Il tasso di delaminazione della gomma dei pacchetti di sigarette negli astucci pieghevoli è sceso al di sotto dell'1%-questi 4 fattori chiave non possono essere ignorati!
I pacchetti di sigarette hanno le funzioni di visualizzazione del marchio, protezione del prodotto e tracciabilità anti-contraffazione, e la precisione del processo e gli standard di qualità sono molto più elevati rispetto a quelli degli imballaggi ordinari. Essendo l'ultimo processo fondamentale dello stampaggio dei pacchetti di sigarette, la resistenza dello strato adesivo determina direttamente la stabilità strutturale dei pacchetti di sigarette durante l'intero processo di stoccaggio, trasporto e vendita. Secondo i dati del sondaggio del 2024 del Comitato professionale per l'imballaggio del tabacco della China Packaging Federation, il tasso di scarto dei prodotti finiti causato dal problema dell'incollaggio delle scatole nelle imprese nazionali di imballaggio del tabacco raggiungerà una media del 5,7%, e alcune piccole e medie-imprese supereranno il 15%, con una perdita economica diretta annua di oltre 200 milioni di yuan.
Al momento, ci sono tre principali punti critici nel controllo della viscosa delle scatole collanti dei pacchetti di sigarette: in primo luogo, la scelta dell'adesivo dipende dall'esperienza, e manca un abbinamento sistematico con carte speciali per pacchetti di sigarette come carta sfusa ad acqua e carta alluminata transfer; in secondo luogo, non esiste uno standard quantitativo per parametri di processo quali applicazione della colla, velocità e uniformità; In terzo luogo, l'impostazione dei parametri di polimerizzazione a pressione non è ragionevole e fa sì che l'adesivo non penetri completamente nelle fibre della carta. Sulla base di ciò, questo articolo prende come punto di partenza il problema del cedimento adesivo delle scatole di colla dei pacchetti di sigarette e propone uno schema di controllo della viscosa quantificabile e pratico da quattro dimensioni: selezione dell'adesivo, ottimizzazione dei parametri del processo di incollaggio, controllo delle condizioni di polimerizzazione a pressione e controllo di qualità dell'intero processo, con l'obiettivo di risolvere problemi comuni nel settore e migliorare la qualità di produzione dei pacchetti di sigarette.
Analisi delle cause principali del cedimento della colla adesiva del pacchetto di sigarette
01/ Prestazioni adesive e adattabilità della carta insufficienti
Le proprietà superficiali della carta sono un fattore chiave che influenza l'effetto adesivo. Le proprietà fisiche e chimiche dell'adesivo sono alla base dell'effetto adesivo e la sua insufficiente adattabilità alla carta del pacchetto di sigarette è la causa principale del cedimento dell'adesivo. Le proprietà superficiali e la struttura delle fibre delle diverse carte sono significativamente diverse e i requisiti di bagnabilità, permeabilità e caratteristiche di polimerizzazione degli adesivi sono completamente diversi e la compatibilità di diverse carte e adesivi è mostrata nella Tabella 1.
02/ I parametri del processo di incollaggio sono fuori controllo
Il processo di incollaggio è l'anello centrale del controllo dell'adesivo e la perdita di controllo dei tre parametri di applicazione della colla, uniformità della colla e velocità di applicazione della colla è una ragione importante per il fallimento dell'adesivo.
(1) La quantità di colla applicata non è ragionevole
Quando la quantità di colla è insufficiente, l'adesivo non riesce a coprire completamente la superficie adesiva della carta, i punti di legame tra le fibre si riducono e la forza adesiva si riduce notevolmente. Un'applicazione eccessiva di colla porterà a un "trabocco della colla", inquinerà l'aspetto del pacchetto di sigarette e l'adesivo in eccesso produrrà facilmente bolle durante l'indurimento, ma ridurrà la solidità dell'adesivo, prendendo come esempio la carta per trasferimento laser da 232 g/m², la relazione tra la quantità di colla e la resistenza alla pelatura è mostrata nella Tabella 2.
