文 湯文杰 徐健

玻璃熱轉(zhuǎn)印的核心技術(shù)

文 湯文杰 徐健

玻璃是重要的建筑和包裝材料，如玻璃門、玻璃窗、玻璃腰線、背景墻等廣泛應(yīng)用于建材領(lǐng)域，又如玻璃酒瓶、玻璃香水瓶、飲料瓶、罐頭瓶、調(diào)味品瓶等廣泛應(yīng)用于包裝領(lǐng)域。

作為一種包裝材料，玻璃具有一系列非?？少F的特性：

1．化學(xué)惰性。對于大多數(shù)可用于玻璃包裝的物品，玻璃不會與之反應(yīng)，安全性高；

2．阻隔性高。保護(hù)性能優(yōu)良，堅(jiān)硬耐壓，有良好的阻隔性，對水蒸氣、氧氣和二氧化碳完全隔絕，從而具有很好的保存性；

3．透明性高。透明性高且可制成有色玻璃，易于造型，能夠用多種成形和加工方法制成各種形狀和大小的包裝容器，具有特別的美化商品的功效。

4．剛性大。在整個銷售期間保持形狀不變，可使外包裝容器的剛性減少，降低成本。

5．耐內(nèi)部壓力。特別對那些含碳酸氣體的飲料或氣溶膠的商品包裝來說，是一種特別重要的材料。

6．耐熱性好。在包裝時需要耐高溫的主要場合有：熱灌裝，在容器中蒸煮或消毒殺菌，用蒸汽熱空氣對容器進(jìn)行消毒，而玻璃能耐大于500℃的溫度，能適應(yīng)于上述任何包裝用途。

7．成本低廉。玻璃的原料豐富，價(jià)格低廉，并且具有回收再利用的性能。

玻璃材料主要成分是SiO2，因其性能穩(wěn)定而越來越受到消費(fèi)者的青睞，然而事物具有兩面性，穩(wěn)定的性能也為其表面裝飾帶來了困難，500℃以下玻璃很難與任何油墨、著色劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。

常見的玻璃裝飾工藝

1．高溫印花

將畫紙貼于玻璃容器表面，然后噴釉，其后放置于高溫爐內(nèi)500-600℃烘烤，使玻璃、花紙、釉層熔為一體，該工藝生產(chǎn)的產(chǎn)品穩(wěn)定性優(yōu)、表面耐刮性強(qiáng)、耐水性極佳，但顏色單調(diào)、高溫烘烤容器破損率高，同時還可能存在重金屬中毒的風(fēng)險(xiǎn)（無機(jī)顏料中含有大量鉛、鎘）。

2．絲網(wǎng)印刷

將偶聯(lián)劑和絲印油墨現(xiàn)場混合，采用絲網(wǎng)印刷的方式在玻璃表面印制圖案，經(jīng)過150-200℃高溫烘烤即得成品，該工藝生產(chǎn)的產(chǎn)品耐水性佳、成品率高，但生產(chǎn)效率較為低下、設(shè)備冗長，同時印制的圖文單調(diào)（絲印無疊印故無漸變色）。

近年來，玻璃熱轉(zhuǎn)印越來越受到大家的青睞，該工藝以其高速、環(huán)保、自動化程度高、圖文色彩豐富等優(yōu)點(diǎn)，在玻璃容器的包裝印刷方面開始搶奪高溫印花和絲網(wǎng)印刷的市場份額。

熱轉(zhuǎn)印工藝流程

1．花膜定制

花膜生產(chǎn)商一般是凹印生產(chǎn)企業(yè)，他們獲得定制的高分辨率的原稿；按照原稿尺寸制作出凹印電雕版；通過凹版印刷機(jī)在PET聚酯薄膜上印制熱轉(zhuǎn)印花膜；最后花膜分切、收卷、儲存并運(yùn)輸?shù)綗徂D(zhuǎn)印加工商。

2．轉(zhuǎn)印加工

熱轉(zhuǎn)印加工商一般是特種印刷生產(chǎn)企業(yè)，他們購買花膜后，通過熱轉(zhuǎn)印機(jī)將熱轉(zhuǎn)印花膜上的圖文轉(zhuǎn)移到產(chǎn)品表面上，圖案一次成型，無需套色。

