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平顶网点柔性树脂版的技术发展(上)

2020-08-20 09:53:37

平顶网点是近几年柔印领域比较热门的技术,也逐渐引领柔印的发展。这篇文章把平顶网点及相关的新技术做了完整的介绍,值得大家参考。


概述

树脂版

近几年,柔性版平顶网点制版技术发展迅速,通过优化高光网点结构和实地加网技术,将柔版制版及印刷质量提高到一个新的高度,拓展了柔性版印刷的适应性。


在环保压力下,越来越多的传统的凹印软包装企业关注柔版印刷的发展。精细化柔印线数一般为133LPI, 但目前150lpi、175lpi的高线数柔印也能经常看到,尤其平顶网点薄版的推出,提升了印刷质量,加之柔印高车速、印机结构简单、承印材料广泛,柔印具备了与凹印和胶印竞争的技术基础。


«印刷技术»杂志调查,截至2018年6月30日,中国内地共安装机组式柔性版印刷机2541台,国产机1957台,占比77.0%,进口机584台,占比23.0%,相比同期增加251台,增长率达11%,这也是装机量连续10年实现“增量过百”。2018年7月1日—2019年6月30日,又有225台机组式柔印机在中国内地24个地区投入使用,用于标签印刷的窄幅机组式柔印机约占新增装机量的1/3。在225台装机量中,国产机198台,占88.0%;进口机为27台,占12.0%。国产机组式柔印机已经在我国柔印市场占据主导地位,形成优势。


另据柔印协会统计数字,2017年中国卫星式柔印机装机量达271台,其中进口机71台,占比26%,近三年装机量都在30台以上,用于液体无菌包装、纸箱预印、无纺布、透气膜、PE包装袋、纸杯纸袋等印刷。另据柔印分会“2018年中国卫星式柔性版印刷机销售情况” 调查报告的不完全统计,2018年内地共实现销售卫星式柔印机55台,其中国产机53台,占96.36%。柔版印刷机装机量的快速增长充分展现了柔印在我国的发展势头之猛烈。


平顶网点柔版的实现方式


常规数码柔版,揭去保护膜,在激光雕刻机上激光雕刻黑膜,将黑膜烧蚀成需要的图案,然后用UV-A或UV-LED光源曝光版材,见光部分的弹性体交联,非曝光部分弹性体通过溶剂显影或热显影去除,实现图案还原。常规数码柔版采用UV-A曝光,因为空气中氧气影响,网点头部不能充分聚合,形成子弹头网点。


普通的激光版(LAMS)曝光以及冲版后所形成的“子弹头网点”(圆头网点)。


由于数码柔印版曝光区域与空气直接接触,空气中的氧气会抑制版材的固化,本来应该被固化的图像部分网点有一部分会被显影液给冲洗掉,结果只能形成子弹头形状的圆头网点。其大小与电子文档本身的网点大小不一样,小很多,如果要得到1%的网点,那么需要在数字化版的黑膜上对应4-5倍大小的面积曝光才能产生相应的网点,这就是常规数码柔版需要网点矫正曲线的原因。子弹头网点因为顶部比较小,支撑力小,印刷时网点头部与网纹辊网穴的网墙、承印物等不断摩擦,容易掉点,导致高光网点密度上不去,耐印力低。


为了解决上述问题,平顶网点应运而生。网点形成与曝光过程、版材等相关的因素有:空气中的氧抑制、光源、烧蚀黑膜和弹性体。由此出发,就形成了平顶网点版材的各种解决方法:


曝光设备中充惰性气体,形成平顶网点


典型的代表是流程制得的版材,在曝光机里的光罩里充氮气,氮气由机器外制氮机或氮气瓶提供,当氮气达到一定浓度后,曝光常规版材,形成平顶网点。这种方法需要额外的制氮设备,体积庞大,且氮气每次制版保持恒定并不容易,故不是形成平顶网点的好方法。


覆膜阻断氧气,形成平点网点


一种方案的典型代表LUX覆膜工艺,在激光雕刻的黑膜上,覆上25-30微米厚的PE或PET膜,阻断氧气,曝光,形成平点网点。


另一种方案是NX制版体系,激光烧蚀黑膜涂布在175微米的PET上,采用830nm激光烧蚀,烧蚀的黑膜物料气化或升华,然后将烧蚀好的带有PET的黑膜附在没有粘结层的弹性体上,通过片基阻隔氧气曝光,形成平顶网点。


