В историята на развитието на опаковката, работата на лепилата винаги е била основният елемент, за да се гарантира качеството и функцията на опаковката. Като материал с уникални химични свойства,NVP (N-винил пиролидон) хомополимер През последните години привлече широко внимание в областта на лепилата за опаковане. Дали това може значително да подобри силата на свързване в приложенията за опаковане, се превърна в фокус на дискусията в индустрията. Тази статия ще започне от химическата структура и характеристиките на NVP хомополимера, комбинирана с експериментални изследвания, ефективност на приложението в различни сценарии за опаковане, сравнителен анализ с други материали и адаптивност на производствения процес. За да се отговори напълно на този ключов въпрос, той предоставя ценна справка за практикуващите в опаковката.
Съдържание
1. Химическа структура и свойства на NVP хомополимер
2. Изисквания за силата на свързване в приложенията за опаковане
3. Експериментално проучване за ефекта на NVP хомополимера върху якостта на свързване
4. Производителност на NVP хомополимер в различни опаковъчни материали
5. Сравнение с други полимери в приложенията за опаковане на свързване
6. Ефект на NVP хомополимер върху процеса на производство на опаковки
7. Предизвикателства и решения в практически приложения
8. Перспективи на пазара и тенденции в развитието
9. Заключение
Химическа структура и свойства на NVP хомополимер
NVP хомополимере полимер, образуван от полимеризацията на N-винилпиролидонови мономери. В молекулната си структура пиролидоновият пръстен е ключовата характеристика. Полярността на пиролидоновия пръстен прави NVP хомополимера да има добра разтворимост на вода и афинитет към различни полярни повърхности. От гледна точка на междумолекулните сили, карбонилната група (C=O) в NVP хомополимер може да образува водородни връзки с вещества, съдържащи полярни групи като хидроксил (-OH) и амино (-NH₂). Това водородно свързване е важна основа за възможното му подобряване на силата на свързване. В допълнение, NVP хомополимер има добри филмови свойства и може да образува непрекъснат и равномерен филм на повърхността на опаковката, като допълнително оптимизира работата на интерфейса на свързване. Например, във воден разтвор, хомополимерните молекулни вериги NVP могат да образуват свободна мрежа чрез взаимодействие на водородна връзка. Когато водата се изпари, тези молекулни вериги са тясно подредени, за да образуват филмов слой с определена механична якост, осигурявайки физическа подкрепа за свързване.
Изисквания за силата на свързване в приложенията за опаковане
В областта на опаковката различните видове опаковки имат специфични изисквания за якост на свързване.
Опаковка на храните: Не само, че лепилото трябва да има достатъчна първоначална якост на свързване, за да се гарантира, че опаковката няма да се напука или се отделя по време на пълнене, транспортиране и съхранение, но е необходимо също така да се вземе предвид стабилността на силата на свързване при различни условия на околната среда (като промени в влажността и температурни колебания). Например, за опаковането на сухи храни като картофени чипсове, лепилото трябва да поддържа дългосрочно стабилно свързване в среда с ниска влажност; А за охладени или замразени опаковки за храна, лепилото трябва да може да издържи на нискотемпературни среди, без да се чупи крекинг или дебондиране.
Фармацевтична опаковка: Силата на свързване трябва да отговаря на строгите стандарти, за да се гарантира уплътняването и целостта на фармацевтичните опаковки и да предотвратят замърсяването или вложеното фармацевтично фармацевтично. Например, за фармацевтични блистерни опаковки, лепилото трябва да гарантира силна връзка между блистера и алуминиевото фолио и никакви вредни вещества не могат да мигрират в лекарството.
Опаковка на индустриални продукти: За някои тежки или големи опаковки за индустриални продукти, лепилото трябва да има висока начална сила на връзката и сила на задържане, за да издържа на вибрации, въздействие и натоварване на теглото по време на транспортиране. Например, връзката между дървените кутии за опаковане на механично оборудване трябва да бъде достатъчно силна, за да гарантира безопасността на оборудването по време на транспортирането.
