在標(biāo)簽市場(chǎng),雖然紙張類標(biāo)簽的占有率高達(dá)75%,但近年來(lái)塑料薄膜類標(biāo)簽也呈現(xiàn)出較高的增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。常用的薄膜類材料主要是聚丙烯(PP)和聚乙烯(PE),前者的使用量比后者多一倍。而其他薄膜類材料,包括備受關(guān)注的聚對(duì)苯二甲酸乙二酯(PET)在內(nèi),全部加在一起只占10%的*。
良好的印刷適性對(duì)于薄膜類標(biāo)簽材料來(lái)說(shuō)是必要的,但常用的PE和PP薄膜本身并不能滿足要求,為了保證這類標(biāo)簽材料在印刷過(guò)程中少出問(wèn)題或者不出問(wèn)題,印后具有良好的油墨固著性,需要對(duì)其表面進(jìn)行預(yù)處理,zui常用的方法是電暈預(yù)處理和涂層預(yù)處理。
薄膜標(biāo)簽印刷的前提條件
塑料薄膜標(biāo)簽材料作為印刷信息的載體,不僅需要確保油墨在其表面能夠良好地潤(rùn)濕,還要使墨層固化后在其表面牢固附著。
油墨潤(rùn)濕的重要性
油墨在薄膜材料上的潤(rùn)濕性能在很大程度上受油墨表面張力和薄膜表面自由能的影響。如果油墨表面張力和薄膜表面自由能是相同的,那就意味著可以潤(rùn)濕;如果油墨表面張力大于薄膜表面自由能,則油墨會(huì)在薄膜表面收縮,不能潤(rùn)濕;如果薄膜表面自由能高于油墨的表面張力,則油墨可以在薄膜表面鋪展,實(shí)現(xiàn)潤(rùn)濕。
由此得出一個(gè)對(duì)薄膜印刷非常重要的準(zhǔn)則:油墨的表面張力至少與薄膜的表面自由能一樣大,否則油墨不能潤(rùn)濕或不能充分潤(rùn)濕薄膜表面,就不能實(shí)現(xiàn)油墨向薄膜的轉(zhuǎn)移,或?qū)е掠∷D像缺失。
油墨固著的重要性
油墨在承印物上的固著效果對(duì)標(biāo)簽質(zhì)量的性起著重要作用,這不僅要考慮印后短時(shí)間內(nèi)的附著效果,而且也要考慮經(jīng)過(guò)足夠長(zhǎng)的時(shí)間后油墨的附著情況。
油墨在承印材料表面的基本附著機(jī)理包括機(jī)械附著、化學(xué)附著和物理附著。如果說(shuō)承印物表面適當(dāng)?shù)拇植诙群投嗫仔杂兄谟湍臋C(jī)械性固著,那么在塑料表面形成極性官能團(tuán)對(duì)油墨的物理附著和化學(xué)附著則是必要的。由于官能團(tuán)大多是極性的,有助于提高材料的表面能,因此官能團(tuán)本身充分與聚合物網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合是非常重要的。降解產(chǎn)物或其他處于塑料薄膜表面但未與聚合物網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的物質(zhì),雖然同樣具有一定的極性,但并不能使油墨良好地附著。
預(yù)處理方法
用做標(biāo)簽材料的PP和PE薄膜屬于聚烯烴材料,薄膜表面缺乏極性基團(tuán),因此表面能比較低,印刷適性較差。PP薄膜的表面能為29~30mN/m;PE薄膜略微高一點(diǎn),為31~33mN/m,具體數(shù)值取決于是低密度PE,還是高密度PE。而表面具有極性基團(tuán)的PET薄膜則具有zui高的表面能,為41mN/m。
印刷過(guò)程中使用的油墨種類不同,對(duì)塑料薄膜表面自由能的要求也不同,使用溶劑型油墨,薄膜表面自由能zui低值要達(dá)到38~40mN/m;使用UV油墨,要達(dá)到42mN/m;使用水基油墨,則要達(dá)到44~46mN/m。
