Гибкая упаковка востребована в разных сферах. Ее используют для хранения обычной продукции, продуктов, требующих замораживания, розлива холодных и горячих напитков, и много другого. Тару такого типа производят из разных материалов, среди которых значительную роль играют клеи для гибкой упаковки. В ассортименте клеев представлены разные составы, отличающиеся компонентами, рабочими характеристиками, эксплуатационными свойствами и особенностями применения.
Эмульсии на водной основе
Среди огромной массы разнообразных видов клеев, практически четверть занимают клеевые эмульсии на водной основе, включающие в себя полиуретановые и акриловые дисперсии. Изначально, востребованность клеев такого типа была обусловлена только их экологичностью и безопасностью для здоровья человека, так как по остальным характеристикам, они значительно уступали клеевым составам других категорий. Но, технологии не стоят на месте. Эмульсии совершенствовались путем добавления растворимых в воде азиридинов, изоционатов, кросслинкеров и других компонентов, которые позволили улучшить рабочие свойства эмульсий. Благодаря им, жидкие клеи на водной основе обладают отличной адгезией, стойкостью к воздействию низких и высоких температур, прочность клеевого слоя после застывания.
Полиуретановые дисперсии
Полиуретановые водные дисперсии (ПУД) — хорошая альтернатива традиционным клеям выпускаемых в виде растворов. Они показывают неплохие адгезивные характеристики и термостойкость, технологичность. После отверждения ПУД образуют абсолютно прозрачный слой, не уступающий по качеству и внешнему виду сольвентным составам. Благодаря оптимальной текстуре и небольшой плотности, они подходят для работы на высокоскоростном оборудовании, в том числе и на ламинаторе. Полиуретановые дисперсии относятся к самому современному классу пленкообразующих материалов, выполненных в виде коллоидной стабильной системы с размером частиц 0.01−0.02 мкм на основе полиуретановой составляющей, воды, гидрофильных групп в полимере. Благодаря водонаполненной структуре, водные полиуретаны способны быстро схватываться с разными поверхностями и образовывать клеевую пленку с высоким уровнем прочность, даже при условии воздействия высоких или низких температур. К главным преимуществам полиуретановых дисперсий относится:
короткое время высыхания и схватывания клеевой смеси;
сохранение высокой степени эластичности после застывания клея;
возможность покрывать лаками на водной основе, отверждаемые ультрафиолетом;
абразивная стойкость, благодаря которой на поверхности сложно образовываться царапинам;
отличные адгезивные характеристики к поверхностям любого типа (пористым, гладким);
устойчивость к истиранию и воздействию растворителям, воде, химическим веществам;
ударопрочность;
пожаробезопасность, так как дисперсные полиуретановые клеи на водной основе не горят;
минимальное содержание органических летучих веществ, которое варьируется от 0.5 до 10% в зависимости от особенностей состава.
Перечисленные достоинства сделали ПУД востребованным не только в производстве гибкой упаковки, но и других сферах. Водный полиуретановый клей применяют для склеивания деревянных конструкций, заготовок из металла и пластика, мембран. Единственный минус полиуретановой клеевой дисперсии — высокая цена, обусловленная компонентами, входящими в состав.
Акриловые эмульсии
Акриловые дисперсионные клеевые эмульсии — особые виды клея для гибкой упаковки, отличающиеся повышенной прочностью клеевого слоя, обеспечивающего ультрасильную фиксацию разных материалов. Акриловые клеи в виде эмульсии представляют собой однородную жидкую массу, изготовленную на основе акриловых полимеров и воды. Несмотря на то, что акриловые эмульсии относятся к категории эконом-класса, они показывают неплохие результаты. Такой клей обладает хорошей адгезией к материалам разного типа с любой поверхностью. Он отлично склеивает пористые и непористые заготовки, образуя прочный водонепроницаемый шов. Клеевые составы на акриловой основе поставляются уже готовыми к применению, отлично окрашиваются, равномерно наносятся на критичные поверхности, не содержат растворителей и имеет другие преимущества:
Тиксотропная консистенция. Благодаря особой текстуре, обеспечивается удобство и равномерность нанесения как на горизонтальные, так и на вертикальные и наклонные поверхности.