Tabella 2 Relazione tra quantità di colla e resistenza alla pelatura
(2)L'uniformità del rivestimento della colla non corrisponde alla velocità
L'uniformità del rivestimento della colla influisce direttamente sulla distribuzione delle sollecitazioni dello strato adesivo. Se sono presenti "punti di colla mancanti" sulla superficie rivestita, la forza di adesione in quell'area è pari a zero, rendendola un punto debole soggetto a delaminazione. Prendendo come esempio una carta per trasferimento laser da 232 g/m² con un rivestimento di colla di 7 g/m², l'effetto della velocità di rivestimento sugli indicatori di processo è mostrato nella Tabella 3.
Tabella 3 Effetto della velocità di rivestimento della colla sugli indicatori di processo
03/ Condizioni di pressurizzazione e polimerizzazione non conformi allo standard
La pressurizzazione e la polimerizzazione dopo la piegatura del cartone sono fasi fondamentali affinché l'adesivo formi uno strato adesivo stabile. Una pressione insufficiente o un tempo di pressurizzazione troppo breve possono portare l'adesivo a non penetrare completamente nelle fibre o a espellere bolle d'aria, con conseguenti vuoti microscopici nello strato adesivo e, infine, causando la delaminazione.
04/ Effetti indiretti dei fattori ambientali
La temperatura e l'umidità dell'ambiente di produzione possono influenzare indirettamente l'efficacia dell'adesivo. Una temperatura troppo bassa (<18°C) reduces the adhesive's fluidity and slows down the curing process; too high a humidity (>65%) provoca l'assorbimento di umidità da parte della carta, l'espansione delle fibre, una maggiore difficoltà di penetrazione dell'adesivo e un tempo di polimerizzazione prolungato; un'umidità troppo bassa (<40%) causes the adhesive surface to dry quickly while the interior is not fully cured, resulting in a "false tack" phenomenon. Changes in the delamination rate of cigarette cartons under different temperature and humidity conditions are shown in Figure 1.
Fig.1 Variazioni nella velocità di sgommatura dei pacchetti di sigarette in diverse condizioni di temperatura e umidità
Schema di ottimizzazione per il controllo viscoso della scatola colla del pacchetto di sigarette
01/ Strategia di selezione dell'adesivo in base alle proprietà della carta
Il principio fondamentale della selezione dell'adesivo è quello di ottenere "adattamento alla bagnabilità, adattamento alla permeabilità e adattamento alle caratteristiche di polimerizzazione", tenendo conto dei requisiti dell'ambiente di utilizzo, dei costi e della protezione ambientale e costruendo un sistema di selezione scientifica, la strategia di selezione specifica è la seguente.
(1) Selezionare accuratamente in base al tipo di carta
La struttura superficiale e le proprietà fisiche e chimiche delle diverse carte dei pacchetti di sigarette sono notevolmente diverse e il tipo e i parametri dell'adesivo devono essere abbinati in modo mirato.
(1) Carta patinata: superficie liscia e strato di inchiostro denso, preferibilmente scegliere adesivo modificato a base d'acqua- con una viscosità di 1800~2000 mPa·s. Il tensioattivo in esso contenuto può ridurre l'angolo di contatto da 45 gradi a 28 gradi per migliorare la bagnabilità; Il penetrante aggiunto può oltrepassare la barriera dello strato di inchiostro, aumentare la profondità di penetrazione da 52μm a 75μm e la forza adesiva raggiunge 2,65N/cm, che è significativamente superiore a quella degli adesivi convenzionali a base acqua-.
(2) Cartone per placcatura in alluminio laser a trasferimento: il rivestimento metallico della superficie porta a scarsa bagnabilità e deve essere selezionato uno speciale adesivo a base d'acqua- contenente un agente di accoppiamento, attraverso il quale si forma il legame chimico tra il rivestimento metallico e l'adesivo per migliorare la forza di legame, in modo che l'angolo di contatto venga ridotto da 78 gradi a 32 gradi e la profondità di penetrazione venga aumentata a 68μm; Se si utilizzano adesivi, la temperatura deve essere controllata a 90~100 gradi per garantire l'effetto bagnante del rivestimento.