可用于薄膜表面改性處理的方法有很多,但值得注意的是,通過(guò)預(yù)處理達(dá)到較高的表面能,不一定等同于充分和可持續(xù)的油墨附著。印刷業(yè)常用的表面處理方法有電暈預(yù)處理、等離子預(yù)處理、火焰預(yù)處理、化學(xué)預(yù)處理/氟化和涂層預(yù)處理。
前三種表面處理方法基于等離子的形成。在等離子體中有活性物質(zhì),如電子、離子和自由基,這些物質(zhì)與薄膜表面起反應(yīng),官能團(tuán)可以直接連接在塑料薄膜聚合物的基體上。
氟化處理法是基于氟的化學(xué)反應(yīng)性,不需要再借助其他能量,當(dāng)氟與塑料薄膜表面接觸時(shí),氟與聚合物發(fā)生反應(yīng),并形成極性基團(tuán)。
涂層預(yù)處理法不同于上述幾種方法,是在薄膜上涂布特定的涂料,改變薄膜的表面吸附性能,使油墨可以充分在塑料薄膜表面潤(rùn)濕和固著。
所有的塑料薄膜表面預(yù)處理方法,其適用范圍及處理效率,以及處理效果的長(zhǎng)期穩(wěn)定性都不同。由于電暈預(yù)處理和涂層預(yù)處理通常會(huì)在印刷廠應(yīng)用,因此下面的討論只限于這兩種方法。
電暈預(yù)處理
電暈預(yù)處理是通過(guò)電*頻高壓放電實(shí)現(xiàn)的。PP薄膜表面通過(guò)電暈預(yù)處理,其表面能可提高到將近50mN/m,但這種功效是短時(shí)間的,因?yàn)橄铝羞^(guò)程抵消了電暈預(yù)處理的效果:極性官能團(tuán)在塑料薄膜聚合體中向內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng);官能團(tuán)發(fā)生反應(yīng),失去極性;薄膜中的添加劑遷移到表面,覆蓋了極性官能團(tuán)。薄膜材料貯存時(shí)間越長(zhǎng),這種情況越嚴(yán)重,因此,必須在印刷前重新進(jìn)行電暈預(yù)處理。
薄膜材質(zhì)不同,電暈預(yù)處理的效果也會(huì)有所差異。此外,薄膜中的添加成分及其材料老化也都會(huì)對(duì)電暈處理效果產(chǎn)生一定的影響。也就是說(shuō),在電暈處理含有較多添加劑(如潤(rùn)滑劑)的老化薄膜時(shí),由于遷移到薄膜表面的添加劑的阻隔,將很難獲得足夠高的表面能。
由此顯而易見(jiàn),印刷適性不僅與塑料薄膜本身的材質(zhì)有關(guān),而且也取決于薄膜的配方(添加劑成分)以及薄膜的老化程度。
在薄膜制造過(guò)程中進(jìn)行電暈預(yù)處理,印刷前再補(bǔ)充進(jìn)行電暈處理,對(duì)印刷質(zhì)量的保障是非常有效的。如果在薄膜制造過(guò)程中未進(jìn)行電暈預(yù)處理,僅在印刷前進(jìn)行電暈處理,則效果不好,因?yàn)樘砑觿┮呀?jīng)在電暈處理前遷移到薄膜表面,減弱了電暈處理效果。如果只在薄膜制造過(guò)程中進(jìn)行電暈預(yù)處理,而印刷前不再補(bǔ)充進(jìn)行電暈處理,效果也不會(huì)好,因?yàn)殡姇炋幚硇Ч呀?jīng)減退。
涂層預(yù)處理
涂層預(yù)處理可以在各個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行,包括:在薄膜制造過(guò)程中進(jìn)行在線或離線涂布;在薄膜表面整飾加工廠進(jìn)行離線涂布;在不干膠材料制造廠進(jìn)行在線或離線涂布;在標(biāo)簽印刷廠進(jìn)行在線或離線涂布。通常情況下,離線涂布相比在線涂布,zui終產(chǎn)品的成本要更高一些。
