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热处理后在袋子表面显现的气泡

发布者:重庆鼎星渗氮表面处理有限公司 发布时间:2018-2-2 14:11:47 阅读:次 【字体:

  耐水煮袋、耐蒸煮袋在经历了水煮处理或蒸煮处理后,有时会在袋子的表面显现出许多大小不一、分布不均的气泡,如图1和图2所示。

  此类现象是耐水煮袋、耐蒸煮袋的应用过程中的质量投诉的原因之一。

  产生此类质量问题的原因有三个:

  1、复合膜层间已经存在的肉眼不易发现的小气泡;

  2、复合膜中存在的过多的残留溶剂量;

  3、在含铝箔的复合膜当中,存在较多的残留的铝箔轧制油。

  根据盖·吕萨克定律(即气体热膨胀定律):压强不变时,一定质量气体的体积跟热力学温度成正比。即V1/T1=V2/T2=……=C恒量。

  热力学温度,又称开尔文温标、绝对温标,简称开氏温标,是国际单位制七个基本物理量之一,单位为开尔文,简称开,符号为K,其描述的是客观世界真实的温度,同时也是制定国际协议温标的基础,是一种标定、量化温度的方法。

  热力学温度T与人们惯用的摄氏温度t的关系是:T(K)=273.15+t(℃)。

  如果复合膜当中本身存在微小的、肉眼不易察觉的气泡,当复合膜的本体温度由室温(20℃)被加热到100℃(水煮处理)或121℃(蒸煮处理)时,依据盖·吕萨克定律,其中的气体的可能的膨胀率应当是:V2/T2 = V1/T1,即V2 = V1T2/T1

  在水煮处理时,V2 = V1T2/T1 =V1(273.15+100)/(273.15+20)= 1.273V1

  即:其中的气体的体积将会膨胀27.3%!

  在蒸煮处理时,V2 = V1T2/T1 =V1(273.15+121)/(273.15+20)= 1.345V1

  即:其中的气体的体积将会膨胀34.5%!

  根据理想气体状态方程(克拉伯龙方程): PV=nRT

  式中:

  P:1atm=101.3kPa;

  V:标准状态下的气体体积,升;

  n:气体的摩尔量;【摩尔(mole),简称摩,旧称克分子、克原子,是国际单位制7个基本单位之一,符号为mol。每1摩尔任何物质(微观物质,如分子,原子等)含有阿伏伽德罗常量(约6.02×1023)个微粒。】

  R:气体常量、比例系数;8.31441J/mol•K

  T:绝对温度;273+t(K)

  将数据代入上式,可得到:

  V=nRT=n•8.31441•273/101.3

  或V=nRT=n•0.082•273/1 = 22.386n

  上式的演变结果表明:在零度和一个大气压的条件下,一个摩尔量的气体体积是大约22.4升(立方分米)。

  根据百度百科的相关资料,乙酸乙酯的分子量为88.11克/摩尔,密度为0.902 g/mL。推算下来,一个摩尔的乙酸乙酯(88.11克)液体的体积为:88.11÷0.902= 97.68mL。

  从上述数据可以得知,在室温、一个大气压以及足够的热量的条件下,一个摩尔的乙酸乙酯将会从液态的97.68mL(毫升)变为22.386L(升)的气体,其体积膨胀了22.386 × 1000 ÷ 97.68≈ 229(倍)!

  如果是进行水煮处理或蒸煮处理,根据前面的计算结果,气体的体积还要膨胀27.3%或34.5%,那么,总的膨胀倍率将分别为229 × 1.273 ≈ 291(倍)或229 × 1.345 ≈ 308(倍)!

  1毫克的乙酸乙酯是1÷88.11÷1000=1.135×10-5摩尔,其体积是0.001克÷0.902g/ml= 1.11× 10-3ml,在121℃的蒸煮条件下,

  它将会膨胀到1.11× 10-3 × 308= 0.34ml的体积【相当于直径为1.1mm的半球体的体积】!但是如果将这1毫克的乙酸乙酯均匀地分布到一平方米的面积上的一百万个点位上,则每一个点位上的乙酸乙酯的气泡的体积将完全可以忽略不计【残留溶剂的控制指标是≦5mg/m2】!

  如果在7微米厚的铝箔的表面存在一个直径50微米的针孔,其容积为πr2d = π×(50/2)2×7 = 13744μL = 1.37 × 10-5ml;假定其中残存的液体为乙酸乙酯,在蒸煮处理条件下,其体积将会膨胀到1.37 × 10-5 × 308 = 4.23× 10-3ml!

  这样一个体积的气体将会在复合薄膜的表面形成一个直径约为0.25毫米的半球形气泡!

