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热收缩标签薄膜的分类与性能对比介绍

2021-05-22 08:45:12

收缩膜标签是一种采用专用油墨印刷在塑料膜或塑料管上的薄膜标签,又称为收缩标签。

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热收缩标签薄膜分类介绍

1.聚氯乙烯收缩膜

(polyvinyl chloride,简称PVC)

聚氯乙烯(polyvinyl chloride,简称PVC) ,是由氯乙烯在引发剂作用下聚合而成的热塑性塑料。聚氯乙烯具有难燃、抗化学腐蚀、耐磨等优点,通过添加不同量的增塑剂和加工助剂可以做成硬质、半硬质、软质制品三类。国内PVC收缩膜的年产量已达20万吨左右,PVC收缩膜由PVC树脂粉、增塑剂、增强剂、热稳定剂、加工润滑剂等构成,其属于一种硬质聚氯乙烯制品,聚氯乙烯树脂含量一般超过85%,厚度一般在30-50um,增塑剂含量一般小于5%,为邻苯二甲酸酯类。

下表为检测机构对典型的市售PVC薄膜邻苯类测试结果:

*数据只代表样品测试数据

PVC收缩膜采用双泡法的吹塑工艺制成。

其工艺分如下几段:

拌料(捏合)——挤出吹胀——风冷定型——水浴加热——二次吹胀——冷冻水定型——收卷

PVC收缩膜,由于采用旋转挤出模头,而且需要二次吹胀,其厚薄均匀度较差,偏差在±5um,若是50um的薄膜其厚薄偏差已经达到±10%,若是为30um的薄膜其厚薄偏差已经将近±20%,这样的厚薄偏差严重影响了薄膜的印刷套准精度、后加工的尺寸稳定性,而且影响PVC收缩标签的自动套标效率,这严重制约了PVC收缩标签的应用。

PVC收缩膜存在的另外一个主要问题是环保性差,除PVC收缩膜生产过程需要加入邻苯类增塑剂以外,PVC含有氯元素,其在回收焚烧时,会产生二噁英。而且PVC收缩膜和PET瓶的相对密度比较接近,在PVC密度为1.36-1.38,PET瓶密度为1.32,就目前的技术水平而言,在回收过程中很难将两者严格区分开,这会影响到PET的回收水平。

2010年4月16日,可口可乐中国公司携其在华的4家装瓶商联合发布“积极乐观,美好生活”可持续发展宣言,表示将陆续停止使用聚氯乙烯(PVC),减少产品包装中非环保物质的使用。

台湾环保署规定,从2008年起台湾省内销售的瓶装饮料外包装的收缩膜标签不能使用PVC材质,否则连同瓶身、盖子的清除处理费将惩罚性加收一倍。

2011年3月27日,国家发改委令第9号《产业结构调整指导目录(2011年本)》规定,淘汰直接接触饮料和食品的聚氯乙烯(PVC)包装制品,虽然没有影响到收缩标签这样非直接接触的包装物,但是其对PVC材料的定性和环保引导作用非常大。

2. 聚对苯二甲酸乙二醇酯收缩膜

(polyethylene terephthalate,简称PET)

PET树脂是由二元醇(乙二醇,EG)与二元酸(对苯二甲酸,PTA)缩聚而成线性均聚聚酯,共聚聚酯是用醇或酸改性的聚酯,其中用于热收缩膜的是PETG,PETG是一种非结晶性共聚酯,PET生产过程中EG被CHDM取代(1,4-cyclohexane dim ethanol),可预防结晶化,进而改善加工能力、韧性和透明度。 PETG热收缩膜(以下简称PET收缩膜)有超过70%的横向收缩率, 具有高强度、高挺度、高透明度、高收缩力、高光泽、存储时自然收缩率低的优点。

PET收缩膜采用双向或单向拉伸的工艺制成。

其工艺分如下几段:

混料(烘干)——挤出铸片——急冷定型——(纵向拉伸)——横向拉伸——熟化定型

PET收缩膜的合掌胶水与PVC有明显差异,其合掌外观较PVC差,而且不同厂商供应的PET收缩膜合掌性能有所差异,这是由于原料改性的二元醇种类或含量不同,使得PETG具备了一定的结晶能力,当纵向拉伸温度或熟化定型温度太高时薄膜就会出现结晶,不但会造成PET薄膜变脆,而且会导致合掌时胶水难以渗透,导致粘合力下降或无法粘合。

