凹印质量问题的产生原因

 新闻资讯     |      2019-09-18 15:15
糊版
从理论上说,刮刀将网墙上的油墨刮去以后,网墙上应该是干干净净的,不应该有油墨。但产生糊版的时候,刮刀其实并没有将油墨刮净,由于刮刀角度的关系,网墙上残留了一层薄薄的油墨(薄到用肉眼很难分辨),转印到印刷基材上造成糊版。印刷透明薄膜时,这种原因造成的糊版在单张印品上是很难发现的,但印刷成卷,许多透明印品叠在一起,就会显现出没有刮净的墨色,在收卷好的成品卷两侧可以很明显地观测到透明薄膜被染色。更严重的糊版故障,油墨在图文四周渗透开来,这是油墨黏度过低和刮刀角度没调整好造成的,不仅仅是操作者技术问题,更是责任心问题。

凹印糊版的造成,其实同凹印工艺比较粗放有关。传统的凹印工艺控制,一般是要求油墨黏度和刮刀角度控制在某个范围内,而不是具体的数值,生产时主要由一线员工自行掌握,印得好坏,损耗高低,全在一线机长。所以印刷企业推崇的是机长的一把刀,把所有的希望全寄托在机长的经验和责任心上。虽然培训年年搞,经验年年学,然而损耗率不见明显减少,成品率始终提不上去。

控制凹印糊版,要注意不要一种倾向掩盖另一种倾向,即拼命加大刮刀压力,把刀片的角度调得更陡。若采用这种矫枉过正的办法,除了加速版辊的磨损外于事无补,要知道版辊的角度总是在正向范围内,不可能像柔印那样采用反向刮刀的。刮干净网墙上的油墨,版辊表面的光洁度也是一个重要问题,刮刀的角度和压力只有与版辊的光洁度相配合,才会有实际的意义。

油墨“白化”

油墨“白化”主要是指溶剂中含有水分,印在薄膜上失去光泽,严重时色相也会有些变化。其实从材料供应方面分析,溶剂中含有水分的概率倒不是很高,绝对不含水分是不可能的,所有溶剂的纯度总有一定的百分比。印刷过程中使用的溶剂,对水分总有一个宽容度,不必斤斤计较。

油墨白化的产生往往同使用过程中油墨吸收环境中大量的水分有关。笔者曾看到一家企业在梅雨季节用新墨印刷,刚开始的2个小时内印品色相没有变化,但2小时后,由于油墨中所用的乙醇吸收了空气中的水分,油墨逐渐分层,印品失去了光泽,要更换新墨才能恢复正常。凹印在使用醇溶性油墨时对环境会有一些特殊要求,如周围环境的湿度不能太高,否则乙醇会从环境中吸收水分,因此要车间安装恒温恒湿装置,温度控制在25℃左右,湿度不超过70%,以避免油墨白化。

对于水分造成的白化,笔者主张从溶剂进行调整,在周围湿度较高的时候,用一些吸水性小的醇类溶剂来取代乙醇。当然,用空调制冷抽湿来改善车间环境也是一个办法,不过笔者不主张,从成本上计算,实在是太浪费了。

油墨“白化”的另一种原因是凹印生产过程中溶剂的综合平衡被破坏。

混合溶剂中快干剂和慢干剂的挥发速度不等,造成快干剂失逸,慢干剂滞留。若快干剂是油墨的真溶剂,而慢干剂仅仅是调节油墨干燥速度的假溶剂时,油墨的溶解性变差,印刷适性变坏,印品失去光泽。

在传统的凹印工艺中,很少有人去研究溶剂的综合平衡。在溶剂综合平衡图中,横轴表示该溶剂在油墨混合溶剂中的百分比,纵轴则表示在挥发时挥发气体中该溶剂的百分比,若图中为一根一定斜率的直线,说明溶剂平衡是稳定的,但许多混合溶剂呈现的一般都是较大曲率的非直线,甚至两段反方向的曲线,说明在混合溶剂中快干剂和慢干剂的比例跟挥发气体中快干剂和慢干剂的比例是失衡的。

若我们简单地按照油墨中混合溶剂配比的同一比例来补偿挥发溶剂的损失,必然会造成快干剂和慢干剂比例的失衡。溶剂综合平衡的破坏会造成油墨印刷适性的改变,会影响到印品的光泽甚至颜色密度。
背黏和溶剂残留

凹印产品,尤其是凹印薄膜产品,由于干燥系统故障,印品没有干透,往往容易背黏,即油墨表面干了,但收卷后,由于膜卷张力的存在和薄膜的收缩,对膜卷内的油墨层会产生一个较大的正压力,这个压力会使里层薄膜的背面黏上外层薄膜上印刷的油墨,使印品脏污,造成质量损失。