涂層預(yù)處理形成的新涂層可以承擔(dān)以下功能:使薄膜表面具有良好的印刷適性,并有利于油墨牢固附著;利用涂層改變薄膜表面的光澤度,如通過(guò)涂布消光物質(zhì)使薄膜失去高光澤外觀,這zui終也會(huì)反映在印刷圖像的整體形象上。
涂層預(yù)處理的優(yōu)勢(shì)
相對(duì)于其他表面處理方法,涂層預(yù)處理zui顯著的優(yōu)點(diǎn)是處理效果可保持長(zhǎng)期穩(wěn)定(見(jiàn)圖1),可以達(dá)到兩年甚至更長(zhǎng)時(shí)間。
與電暈預(yù)處理相比,涂層預(yù)處理之所以能保持處理效果長(zhǎng)期穩(wěn)定,是因?yàn)殡姇烆A(yù)處理只能產(chǎn)生很薄的功能層,而涂層預(yù)處理生成的涂層厚度為0.5微米至幾個(gè)微米,導(dǎo)致電暈預(yù)處理后表面能下降的諸多因素均不存在。究其原因,一方面,涂層就像一種阻隔層,可阻擋添加劑向薄膜表面遷移;另一方面,涂層中的官能團(tuán)在薄膜表面能保持很長(zhǎng)時(shí)間的活性。
涂層預(yù)處理的必要性
現(xiàn)在的問(wèn)題是,涂層預(yù)處理是否真的有必要?因?yàn)楝F(xiàn)今大多數(shù)印刷機(jī)都可配置電暈處理裝置,理論上是可以印刷無(wú)預(yù)處理涂層薄膜材料的。
印刷廠常會(huì)遇到一種現(xiàn)象:如果一些影響油墨附著的物質(zhì)和雜質(zhì)沉積在塑料薄膜表面,或者當(dāng)油墨和預(yù)處理涂層互不相容時(shí),就會(huì)發(fā)生油墨剝離現(xiàn)象。我們的經(jīng)驗(yàn)表明,如果在印刷過(guò)程中出現(xiàn)油墨附著不良,那么經(jīng)過(guò)涂層預(yù)處理的薄膜材料也可以在印刷前通過(guò)電暈處理予以解決。
不同的是,通過(guò)涂層預(yù)處理的薄膜再進(jìn)行電暈處理,可以達(dá)到更的印刷效果,印刷墨色均勻性明顯優(yōu)于未經(jīng)涂層預(yù)處理的薄膜材料。此外,經(jīng)過(guò)涂層預(yù)處理的薄膜,只需采用簡(jiǎn)單的電暈處理,就能使油墨附著力達(dá)到更高水平,因?yàn)檫@時(shí)進(jìn)行的電暈處理可使預(yù)處理涂層在化學(xué)性質(zhì)上與油墨具有很大的相似性。
預(yù)處理涂層的阻隔功能
預(yù)處理涂層所具有的阻擋添加劑向薄膜表面遷移的功能,帶來(lái)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是:印好的標(biāo)簽圖案也具有長(zhǎng)期穩(wěn)定性。
添加劑由聚烯烴薄膜內(nèi)部向表面遷移也會(huì)發(fā)生在完成印刷之后,這樣,即使剛印完時(shí)墨層具有良好的附著性,隨著時(shí)間的推移也會(huì)變差,特別是采用UV油墨印刷的標(biāo)簽很容易發(fā)生這樣的變化。
如果薄膜事先做了涂層預(yù)處理,可以通過(guò)預(yù)處理涂層的阻隔功能阻止添加劑向薄膜表面遷移,這樣印刷后的標(biāo)簽就可以長(zhǎng)期保持墨層穩(wěn)定固著。
此外,預(yù)處理涂層還有可能使印刷工藝與薄膜材質(zhì)本身無(wú)關(guān),因?yàn)橹挥蓄A(yù)處理涂層直接與印刷油墨接觸,使用哪種材料作為承印物無(wú)關(guān)緊要,只要作為中間介質(zhì)的預(yù)處理涂層能夠與油墨、承印物良好匹配就行了。其優(yōu)點(diǎn)是,印刷廠只需要按照預(yù)處理涂層的性質(zhì)進(jìn)行印刷工藝設(shè)計(jì)就可以了,而無(wú)需考慮標(biāo)簽材質(zhì)的變化。因此,除了提升標(biāo)簽材料和標(biāo)簽產(chǎn)品的穩(wěn)定性之外,只要預(yù)處理涂層是相同的,就可以隨意更換標(biāo)簽材質(zhì)。例如,有些終端應(yīng)用需要柔軟的標(biāo)簽,為此使用PE薄膜;而另外一些應(yīng)用注重高透明度,使用PP薄膜。如果這兩種薄膜材料具有同樣的預(yù)處理涂層,印刷廠就可以很方便地在兩種薄膜之間隨意轉(zhuǎn)換,而無(wú)需考慮印刷工藝的調(diào)整。