  如果在铝箔的针孔中存在的是轧制油,由于油脂类化学品的分子量会大于乙酸乙酯,在相同体积下的摩尔数会少一些,因此,由残留的轧制油导致的气泡会相对小一些。

  从上述的计算结果来看,如果在热处理后的复合膜袋的表面显现的是微小的气泡,可以认为是由残留在铝箔针孔中的轧制油或较大数量级的残留溶剂所导致的,如果显现的是如图1所示的、甚至直径超过5mm的气泡,则应考虑是由呈点、片状分布(不仅仅是针孔中)的残留铝箔轧制油所导致的。

  因此,在分析有关经水煮、蒸煮处理后在袋子的表面显现出气泡的问题时,首先应检查尚未经历水煮、蒸煮处理的复合膜袋的残留溶剂量,其次应使用放大镜检查在未经历水煮、蒸煮处理的复合膜袋上是否存在着肉眼不易观察到的微小气泡。

  对于塑/塑复合结构的耐水煮袋、耐蒸煮袋,如果残留溶剂量不超标、也不存在微小气泡,则需要确认已经显现出气泡问题的复合膜袋与本次进行残留溶剂检测的复合膜袋是否真的是同一批的产品,或者需要对手中的尚未经历水煮、蒸煮处理的复合膜袋进行耐水煮、耐蒸煮处理的试验,以确认手中的残留溶剂量符合质量要求的未经历过水煮、蒸煮处理的复合膜袋是否真的不会出现水煮、蒸煮处理后显现的气泡问题。

  对于铝/塑结构的耐水煮、耐蒸煮复合膜袋,如果残留溶剂量不超标、也不存在微小气泡,则需要考虑是否是由铝箔中残留的轧制油所导致的气泡问题。

  对于铝/塑结构的耐水煮、耐蒸煮复合膜袋而言,如果是由残留溶剂所导致的热处理后显现的气泡,残留溶剂不会对基材的表面润湿张力及铝箔的外观产生不良影响!如果是由轧制油所导致的热处理后显现的气泡,轧制油会对基材的表面润湿张力及铝箔的外观产生不良影响!

  具体的操作方法为:先将与气泡对应的部位的表层印刷基材剖开,然后用放大镜检查对应的铝箔表面的颜色,其次用达因笔检查剖开部位的铝箔与印刷基材的表面润湿张力。

  如果印刷基材及铝箔的表面润湿张力均不低于42达因(mN/m),且铝箔面仍保持着原有的光泽,则形成热处理后气泡的原因很可能是残留溶剂过多所致!

  如果铝箔面的表面润湿张力低于42达因(mN/m),且在铝箔面可观察到颜色的变化(不是铝箔原有的闪亮的银白色,而是无光泽的白色、黄色甚至棕色),则形成热处理后气泡的原因很可能是残留的轧制油所致!

  对于“热处理后在袋子表面显现的气泡”问题的原因,很多人认为是所使用的粘合剂存在质量问题,其理由是“更换了粘合剂并再次加工后,没有出现同样的问题”。

  需要明确的是:“热处理后在袋子表面显现的气泡”问题的基本原因是复合膜间存在着在高温条件下可气化的物质,而已经固化了的粘合剂中是不存在着在高温条件下可气化的物质!

  诚然,粘合剂中含NCO成分的固化剂遇水分会产生二氧化碳气化,在复合膜上显现出气泡;但是,对于这类在表面已存在气泡的复合膜袋,下游客户显然不会将其投入热处理的工序!

  对于铝/塑结构的耐水煮袋、耐蒸煮袋的“热处理后在袋子表面显现的气泡”问题,不宜采用使用同一卷印刷膜和同一卷铝箔以及不同的粘合剂进行所谓的对比试验的方式。因为即使在同一卷铝箔上残留的铝箔轧制油的分布也不一定是均匀的,而且后期的耐水煮、耐蒸煮试验也一定通过抽样后进行的。这种试验的结果对查找问题的真正原因没有任何帮助!

  对策:

  一、对于塑/塑复合膜袋

  1、调整烘干箱的工艺参数,提高干燥能力,降低复合制品的残留溶剂量;

  2、更换涂胶辊(使网墙宽度尽量减小)、在复合过程中稳定胶水的粘度、正确地使用平滑辊,目的是消除复合制品上的白点/气泡。

  二、对于铝/塑复合膜袋

  1、对铝箔进行在线电晕处理,以消除可能存在的残留轧制油。

  2、调整烘干箱的工艺参数,提高干燥能力,降低复合制品的残留溶剂量;

  3、更换涂胶辊(使网墙宽度尽量减小)、在复合过程中稳定胶水的粘度、正确地使用平滑辊,目的是消除复合制品上的白点/气泡。

  如果复合机上暂时没有安装电晕处理机,则应加强对铝箔除油度的检查。具体方法可以参考GB 3198《工业用纯铝箔》的附录C《铝箔粘附性试验方法》和附录E《铝箔刷水试验方法》。

  但需要强调的是:附录C对粘附性合格的判定基准是下垂长度L≤2 m,而据某些铝箔加工企业的研究报告,可达到的最佳结果为下垂长度L=0.4 m。

  因此,建议在加工铝/塑结构的耐水煮、耐蒸煮包装时,应将铝箔粘附性试验的合格条件确定为下垂长度L≤0.6 m!

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