(3) Carta sfusa ad acqua: fibre sciolte, facile da assorbire l'umidità, scelta preferenziale dell'adesivo con un punto di fusione di 120~130 gradi, la sua velocità di polimerizzazione è rapida, può evitare l'assorbimento di umidità e la deformazione della carta, la profondità di penetrazione può raggiungere più di 48μm e la forza adesiva è maggiore o uguale a 3,0N/cm. I dati sperimentali hanno mostrato che la forza adesiva dell'adesivo a 160 gradi era di 3,2 N/cm, che era molto superiore a quella di 2,1 N/cm a 140 gradi.
(4) Rivestimento del pacchetto di sigarette ondulato: viene selezionato struttura porosa, grande spessore, adesivo ad alta permeabilità e la velocità di indurimento è controllata a 3 ~ 5 s per garantire che lo strato adesivo penetri completamente nello spazio ondulato e formi una struttura di legame stabile.
(2) Uso combinato della selezione dell'adattamento ambientale
Durante lo stoccaggio e il trasporto dei pacchetti di sigarette, potrebbero trovarsi ad affrontare ambienti ad alta temperatura e umidità elevata e l'adesivo deve avere una corrispondente resistenza agli agenti atmosferici.
(1) Aree ad alta temperatura e umidità elevata nel sud: selezionare un adesivo a base di acqua modificata resistente all'umidità-resistente all'acqua- e aggiungere inibitori della muffa per garantire che il tasso di ritenzione della forza adesiva sia maggiore o uguale al 90% in condizioni di umidità dell'80% e temperatura di 35 gradi, in modo da evitare la sgommatura causata dall'assorbimento di acqua e l'ammorbidimento dello strato adesivo.
(2) Aree secche e a bassa-temperatura nel nord: scegliere adesivi a bassa-cristallinità, ottimizzare il design della struttura molecolare, evitare fragilità e screpolature dello strato adesivo a bassa temperatura e mantenere la forza adesiva a -10 gradi a maggiore o uguale all'85% per garantire la stabilità strutturale nell'ambiente a bassa temperatura.
(3) Pacchetti di sigarette che devono essere laminati ad alta temperatura: scegliere un adesivo resistente alle alte-temperature (resistenza alla temperatura maggiore o uguale a 120 gradi) per prevenire l'ammorbidimento e il cedimento dello strato adesivo causato dal processo di laminazione e garantire la stabilità a lungo-termine delle prestazioni dell'adesivo.
(3) Bilanciare costi e protezione ambientale
Sulla premessa del rispetto dei requisiti di qualità, stabilire un duplice sistema di valutazione di "prestazioni di costo e tutela dell'ambiente":
(1) Controllo dell'indice di protezione ambientale: il contenuto di COV degli adesivi a base d'acqua- deve essere inferiore o uguale a 50 g/l, in conformità con GB 38508-2020 "Limiti del contenuto di composti organici volatili degli agenti detergenti"; Per gli adesivi sono preferibili prodotti privi di alogeni-e a basso contenuto di fumi per evitare i gas tossici generati durante il processo di produzione e garantire la sicurezza dell'ambiente di lavoro.
(2) Ottimizzazione completa dei costi: sebbene il prezzo unitario degli adesivi speciali modificati sia superiore di circa il 15% rispetto a quello dei prodotti convenzionali, può ridurre significativamente il tasso di sgommatura e ridurre le perdite di rilavorazione. L'applicazione pratica di un'impresa mostra che dopo l'uso di adesivi speciali a base d'acqua modificati-, il costo di produzione complessivo viene ridotto dell'8%, ottenendo una situazione vantaggiosa per qualità ed efficienza.
02/ Ottimizzazione quantitativa del processo di incollaggio
(1) Determinare l'intervallo ottimale di applicazione della colla
Vengono formulati standard precisi sul volume di incollaggio per diverse carte e l'"applicazione critica della colla" (la quantità minima di colla applicata quando la resistenza alla pelatura inizia a stabilizzarsi) e la "quantità ottimale di colla" di ciascuna carta vengono determinate attraverso esperimenti.