涂層預(yù)處理法不僅適用于傳統(tǒng)印刷的薄膜表面改性,也在數(shù)字印刷的承印材料表面處理中得到了應(yīng)用,例如HP Indigo靜電轉(zhuǎn)移型數(shù)字印刷和UV噴墨印刷所采用的承印材料,都采用了涂層處理法。
由此可見(jiàn),預(yù)處理涂層可以擴(kuò)大承印材料適用的印刷技術(shù)范疇。如:圖2所示的這種預(yù)處理涂層,使A、B、C、D四種不同材料所適應(yīng)的印刷范圍都得到了擴(kuò)大。材料A原本只適合少數(shù)印刷方法使用,但其過(guò)程窗口還是比較寬的;而材料B可在更多的印刷方法中使用,但是過(guò)程窗口較窄,這就是說(shuō),其條件必須為每一種印刷方法進(jìn)行優(yōu)化。如果四種材料都進(jìn)行了涂層預(yù)處理,那么不僅擴(kuò)大了它們所適用的印刷技術(shù)范圍,而且在印刷過(guò)程中不易出現(xiàn)性能波動(dòng)。
當(dāng)然,無(wú)論預(yù)處理涂層是由薄膜表面整飾機(jī)、涂布機(jī)涂布的,還是由印刷機(jī)本身來(lái)涂布的,只有當(dāng)預(yù)處理涂層為同一種涂料時(shí),上述優(yōu)點(diǎn)才能發(fā)揮作用。
很多薄膜制造廠只生產(chǎn)一種材質(zhì)的塑料薄膜,因此,PP薄膜制造廠使用的預(yù)處理涂料會(huì)不同于PE薄膜制造廠使用的預(yù)處理涂料,大多數(shù)不干膠材料制造廠的情形也是這樣。如果薄膜都通過(guò)薄膜表面整飾加工廠來(lái)進(jìn)行涂布預(yù)處理,則會(huì)提高zui終產(chǎn)品的價(jià)格,因?yàn)檫@一方面涉及離線涂布過(guò)程增加的成本,另一方面還必須把整飾加工廠的利潤(rùn)計(jì)算在內(nèi)。據(jù)了解,目前印刷廠進(jìn)行的涂層預(yù)處理只限于一些特殊應(yīng)用,例如,采用HP Indigo數(shù)字印刷系統(tǒng)進(jìn)行印刷時(shí)。因此,筆者認(rèn)為,在不同材質(zhì)的不干膠材料上涂布同樣的預(yù)處理涂料,必須在不干膠材料制造廠進(jìn)行,因?yàn)橹挥羞@樣才能在具有競(jìng)爭(zhēng)力的價(jià)格水平上,制造出高質(zhì)量的不干膠材料。
與簡(jiǎn)單的電暈預(yù)處理相比,涂層預(yù)處理的缺點(diǎn)是:附加的涂布過(guò)程和涂料費(fèi)用,造成薄膜標(biāo)簽的價(jià)格較高;另外,預(yù)處理涂層需經(jīng)過(guò)食品監(jiān)管部門審批后才能使用,但后者只是部分預(yù)處理涂層的問(wèn)題。
總之,塑料薄膜由于結(jié)構(gòu)特性,需要進(jìn)行表面預(yù)處理,才能實(shí)現(xiàn)很好的印刷過(guò)程和印刷質(zhì)量。預(yù)處理涂層不僅能提高標(biāo)簽印刷品的長(zhǎng)期穩(wěn)定性,對(duì)印刷廠來(lái)說(shuō)還可以產(chǎn)生增值效應(yīng),因?yàn)楸∧げ牧媳旧淼男阅懿▌?dòng)不會(huì)影響印刷結(jié)果,還可以任意變換不同材質(zhì)的薄膜材料,而無(wú)需讓印刷工藝來(lái)適應(yīng)薄膜材料。