PET薄膜与PVC薄膜相比刚性大、脆性大,在印刷、合掌和套标过程中都可能出现断膜,排除收缩标签制造过程中的物理损伤外,其深层次的原因主要是结晶和水降解,结晶会导致薄膜变脆,其原因和分析上文已经提到。由于PETG分子链中含有酯基,有吸湿性,在受热情况下,即使有微量的水分存在,也极易发生水降解,使分子量下降、脆性增大,所以在熔融挤出前,要对PETG原料进行干燥,水分要控制在500ppm之下。

PET收缩膜与PVC、OPS薄膜相比容易造成收缩变形,其原因主要有两个原因,PET收缩膜不同位置的收缩率有波动、收缩率曲线比较陡。 影响收缩率均匀度的原因有拉伸温度、拉伸速度和各个位置的拉伸倍率因素,首先必须保证拉伸各个区各个点的温度一致,再通过调整拉伸温度、铸片厚度和拉伸速度,使薄膜每个位置的拉伸倍率一致,就能保证收缩率的均匀性。收缩率曲线陡,不同温度的收缩率差异较大,套在瓶子上的标签通过烘道加热时,若是烘道里的温度不均,就会出现薄膜的实际收缩率不一致,导致收缩变形。调整拉伸过程中的预热区、拉伸区、定型区的温度,可以获得适当平缓的收缩曲线,以改善PET收缩膜的收缩变形问题。

3.聚苯乙烯收缩膜

(polystyrene,简称PS)

是由苯乙烯单体聚合而成的热塑性塑料,经过单向或双向拉伸薄膜的工艺制得。

其生产工艺一般为如下:

混料——挤出铸片——急冷定型——(纵向拉伸)——横向拉伸——熟化定型

OPS收缩膜具有良好的耐水性,其吸水率是PVC收缩膜的1/2,PET收缩膜的1/5,在湿度极高时,表面也不易形成冷凝水。比重小(1.05左右);耐低温、冷冻性能好;OPS收缩膜与PET和PVC收缩膜相比更软,所以在标签上使用撕裂线的产品非常容易撕开,而且撕开方向不易偏移;OPS收缩膜的收缩速度非常缓慢,对于日化行业中常用的HDPE瓶可以取得非常好的收缩效果。

OPS收缩膜对凹版印刷中常用的乙酸乙酯、醋酸正丙酯等酯类溶剂非常敏感,若是印刷油墨中酯类溶剂含量高于一定比例, 会导致薄膜表面发雾;而且由于酯类溶剂对薄膜表面的溶解导致薄膜断裂和OPS收缩标签的残留溶剂含量过高,但是酯类溶剂含量过低又会导致油墨牢度大幅度下降。所以OPS收缩膜的印刷油墨、印刷配套稀释剂和合掌胶水都需要进行系统的测试,以找到一个佳的平衡点。

乳制品标签是目前应用OPS非常多的细分市场,自三聚氰胺事件后,环保和安全在奶制品行业更为关注。光明乳业率先在其玻璃瓶装的每日递送牛奶瓶上全部使用了OPS标签,其印刷靓丽、收缩附体的效果,不仅很好地满足了奶制品行业法律法规标注的要求,收缩膜厂家更是达到了提升产品档次,展示企业形象,吸引消费者眼球的目的。在其后,全国类似的玻璃瓶每日递送牛奶已经有超过50%使用了OPS收缩标签。

4、聚乳酸

(polylactic acid,简称PLA)

聚乳酸也称为聚丙交酯,属于聚酯家族。聚乳酸(PLA)是一种新型的生物降解材料,使用可再生的植物资源(如玉米)所提出的淀粉原料制成。淀粉原料经由糖化得到葡萄糖,再由葡萄糖及一定的菌种发酵制成高纯度的乳酸,再通过化学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,最终生成二氧化碳和水,不污染环境,这对保护环境非常有利, 是公认的环境友好材料。

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PVC/PET/OPS收缩膜性能比较

一、收缩率

按照不同的测试温度,10s的收缩时间,汇总数据可以得到三种薄膜的收缩曲线。由下图可见,PET和OPS拥有比PVC高得多的横向收缩率,可以提供从瓶身到瓶口的全包裹收缩标签。