Експериментално проучване за ефекта на NVP хомополимера върху силата на връзката
Проведени са много експерименти около ефекта на NVP хомополимера върху силата на връзката.
Връзка между концентрацията и силата на връзката: В проучване на лепилата за опаковане на пластмасови филми изследователите постепенно увеличават концентрацията на NVP хомополимер в лепилната формула. Силата на връзката се измерва чрез тест за срязване на LAP и резултатите показват, че когато концентрацията на хомополимер на NVP се увеличи от 3% (съотношение на теглото) до 8%, якостта на срязване на LAP постепенно се увеличава от 2. 0 MPa до 3,5 MPa. Въпреки това, когато концентрацията надвишава 8%, тенденцията за подобряване на силата се забавя, което може да е така, защото прекомерната концентрация води до прекомерно заплитане на молекулярни вериги, влияещо върху пълния контакт с повърхността на субстрата.
| NVP хомополимерна концентрация (съотношение на теглото) | Якост на срязване на обиколка (MPA) | Режим на отказ |
|---|---|---|
| 0% (контролна група) | 1.8 ± 0.1 | Сплотена повреда на лепилния слой |
| 3% | 2.3 ± 0.2 | Смесена повреда на интерфейса и сближаване |
| 5% | 2.8 ± 0.2 | Смесена повреда на интерфейса и сближаване |
| 8% | 3.5 ± 0.3 | Неизправност на субстрата (счупване на хартиени влакна) |
| 10% | 3.6 ± 0.2 | Неизправност на субстрата (счупване на хартиени влакна) |
Ефект на молекулното тегло: Друг експеримент сравнява NVP хомополимери с различни молекулни тегла. Въпреки че ниското молекулно тегло (около 2 0, 000 g\/mol) NVP хомополимер има добра дифузия и може бързо да проникне в порите на повърхността на субстрата, образуваната свързваща мрежа не е достатъчно силна; Високото молекулно тегло (около 100, 000 g\/mol) NVP хомополимер е трудно да се разпръсне равномерно в лепилото поради високия си вискозитет и не е лесно да се разпространи върху повърхността на субстрата. Средно молекулното тегло (около 50, 000 g\/mol) NVP хомополимер се представя най -добре, със якост на срязване на обиколка 4,0 MPa, балансирайки способността за проникване, разпространение и образуване на мрежа.
| Молекулно тегло (g\/mol) | Лепилен вискозитет (MPA ・ S, 25 градуса) | Якост на срязване на обиколка (MPA) | Прозрачност на филма |
|---|---|---|---|
| 20,000 | 50 ± 5 | 2.5 ± 0.2 | Полупрозрачен |
| 50,000 | 200 ± 10 | 4.0 ± 0.3 | Прозрачен |
| 100,000 | 800 ± 50 | 3.2 ± 0.2 | Леко мътно |
| 200,000 | 3000 ± 200 | 2.0 ± 0.1 | Мътно |
Експеримент за толерантност към околната среда: Пробите за опаковане, изработени от лепила, съдържащи NVP хомополимери, бяха изложени на среда с висока влажност (90% RH) в продължение на 7 дни и след това се измерва якостта на свързване. Резултатите показват, че степента на задържане на силата му е 80%, докато степента на задържане на силата на традиционните лепила без хомополимер на NVP е само 60%. След поставяне в среда с висока температура (60 градуса в продължение на 48 часа, скоростта на задържане на якостта на лепилата на базата на хомополимер на NVP е 75%, докато тази на традиционните лепила е 55%, което напълно демонстрира положителната роля на хомополимерите на NVP за подобряване на екологичната толерантност на адхезите.