熱轉(zhuǎn)印花膜一般包括5層結(jié)構(gòu)：PET薄膜，玻璃熱轉(zhuǎn)印花膜的基材（支撐載體）；分離層，轉(zhuǎn)印過程中，使圖案與PET薄膜分離；保護(hù)層，為圖案提供表面保護(hù)，提升圖案的防刮、耐水、耐酒精、耐酸堿等各項(xiàng)性能；油墨層，定制凹印油墨，具有極高的適應(yīng)性、圖案精細(xì)度與色彩表現(xiàn)力；粘接層，提供轉(zhuǎn)印性和附著力。

熱轉(zhuǎn)印原理：高溫?zé)彷佔(zhàn)饔孟禄ど系恼辰Y(jié)層熔融為粘彈態(tài)，熱輥的壓力再將粘接層快速粘接到待轉(zhuǎn)印材質(zhì)表面，其后迅速降溫花膜收卷，其分離層處被撕裂，PET薄膜被清廢，最終花膜上的保護(hù)層、油墨層、粘接層被附著在待轉(zhuǎn)印材質(zhì)上；粘接層與待轉(zhuǎn)印材質(zhì)表面的界面特性是附著力、耐水性的關(guān)鍵，保護(hù)層的性能是耐刮、耐酒精以及外觀的關(guān)鍵。

其實(shí)玻璃熱轉(zhuǎn)印的工藝早在2004年國內(nèi)就有企業(yè)申請了相關(guān)的專利（CN 2004100155901），但由于各種原因一直沒有規(guī)?；l(fā)展起來，究其原因，熱轉(zhuǎn)印的以下關(guān)鍵技術(shù)較難突破：

①離型層：決定了轉(zhuǎn)印排廢階段PET膜能否順利與油墨層分離，否則會出現(xiàn)排廢不暢，圖文缺失的問題。

②保護(hù)層：顧名思義是保護(hù)轉(zhuǎn)印的圖文，因此一方面必須無色、高透明度、良好的透光性；另一方面必須具有非常高的硬度和耐刮性，產(chǎn)品運(yùn)輸、儲存過程中，一定程度的抗刮性能是非常必要的。

③粘接層：花膜中關(guān)鍵結(jié)構(gòu)之一，熱轉(zhuǎn)印花膜生產(chǎn)與轉(zhuǎn)印加工場所分離的特性，導(dǎo)致花膜有一個復(fù)卷的過程，該過程中粘接層與PET緊密接觸，當(dāng)環(huán)境溫度較高時粘接層熱熔后很容易與PET發(fā)生粘連（“返粘”），而后當(dāng)轉(zhuǎn)印加工中花膜重新放卷時粘連的圖文已經(jīng)提前從花紙上脫落，由此導(dǎo)致轉(zhuǎn)印圖文缺失，因此一般設(shè)計(jì)粘接層必須有較高的軟化點(diǎn)；另一方面，轉(zhuǎn)印過程中熱輥加壓和轉(zhuǎn)印在高速下進(jìn)行，如果粘接層軟化點(diǎn)過高則很難被充分熔化導(dǎo)致轉(zhuǎn)印不良，引起圖文缺失，所以這里要求有較低的軟化點(diǎn)；同時粘接層的固化是必要的，未固化的高分子其內(nèi)部無交錯的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，耐水性和附著力都差。

針對以上粘接層問題，有學(xué)者采用粘接層UV固化取代熱固化的方法，效果不佳，原因是UV固化的粘接層雖不會因?yàn)榄h(huán)境溫度升高產(chǎn)生“返粘”的現(xiàn)象，但是轉(zhuǎn)印圖文墨層一般較厚，紫外線很難穿透圖文層從而固化粘接層，導(dǎo)致固化不良，附著力下降（CN2008100274472）。

還有學(xué)者采用雙重固化的方法，熱固化與紫外固化相結(jié)合，先進(jìn)行150℃熱固化15min，然后再進(jìn)入紫外固化數(shù)分鐘，目的就是為了降低返粘并保證固化程度（CN2010105434827）。

