對(duì)雙頭涂布工藝的“冷思考”

李俊+林武輝+伍秋濤

“雙頭涂布”，即主劑、固化劑分開涂布的工藝，A、B膠在復(fù)合工位相遇并極速發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。雙頭涂布工藝無需UV燈照射固化，因?yàn)榉磻?yīng)速度極快，所以印刷基材上的醇類殘留量以及環(huán)境濕度對(duì)工藝的影響可忽略不計(jì)。“雙頭涂布”這個(gè)概念在軟包裝行業(yè)的興起始于drupa2016，展會(huì)期間，諾德美克公司攜手陶氏化學(xué)成功演示全球首創(chuàng)的雙頭涂布無溶劑復(fù)合新工藝。隨后，國內(nèi)無溶劑設(shè)備制造商也紛紛突破此工藝。在2016中國國際全印展上，廣州通澤、重慶鑫仕達(dá)等展示了雙頭涂布無溶劑復(fù)合設(shè)備或相關(guān)工藝樣品?？梢哉f，“雙頭涂布”如今儼然已經(jīng)成為軟包裝行業(yè)關(guān)注的熱點(diǎn)。那么，這種新工藝是否真的值得推廣？筆者通過對(duì)市場的大量考察，冷靜下來思考，總結(jié)了以下幾個(gè)原理性技術(shù)問題，希望能與行業(yè)人士共商討。

思考一：A、B膠的反應(yīng)比例能否得到有效保證？

雙頭涂布工藝的真諦不能簡單地從字面去理解，也不是由原來一個(gè)涂布頭變成兩個(gè)涂布頭那么簡單，這種工藝必須有足夠的五輥涂布系統(tǒng)精度來做保障。通過對(duì)無溶劑復(fù)合市場的觀察，筆者認(rèn)為，0.8g/m2已是目前無溶劑復(fù)合市場上性能相對(duì)較好的無溶劑復(fù)合設(shè)備的最低涂膠量，如果再低，便很難保證涂膠的均勻性。對(duì)此存在異議的人士，不妨拿自家的無溶劑復(fù)合設(shè)備試一下，當(dāng)涂膠量為0.7g/m2時(shí)就很難保證不缺膠了。當(dāng)然，如果工藝控制得當(dāng)，暫時(shí)性的低涂膠量也是存在的，但不可能應(yīng)付大批量生產(chǎn)。

在傳統(tǒng)無溶劑復(fù)合工藝中，A、B膠在混膠機(jī)內(nèi)完成一定比例的混合，雙頭涂布無溶劑復(fù)合設(shè)備則主要依靠雙頭的涂布系統(tǒng)來達(dá)到A、B膠的混合，目前雙頭涂布無溶劑復(fù)合設(shè)備的技術(shù)水平還不能完全保證A、B膠達(dá)到最佳的反應(yīng)比例，更無法保證涂膠的均勻性。

在復(fù)合基材上初涂布A、B膠的情況如圖1所示，可能在1平方米面積內(nèi)A、B膠的混合比例符合要求，但從微觀角度來分析，在圖1中的點(diǎn)1和點(diǎn)2處，A、B膠的比例肯定存在局部偏差，那么在點(diǎn)1和點(diǎn)2處就會(huì)出現(xiàn)A、B膠配比失衡，可能會(huì)導(dǎo)致二者無法正常交聯(lián)固化?？梢姡陔p頭涂布工藝中以平均涂膠量的概念來看A、B膠的配比，是一個(gè)值得商榷的問題。

很明顯，在雙頭涂布工藝中，涂膠量局部偏差是不可避免的，經(jīng)分析有以下3種偏差表現(xiàn)。

1.五輥涂布系統(tǒng)精度對(duì)涂膠不均勻的影響

計(jì)量輥的靜態(tài)加工精度達(dá)到±5μm已經(jīng)是當(dāng)前設(shè)備制造行業(yè)的最高加工水準(zhǔn)了，假設(shè)計(jì)量間隙為80μm，則單側(cè)出現(xiàn)5/80=6.25%的涂膠不均勻性是不可避免的，在雙頭涂布工藝中涂膠不均勻性達(dá)到6.25%×2=12.5%，即理論來講，在無溶劑膠黏劑一定的寬容度下，無論是A膠多12.5%，還是B膠多12.5%，都能保證二者充分交聯(lián)固化。然而，實(shí)際雙頭涂布工藝中的涂膠不均勻性遠(yuǎn)大于12.5%，這就無法保證A、B膠的充分交聯(lián)固化了。

在無溶劑復(fù)合生產(chǎn)中，許多行業(yè)人士在調(diào)整計(jì)量間隙時(shí)發(fā)現(xiàn)，大多情況下無溶劑復(fù)合設(shè)備的計(jì)量間隙誤差均高于10μm（使用的測量塞尺精度為±10μm，但很少有無溶劑復(fù)合設(shè)備可以在計(jì)量輥任意轉(zhuǎn)動(dòng)角度內(nèi)仍保持“8進(jìn)9不進(jìn)”的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量間隙）。在這種情況下，在轉(zhuǎn)移膠輥的壓力下計(jì)量膠輥的變形更為嚴(yán)重，計(jì)量間隙均勻性的偏差則更大。在正常無溶劑復(fù)合生產(chǎn)中，由計(jì)量間隙不均勻引起的涂膠不均勻性幾乎都大于25%，而雙頭涂布工藝的涂膠不均勻性是同等條件下傳統(tǒng)涂膠不均勻性的2倍?？梢哉f，雙頭涂布無溶劑復(fù)合設(shè)備的精度是保證正常無溶劑復(fù)合生產(chǎn)的最根本要求。以目前國內(nèi)三線設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)的機(jī)械加工水平來看，恐怕難以勝任雙頭無溶劑復(fù)合工藝要求的設(shè)備涂布精度要求。