| Условия за изпитване | Лепило на базата на хомополимер на NVP (8% концентрация) | Традиционно акрилатно лепило | Разлика в задържането на сила |
|---|---|---|---|
| Стандартни условия (23 градуса \/50% RH) | Първоначална сила: 3,5 MPa | Първоначална сила: 2,8 MPa | - |
| Висока влажност (90% RH, 7 дни) | 2.8 MPa (80% задържане) | 1.7 MPa (60% задържане) | +20% |
| Висока температура (60 градуса, 48 часа) | 2.6 MPa (75% задържане) | 1,5 MPa (55% задържане) | +20% |
| Ниска температура (-20 степен, 24 часа) | 3. 0 MPA (86% Задържане) | 2. 0 MPA (71% задържане) | +15% |
Изпълнение на NVP хомополимери в различни опаковъчни материали
Пластмасови опаковъчни материали: За неполярни пластмаси като полиетилен (PE) и полипропилен (PP), NVP хомополимерите могат значително да подобрят якостта на свързване след третиране на повърхностната поляризация. Например, в опаковката на PE филми, PE повърхността първо е обработена за въвеждане на полярни групи и след това се използва лепило, съдържащо NVP хомополимер. Силата на свързване може да бъде увеличена с 30% - 50% в сравнение с традиционните лепила. Това е така, защото полярните групи от хомополимери на NVP образуват по -силни взаимодействия с полярните групи на третираната PE повърхност.
Материали за опаковане на хартия: Хартията съдържа голям брой хидроксилни групи, а карбонилните групи от NVP хомополимери образуват изобилие от водородни връзки с хидроксилните групи хартия. В уплътнителния експеримент на опаковката на хартия Kraft, хартиените влакна са унищожени, когато уплътненията са отворени с помощта на лепила на базата на хомополимер NVP, а не лепилният слой, който се отделя, което показва, че якостта на свързване надвишава силата на самата хартия и постига идеалния ефект на свързване.
Опаковъчни материали за метално фолио: В опаковката на алуминиево фолио, хомополимерите на NVP могат да засилят свързването чрез химически реагиране с оксидния слой върху алуминиевата повърхност (като образуване на координационни връзки). Експерименталните измервания показват, че силата на свързване на лепилата, съдържащи NVP хомополимери към алуминиево фолио, може да достигне 5. 0 n\/25mm (според съответните стандарти за тестване на индустрията), докато обикновените лепила са само 3. 0 n\/25mm, със значителна пропаст.
Сравнение с други полимери в приложенията за опаковане на свързване
Сравнение с поливинилов алкохол (PVA): PVA също е често използван водоразтворим полимерен лепилен компонент. Предимството на PVA е ниската му цена, но не е толкова добро, колкото NVP хомополимер при водопроводна резистентност и адхезия към неполярни повърхности. Например, във влажна среда, якостта на свързване на лепилата на базата на PVA ще спадне бързо, докато лепилата на базата на хомополимер на NVP могат да останат сравнително стабилни. В свързващия експеримент на PP пластмасите, силата на свързване на лепилата на базата на хомополимер на NVP е с около 40% по-висока от тази на лепилата на базата на PVA.
В сравнение с акрилните полимери: акрилните полимерни лепила обикновено имат висока якост на първоначална връзка, но тяхната работа ще бъде повлияна в някои специални среди (като висока температура и висока влажност). Лепилата на базата на хомополимер на NVP имат по-добра стабилност във висока температура и висока влажна среда. В допълнение, акрилните полимери могат да имат определени проблеми с миризмата, а приложението им в чувствителни към миризма полета като опаковане на храни е ограничено. Лепилата на базата на хомополимер на NVP нямат този проблем и имат по-добра безопасност и приложимост.
В сравнение с полиуретан (PU): PU лепилата имат по -добри изчерпателни показатели, но цената е висока и процесът на подготовка е сложен. В някои общи приложения за опаковане работата на лепилата на базата на хомополимер на NVP може да бъде близка до тази на PU лепилата, а цената е сравнително ниска, а процесът на подготовка е по-прост. Например, в опаковката на картонени опаковки от обикновени ежедневни нужди, лепилата на базата на хомополимер на NVP могат напълно да заменят PU лепилата за постигане на подобна сила на свързване, като същевременно намаляват разходите с 20% - 30%.