筆者認(rèn)為，雙重固化工藝復(fù)雜、體系組分較多、成本高，如可將熱固化設(shè)置閾值則可完全解決目前的問題；（在計(jì)算機(jī)直接制版的熱敏版上經(jīng)常會提到“閾值”這個詞，熱敏版上的感光膠其實(shí)就是熱固體系，在環(huán)境溫度下緩慢老化，但一旦能量超過閾值則快速固化，故CTP版一般是半年的儲存期，而熱激光制版機(jī)一小時能出20張版。）通常環(huán)境溫度為20-30℃，極度高溫情況下可能達(dá)到40-50℃，我們可以設(shè)置閾值為160℃，提前將粘接層的膠水進(jìn)行50℃熟化以達(dá)到一定的固化程度（固化率約為40%以下）有效避免返粘，且熟化后的膠水穩(wěn)定性更高，在烘烤溫度超過160℃后能夠更加快速的達(dá)到80%以上的固化率。

④耐水性：在酒類、飲料、食品包裝中，玻璃容器灌裝前通常要經(jīng)過水煮30min的高溫殺菌消毒的過程（如紅牛金屬罐在灌裝前必須經(jīng)過沸水殺菌30min以上），目前普通的熱轉(zhuǎn)印工藝，其粘接層與待轉(zhuǎn)印材質(zhì)表面的界面作用力僅僅是范德華力，不足以抵抗高溫下水分子的入侵，所以耐水煮性能普遍較差，圖文脫落問題經(jīng)常發(fā)生。

借鑒絲網(wǎng)印刷耐水煮的處理方法應(yīng)用于熱轉(zhuǎn)印中是不可行的，絲網(wǎng)印刷通常是提前將偶聯(lián)劑加入絲網(wǎng)印刷油墨中攪拌均勻，然后在規(guī)定時間內(nèi)將油墨印制到玻璃容器表面，其間油墨中的偶聯(lián)劑小分子會快速遷移到油墨與玻璃的界面上，因?yàn)榕悸?lián)劑同時含有有機(jī)和無機(jī)的雙基團(tuán)結(jié)構(gòu)，故在油墨（有機(jī)）與玻璃（無機(jī)）之間形成牢固的化學(xué)鍵，產(chǎn)生較好的耐水煮特性，但混入偶聯(lián)劑的油墨有效使用期較短，超過有效期使用將影響性能。熱轉(zhuǎn)印與絲網(wǎng)印刷工藝大不相同，花膜生產(chǎn)與花膜轉(zhuǎn)印加工企業(yè)是相互獨(dú)立的，受到訂單、設(shè)備狀況、運(yùn)輸?shù)纫蛩氐挠绊懀さ氖褂脮r間不能被嚴(yán)格控制，偶聯(lián)劑久置就會失效，因此將偶聯(lián)劑加入花膜粘接層來提高耐水性的做法是行不通的。

筆者建議采用UTWF（超薄水膜）工藝對玻璃基材進(jìn)行預(yù)處理，從而得到的熱轉(zhuǎn)印產(chǎn)品耐水性大幅度提高，耐水煮性能超過8小時。

結(jié)語

玻璃熱轉(zhuǎn)印的優(yōu)勢在于：

1．集中排污。花膜生產(chǎn)廠家一般采用凹版印刷的方式生產(chǎn)花膜，故有一些溶劑的排放，但轉(zhuǎn)印加工廠家清潔、環(huán)保，無三廢排放，所以只要對花膜生產(chǎn)廠家集中管理，則該工藝對環(huán)境的污染幾乎為零。

2．生產(chǎn)效率高。玻璃印刷中絲印工藝每一單色都需一個網(wǎng)版，多印一色則需多一道工序，不但涉及到套準(zhǔn)的問題而且效率降低成本增加，而熱轉(zhuǎn)印無論幾個色組一次性轉(zhuǎn)印完成，簡單高效。

3．顏色豐富。熱轉(zhuǎn)印工藝不但隨心所欲設(shè)計(jì)任意種顏色，而且還可以實(shí)現(xiàn)漸變色、過渡色，印刷精美度有望趕超膠印。

4．無重金屬污染。相比較高溫印花，熱轉(zhuǎn)印都是在相對低溫的環(huán)境下實(shí)現(xiàn)，保護(hù)層/油墨/粘合層組份完全固化，無小分子單體殘留，使用安全。

2016年底，牛欄山黃金酒的大量鋪貨開啟了玻璃類包裝裝飾的新模式，可以預(yù)見此類包裝材料表面的直接印刷將成為包裝印刷企業(yè)新的利潤增長點(diǎn)，同時我們也相信熱轉(zhuǎn)印工藝必將迎來新的發(fā)展。

（作者單位 金華市創(chuàng)豐源科技有限公司）

10.19436/j.cnki.1007-2160.2017.11.01