一种高剥离强度无胶水复合材料的挤出复合设备及工艺的制作方法

本发明涉及塑料软包装材料制造技术领域，特别涉及一种高剥离强度无胶水复合材料的挤出复合设备及工艺。

背景技术：

在塑料软包装行业中，传统的包装材料中，为了使包装材料中薄膜层之间具有较高的剥离强度，一般会在薄膜层与薄膜层之间加入胶水，使其粘合。但在实际生产过程中，这些胶水中的溶剂挥发释放voc等有毒物质，且由于有机溶剂与胶黏剂之间的相容性好，有机溶剂难以完全挥发从而使其部分残留于最终制品。当包装材料应用于食品药品包装时，残留的有机溶剂存在迁移至包装内容物的风险，将对人体健康产生不良影响。

为了克服上述问题，当前塑料软包装行业中所使用的挤出复合设备中，也有采用挤出树脂粘合基材的方式，以减少胶水使用量，如图1或2所示，一般是通过挤出机挤出挤出膜2，将其与基材(即主放卷基材3或二放卷基材6中的一种或两种)进行复合，从而形成包装材料。但在实际应用中，该方式制作的包装材料剥离强度较低，往往难以达到理想状态。

为了提高复合后包装材料的剥离强度，目前有以下两种处理方法：第一种是升高模头的温度，挤出树脂在到达复合处时的温度越高，流动性越好，与基材的粘合效果越好，剥离强度就越高；但该处理方法中，温度的稳定性难以控制，温度过低时，其剥离强度无法得到改善，温度过高时，挤出树脂容易因过热而分解，难以成膜甚至烧焦，产生废品，因此，该加工方法成品率非常低。另一种是增大挤出模头与复合辊的距离，即增大气隙l1的高度，相当于增大氧化距离，熔融树脂在高温时与空气中的氧气接触而充分氧化，产生部分极性基团，有利于与基材的粘合，提高复合材料的剥离强度；反之，若气隙高度太小，氧化的时间短，氧化不充分，导致复合材料的剥离强度较低；但是，如果气隙高度太大，由于挤出树脂膜的厚度很薄，一般不超过0.015mm，其降温速率太快，限制了氧化反应的程度，所以采用该方法进行加工时，复合后包装材料的剥离强度不但难以升高，反而会产生下降的现象。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种高剥离强度无胶水复合材料的挤出复合设备，通过该设备制得的复合材料不含胶水且具有较高的剥离强度，符合环保理念，可大量应用于食品药品包装。

本发明的另一目的在于提供一种通过上述设备实现的高剥离强度无胶水复合材料的挤出复合工艺。

本发明的技术方案为：一种高剥离强度无胶水复合材料的挤出复合设备，包括基材放卷装置、极化处理装置、复合装置、收卷装置、共挤挤出机和载波导能装置，基材放卷装置、极化处理装置、复合装置和收卷装置沿基材输送方向依次设置，共挤挤出机设于复合装置上方，复合装置内形成复合区域，共挤挤出机的模头与复合装置之间形成活化区域，活化区域位于复合区域上方，活化区域内设有载波导能装置；基材放卷装置放出的基材先经过极化处理装置进行表面极化处理，共挤挤出机挤出的挤出膜先经过载波导能装置进行活化处理，然后基材和挤出膜在复合装置内进行复合，最后送至收卷装置进行收卷。

所述载波导能装置包括红外中波发射器和防护罩，红外中波发射器安装于防护罩内。其中，从共挤挤出机的模头处挤出的挤出膜经过活化区域时，由红外中波发射器释放能量对挤出膜进行活化处理，再将挤出膜送至复合装置处与基材进行复合。

所述载波导能装置中，防护罩为不锈钢材质，呈中空的长方体状，防护罩的内侧面为镜面，防护罩面向挤出膜的一侧为网状结构；红外中波发射器呈长管状，包括至少两根并排的发射管，各发射管平行排列安装于防护罩内，各发射管靠近防护罩一侧设有涂层。其中，防护罩的镜面对红外中波发射器所释放的红外中波起反射作用，可进一步加强红外中波对挤出膜的活化作用。

