胡鸿波，17年印刷行业从业经验。2000年开始从事塑料包装凹版印刷工作；2006年从事软塑包装技术研发工作；2014年至今，从事柔性版印刷彩印产品体系、技术、生产管理工作，致力于卫星式柔版印刷工艺改善与研究。
上世纪50年代以来，随着高分子材料种类的增多，聚合物改性技术的提升，塑料加工技术得到了突飞猛进的发展。用单一材料生产的包装由于受其固有特性的限制，已不能满足商品对包装越来越多的要求。为此，除了采用共混改性来改变材料性能外，还可以用几种不同特性的材料经过合理组合，通过复合技术制成兼有几种不同材料优良性能的复合材料，也就是复合软包装，其在性能、外观、价格等方面能很好满足市场对商品的包装要求。
复合软包装的加工工艺主要有涂覆层压法(干式复合法)、挤出层压法(挤出复合法)、无溶剂复合法等。就目前来说，国际软包装最重要的发展趋势EHS（环保、健康、安全），已经在国内得到广泛认同。国家对食品安全的监管力度明显加大，对粘合剂和油墨中的溶剂使用不断出台新的标准；环保要求也日益提升，要求在达标的前提下，减少VOCs的排放量，这些都要求复合包装行业必须通过不断的技术创新，迎合EHS的各项要求，才能跟上时代的步伐。
采用卫星式柔印及无溶剂复合组合工艺生产的复合软包装材料应运而生，其具备低碳、减排、经济、绿色这样的特性。本文主要探讨宽幅卫星式柔印和无溶剂复合相关的关键技术研究，以及如何获得具有安全、环保、减薄化、轻量化、可循环利用等特点的绿色软包装材料，并且使所得产品在其整个生命周期中对人体及环境造成的危害最小化，实现软包装材料真正意义上的绿色化。
1.
高线数宽幅薄膜卫星式柔印技术
在环境污染、资源短缺的背景下，各国包装印刷业都加大了对绿色材料和无公害印刷方式的研发与应用的力度。因为适印性广、工艺灵活度高等特点，既环保又绿色高效的柔印生产方式成为各国包装印刷业关注的重点。
近年，伴随着柔性版制版工艺创新、无轴伺服传动技术的发展、激光雕刻陶瓷网纹辊技术越来越成熟等，柔印的优势将发挥得更加明显。在市场和社会双重需求下，柔印技术必将成为软包装印刷行业的重点发展方向。
在欧美国家柔版技术推广运用的同时，我国柔印市场份额也出现一定发展，特别是在纸张、不干胶、标签印刷等方面成绩显著。但是柔印中的重要分支卫星式柔印，相对欧美地区在软包装领域的应用，目前国内的市场份额和市场范围还是有很大的差距。
国内卫星式柔印产品主要集中在薄膜表印上，所应用产品品种单一、印刷精美程度低。所以为了拓展卫星式柔印在软包装上的应用，和满足国内市场对印刷品的精美程度需求，破解高线数宽幅薄膜卫星式柔印技术难题的重点在低上墨量高色浓度油墨验证、版材选型配套技术研究、高光小网点印刷技术研究、柔印油墨对复合强度的影响研究。最近几年来，这些研究均取得较大进展，已经有多家知名品牌开始使用柔印复合软包装材料。
1.1 高色浓度里印醇溶性油墨
相比凹印油墨及普通柔印油墨，高线数柔印由于采用高线数、低上墨量的网纹辊，墨层厚度仅为凹印的1/3到1/4，为使印刷品达到与凹印一致的色浓度，柔印油墨必须做到高色浓度，另外还要保证高速印刷适印性佳及更好的耐印性；同时因为采用里印复合的制造工艺，又要求具有优秀的复合强度。针对这些技术难题，我们逐一验证了不同色浓度、不同油墨体系、白墨钛白粉粒径、不同粘度控制、溶剂分级挥发速度控制等对产品质量的影响。
高色浓度，一般要求颜料含量20%左右或更高。要达到这么高的颜料含量，必须要使这么多的颜料可以在油墨树脂中良好分散；良好分散的一个直观表现是颜料颗粒的细度表现会更优异。
