費者眼球的目的。在其后,全國類似的玻璃瓶每日遞送牛奶已經有超過50%使用了OPS收縮標簽。

4、聚乳酸

(polylactic acid,簡稱PLA)

聚乳酸也稱為聚丙交酯,屬于聚酯家族。聚乳酸(PLA)是一種新型的生物降解材料,使用可再生的植物資源(如玉米)所提出的淀粉原料制成。淀粉原料經由糖化得到葡萄糖,再由葡萄糖及一定的菌種發酵制成高純度的乳酸,再通過化學合成方法合成一定分子量的聚乳酸。其具有良好的生物可降解性,使用后能被自然界中微生物完全降解,最終生成二氧化碳和水,不污染環境,這對保護環境非常有利, 是公認的環境友好材料。

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PVC/PET/OPS收縮膜性能比較

一、收縮率

按照不同的測試溫度,10s的收縮時間,匯總數據可以得到三種薄膜的收縮曲線。由下圖可見,PET和OPS擁有比PVC高得多的橫向收縮率,可以提供從瓶身到瓶口的全包裹收縮標簽。

但是OPS的收縮曲線比較平緩,PET的收縮曲線比較陡。所以在異形瓶上,OPS可以有更少的圖案收縮變形,得到更好的收縮效果,PVC次之,PET最差。

二、收縮力和收緊力

委托Exxon Mobil 比利時研發中心,按照ISO14616 -1997的測試方法對上海紫泉生產的PVC、韓國SKC生產的PET、上??な巧a的OPS三種薄膜進行測試。結果見下表:

*數據只代表樣品測試數據

由測試數據可以看出,PET和OPS需要有比PVC略高的收縮溫度,和差不多的收縮時間,所以現有的PVC標簽收縮烘道基本不需要做任何改造就可用于PET和OPS標簽的收縮。

OPS的收縮力(shrinking force,指收縮升溫過程中產生的收縮應力)和收緊力(contracting force,指收縮完畢冷卻過程中產生的緊縮力)比PVC略小,而PET則要比PVC高得多。實踐證明,在PET套標中容易出現局部圖案變形嚴重,在方瓶或扁瓶收縮中容易出現底部圓弧形的收縮不良,而OPS則在這些方面有著比PVC還要出色的表現。

三、透氣線/撕裂線性能

對于中間細兩頭粗的瓶型來講,需要在標簽上打透氣孔,為保證打孔的生產效率和穩定性,在生產中會在縱向打連續的透氣線,由于PET的薄膜剛性高于PVC,PVC高于OPS,所以PET薄膜是打孔效率低的品種,而OPS的打孔則要比PVC還要容易控制。

在日本,消費者需要自己把標簽從瓶體上剝離下來,并分類回收,這對標簽的要求非常高,從下表數據來看:

注:本數據僅為測試結果,不代表供應商承諾數據

OPS無論是在縱向還是橫向撕裂強度都是最小的,PET的縱向撕裂強度非常高,與OPS比起來大將近10倍。實踐證明,若要把收縮標簽完整的從瓶體上剝離下來,OPS標簽是最容易的,而 PET由于縱向的高撕裂強度,很難撕開,其撕裂路徑將向撕裂強度低的多的橫向偏移,而往往無法剝離下完整的標簽。

由于國內沒有強制的法律法規要求分類回收,所以這條性能目前并不影響PET的應用。不過,收縮標簽的是否容易撕開,將大大影響國內瓶級PET回收切片的等級,隨著環保觀念的日益增強,對標簽的容易撕開、剝離的要求,將是對PET的極大挑戰。國外為解決這個問題,開發出一種PET/OPS/PET的三層“三明治結構”收縮薄膜,既有PET的表面性能,又有OPS的收縮特性和易撕裂性。

四、運輸和存儲穩定性

由于PET在60℃以下幾乎不會收縮,所以其運輸的穩定性非常高,而且比PVC還要穩定,其長途海運都沒有問題。但是,PVC和OPS則由于其具有一定的自然收縮率,所以其運輸過程一般需采用保溫措施,比如泡沫隔熱層、或冷藏車,而且一般OPS薄膜出廠時的寬度都需要上偏差2mm,以備其自然收縮。而且PVC薄膜在出廠運輸到印刷廠前,還需要在專門的烘房內,在25-40℃條件下,預收縮24-72小時后,才能進行筒膜分切出廠。

目前,PET供應商承諾的薄膜存儲期為自生產之日起6個月,而OPS供應商承諾的存儲期則為自出廠之日起3個月。PET薄膜長時間儲存后會導致合掌牢度不穩定,拉伸強度等理化指標下降; OPS則會導致薄膜發脆無法高速印刷,收縮率降低或不穩定。

五、綜合性能比較

PET、OPS與PVC相比各有優缺點,具體比較可看下表:

PVC/PET/OPS性能比較小結:

PET與OPS作為環保材料,在與PVC競爭的過程中,不斷的改進自身的缺點,所共同占據的市場份額在逐年增加。與此同時PET和OPS二者也在不斷的競爭,OPS在日本的市場占有率高達87%,PET只有9%(2008年日本統計數據),而也正是由于OPS在日系廠商一家獨大,OPS薄膜、油墨市場始終缺乏足夠的競爭,而難以在歐洲、美國擴大其市場份額。PET則由于全世界范圍內的多家廠商不斷加大研發力度,其技術在逐步成熟,成本逐年下降。

目前來看, PET由于高挺度、出色的印刷性能、運輸和儲存穩定、相對充足的產能、印刷技術成熟、成本的持續降低等優勢,在與OPS的競爭中已經占據了相當大的優勢地位。 


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