所述载波导能装置上设有安装架，并通过安装架安装于共挤挤出机的模头一侧；载波导能装置的整体长度大于或等于模头的长度；

安装架至少有两个，各安装架分别包括安装耳和连接板，安装耳一端与防护罩连接，安装耳另一端与连接板的一端连接，连接板的另一端与共挤挤出机的模头连接；

安装耳为一体成型的l状结构，安装耳的一个侧边上设有安装圆孔，另一侧边上设有安装长孔；

连接板呈平板状结构，连接板的一端也设有安装圆孔，另一端也设有安装长孔。其中，安装耳和连接板上均设有安装长孔，可方便载波导能装置的安装位置调节。

所述活化区域内还设有测温装置，测温装置和载波导能装置相对位于挤出膜的两侧。其中，测温装置和载波导能装置分别与挤出复合设备的控制系统连接，在共挤挤出机的模头挤出挤出膜的过程中，通过测温装置检测挤出膜的温度，并向控制系统反馈，通过控制系统调节红外中波发射器，从而达到温度恒定和自动调节的目的。测温装置可采用非接触式的红外线测温仪。

所述复合装置的复合区域内设有复合辊组，复合辊组包括相配合的冷却辊和胶辊，冷却辊和胶辊之间形成复合区域，挤出膜在复合区域内与基材进行复合。

共挤挤出机的模头包括左模体、右模体和口模，左模体和右模体结构对称，且左模体和右模体之间形成流道，口模安装于左模体和右模体的底部，口模中部带有薄膜出口，薄膜出口的宽度小于流道宽度。

挤出复合设备还包括夹层放卷装置，夹层放卷装置放出夹层材料并送至复合装置，基材、挤出膜和夹层材料三者在复合装置内进行复合。该结构形式的设备可适用于更多层数的复合材料加工，经过活化处理的挤出膜两侧分别粘合基材和夹层材料，具有较高的剥离强度，在实际生产中，可避免采用胶水对各层薄膜之间进行粘合。

所述极化处理装置与复合装置之间还设有烘箱。其中，烘箱是否启动使用，可根据所制备复合材料的实际需求进行选择。此外，沿基材的输送方向，还可在烘箱前设置涂胶辊，使本设备不仅可应用于无胶水复合材料生产，也可用于有胶水复合材料生产，用户根据生产需要进行选择即可，从而使本设备使用范围更广。

此外，上述高剥离强度无胶水复合材料的挤出复合设备中，在复合装置与收卷装置之间，还可根据生产工艺的实际需要增设切边装置、厚薄均匀度调节装置或斩膜装置中的一种或多种，以完善复合材料的后续处理。切边装置、厚薄均匀度调节装置和斩膜装置均采用现有对应装置进行安装即可。

本发明一种高剥离强度无胶水复合材料的挤出复合工艺，包括以下步骤：

(1)基材放卷装置放出基材，基材由极化处理装置进行表面极化处理；

极化处理装置采用高频率高电压在基材表面电晕放电，从而产生低温等离子体，使基材表面产生自由基并使基材表面粗糙度和极性变大，也即表面张力变大；一方面，基材在极化处理过程中产生的自由基、极性基团等可在后续工序中与挤出膜表面产生的自由基及极性基团发生化学反应，从而使挤出膜与基材之间产生更多的化学键合，提高二者的粘接强度，即提高二者间的剥离强度；另一方面，极化处理促使基材表面的粗糙度增加，可与挤出树脂产生锚接，增加机械互锁力，从而提高二者间的剥离强度。本设备及工艺中采用的极化处理装置为市面已有的大气低温等离子体处理机，其极化效果较传统电晕装置的电晕效果好，以pet膜为例，传统的电晕装置处理后的表面张力为48dyn/cm，本设备及工艺中采用的极化处理装置处理后的表面张力可达到60dyn/cm。

(2)共挤挤出机从模头处挤出挤出膜，挤出膜在活化区域内由载波导能装置进行活化处理；

在活化区域内，一方面，载波导能装置释放的能量转化为热能，提高挤出膜的温度，进而提高活化反应速率，增加挤出膜表面的活化程度；另一方面，载波导能装置所释放的红外中波激发挤出膜表面分子链断裂，产生更多的自由基，也促使分子链之间发生化学反应，从而提高挤出膜与基材之间的剥离强度，其中化学反应过程如下：