Короткий период схватывания. Как правило, время первичного схватывания варьируется от 15 до 30 минут после нанесения клеевой массы. Это показатель актуален при работе в условиях комнатной температуры. Полное время высыхания, в зависимости от толщины слоя, типа основания, уровня влажности, составляет от 1 до 2 суток.
Эластичность. После полного застывания клеевой слой сохраняет гибкость и при этом остается максимально прочным и стойким к истиранию.
Водостойкость. Застывший клей не боится влажности. Но, его нельзя применять для склеивания поверхностей, постоянно контактирующих с водой.
Равномерность распределения нагрузки. Клей однородно распределяется по поверхности оказывая на всей площади заготовки одинаковую нагрузку, благодаря чему гарантируется идеальная фиксация и исключается разрушение рабочей подложки.
Адаптивность к климатическим факторам. Акриловый клей на водно-дисперсной основе подходит для применения в любых климатических условиях.
Большой эксплуатационный ресурс. В среднем срок службы клеевого слоя с сохранением первоначальных рабочих характеристики составляет около 20 лет. Более точный период эксплуатации будет зависеть от условий эксплуатации.
Безопасность. В составе клея отсутствуют токсичные компоненты, которые могут нанести вред здоровью или окружающей среде. В процессе высыхания из него испаряется только вода. Он не имеет едкого запаха, не горючий. Единственный нюанс при работе с акриловой эмульсией — избегать длительный контакт кожи с составом.
Простота применения. В жидком состоянии клеевая эмульсия легко наносится и равномерно распределяется. До застывания ее можно легко смыть как с рук, так и с инструментов с помощью обычной воды.
Универсальность. Акриловый клей отлично склеивает картон, бумагу, керамику, гипсокартон, плитку облицовочную, ковролин, линолеум, древесину, камень и многие другие материалы.
Но, при множестве плюсов этого клея, не обошлось и без минусов. В массовом производстве гибкой упаковки с помощью акриловой эмульсии необходимо использовать дополнительное оборудование, позволяющего значительно ускорить время схватывания. Для этого используют специальный охлаждающий цилиндр, который дополнительно предотвращает образование сгустков клеевой массы. Помимо этого, для клеевого состава на акриловой основе характерен еще один недостаток — склонность к пенообразованию, что ограничивает скорость работы производственной линии. Исключением являются только эмульсии с кросслинкером в составе, допускающие работу на скорости до 250 м/мин.
Процесс отверждения
Клеевые составы на водной основе отлично работают при повышенных температурах в пределах 100 °C. Такое тепловое воздействие значительно сокращает время схватывания. Но, окончательное отверждение происходит только при комнатной температуре за счет особенностей образования молекулярных связей. При этом, работать с заготовкой можно сразу после первичного схватывания, т. е. допускается резка изделия и другие манипуляции. Для повышения степени первичной адгезии часто используют технологию Dry-Bond, которая существенно экономит производственное время, а также добавление в состав кросслинкеров. Последний позволяет увеличить сопротивляемость «туннелингу» и критическим температурам, что позволяет использовать акриловую эмульсию для изготовления гибкой упаковки для хранения замороженной продукции, розлива горячих напитков.
Бессольвентные клеевые композиции со 100% сухим остатком
Для изготовления гибкой упаковки из материалов с гладкой, скользкой поверхностью, а также нанесения EVA и ПЭ пленок с включением белого пигмента рекомендуют применять бессольвентные клеи со 100% сухим остатком. Такие композиции обладают отличной адгезией, образуя высокополимерную пленку, сохраняющую эластичность. Такой клеевой слой сохраняет целостность даже при условии регулярного воздействия высоких температур. При использовании клеев этого вида исключается появление эффекта «антисварки». Они показывают хорошую стойкость к усталому разрушению, не имеют запаха, обладают длительным сроком службы и хорошей эластичностью, что обеспечивает целостность упаковки даже при сгибании. Бессольвентные клеи надежно скрепляют стекло, резину, металлы, кожу и другие материалы. Они востребованы при производстве гибкой упаковки из полиамида, полиэтилена, целлофана, полипропилена и других ламинатов стандартного типа, даже в разных сочетаниях. Не содержащие растворитель, клеи применяют для работы с фольгой, бумагой, картоном и их ламинации. Бессольвентные клеи прошли несколько этапов совершенствования, в результате чего появились составы разных поколений, отличающихся компонентами и основными свойствами. Чтобы понять, какой лучше выбрать клей для гибкой упаковки, рассмотрим особенности составов каждого поколения.