2.起停機(jī)時(shí)局部涂膠不均勻性

涂布速度會(huì)明顯影響涂膠量，即存在剛開機(jī)時(shí)A、B膠比例出現(xiàn)偏差的情況。另外，在設(shè)備停機(jī)后剛起動(dòng)時(shí)，通常能觀察到轉(zhuǎn)移膠輥上局部有一層橫向厚膠（寬度為3～5mm），有的部位則可能無膠，這可能會(huì)導(dǎo)致A、B膠配比極端不匹配，進(jìn)而發(fā)生不交聯(lián)固化的現(xiàn)象。

3.膠層分裂轉(zhuǎn)移均勻性造成的微觀配比偏差

分裂轉(zhuǎn)移到薄膜上的膠層并不是完全平整的，存在高低不平的凹凸現(xiàn)象，如圖1所示的A膠凸點(diǎn)與B膠凹點(diǎn)相貼合時(shí)，這部分A、B膠就存在微觀配比偏差。

可見，雙頭涂布無溶劑復(fù)合設(shè)備的A、B膠的微觀涂膠均勻性并不高，這就取決于每一個(gè)微小部位A、B膠的實(shí)際配比，如果雙頭涂布無溶劑復(fù)合設(shè)備的涂膠均勻性只能達(dá)到25%，也就意味著無論A膠多25%或是B膠多25%都能保證雙組分無溶劑膠黏劑的完全交聯(lián)固化，但這對(duì)無溶劑膠黏劑的寬容度要求極高?？傊磕z均勻性及雙組分膠黏劑的聯(lián)動(dòng)匹配度是雙頭涂布無溶劑復(fù)合設(shè)備的生命線。

思考二：A、B膠能達(dá)到分子級(jí)接觸狀態(tài)嗎？

在使用雙頭涂布無溶劑復(fù)合設(shè)備進(jìn)行無溶劑復(fù)合時(shí)，兩層復(fù)合基材貼合時(shí)雙組分無溶劑膠黏劑的涂層厚度只有0.7～0.8μm，但A、B膠之間仍然存在界面張力梯度，從化學(xué)反應(yīng)原理來分析，A、B膠必須達(dá)到分子級(jí)接觸狀態(tài)（固體分子間距大都在10-10～10-9m之間，氣體分子間距大都在10-9m以上，液體介于兩者之間）才可。

雙頭涂布工藝要求在完成無溶劑復(fù)合后，A、B膠在復(fù)合壓力及分子熱布郎運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散力作用下能達(dá)到均勻混合，在A膠與B膠的接觸界面處，二者可以達(dá)到分子級(jí)接觸狀態(tài)，但在復(fù)合基材與無溶劑膠黏劑的接觸界面處，A、B膠能按設(shè)計(jì)反應(yīng)比例達(dá)到分子級(jí)的接觸狀態(tài)嗎？最大的風(fēng)險(xiǎn)就在于，基材界面處A、B膠微觀混合比例不均勻。

即使是光膜材料，其表面也存在0.08～0.16μm的粗糙度。無論如何操作，A、B膠的分子都會(huì)滲入薄膜分子結(jié)構(gòu)中，相當(dāng)于又增加了兩膠擴(kuò)散混合的路徑長度，充分混合難度再次增加。有些人士認(rèn)為增大涂膠量就能解決，但這樣只會(huì)進(jìn)一步加大A、B膠充分均勻混合的難度。其實(shí)，這也充分驗(yàn)證了“有些需要大涂膠量的復(fù)合產(chǎn)品，也可以通過無溶劑復(fù)合工藝來完成”的說法是不完全正確的。

思考三：滲入油墨的無溶劑膠黏劑反應(yīng)程度如何？

凹印多色疊印墨層的示意圖如圖2所示。通常兩色實(shí)地疊印的墨層厚度在2μm左右，而且疊印墨層表面凹凸不平，存在很多間隙（類似毛細(xì)管現(xiàn)象），涂布在墨層表面的液態(tài)A、B膠會(huì)部分滲入墨層，但二者不可能按比例滲入，那么滲入墨層中的A、B膠是否能實(shí)現(xiàn)正常交聯(lián)固化呢？如果不能，就很難適應(yīng)我國軟包裝凹印多色疊印的現(xiàn)狀。

總結(jié)

綜合來講，對(duì)于雙頭涂布工藝現(xiàn)存問題可總結(jié)為以下3點(diǎn)。

（1）無溶劑復(fù)合局部A、B膠貼合厚度偏差大的問題不可完全避免。

（2）從微觀分析，A、B膠能否按比例達(dá)到化學(xué)反應(yīng)的分子級(jí)接觸狀態(tài)尚未可知。

（3）滲入凹印多色疊印墨層中的A、B膠如何實(shí)現(xiàn)正常交聯(lián)固化反應(yīng)尚待解決。

雙頭涂布工藝不是簡單的機(jī)械結(jié)構(gòu)改變，而是會(huì)由此帶來一系列變化，如設(shè)備精度要求的變化、雙組分無溶劑膠黏劑配比控制方式的變化、雙組分無溶劑膠黏劑混合方式的變化等?？梢?，雙頭涂布工藝盡管被炒得很熱，創(chuàng)新性極強(qiáng)，但也對(duì)與之匹配的雙組分無溶劑膠黏劑的性能、設(shè)備加工技術(shù)等方面提出了更高要求，推廣應(yīng)用依然任重道遠(yuǎn)。