rh→r·+h·

r·+o2→roo·

roo·+rh→rooh+r·

(3)经过表面电晕处理的基材和经过活化处理的挤出膜同时送入复合装置，在复合装置内的复合区域中进行复合；

(4)形成的复合材料送出并通过收卷装置进行收卷。

所述步骤(2)中，挤出膜的厚度为2.5～40μm，挤出膜的材料为ldpe、pp、eva、eaa或emaa；

挤出膜的材料为ldpe时，红外中波发射器促使挤出膜的温度为320℃；

挤出膜的材料为pp或eaa时，红外中波发射器促使挤出膜的温度为280℃；

挤出膜的材料为eva时，红外中波发射器促使挤出膜的温度为245℃；

挤出膜的材料为emaa时，红外中波发射器促使挤出膜的温度为310℃。

本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：

本高剥离强度无胶水复合材料的挤出复合设备及工艺，使用了载波导能装置，使共挤挤出机的模头处至复合装置之间形成活化区域，并在该区域内利用载波导能装置对挤出的挤出膜表面进行活化处理，提高活化反应速率，增加挤出膜表面的活化程度；激发挤出膜表面分子链断裂，产生更多的自由基，促使化学反应的发生，增强了挤出膜的粘合性，从而提高了复合薄膜的剥离强度。

本高剥离强度无胶水复合材料的挤出复合设备中，还可设置与设备控制系统连接的测温装置，测温装置与载波导能装置相结合使用，可对挤出膜的温度进行实时测量，并通过所获得的测量值实时调整载波导能装置的输出功率，使挤出薄膜的温度恒定，达到自动调节的目的，保证了挤出膜的稳定性，有利于提高产品质量。

本高剥离强度无胶水复合材料的挤出复合设备及工艺，还通过设置极化处理装置，对基材进行表面极化处理，增加了基材的表面活性及粗糙度，有利于后续与挤出膜和夹层材料的复合，提高复合材料的剥离强度(此处，极化处理装置采用低温等离子体电晕，较传统的电晕机效果要好的多，以pet膜为例，普通的电晕值为48dyn/cm，该工艺的值可达到60dyn/cm)。

本高剥离强度无胶水复合材料的挤出复合设备及工艺，还可在极化处理装置与复合装置之间设置烘箱，可根据实际需要进行选择，扩大了本设备的适用范围。同时，还可在复合装置与收卷装置之间，根据生产工艺的实际需要增设切边装置、厚薄均匀度调节装置或斩膜装置中的一种或多种，以完善复合材料的后续处理。

本高剥离强度无胶水复合材料的挤出复合设备及工艺所制得的复合材料，不需在复合薄膜的层与层之间加入胶水，节省了工艺步骤和胶水成本，使用本方法生产出的无胶水粘合的复合薄膜具有环保、无毒的优点，能够扩大复合薄膜的使用范围，尤其是在食品药品包装领域的应用。

附图说明

图1为现有挤出复合二层膜的原理示意图。

图2为现有挤出复合三层膜的原理示意图。

图3为本高剥离强度无胶水复合材料的挤出复合设备的整体结构示意图。

图4为实施例1中，模头和载波导能装置、复合装置的原理示意图。

图5为红外中波发射器的结构示意图。

图6为防护罩的结构示意图。

图7为安装架与防护罩连接的结构示意图。

图8为连接板的结构示意图。

图9为安装耳的结构示意图。

图10为共挤挤出机的模头的横截面结构示意图。

图11为共挤挤出机的模头的整体结构示意图。

图12为实施例4中，模头和载波导能装置、复合装置的原理示意图。

图13为实施例5中，模头和载波导能装置、复合装置的原理示意图。

上述各图中，1为模头，2为挤出膜，3为主放卷基材，4为冷却辊，5为胶辊，6为二放卷基材，7为红外中波发射器，8为防护罩，9为安装耳，10为连接板，11为测温装置，12为基材放卷装置，13为极化处理装置，14为烘箱，15为复合装置，16为共挤挤出机，17为载波导能装置，18为切边装置，19为夹层放卷装置，20为厚薄均匀度调节装置，21为斩膜装置，22为收卷装置，1a为左模体，1b为右模体，1c为口模，1d为流道，1e为薄膜出口，h为活化区域，l1为现有技术中的气隙高度，l2为本申请可达到的气隙高度。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

本实施例一种高剥离强度无胶水复合材料的挤出复合设备，如图3所示，包括基材放卷装置12、极化处理装置13、复合装置15、收卷装置22、共挤挤出机16和载波导能装置17，基材放卷装置、极化处理装置、复合装置和收卷装置沿基材输送方向依次设置，共挤挤出机设于复合装置上方，复合装置内形成复合区域，共挤挤出机的模头与复合装置之间形成活化区域h，活化区域位于复合区域上方，活化区域内设有载波导能装置；基材放卷装置放出的基材(即主放卷基材3)先经过极化处理装置进行表面电晕处理，共挤挤出机挤出的挤出膜先经过载波导能装置进行活化处理，然后基材和挤出膜在复合装置内进行复合，如图4所示，最后送至收卷装置进行收卷。