Клеи первого поколения
К составам первого поколения относятся клеевые смеси, изготовленные на основе преполимеров изоционатов. Их особенность — отверждение под воздействием влаги. Они обладают хорошим первоначальным схватыванием и повышенной вязкостью. Главная сфера применения бессольвентного клея первого поколения — производство упаковки из ПА, картона, бумаги. Но, при всех плюсах, такие составы обладают весомыми минусами. Для получения качественного клеевого слоя и равномерного нанесения, необходимо воздействия высоких температур в пределах 100 °C. Только в этом случае есть возможность нанести его тонкой пленкой и обеспечить взаимодействие с влагой, в результате чего образуются прочные молекулярные связи. После нанесения клеевой массы на основу, осуществляется прикатка второго заготовки. Полное отверждение происходит в течение 24−72 часов. Точный период застывания слоя будет зависеть от его толщины и особенностей склеиваемых материалов. Помимо необходимости термической обработки, проблема работы с бессольвентным клеем первого поколения заключается в активно образовании двуокиси углерода в процессе застывания. В результате такое реакции выделяется множество микропузырьков, что приводит к замутнению клеевой пленки. При этом, чем выше влажность в помещении, тем более непрозрачной становится застывающий клей. Особенно актуальна проблема на производствах, где для ускорения отверждения используют технологию распыления воды на склеиваемые заготовки. Образование замутнения значительно ограничили сферу применения клеев такого типа, которые стали востребованы для соединения бумаги, картона и другого непрозрачного материала.
Клеи второго поколения
В отличие от предыдущего варианта, бессольвентные клеи второго поколения включают в себя не только полиуретановый преполимер, но и полиоли. Мяловязкие составы не нуждаются в предварительном нагревании. Их наносят на заготовки с помощью статического миксера и наносящего узла при комнатной температуре с добавлением изоционата в определенном соотношении. Наиболее популярная дозироовка — 1:1. Замешивание в таких пропорциях позволяет добиться высокой термостойкости и хороших адгезивных свойства. Также допускается увеличение соотношения изоционата. Но, в этом случае значительно повышается процесс отверждения, которые вместо 12 или 24 часов, занимает около 48 часов. Однако, термостойкость клея после застывания увеличивается до максимальных значений. Также, как и в случае с клеем первого поколения, бессольвентные составы с сухим остатком второго поколения имеют свои проблемы. Первая из них связана с низкой вязкостью массы, из-за которой первичное схватывание довольно слабое и образование прочных мономерных связей по завершению процесса полимеризации весьма ограничено. Это накладывает определенные требования к производственному процессу, нуждающемуся в постоянном усиленном контроле склеивания для избежания появления эффекта «туннелинга». Вторая проблема заключается в наличии остаточных, до конца не застывших мономеров, способных проникать сквозь тонкий материал, например через полиэтилен. Попадая на поверхность, мономеры вступают в реакцию с атмосферной влагой и образуют прочное термостойкое покрытие, которое делает невозможным дальнейшее приклеивание другого материала к поверхности. Проникновение клея через тонкий материал ведет к еще одной проблеме — попадания молекул клеевого состава на кожу и готовы продукт, находящийся в упаковке. Это чревато негативными реакциями, так как, входящие в состав компоненты, вредны для здоровья.
Клеи третьего поколения
Перечисленных проблем, характерных для второго поколения, полностью лишены современные клеи третьего поколения, созданные с учетом всех преимуществ и недостатков предыдущей продукции. Они характеризуются минимальным содержанием остаточных мономеров, постоянным временем полной полимеризации и повышенным уровнем первоначального схватывания. Бессольвентные клеи третьего поколения — составы на основе полиуретановых полимеров с большой вязкостью и внушительны молекулярным весом. Они предназначены для нанесения при температурном воздействии в пределах 50−70°С. Время полного застывания таких составов варьируется от 12 до 24 часов. При этом, за счет особого процесса образования молекулярных связей, после схватывания остаточные мономеры занимают не больше 0.08%. Клеи третьего поколения сегодня считаются самыми популярными, так как не требуют установки на производственных линиях специального смесительного оборудования, а также применения дополнительных компонентов. Кроме того, клеи этой категории позволяют значительно ускорить выпуск гибкой упаковки за счет быстрого схватывания и короткого периода полимеризации.