(1) Carta patinata: la quantità critica di adesivo è 5 g/m² e l'intervallo ottimale è 5~7 g/m². In questo intervallo, l'adesivo può coprire completamente la superficie adesiva, formare uno strato adesivo uniforme, la resistenza alla pelatura è stabile a 2,4~2,65 N/cm e la velocità di traboccamento è controllata al di sotto dello 0,5%.
(2) Trasferimento di cartone alluminato: quantità critica di incollaggio 6 g/m², intervallo ottimale 6~8 g/m². I dati sperimentali hanno mostrato che quando la quantità di colla della carta era di 3~6 g/m², la resistenza alla pelatura aumentava linearmente con l'aumento dell'applicazione della colla, da 1,2 N/cm a 2,5 N/cm. La resistenza alla pelatura nell'intervallo di 6~8g/m² tendeva ad essere stabile, tra 2,5~2,65N/cm. Dopo aver superato gli 8 g/m², la resistenza alla pelatura è leggermente diminuita e il tasso di fuoriuscita è aumentato significativamente, dallo 0,5% all'8%.
(3) Carta sfusa con acqua: la quantità critica di colla è 5 g/m² e l'intervallo ottimale è 5~7 g/m², il che può garantire che la forza adesiva sia maggiore o uguale a 3,0 N/cm e allo stesso tempo evitare l'inquinamento da traboccamento della gomma.
Durante il processo di produzione, la quantità di colla viene controllata accuratamente regolando la distanza del rullo incollatore (precisione ± 0,01 mm), dotato di un rilevatore di quantità di colla online, monitoraggio in tempo reale-e dati di feedback e allarme automatico quando la deviazione supera ±0,5 g/m² per garantire che la quantità di colla sia sempre nell'intervallo ottimale.
(2) Ottimizzare la velocità e l'uniformità dell'incollaggio
La velocità e l'uniformità dell'applicazione influiscono direttamente sull'effetto di bagnatura e penetrazione dell'adesivo sulla superficie della carta ed è necessario un controllo preciso attraverso l'adattamento del processo e l'ottimizzazione delle apparecchiature.
(1) Adeguamento della velocità di applicazione della colla: in base al tipo di adesivo, viene formulato lo standard di velocità e la velocità di applicazione dell'adesivo a base acqua- è controllata a 50~70 m/min e la velocità di applicazione dell'adesivo è controllata a 60~80 m/min per garantire che l'adesivo abbia un tempo di bagnatura sufficiente sulla superficie della carta (maggiore o uguale a 0,5 s). I dati dei test sul campo mostrano che quando la velocità di incollaggio dell'adesivo a base d'acqua- aumenta da 60 m/min a 90 m/min, il tasso qualificato di uniformità di incollaggio diminuisce dal 98% al 75% e il tasso di sgommatura aumenta dall'1,2% al 5,8%, il che dimostra l'importanza dell'adattamento della velocità.
(2) Ottimizzazione dei rulli incollatori: adottare la tecnologia di incollaggio dei rulli anilox, selezionare il numero di maglie in base al tipo di carta, migliorare la quantità di colla e permeabilità e garantire che non vi siano perdite o accumuli sulla superficie incollata.
(3) Pulizia e manutenzione: formulare un ciclo di pulizia rigoroso per il rullo di incollaggio e pulirlo accuratamente dopo ogni turno di produzione per evitare che la formazione secca dello strato di colla influisca sul successivo effetto di incollaggio. Dopo la pulizia, vengono utilizzati provini standard per verificare l'uniformità dell'incollaggio e la velocità di passaggio maggiore o uguale al 98% prima di iniziare la produzione, garantendo la stabilità del processo dal livello di manutenzione delle apparecchiature.