如图5或图6所示，载波导能装置包括红外中波发射器7和防护罩8，红外中波发射器安装于防护罩内。在载波导能装置中，防护罩为不锈钢材质，呈中空的长方体状，防护罩的内侧面为镜面，防护罩面向挤出膜的一侧为网状结构；红外中波发射器呈长管状，包括至少两根并排的发射管，各发射管平行排列安装于防护罩内，各发射管靠近防护罩一侧设有涂层(其中，该涂层材料可采用金、陶瓷或红宝石(其区别在于反射效率和涂层的耐热程度，具体如下：1.镀金反射层是金涂层，直接固定在石英管表面，能够反射90％以上的红外射线，如有适当的冷却保护，镀金反射层的工作温度可到达600℃左右。2.涂白反射层是陶瓷涂层，直接固定在石英管表面，能够反射70％以上的红外射线，虽反射效果不如镀金反射层，但工作温度可高达900℃到1000℃。3.红宝石反射层可减轻灯丝的红外线辐射强度，通常是与另一种涂层相间包裹石英管的周身)，可利用涂层控制发射管发射电磁波的方向，在本实施例中，涂层材料为金)。其中，防护罩的镜面对红外中波发射器所释放的红外中波起反射作用，可进一步加强红外中波对挤出膜的活化作用。从共挤挤出机的模头处挤出的挤出膜经过活化区域时，由红外中波发射器释放能量对挤出膜进行活化处理，再将挤出膜送至复合装置处与基材进行复合。本申请的气隙高度l2可提高至现有技术气隙高度l1的三倍左右，从而使挤出膜表面的活化反应得到充分反应，使挤出膜具有更强的粘合力。

如图7所示，载波导能装置上设有安装架，并通过安装架安装于共挤挤出机的模头一侧；载波导能装置的整体长度大于或等于模头的长度；安装架至少有两个，各安装架分别包括安装耳和连接板，安装耳一端与防护罩连接，安装耳另一端与连接板的一端连接，连接板的另一端与共挤挤出机的模头连接；如图8所示，连接板呈平板状结构，连接板的一端也设有安装圆孔，另一端也设有安装长孔；如图9所示，安装耳为一体成型的l状结构，安装耳的一个侧边上设有安装圆孔，另一侧边上设有安装长孔。其中，安装耳和连接板上均设有安装长孔，可方便载波导能装置的安装位置调节。

活化区域内还设有测温装置11，测温装置和载波导能装置相对位于挤出膜的两侧。其中，测温装置和载波导能装置分别与挤出复合设备的控制系统连接，在共挤挤出机的模头挤出挤出膜的过程中，通过测温装置检测挤出膜的温度，并向控制系统反馈，通过控制系统调节红外中波发射器，从而达到温度恒定和自动调节的目的。测温装置可采用非接触式的红外线测温仪。

复合装置的复合区域内设有复合辊组，复合辊组包括相配合的冷却辊4和胶辊5，冷却辊和胶辊之间形成复合区域，挤出膜在复合区域内与基材进行复合。

如图10或图11所示，共挤挤出机的模头包括左模体、右模体和口模，左模体和右模体结构对称，且左模体和右模体之间形成流道1d，口模安装于左模体和右模体的底部，口模中部带有薄膜出口1e，薄膜出口的宽度小于流道宽度。

通过上述设备可实现一种高剥离强度无胶水复合材料的挤出复合工艺，包括以下步骤：

(1)基材放卷装置放出基材，基材由极化处理装置进行表面极化处理；

极化处理装置采用高频率高电压在基材表面电晕放电，从而产生低温等离子体，使基材表面产生自由基并使基材表面粗糙度和极性变大，也即表面张力变大；一方面，基材在极化处理过程中产生的自由基、极性基团等可在后续工序中与挤出膜表面产生的自由基及极性基团发生化学反应，从而使挤出膜与基材之间产生更多的化学键合，提高二者的粘接强度，即提高二者间的剥离强度；另一方面，极化处理促使基材表面的粗糙度增加，可与挤出树脂产生锚接，增加机械互锁力，从而提高二者间的剥离强度。本实施例中采用的极化处理装置为市面已有的大气低温等离子体处理机，其极化效果较传统电晕装置的电晕效果好，以pet膜为例，传统的电晕装置处理后的表面张力为48dyn/cm，本设备及工艺中采用的极化处理装置处理后的表面张力可达到60dyn/cm。