分析背黏故障的原因,首先要检查油墨的质量,即树脂连结料的质量。常用的方法是Blocking测试:用刮棒在PE膜上制得印样,2分钟后将印迹相对折叠,夹在两片20mm×20mm薄玻璃片中间,上加300~500g/cm2压力,恒温60℃,历时24小时,检查印迹是否黏连,以不黏连为合格。

印刷基材中的低分子物(如滑爽剂、抗静电剂等)析出,也会使油墨对基材的附着力下降,产生背黏,甚至墨层脱落现象。常用测定薄膜表面张力的方法进行判定,并决定相应的解决措施。

绝大部分背黏故障的原因在于印品没干透,即溶剂残留量偏高。虽然用手轻触印品墨层并不黏手,但收卷后在一定压力下,油墨中残存的溶剂使墨层软化,造成背黏。干燥不彻底造成背黏,这是从表面上就能看到的,但背黏的更大危害在于印品中的溶剂残留会对内装的食品产生污染。这是因为凹印所使用的溶剂型油墨,虽然通过干燥能挥发掉绝大部分溶剂,但残留溶剂会随着时间的延长迁移到包装的内容物上,对食品造成污染。近来,我国政府和有关部门十分关注食品包装的安全性,并已启动QS认证,严格控制食品包装的溶剂残留量。
印品油墨干燥不彻底一般有以下几方面原因:

(1)版辊网穴较深,有时候会达到60μm,上墨量大,干燥会有困难。

(2)为保证高光小网点的顺利转印,凹印生产中必须要向油墨中添加慢干剂。

(3)混合溶剂的综合平衡不易掌握,造成慢干剂大量滞留于油墨中。

(4)某些里印工艺的最后一色印刷白墨,然后就收卷,干燥和收卷单元的距离过短,干燥困难。而且用白墨铺底时要求墨层的遮盖力要高,一般来说其上墨量是所有颜色中最大的。

(5)薄膜印刷时,干燥装置的温度不能过高,烘道不能过长,否则薄膜会发生拉伸变形,影响到套印精度与印品长度。常用的方法是采用低温、大风量,在干燥工艺上采用挥发,舍弃了蒸发。

(6)溶剂挥发对大气条件有依赖性,当环境气压较低时,用机械式的排风装置就很难有效控制干燥效能。

(7)印品表面的墨层同大气的接触表面有一个分界层(国外称为Boundary layer,国内有人译为镜膜),这是一层包含热量、空气和溶剂蒸汽的混合物。油墨干燥时在热量的作用下,油墨中的液态溶剂会蒸发并移动至分界层,若分界层中无溶剂,溶剂蒸汽将很容易转移到大气中。但随着分界层中溶剂蒸汽浓度的不断增加,蒸发比率将减小,当分界层中的溶剂蒸汽趋于饱和时,蒸发过程将停止。
传统的凹印干燥工艺没有重视分界层的存在,忽视了蒸发在干燥中的作用,虽然对烘道的曲线做了一些改进,减小了风阻,提高了风量,但由于这层不随空气流动的分界层的存在,将油墨中一些未挥发的残留溶剂包裹在其中。
目前凹印在解决干燥问题上常用的方法是:①在油墨中加入快干溶剂;②降低印刷速度,以延长印品在烘道中的干燥时间;③改进凹印机的烘道曲线,减小风阻,加大风量,甚至加长烘道,提高干燥效果

由于凹印行业以前对干燥问题并不是很重视,所以对干燥过程的一些理论问题没有充分的准备,例如对分界层的认识。不少凹印机上的干燥装置将含有溶剂蒸汽的热风第二次回用,直接返回烘道,称为热风循环,殊不知正是这种含有大量溶剂成分的热空气抑制了溶剂的蒸发。因此对于国家在溶剂残留方面提出的新的控制参数,凹印工艺还无法在各种气候条件下都能绝对控制,在关系人们健康的食品和药品包装印刷方面,这将是一把高悬于其上的达摩克利斯剑。

他山之石 可以攻玉

凹印产品在以上9个方面存在着质量风险,当然还不包括由于油墨的质量和使用问题等供应链上的诸多问题引发的产品质量故障,也不包括由于现场管理出错而造成的质量损失。由于工艺的原因,凹印的质量损耗有着必然性。在所有的印刷工艺中,凹印工艺的纸路是最长的,因此在装版、换卷的损耗中凹印也是最大的,因此凹印在进一步提高成品率方面存在着瓶颈。凹印普及很快,深入很难,大多数凹印企业都挤在同一个平台,红海搏杀,价格战在所难免。