03/ Standardizzazione del processo di polimerizzazione a pressione
La polimerizzazione a pressione è un passaggio fondamentale nella formazione di uno strato adesivo stabile da parte degli adesivi ed è necessario stabilire un sistema standard tridimensionale di "pressione-tempo-temperatura", ottimizzando al tempo stesso l'ambiente di polimerizzazione per garantire la qualità dell'incollaggio.
(1) Standardizzazione dei parametri di pressurizzazione
Sulla base dei dati di verifica di laboratorio, viene formulato uno standard generale per il processo di pressurizzazione della colla dei pacchetti di sigarette, che viene regolato in modo flessibile in base allo spessore della carta.
(1) Pressione: l'intervallo di pressione standard è 0,4~0,6MPa, il limite superiore (0,5~0,6MPa) per la carta spessa (come il rivestimento di carta ondulata) e il limite inferiore (0,4~0,5MPa) per la carta sottile (come la carta alluminata per trasferimento) per garantire che l'adesivo penetri completamente nella fibra. Gli esperimenti mostrano che quando la pressione aumenta da 0,3 MPa a 0,5 MPa, la resistenza al taglio aumenta da 4,1 N/mm² a 5,2 N/mm² e l'effetto di miglioramento è significativo.
(2) Tempo di pressurizzazione: adesivo a base d'acqua- pressurizzato per 3~5 s, adesivo pressurizzato per 2~3 s e il requisito principale è un tempo di pressurizzazione maggiore o uguale a 3 s. I dati mostrano che a una pressione di 0,5 MPa, quando il tempo di pressurizzazione aumenta da 1 s a 3 s, la resistenza al taglio passa da 2,1 N/mm² a 5,2 N/mm², con un aumento del 147,6%. La crescita della resistenza al taglio è rallentata nell'intervallo da 3 a 5 secondi, indicando che 3 secondi potrebbero soddisfare le esigenze di polimerizzazione di base.
③ Temperatura di pressatura: gli adesivi a base d'acqua- vengono pressati a temperatura ambiente, con la temperatura di pressatura dell'adesivo controllata tra 40 e 50 gradi. Il riscaldamento moderato accelera il processo di polimerizzazione e migliora l'efficienza dell'adesione.
Sulla linea di produzione sono installati-sensori di pressione e timer ad alta precisione per monitorare il processo di pressatura di ciascun cartone in tempo reale-, garantendo che i parametri soddisfino gli standard e prevenendo la delaminazione causata da una pressatura impropria.
(2) Controllo dell'ambiente di polimerizzazione
I pacchetti di sigarette incollati vengono posti in una stanza a temperatura- e umidità-controllate (temperatura 20–25 gradi, umidità 50%–60%) per la polimerizzazione. Il tempo di polimerizzazione non deve essere inferiore a 24 ore per gli adesivi a base d'acqua-o a 12 ore per gli altri adesivi. Dopo l'indurimento, la forza adesiva viene testata su campioni e solo gli imballaggi qualificati possono procedere al processo successivo. Gli standard di prova sono: resistenza alla pelatura della carta patinata e della carta transfer-metallizzata maggiore o uguale a 2,5 N/cm, resistenza alla pelatura della carta senza legno- maggiore o uguale a 3,0 N/cm e resistenza al taglio maggiore o uguale a 5,0 N/mm².
Il controllo della colla per la piegatura dei pacchetti di sigarette è un processo sistematico che coinvolge la selezione delle materie prime, l'ottimizzazione dei parametri di processo, il controllo ambientale e l'ispezione della qualità. Il suo fulcro sta nel raggiungimento di una corrispondenza precisa del "processo-della carta-adesiva". La strategia di selezione dell'adesivo basata sulle caratteristiche della carta, sui parametri quantificati del processo di incollaggio, sulle condizioni standardizzate di pressatura e polimerizzazione e sul sistema di controllo della qualità del processo completo-proposto in questo documento è stato verificato a livello industriale per ridurre efficacemente i tassi di delaminazione dei pacchetti di sigarette al di sotto dell'1%, migliorando significativamente la stabilità della qualità del prodotto.