但是OPS的收缩曲线比较平缓,PET的收缩曲线比较陡。所以在异形瓶上,OPS可以有更少的图案收缩变形,得到更好的收缩效果,PVC次之,PET最差。

二、收缩力和收紧力

委托Exxon Mobil 比利时研发中心,按照ISO14616 -1997的测试方法对上海紫泉生产的PVC、韩国SKC生产的PET、上海郡是生产的OPS三种薄膜进行测试。结果见下表:

*数据只代表样品测试数据

由测试数据可以看出,PET和OPS需要有比PVC略高的收缩温度,和差不多的收缩时间,所以现有的PVC标签收缩烘道基本不需要做任何改造就可用于PET和OPS标签的收缩。

OPS的收缩力(shrinking force,指收缩升温过程中产生的收缩应力)和收紧力(contracting force,指收缩完毕冷却过程中产生的紧缩力)比PVC略小,而PET则要比PVC高得多。实践证明,在PET套标中容易出现局部图案变形严重,在方瓶或扁瓶收缩中容易出现底部圆弧形的收缩不良,而OPS则在这些方面有着比PVC还要出色的表现。

三、透气线/撕裂线性能

对于中间细两头粗的瓶型来讲,需要在标签上打透气孔,为保证打孔的生产效率和稳定性,在生产中会在纵向打连续的透气线,由于PET的薄膜刚性高于PVC,PVC高于OPS,所以PET薄膜是打孔效率低的品种,而OPS的打孔则要比PVC还要容易控制。

在日本,消费者需要自己把标签从瓶体上剥离下来,并分类回收,这对标签的要求非常高,从下表数据来看:

注:本数据仅为测试结果,不代表供应商承诺数据

OPS无论是在纵向还是横向撕裂强度都是最小的,PET的纵向撕裂强度非常高,与OPS比起来大将近10倍。实践证明,若要把收缩标签完整的从瓶体上剥离下来,OPS标签是最容易的,而 PET由于纵向的高撕裂强度,很难撕开,其撕裂路径将向撕裂强度低的多的横向偏移,而往往无法剥离下完整的标签。

由于国内没有强制的法律法规要求分类回收,所以这条性能目前并不影响PET的应用。不过,收缩标签的是否容易撕开,将大大影响国内瓶级PET回收切片的等级,随着环保观念的日益增强,对标签的容易撕开、剥离的要求,将是对PET的极大挑战。国外为解决这个问题,开发出一种PET/OPS/PET的三层“三明治结构”收缩薄膜,既有PET的表面性能,又有OPS的收缩特性和易撕裂性。

四、运输和存储稳定性

由于PET在60℃以下几乎不会收缩,所以其运输的稳定性非常高,而且比PVC还要稳定,其长途海运都没有问题。但是,PVC和OPS则由于其具有一定的自然收缩率,所以其运输过程一般需采用保温措施,比如泡沫隔热层、或冷藏车,而且一般OPS薄膜出厂时的宽度都需要上偏差2mm,以备其自然收缩。而且PVC薄膜在出厂运输到印刷厂前,还需要在专门的烘房内,在25-40℃条件下,预收缩24-72小时后,才能进行筒膜分切出厂。

目前,PET供应商承诺的薄膜存储期为自生产之日起6个月,而OPS供应商承诺的存储期则为自出厂之日起3个月。PET薄膜长时间储存后会导致合掌牢度不稳定,拉伸强度等理化指标下降; OPS则会导致薄膜发脆无法高速印刷,收缩率降低或不稳定。

五、综合性能比较

PET、OPS与PVC相比各有优缺点,具体比较可看下表:

PVC/PET/OPS性能比较小结:

PET与OPS作为环保材料,在与PVC竞争的过程中,不断的改进自身的缺点,所共同占据的市场份额在逐年增加。与此同时PET和OPS二者也在不断的竞争,OPS在日本的市场占有率高达87%,PET只有9%(2008年日本统计数据),而也正是由于OPS在日系厂商一家独大,OPS薄膜、油墨市场始终缺乏足够的竞争,而难以在欧洲、美国扩大其市场份额。PET则由于全世界范围内的多家厂商不断加大研发力度,其技术在逐步成熟,成本逐年下降。

目前来看, PET由于高挺度、出色的印刷性能、运输和储存稳定、相对充足的产能、印刷技术成熟、成本的持续降低等优势,在与OPS的竞争中已经占据了相当大的优势地位。 


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