Склеивание — неотъемлемая часть производства упаковки различных типов, включая производство упаковочных материалов, фасовку и розлив. Трудно представить себе механические аналоги клеевого соединения, которые могли бы обеспечить столь высокую технологичность в сочетании с быстротою действия.

Рассмотрим клеи для картонажной упаковки, гибкой пластиковой упаковки из полимерных многослойных материалов, этикетирования стеклянной и пластиковой тары. Основные способы нанесения представлены лишь с точки зрения различий применяемых клеевых материалов.

В производстве упаковки и упаковочных материалов следует различать два процесса: производство упаковочной заготовки (склеивание продольного шва у картонной упаковки или производство многослойного материала) и сам процесс запаковывания (end of line) товара.

Клеи для заготовок

В процессе производства упаковочных материалов и склеивания заготовки используется максимально разнообразное количество клеевых материалов, а способы их нанесения также варьируются. От точности и чистоты процесса нанесения клея зависит производительность и качество склеивания. В промышленности встречаются следующие способы нанесения:

• с помощью гладких или гравированных валов;
• с помощью диска;
• с помощью форсунки или сопла;
• с помощью сегмента (применяется при необходимости частичного (не сплошного) нанесения клея).

От способа нанесения зависит вязкость применяемого клея. Для форсунок характерно применение низковязких клеевых материалов, в то время как валковым и дисковым способом можно наносить более вязкие клеи.

К клеевым материалам предъявляются особые требования, позволяющие работать на максимальных скоростях:

• - легкость перекачивания жидких клеев насосом;
• - чистое нанесение клея на высоких скоростях;
• - отсутствие разбрызгивания и образования нитей;
• - легкость очистки оборудования;
• - отсутствие загрязнения системы нанесения (шланги, форсунки);
• - экономичность при работе.

Более подробно остановимся на клеях для начального производства упаковочных материалов и склеивания заготовок. Возможно использование следующих типов клеевых материалов:

• - водно-дисперсионные клеи,
• - клеи на растворителях,
• - клеи-расплавы,
• - безрастворительные полиуретановые клеи.

Крахмальные клеи на водной основе являются самыми простыми клеевыми системами. Спектр адгезии данных клеев очень узок и позволяет склеивать только необработанную бумагу и макулатурный картон. Данный тип клея зачастую производится непосредственно самим потребителем. Недостатком крахмальных клеев является длительное время схватывания, поэтому для повышения производительности необходима установка сушки. Единственным достоинством данных клеев является низкая стоимость. Крахмальные клеи находят применение при прозводстве бумажных пакетов и мешков, гофрокартона, а также при ламинировании фольги и бумаги для сухих сыпучих продуктов (табак, чай, кофе и т. п.).

Поливинилацетатные дисперсии (ПВА) — самый распространенный и известный из всех типов клея. Являясь продуктами химического синтеза, они обладают более широким спектром адгезии к различным материалам и позволяют склеивать необработанную и обработанную (мелованную) бумагу и картон, а также картон, покрытый водным лаком. Цена ПВА много выше клеев крахмальных. Время схватывания их значительно короче, поэтому их применение не требует применения дополнительного сушильного оборудования.

Следующий класс водных клеев — продукты на основе синтетических смол (ЭВА), а также акриловых эфиров и каучуков. Данные продукты обладают очень широким спектром адгезии и позволяют склеивать картон с печатью, с масляным и УФ-лаком, картон, отделанный ПЭ- и ПП-пленками, приклеивать бумажную поверхность к ПС (полистирол)-, ПВХ- и ПЕТ-пленке. Универсальность склеиваемых материалов находит свое отражение в стоимости. Это самые дорогостоящие клеи в разделе водно-дисперсионных клеев.

Отдельно хотелось бы упомянуть о водных латексных дисперсиях. Они могут использоваться как в качестве покрытий для бумаги, картона и пленок, в том случае, когда технология производства требует холодной сварки. Такие материалы находят применение при изготовлении конвертов, упаковки для мороженого, шоколадных изделий и т. п.

Физический процесс склеивания с использованием водных клеев основан на свойстве данных клеев образовывать полимерную клеевую пленку при испарении растворителя (воды). Нам часто приходится объяснять клиентам, что для склеивания с помощью водных клеев необходимым условием является влагопроницаемость одной из поверхностей (т. е. бумаги).

Клеи на основе акрилового эфира или синтетического каучука достаточно редко встречаются в промышленности из-за неэкологичности. Данный тип клеев характеризуется очень широким спектром адгезии и позволяет склеивать очень трудные для склейки поверхности, в том числе отделанные УФ-лаком и полимерными пленками. В отличие от водных дисперсий, данные клеи позволяют склеивать две влагонепроницаемые поверхности, благодаря высокой летучести растворителей, в них используемых.