Въздействието на хомополимери на NVP върху производствените процеси на опаковки
Процес на покритие: Поради разтворимостта на водата и характеристиките на вискозитета, лепилата на базата на хомополимер на NVP имат различни изисквания за оборудване за покритие, отколкото традиционните лепила. Когато използвате процеса на ролково покритие, скоростта и налягането на ролката трябва да се регулира по подходящ начин, за да се гарантира, че лепилото е равномерно покрито. Най-общо казано, скоростта на покритие на лепила на базата на хомополимер на NVP може да бъде малко по-бърза от някои традиционни лепила с висока вискозност, което подобрява ефективността на производството. Например, в производствената линия за опаковане на пластмасови филми, след като се използват лепила на базата на хомополимер на NVP, скоростта на покритие се увеличава от първоначалните 10 метра в минута до 12 метра в минута, а качеството на покритието беше по-равномерно.
Условия за сушене: Поради разтворимостта на водата на NVP хомополимери, скоростта на изпаряване на водата по време на процеса на сушене на лепилото ще повлияе на качеството на филма и силата на свързване. По отношение на температурата на сушене, подходящата температура е 50 градуса - 70 степен. Твърде ниската температура ще удължи времето за сушене, докато твърде висока температура може да доведе до изсъхване на лепилната повърхност твърде бързо и вътрешната влага не може да се изхвърля навреме, образувайки мехурчета или пукнатини. По отношение на времето за сушене, в сравнение с някои лепила на базата на органични разтворители, лепилата на базата на хомополимер на NVP имат по-кратко време за сушене, като цяло 30 - 60 секунди (в зависимост от дебелината на покритието), което е благоприятно за подобряване на общата ефективност на производствената линия.
Изисквания за съхранение: Лепилата на базата на хомополимер на NVP трябва да се съхраняват на хладно и сухо място, като се избягва пряка слънчева светлина и високотемпературна среда. Температурата на съхранение обикновено се контролира на 5 градуса - 30 градус. В този диапазон работата на лепилото може да остане стабилна за повече от 6 месеца. Ако условията за съхранение са неправилни, това може да причини разграждането на NVP хомополимер или промяната на степента на полимеризация, което влияе върху якостта на свързване. Например, ако се съхранява при висока температура (над 40 градуса) за дълго време, вискозитетът на лепилото ще намалее и силата на свързване ще намалее с 10% - 20%.
Предизвикателства и решения в практически приложения
Предизвикателство за разходите: Производствените разходи на хомополимера на NVP са сравнително високи, което прави цената на лепилата на базата на хомополимер на NVP 20% - 40% по-скъпа от някои традиционни лепила. Едно от решенията е да се оптимизира производственият процес, да се подобри добивът на синтез на NVP хомополимер и да се намали консумацията на суровини. Например, използването на нови катализатори или подобрени условия на реакция на полимеризация може да увеличи добива от първоначалните 70% до 85%, като ефективно намалява разходите. В допълнение, чрез мащабно производство може да се споделят амортизацията на оборудването и разходите за труд, което също може да намали цената на продукта на единицата.
Предизвикателство за съвместимост: Проблеми с съвместимостта с други добавки (като пластификатори и пълнители). Някои пластификатори могат да взаимодействат с NVP хомополимери и да намалят силата на свързване. Решението е да се проведе достатъчно тестване на съвместимост по време на етапа на проектиране на формуляр. Например, чрез промяна на вида и количеството на пластификаторите, използвайки пластификатори с молекулни структури, които по -добре съответстват на NVP хомополимери, като цитрат пластификатори, може да се подобри съвместимостта. За пълнителите изборът на пълнители, които са били третирани повърхностно (като лечение на силанов свързващ агент) може да подобри взаимодействието с хомополимер на NVP и да избегне намаляване на якостта на свързване.