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为了获得分散性良好的油墨颜料细度，在固定油墨配方的条件下，通过改变研磨时间、研磨珠的大小、以及将不同大小的研磨珠以一定比例混合对油墨进行研磨，获得油墨颜料粒径大小分布的差异。经过研究，将油墨的最大细度从原来的20μm控制到10μm左右，通常此时颜料的平均粒径会小于1μm，当然也有部分强调遮盖性的颜色粒径需要加大，这些研究成果可以获得使用效果更佳的目标油墨。
另一方面，我们开发并使用了超分散技术。超分散是利用带有侧链的分散剂（下文统一描述为超分散剂）对颜料进行分散处理同时利用颜料衍生物对颜料进行包裹处理，保证在高颜料含量体系中仍然能保持优良的分散稳定性和流动性，最终实现油墨高色浓度、高流动性、高稳定性、低粘度等性能。使用超分散技术前后配方对比如表1和表2所示，从数据对比可见，使用超分散技术后该油墨中最大颜料含量获得大幅度提升。
不仅如此，超分散技术还改善了油墨的再溶解性，这是因为超分散剂通常具有更好的溶解性，且不易发生因颜料析出带来的网穴干结。因为柔印油墨在网纹辊和印版上的转移都不是100%，网纹辊网穴里面的剩余油墨会在封闭墨腔发生再溶解，印版上转移剩余的油墨再次接触网纹辊的时候也会发生再溶解，因此需要油墨拥有良好的再溶解性。实践证明超分散技术的使用，可以获得再溶解性更优秀的柔印油墨。
使用高浓度柔印油墨的印刷效果对比如图1所示，检测印样的色密度值，同样使用1000LPI网纹辊印刷，色密度大幅度提升，图案饱和度达到了与凹印相似的效果。
图1 高浓度柔印油墨效果对比图
1.2 溶剂梯度分级挥发控制技术
由于柔印各个阶段对溶剂的挥发速度要求不同，基本可以分为三个阶段，针对该情况我们进行了溶剂梯度分级挥发控制技术的研发。
第一阶段，柔印的传墨过程：封闭墨腔→网纹辊→柔性版→承印物。此过程中必须要控制溶剂挥发，才能保持油墨的低粘度，帮助完成柔印的长墨路传递；而且油墨在转移到承印物时，又需要有很好流平性、适宜粘度，才能保持网点不发生架桥。
第二阶段，色间干燥表干阶段。需要油墨在色间干燥过程中完成80-90%的溶剂挥发，实现墨层表干，确保下一色叠印时不溶解、不回粘，稳定地完成下一色油墨转移。
第三阶段，主烘箱彻底干燥阶段。为控制溶剂在该阶段挥发过快，油墨中添加了0.5%左右更慢干的成膜溶剂，使油墨彻底干燥后形成的墨膜更致密。
由此三个阶段的溶剂梯度分级挥发控制，可使油墨在印刷过程及印刷品质上表现优异，特别是在印刷高线数产品中的网点图案时。
1.3 柔印油墨的复合技术
为提升油墨的复合强度，我们通过大量的研究发现影响复合强度的主要为树脂体系和助剂小分子两大因素，因此我们着重对于这两大因素进行控制。
1.3.1 油墨树脂配方调整
由于柔印油墨相对凹印油墨要求高色浓度、低粘度性能，所以柔印油墨树脂的相对分子量小于凹印。为了提高复合强度，我们对油墨树脂的配方进行优化，添加可交联官能团数目较多的树脂，能够与复合胶水的活性基团反应，形成网状交联的化学键；同时在满足印刷性能的基础上，进一步提高树脂的相对分子量并控制其分子量分布，提升复合强度。
1.3.2 对小分子进行控制
根据分子扩散理论，小分子活动性很强，很容易破坏复合结构的稳定性，造成复合强度下降。其主要为润湿剂和分散剂，更换润湿剂型号及控制分散剂的用量可以有效提高复合强度。
2.