凹印该怎么办?要解决凹印工艺中存在的缺陷,笔者有以下几点看法与大家交流。
(1)凹印界的有识之士有必要认真研究凹印工艺,解决一些悬而未决的理论问题。如凹印的转印原理,一些理论说是印刷基材的毛细管吸附,那么它同版辊网穴、胶辊硬度、压印时的压力有什么联系?凹印机制造工艺中对压印胶辊的压力是有具体参数要求的,但这是因为传动方面的要求还是转印方面的要求?这些问题不搞清楚,仅靠静电吸墨装置是不行的。静电吸墨对印刷基材在压印以后的静电释放性能有很高的要求,否则印刷中静电的积累会产生极大的危害。又比如产生刀丝的原因,真有“活性粒子假设”吗?如果有,为什么使用同一油墨的柔印却没有呢?凹印有必要总结一下自己的实践,并上升到理论。在国内已有了几十年历史的轮转凹印,在印刷高校中至今仍无法像胶印一样形成专业,而只能开办讲座,这同我们这些搞了凹印几十年的人但在一些凹印的基本理论方面仍然缺失,显然不无关系。

(2)要解决版辊的浅版化。实践证明,目前大量使用的电子雕刻凹版有其不足之处,所以激光雕刻凹版才有了用武之地。但是浅版问题,至今还没有成效。凹印有不少印刷弊病与版辊的网穴深度有关,与电子雕刻凹版网穴深度同网点面积成正比有关。凹版的加网角度同胶印与柔印是不同的,它的黑版和黄版可以采用同一个网线角度,可以在同一图案中采用不同的加网线数,这种特点虽然有其他印刷方式无法比拟的长处,但也有其局限性。凹版浅版化会牵涉到网穴形状、网线角度、加网线数等一系列问题,估计其难度不小。凹印制版从碳素纸腐蚀制版、布美兰制版发展到今天的电子雕刻制版,激光雕刻制版,是一个进步,但也舍弃了凹印不少有用的东西,使自己进一步提高成品率走到了瓶颈。凹印不解决浅版化问题,许多工艺弊病就无法克服,当前正在兴起的水性油墨凹印工艺将无法完善。
(3)封闭式上墨系统。柔印的封闭式腔式刮刀,简单地照搬到凹印机上显然是不行的,这已为实践所证明。但敞开式上墨单元容易产生刀丝、墨点、印刷区域的污染等问题,且溶剂的大量挥发不仅增加了生产成本,对生产环境和操作人员的健康也构成了威胁。凹印应该研究刮刀的正反向角度与其墨路合理的长短,来解决这一系列问题。

(4)对印刷基材伸缩变形的套准控制。凹印目前的伺服控制革除了长轴和齿轮箱

用伺服电机直接驱动。对于印刷基材的伸缩变形,应该尽快建立数学模型,并结合伺服控制系统实现反馈。只有将印刷基材的变形问题考虑进去的反馈方案,才是可靠的。

(5)能够有效更新油墨干燥过程中分界层的烘干系统。对现有凹印机烘干系统的改良不能解决根本问题,减小风阻可以略微加大风量,但流体力学的有关定律表明,进出风量最终是平衡的,实践也已证明,提高的效能不是很明显。美国PCMC公司的专利技术采用一定压力的加温的压缩空气进行干燥,能不断更新分界层,用高速气流来冲击印刷基材,提高溶剂的蒸发效率,以提高传热的最大化,流速越高,热量传输越多,能完全克服分界层的负面作用。这些已经在柔印上取得的经验,应该可以给凹印一定的帮助。

凹印的红海搏杀迫使我们回过头来审视凹印工艺的不足。实践表明,凹印的质量损耗是同目前采用的工艺密切相关的。凹印多年来一直在自身的范围内寻找解决办法,然而收效甚微。他山之石,可以攻玉,如果我们从其他相关工艺方面找一下自己的不足,是不是可能会得到一些新的启示?柔印工艺的特点就涵盖了胶印的色彩复制理论和凹印的张力控制理论,近年来得到了很大的发展,除了在环保方面柔印有得天独厚的优势外,柔印的高成品率更是促进其逐步发展的重要原因之一。当然在包装印刷方面,柔印不可能完全取代凹印,但柔印可以在一定范围内对凹印起到推动和补充作用。检视凹印工艺的不足,寻找解决问题的方案,以减少损耗和提高成品率,是我们当前急迫地想要做到的,但我们无法像开药方那样列出一长串解决办法,这不是我们的目的,而且也无法准确地做到。解决凹印产品的质量问题,只能是具体问题具体分析。我们唯一能做的,就是找出产生凹印质量问题的真正原因,只要找到了真正原因,离解决问题也就不远了。