Регулаторни предизвикателства: В области като опаковката на храните регулациите имат строги изисквания относно безопасността на лепилата. Хомополимерите на NVP трябва да преминат поредица от тестове за токсикология и тестове за миграция. Решението е стриктно да се спазват съответните регулаторни стандарти по време на процеса на изследване и разработки и производство, като например разпоредбите на FDA (Американската администрация по храните и лекарствата) относно материалите за контакт с храни. Строго контролирайте чистотата на NVP хомополимери, намалете съдържанието на примеси и гарантирайте нейната безопасност в приложенията за опаковане. В същото време установете пълна система за контрол на качеството и тествайте всяка партида продукти, за да гарантирате спазването на регулаторните изисквания.
Пазарни перспективи и тенденции в развитието
С нарастващото търсене на високоефективни лепила в опаковката, лепилата, базирани на хомополимер на NVP, имат широки пазарни перспективи. Очаква се темпът на растеж на пазара да достигне 8% - 10% през следващите 5 години. В полета от висок клас като опаковане на храни и фармацевтични опаковки прилагането на лепила на базата на хомополимер на NVP ще продължи да се разширява, заменяйки някои традиционни лепила. В същото време, с подобряването на изискванията за опазване на околната среда, водоразтворимите характеристики на лепилата на базата на хомополимер на NVP го правят по-в съответствие с тенденциите за опазване на околната среда и по-популярни на пазара, отколкото на базата на органични разтворители.
По отношение на тенденциите в технологичното развитие, молекулната структура на хомополимерите на NVP ще бъде допълнително оптимизирана в бъдеще, а лепилата с по -добри резултати ще бъдат разработени чрез методи за модификация като кополимеризация и присаждане. Например, кополимеризацията с акрилати може да комбинира предимствата на двете и да подобри цялостната ефективност на лепилата. В същото време засилването на изследванията за механизма на действие на лепилата на базата на хомополимер на NVP ще осигури по-солидна теоретична основа за проектиране и приложение на формулировката.
Заключение
През 1992 г.,Zhejiang Sunflower New Material Co., Ltd.,Предшественикът на компанията е създаден, специализиран в PVP производството. Г -н Ву Джиаксианг, главен експерт на Националния проект за научноизследователска и развойна дейност на PVP, беше генерален мениджър. През 2002 г. компанията е преструктурирана в частно предприятие и създава Hangzhou Sunflower Technology Development Co., Ltd. (STD), продължавайки да участва в научноизследователската и развойна дейност и производството на API и продукти от серия PVP и козметични продукти.
Под ръководството на Ву Джиаксианг, основният основател на PVP в Китай и старши инженер на професор, екипът на компанията е усвоил процеса и технологиите за прилагане на десетки свързани продукти и е натрупал богат опит в непрекъснатата научноизследователска и развойна дейност, инженерна практика и маркетинг от 1979 г.
Нашата бизнес философия е: „Иновацията като източник, услуга като основа“.
Нашите характеристики на продукта са: приложимост, професионализъм, превъзходство и устойчивост.
Изчерпателен многоизмерен анализ и изследвания, хомополимерите на NVP показват потенциала за значително подобряване на силата на свързване в приложенията за опаковане. Уникалната му химическа структура му придава способността да образува силни взаимодействия с различни опаковъчни материали, а експерименталните проучвания потвърждават положителните ефекти върху силата на свързване при различни условия. Въпреки че е изправен пред предизвикателства като разходи, съвместимост и регулации в практически приложения, те могат постепенно да бъдат преодолени чрез съответните решения. По отношение на перспективите на пазара, лепилата, базирани на хомополимер на NVP, имат широко пространство за развитие, тъй като отговарят на тенденциите на високата ефективност и опазването на околната среда. Следователно хомополимерът на NVP може значително да подобри силата на свързване в приложенията за опаковане, като осигури нов и мощен избор за развитие на опаковката. С непрекъснатото развитие на технологията и задълбоченото приложение нейната стойност в полето за опаковане ще бъде допълнително подчертана.