(2)共挤挤出机从模头处挤出挤出膜，挤出膜在活化区域内由载波导能装置进行活化处理；

在活化区域内，一方面，载波导能装置释放的能量转化为热能，提高挤出膜的温度，进而提高活化反应速率，增加挤出膜表面的活化程度；另一方面，载波导能装置所释放的红外中波激发挤出膜表面分子链断裂，产生更多的自由基，也促使分子链之间发生化学反应，从而提高挤出膜与基材之间的剥离强度，其中化学反应过程如下：

rh→r·+h·

r·+o2→roo·

roo·+rh→rooh+r·

(3)经过表面电晕处理的基材和经过活化处理的挤出膜同时送入复合装置，在复合装置内的复合区域中进行复合；

(4)形成的复合材料送出并通过收卷装置进行收卷。

所述步骤(2)中，挤出膜的厚度为2.5～40μm，挤出膜的材料为ldpe、pp、eva、eaa或emaa；

挤出膜的材料为ldpe时，红外中波发射器促使挤出膜的温度为320℃；

挤出膜的材料为pp或eaa时，红外中波发射器促使挤出膜的温度为280℃；

挤出膜的材料为eva时，红外中波发射器促使挤出膜的温度为245℃；

挤出膜的材料为emaa时，红外中波发射器促使挤出膜的温度为310℃。

实施例2

本实施例一种高剥离强度无胶水复合材料的挤出复合设备，与实施例1相比，其不同之处在于，在极化处理装置与复合装置之间，还设有烘箱14。其中，烘箱是否启动使用，可根据所制备复合材料的实际需求进行选择。此外，沿基材的输送方向，还可在烘箱前设置涂胶辊，使本设备不仅可应用于无胶水复合材料制作，也可用于有胶水复合材料制作，用户根据生产需要进行选择即可，从而使本设备使用范围更广。

实施例3

本实施例一种高剥离强度无胶水复合材料的挤出复合设备，如图3所示，与实施例1相比，其不同之处在于，在极化处理装置与复合装置之间，还设有烘箱14。其中，烘箱是否启动使用，可根据所制备复合材料的实际需求进行选择。沿基材的输送方向，还可在烘箱前设置涂胶辊，使本设备不仅可应用于无胶水复合材料制作，也可用于有胶水复合材料制作，用户根据生产需要进行选择即可，从而使本设备使用范围更广。

挤出复合设备还包括夹层放卷装置19，夹层放卷装置放出夹层材料并送至复合装置，基材、挤出膜和夹层材料三者在复合装置内进行复合。该结构形式的设备可适用于更多层数的复合材料加工，经过活化处理的挤出膜两侧分别粘合基材和夹层材料，具有较高的剥离强度，在实际生产中，可避免采用胶水对各层结构之间进行粘合。

在复合装置与收卷装置之间，还设置了切边装置18、厚薄均匀度调节装置20和斩膜装置21，以完善复合材料的后续处理。切边装置、厚薄均匀度调节装置和斩膜装置均采用现有对应装置进行安装即可。

实施例4

本实施例一种高剥离强度无胶水复合材料的挤出复合设备，与实施例1相比，其不同之处在于，如图12所示，冷却辊4和胶辊5的复合区域内，挤出膜同时与主放卷基材3和二放卷基材6进行复合，薄膜粘合后形成主放卷基材、挤出膜和二放卷基材构成的三层复合薄膜材料。

实施例5

本实施例一种高剥离强度无胶水复合材料的挤出复合设备，与实施例1相比，其不同之处在于，如图13所示，在活化区域处不设置测温装置，载波导能装置位于薄膜的一侧，该结构形式可简化设备结构，降低设备制造成本。

实施例6

本实施例一种高剥离强度无胶水复合材料的工艺，与实施例1相比，其不同之处在于制备一种具体的无胶水复合膜。以pet印刷膜、真空镀铝pet膜和吹膜pe做为基材，采用该无胶水复合工艺制备了pet印刷/三层共挤/vmpet/三层共挤/吹膜pe30的九层复合薄膜。其中pet印刷/vmpet剥不开，vmpet/吹膜pe的剥离强度为1.8n/15mm。

如上所述，便可较好地实现本发明，上述实施例仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；即凡依本发明内容所作的均等变化与修饰，都为本发明权利要求所要求保护的范围所涵盖。