玻璃熱轉印的核心技術

文 湯文杰 徐健

玻璃熱轉印的核心技術

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、背景墻等廣泛應用于建材領域，又如玻璃酒瓶、玻璃香水瓶、飲料瓶、罐頭瓶、調味品瓶等廣泛應用于包裝領域。

作為一種包裝材料，玻璃具有一系列非?？少F的特性：

1．化學惰性。對于大多數可用于玻璃包裝的物品，玻璃不會與之反應，安全性高；

2．阻隔性高。保護性能優(yōu)良，堅硬耐壓，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行消毒，而玻璃能耐大于500℃的溫度，能適應于上述任何包裝用途。

7．成本低廉。玻璃的原料豐富，價格低廉，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)生化學反應。

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500-600℃烘烤，使玻璃、花紙、釉層熔為一體，該工藝生產的產品穩(wěn)定性優(yōu)、表面耐刮性強、耐水性極佳，但顏色單調、高溫烘烤容器破損率高，同時還可能存在重金屬中毒的風險（無機顏料中含有大量鉛、鎘）。

2．絲網印刷

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

近年來，玻璃熱轉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，在玻璃容器的包裝印刷方面開始搶奪高溫印花和絲網印刷的市場份額。

熱轉印工藝流程

1．花膜定制

花膜生產商一般是凹印生產企業(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；通過凹版印刷機在PET聚酯薄膜上印制熱轉印花膜；最后花膜分切、收卷、儲存并運輸到熱轉印加工商。

2．轉印加工

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

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

熱轉印原理：高溫熱輥作用下花膜上的粘結層熔融為粘彈態(tài)，熱輥的壓力再將粘接層快速粘接到待轉印材質表面，其后迅速降溫花膜收卷，其分離層處被撕裂，PET薄膜被清廢，最終花膜上的保護層、油墨層、粘接層被附著在待轉印材質上；粘接層與待轉印材質表面的界面特性是附著力、耐水性的關鍵，保護層的性能是耐刮、耐酒精以及外觀的關鍵。

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

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

②保護層：顧名思義是保護轉印的圖文，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，產品運輸、儲存過程中，一定程度的抗刮性能是非常必要的。

③粘接層：花膜中關鍵結構之一，熱轉印花膜生產與轉印加工場所分離的特性，導致花膜有一個復卷的過程，該過程中粘接層與PET緊密接觸，當環(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”），而后當轉印加工中花膜重新放卷時粘連的圖文已經提前從花紙上脫落，由此導致轉印圖文缺失，因此一般設計粘接層必須有較高的軟化點；另一方面，轉印過程中熱輥加壓和轉印在高速下進行，如果粘接層軟化點過高則很難被充分熔化導致轉印不良，引起圖文缺失，所以這里要求有較低的軟化點；同時粘接層的固化是必要的，未固化的高分子其內部無交錯的網狀結構，耐水性和附著力都差。

針對以上粘接層問題，有學者采用粘接層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為環(huán)境溫度升高產生“返粘”的現象，但是轉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，導致固化不良，附著力下降（CN2008100274472）。

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

筆者認為，雙重固化工藝復雜、體系組分較多、成本高，如可將熱固化設置閾值則可完全解決目前的問題；（在計算機直接制版的熱敏版上經常會提到“閾值”這個詞，熱敏版上的感光膠其實就是熱固體系，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到40-50℃，我們可以設置閾值為160℃，提前將粘接層的膠水進行50℃熟化以達到一定的固化程度（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過沸水殺菌30min以上），目前普通的熱轉印工藝，其粘接層與待轉印材質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，圖文脫落問題經常發(fā)生。

借鑒絲網印刷耐水煮的處理方法應用于熱轉印中是不可行的，絲網印刷通常是提前將偶聯劑加入絲網印刷油墨中攪拌均勻，然后在規(guī)定時間內將油墨印制到玻璃容器表面，其間油墨中的偶聯劑小分子會快速遷移到油墨與玻璃的界面上，因為偶聯劑同時含有有機和無機的雙基團結構，故在油墨（有機）與玻璃（無機）之間形成牢固的化學鍵，產生較好的耐水煮特性，但混入偶聯劑的油墨有效使用期較短，超過有效期使用將影響性能。熱轉印與絲網印刷工藝大不相同，花膜生產與花膜轉印加工企業(yè)是相互獨立的，受到訂單、設備狀況、運輸等因素的影響，花膜的使用時間不能被嚴格控制，偶聯劑久置就會失效，因此將偶聯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）工藝對玻璃基材進行預處理，從而得到的熱轉印產品耐水性大幅度提高，耐水煮性能超過8小時。

結語

玻璃熱轉印的優(yōu)勢在于：

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

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

3．顏色豐富。熱轉印工藝不但隨心所欲設計任意種顏色，而且還可以實現漸變色、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，熱轉印都是在相對低溫的環(huán)境下實現，保護層/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，同時我們也相信熱轉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