Термолаки на основе искусственных смол сами по себе не являются клеевыми материалами, но позволяют склеивать или, точнее, сваривать различные материалы. Данные продукты нашли широкое применение при изготовлении упаковки для молочных продуктов: йогурта, сметаны, десертов, а также при упаковке медицинских препаратов (блистерная упаковка). Покрытия обычно наносят на фольгу или пленки, а затем на фасовочном оборудовании при нагревании и давлении производят сварку с другим полимерным материалом (ПВХ, ПП, ПС).

Полиуретановые клеи на растворителях бывают двухкомпонентные и однокомпонентные. Применяются для изготовления многослойных материалов (кэширование полимерных пленок, фольги и бумаги). Многослойные материалы получили широ-

кое распространение в последние 5 лет в упаковке продуктов питания. Двухкомпонентые клеи состоят из базиса (содержит изоцианат) и отвердителя (содержит поли-ол) и применяются при ламинированиии двух полимерных материалов, пленки или фольги. Когда речь идет о ламинировании бумаги фольгой или пленкой, применяются однокомпонентные клеи (содержат изоцианат), которые отверждаются за счет влаги, присутствующей в бумаге, пленке, воздухе.

Клеи-расплавы на основе ЭВА (этиленвинилацетат) являются самыми распространенными и известными из термоплавких клеев на сегодняшний день. Они достаточно просты и дешевы в изготовлении, а также обладают неоспоримым преимуществом: время схватывания таких клеев самое короткое из всех известных клеевых материалов и измеряется секундами. Процесс склеивания с помощью термоклеев основан на физическом свойстве данных продуктов переходить при повышенной температуре в жидкое состояние, а затем при остывании затвердевать. В зависимости от используемого сырья возможно получение продуктов с широким диапазоном адгезии, что позволяет склеивать обработанный и необработанный картон, картон с печатью и лаком, картон отделанный полимерными пленками.

Специально для склеивания трудных поверхностей, отделанных ПЭ- или ПП-пленками, разработаны клеи-расплавы на основе синтетических каучуков. С их помощью возможно склеивание таких сочетаний, как бумага-пленка или пленка-пленка. Возможно также производство изоляционных лент и упаковочных скотчей.

Полиуретановые (ПУ) клеи-расплавы — достаточно новый тип термоклеев, который пока редок в производстве. С одной стороны, они ведут себя как обычные клеи-расплавы, с другой стороны — как полиуретаны, т. е. происходит реакция изоцианатов с влагой воздуха. Данная технология достаточно нова и применяется лишь в тех случаях, где действительно требуется склеить два полимерных материала с высокой прочностью.

При производстве многослойных материалов (пленка-пленка, пленка-фольга, пленка-фольга-пленка и пр.) нашли широкое применение полиуретановые клеи без растворителей. Многослойные материалы применяются при упаковке продуктов питания: макаронных изделий, круп, чипсов, орехов, рыбных продуктов, кофе. Их достоинством является широкий спектр адгезии к полимерным материалам, прозрачность и бесцветность клеевой пленки, термоустойчивость и устойчивость к агрессивным наполнителям (парфюмерия, кетчуп, майонез, специи, масла).

Для склеивания двух полимерных материалов используют двухкомпонентные клеи: базис содержит изоцианат, а отвердитель — полиол. Продуктом реакции базиса с отвердителем является полиуретан, который обладает всеми вышеперечисленными свойствами. При склеивании бумаги с пленками или фольгой применяется однокомпонентный клей, который вступает в реакцию с влагой, содержащейся в материалах и окружающем воздухе.

В зависимости от задач, которые заказчик ставит перед производителем упаковки и упаковочных материалов, возможны несколько решений. Выбор оптимального — задача и обязанность производителя клеевых материалов в тандеме с производителем упаковки.

Клеи для end of line

Переходя ко второму этапу производства упаковки — заклеиванию или запаковыванию (end of line), — необходимо отметить меньшее разнообразие, по сравнению с первым этапом, способов нанесения и типов клеевых материалов. При запаковывании применяют в основном воднодисперсионные клеи, а также клеи-расплавы, характеристики которых были описаны выше. Клеевые материалы широко применяются для этикетирования самых различных видов тары: стеклянной, пластиковой, металлической. Основным применением является этикетирование бутылок при розливе напитков.

Клеевые материалы, применяемые в рассматриваемой области, можно классифицировать по химико-физическому составу и по виду этикетируемой тары.