柔性版控制技术
由于柔性版版材的柔软特性，印刷时网点受压后会产生网点扩大的现象，特别是高线数的细小网点变形率更大。近年对多家版材、多种制版技术进行了反复验证。相关的Pixel+技术、微穴加网技术、磨砂面版材、水晶网点技术、FULL HD技术等应用，对我公司印刷技术进步促进非常巨大，在此也感谢柔印产业链的技术创新，进而促进了行业的进步和发展。
该部分内容本杂志有多位编委均有高水平的著作，值得读者细细研读，本文也不再详细描述。简单概括高线数柔性版制版技术主要对三点进行控制
1）高分辨率输出，采用高分辨率的输出设备配合数字式柔性版制版，直接制版机的输出分辨率高达4000dpi，突破了以往输出设备的限制。
2）使用调频和调幅混合加网技术，制版技术的不断发展，又有FULL HD、水晶网点推出，印刷效果和稳定性得到大幅提升，保障了里印复合软包装产品的生产。
3）精准控制制版过程，控制好高光部位大网点和周围支撑小网点的大小，对高光区域网点的生成采用以“大网点为主，较小网点环绕周围的办法”，小网点比大网点的高度略低一些，为大网点提供支撑，大网点则可以更多地承载来自网纹辊和承印物的冲击，从而保护小网点不受重压。
3.
网纹辊选型
在柔印中，网纹辊是精确计量传墨辊，特别是高线数柔印更对于网纹辊的选用与控制更加严格。针对高线数薄膜印刷的网纹辊，其采用的陶瓷致密度、激光雕刻角度、雕刻能量、网墙宽度、网穴形状、网穴深浅、抛光光洁度等参数会对印刷品质量造成很大影响。
不同供应商网纹辊使用一段时间后的对比如图2所示，A网纹辊易磨损、网穴堵塞，其表现的印刷缺陷是糊版严重，而作为对比的B网纹辊就完全没有类似现象。可见，网纹辊制作工艺和质量，对高线数柔印稳定性影响很大。
图2 对比不同网纹辊表面的放大照片
在相同印刷条件下，具体测试参数如表3所示，将网纹辊线数由800LPI升级为1000LPI，细小网点的传墨更加地精确，网点扩大得到很大改善，如表4所示。
4.
无溶剂复合技术
无溶剂复合，就是100%固体含量的无溶剂胶粘剂，在无溶剂复合机上对底材和面材进行粘合的过程。无溶剂复合（Solvent Free Lamination）对比干式复合（Dry Lamination），具有能耗低、无毒、无排放、卫生、安全等优点，使得其快速在复合软包装材料上被广泛使用。
针对无溶剂复合与卫星式柔印的前后道工艺配合，我们通过对胶粘剂的选型和无溶剂复合工艺两个方面进行研究，达到同等凹印软包装的复合强度、外观、摩擦系数等关键指标要求，做到成本优化、效率更高。
使用同一品牌的醇溶油墨采用柔印方式印刷，其复合强度要比凹印稳定。通过研究发现，主要是薄膜残留溶剂中的-OH基团，会在复合时参与胶粘剂组份间的化学反应，影响了胶粘剂的组份配比而造成的；柔印溶剂使用量较少，溶剂残留量也会很低，所以其复合强度要比凹印稳定。
无溶剂复合工艺的研究，通过对无溶剂复合过程中复合基材厚薄均匀度控制技术、张力控制技术、胶粘剂涂布均匀度控制技术、收卷后处理方面关键技术的研究，从而达到生产绿色环保软包装材料的目的，并将无溶剂复合技术推广到更广泛的应用领域。
4.1 胶粘剂选型的研究
在了解无溶剂胶粘剂设计理论、无溶剂胶粘剂粘合理论等基础上，进行了大量实验，重点解决无溶剂复合过程经常出现的涂布效果差、气泡、复合强度稳定性差、白斑、刀线、胶粘剂干燥不良等问题。
无溶剂胶粘剂起源于德国，广泛推广使用在上世纪90年代，因其100%不使用溶剂、低能耗、低排放而在欧美国家迅速发展起来，截止目前已经历了三代的发展。
第一代无溶剂胶粘剂，单组分热涂胶粘剂，可分为聚醚和聚异氰酸酯两种，它是依靠空气中的水份和被涂覆薄膜附着的水与之反应而固化，水份的供给对固化非常关键，同时因固化时产生CO2而容易出现气泡。单组份胶粘剂一般为-NCO封端的预聚体，依靠水份完成固化过程如图3所示。固化后的胶粘剂有弹性、耐老化、具有较好的复合强度。但由于其分子量低、耐热性较差（＜100℃），这类胶粘剂主要应用于纸塑材料的复合。
图3 第一代无溶剂胶粘剂固化过程图
第二代无溶剂胶粘剂，双组份聚氨酯胶粘剂，主剂和固化剂按比例均匀混合，通过加热控制粘度在合适范围，然后通过多辊涂布到承印物上后相互反应，形成大分子而达到交联固化。具体反应机理如图4所示。
图4 第二代无溶剂胶粘剂反应机理图
第三代无溶剂胶粘剂，双组份多元醇聚氨酯胶粘剂，采用了芳香族多元醇提高了耐高温性能，同时提高了胶粘剂的反应速度，具有初粘力高、操作温度低的特点，能够解决第二代胶粘剂对BOPA、EVA复合强度不良问题，同时阻隔性强的薄膜容易起褶皱或容易剥离的问题也得以解决。
4.2 胶粘剂涂布基材技术研究
在软包装复合材料领域，用到的复合材料有BOPP、BOPET、BOPA、M-BOPET、M-CPP、CPP、LDPE、铝箔、纸张等。通常我们在干式复合中是将拉伸过的薄膜作为载胶膜，柔性的薄膜在经过干式复合设备的烘箱时会发生变形。
但是，我们在无溶剂复合材料生产研究中进行了大胆的尝试，通过放卷张力锥度曲线的摸索、张力参数的设定、基材收卷纸管芯平整度等方面的控制，解决了纸张、流延聚丙烯等不能上胶的技术难题，在复合镀铝结构产品时有效地避免了因胶粘剂初粘力低而引起的起皱、隧道、铝层转移等普遍存在的问题。
4.3 无溶剂复合工艺张力控制技术
在无溶剂复合工艺中，张力控制极为重要，必须非常精确。张力控制包括主放卷张力、涂胶后薄膜张力、副放卷张力、收卷张力、收卷锥度几个方面。一般来说，薄膜涂胶后的张力要略大于主放卷张力，收卷张力略大于放卷张力，收卷锥度控制在25%以内为好。
针对不同材质的薄膜，复合过程中各部分张力大小也有所不同，甚至不同厂家生产的同一材质的薄膜，其张力也要略有不同。如BOPA/PE结构的复合薄膜，PE膜的张力大致在1.5N～2.5N之间，BOPA膜的张力可以根据实际情况控制在7N～15N之间。
4.4 涂胶量控制关键技术
涂胶量是影响复合产品质量的关键因素，而涂胶间隙的控制在控制涂胶量中起着重要作用。
涂胶装置示意图见图5，图中1、2、4为钢辊，可加热；2 、3 辊速比可调整，以控制上胶量。开机前，等计量辊完全预热以后，调节固定辊和计量辊之间的距离，左右两边的距离应保持一致，以确保涂胶均匀。涂胶辊必须保持良好的光洁度，不能有异物存在。
图5 涂胶装置示意图
涂胶量的大小可根据产品要求而定，并用0.6mm、0.8mm、1mm厚的钢尺进行调整。一般情况下，复合无印刷图案的薄膜时，涂胶量可以控制在0.8～1.6g/㎡；有印刷图案的薄膜，可以根据印刷面积的大小将涂胶量控制在1.5～3.0g/㎡。需要注意的是，由于不同种类的油墨所用的树脂和颜料不同，所以需要的涂胶量也不同。
5.
低碳清洁生产技术的研究
为解决VOCs所造成的环境污染，近些年业内不断论证，寻找可行性方案，许多公司就回收、处理等投入巨额资金。柔印由于溶剂使用量低，干燥排风量明显小于凹印，采用RTO等废气处理装置，完全可以达标排放。
在未来，卫星式柔印完全可以使用水性油墨印刷薄膜。我们经过多轮测试，成功进行了批量订单的复合软包装生产，各项指标均达到要求，并且产品交付客户使用，在异味测试、物理指标、印刷色差饱和度、高速印刷300m/min、高光转移等都取得较好的效果，但是因进口水性油墨价格高企和交货周期原因，没有广泛应用于大批量生产。
本文重点讨论如何实现柔印复合软包装进行的各项努力，对溶剂回收技术、RTO处理技术和废水回收处理技术不再赘述。相信各位读者见过太多的介绍，但是回收率和回收后使用方式、运营成本、成本优化程度等将在后续文章中进行深入探讨。
6.
结束语
综上所述，研发卫星式柔印+无溶剂复合生产软包装材料，近些年取得一些成绩；但是还有诸多问题未得到验证和解决，技术道路任重而道远，需要大家共同关注和努力；同样，本技术路线因其卫生、环保、高效、低成本等特点，将会被客户和社会更广泛地接受。