С точки зрения состава клеи подразделяются на клеи на водной основе и клеи-расплавы (термоклеи). Клеи на водной основе представляют из себя коллоидные дисперсные системы на базе натуральных или синтетических полимеров. В качестве исходного сырья используются казеин, крахмал, декстрин, синтетические смолы либо их сочетания. Принцип использования клеев-расплавов основывается на свойстве полимеров переходить в жидкое агрегатное состояние при повышенной температуре и возвращаться в твердое сосотояние при комнатных температурах, т. е. используются исключительно физические свойства.

Применение различных видов бутылок и технологий розлива определяет следующую классификацию:

- клеи для стеклянной тары (сухой, влажной, холодной, горячей) без поверхностного покрытия;

- клеи для стеклянной тары с поверхностным покрытием;

- клеи для пластиковой тары (ПЭТ, ПЭ, ПВХит.д.);

- клеи для металлической тары. Немаловажно: одноразовая или возвратная тара используется.

Основные требования к клею для этикетирования можно сформулировать следующим образом:

• - клей легко перекачивается насосом;
• - обеспечивает чистое нанесение при рабочих скоростях;
• - не разбрызгивается и не образует нитей;
• - обеспечивается полное прилегание этикетки к бутылке, этикетка не сдвигается;
• - легкость очистки оборудования;
• - смываемость остатков клея с бутылки в моющих машинах (при использовании возвратной тары).
• Немаловажным фактором качества клея является его поведение после этикетирования, а именно:
• - устойчивость к воздействию конденсата;
• - прочность клеевого соединения;
• - отсутствие запаха;
• - оптимальное количество консерванта в клее.

В настоящее время для этикетирования влажной тары применяются в основном казеиновые клеи. При соприкосновении с влагой казеин быстро полимеризуется, что обеспечивает высокую начальную адгезию, а также устойчивость к сдвигу. Можно сказать, что данный тип клея идеален при нанесении на влажную холодную бутылку. Клей легко смывается водой, достаточно устойчив к воздействию конденсата. Существуют типы клея, позволяющие работать на скоростях свыше 60-80 тыс. бут/ч. Весьма важным является низкий, по сравнению с другими видами клеев, расход. Достаточно сказать, что при переходе с декстринового на казеиновый клей расход можно сократить в 3-4 раза. Казеиновые клеи высокого качества позволяют работать с металлизированным этикетками, а также с фольгой.

При этикетировании стеклянной тары, особенно в виноделии и ликероводочном производстве, традиционно применяются декстриновый клей. Это оптимально работающий клей для невысоких скоростей при применении сухих и горячих бутылок. К недостаткам следует отнести высокий удельный расход, низкую устойчивость к сдвигу. В последнее время этот вид все более вытесняется казеиновыми клеями.

Крахмальные клеи могут служить дешевой альтернативой казеиновым при работе на скоростях до 25-30 тыс. бут./ч. Они отличаются высоким расходом и имеют весьма низкую начальную адгезию. Очистка оборудования связана со значительными затратами. Крахмальные клеи требуют тщательной настройки оборудования. Данные характеристики заставляют крупных производителей остановить свой выбор на дорогих казеиновых продуктах.

Клеи на основе синтетических смол применяются главным образом для этикетирования пластиковой тары, т. е. на более сложную по своим свойствам поверхность. Необходимо особо отметить, что агрегаты этикетировочных машин, работающих на данных клеях, должны быть выполнены из соответствующих материалов. Данные клеи позволяют работать при широкой гамме скоростей, однако чем выше их клеящие характеристики, тем больше сложностей может возникать при очистке загрязненного оборудования, особенно при непрерывной работе в течение долгого периода времени. Эти же клеи рекомендуется применять для приклеивания акцизной марки.

Клеи-расплавы применяются главным образом для этикетирования пластиковой тары бумажными или полимерными этикетками. Выпускаются они в виде брикетов, загружаемых в расплавкой бачок. Немаловажным качеством является эластичность клеевого соединения, которая позволяет компенсировать объемные изменения бутылок с газированными напитками.

Надежность — в комплексе

Главным качеством клеев для промышленного применения, связанного с машинным производством, является постоянство характеристик от партии к партии.

Это обеспечивает возможность работы машин без промежуточной переналадки. Именно это чаще всего определяет надежного поставщика. С другой стороны, производство промышленных клеев требует наряду с технологическим оборудованием высокого уровня лабораторного обеспечения и наличия многолетнего опыта. Подобным комплексом в сочетании с широким спектром продуктов на мировом рынке обладают, например, фирмы «Нэшнл старч», «Фуллер», «Свифт». Особо необходимо выделить концерн «Хенкель», который первым открыл производство широкой гаммы клеев для тары и упаковки в России.

В заключение хотелось бы отметить, что оптимальных результатов при изготовлении и заклеивании упаковки можно достигнуть при сотрудничестве всех трех сторон: производителей клея, производителей упаковки, а также конечного ее потребителя.