这两种方案,各有优劣。用专门的雕刻和覆膜设备,配套自己的版材,封闭性比较强。需要专业的覆膜设备,覆PE膜或PET膜。这两种方案容易产生气泡和受灰尘影响,操作起来较为麻烦。


用水阻断氧气曝光,形成平顶网点


这是乐凯华光专利技术,实践证明,可以形成平顶网点。同样需要专门的制版设备,同样操作起来比较麻烦。


UV-LED曝光形成平行网点


随着光源技术的发展,UV-LED已经成熟。常用波长在395nm和365nm,对应的各自能量在1-4W/cm²和0.5-2W/cm²。而UV-A主波长在370nm,一般能量在10-30mW/cm²。通过UV-LED强曝光,加快弹性体表面感光树脂的聚合速度,使得来自氧气的聚合抑制竞争变得微不足道,从而形成平顶网点。典型的制版机是NExT制版机、UV-LED曝光机、UV-IN-LINE制版机均可利用非平顶柔版实现平顶网点柔版。需要注意的是因为LED-UV能量的差异,会对网点边沿、肩角以及细线肩部产生差异,同时不同能量、不同扫描次数、扫描速度快慢等也会对网点的下陷深度有不同影响。


有人研究了平台式UV-LED曝光单元曝光参数对网点下凹(Cupping)的影响。采用恒定LED光源能量80%,实验1固定扫描速度,改变扫描次数,发现随着扫描次数增加,下凹深度增加,加压实验,掉点个数增加,耐摩擦力下降。实验2固定扫描次数,改变扫描速度,下凹深度随扫描速度增加而减小。实验3组合不同扫描次数和扫描速度,整体上首次扫描速度越慢,下凹深度越大。整体上首次扫描速度过慢会导致耐磨擦力下降,扫描速度过快同样导致网点成型不稳定。该文用实验数据建立起曝光时间、速度、扫描次数对网点下凹的影响,并对版材耐摩擦做了很好关联。


采用UV-LED曝光,为什么引起网点下凹,直到目前仍没有清晰解释。笔者解释如下:柔版的感光树脂体系,为自由基聚合机理,交联单体受扩散控制。强曝光下,曝光区自由基浓度很快升高,引发单体和感光树脂表面聚合,同时单体从感光树脂的下层向上层自由扩散以及从非曝光区的边沿水平向曝光区扩散,这时与氧抑制竞争,曝光区的氧气浓度增高,向曝光区和非曝光区的边沿扩散,同时自由基向下和向水平扩散。曝光交联的地方,密度升高,产生向网点中心的拉应力,对曝光区和非曝光区的边沿产生拉伸,边沿逐步升高凸起,而到100微米的厚度以下,氧气的影响几乎忽略不计,自由基扩散控制,造成图文和非图文的边沿聚合,从而造成两网点之间的下凹降低。曝光能量低,则扩散慢,大部分聚合单体已经消耗,再加上高能量曝光,单体不再明显扩散,故网点边沿凸起变小且网点之间深度加深。


烧蚀黑膜层上涂布阻氧层,形成平顶网点


该种方案有优势,将阻氧层涂布在烧蚀黑膜层上,然后复合在感光弹性体上,烧蚀黑膜时,该层不被破坏。当弹性体曝光时,阻止氧气扩散到感光树脂的表面,从而形成平顶网点。


阻隔层有三种体系,一是水溶体系,二是溶剂体系,三是半溶剂和半水体系。设计关键在于阻隔层的氧渗透率满足≤6.9×10^-11m²/sec、阻隔层与弹性体的粘结力大于阻隔层和烧蚀黑膜层的粘结力、激光烧蚀黑膜时不被激光产生的能量破坏,无裂纹产生、在洗版溶剂中能溶解和溶胀。


该种方案还有一个优势,在阻隔层掺杂纳米SiO2、纳米固体颗粒,可以形成海岛结构的凸起,转到柔软的感光弹性体表面,在实地和网点形成物理的微网穴,提高油墨转移能力,从而提升印刷品实地密度。


弹性体化学组分改性,形成平点网点


该种方案好,利用感光弹性体的配方组分调整,抑制氧气聚合的影响,直接形成平顶网点。该体系版材使用方便,操作容易,UV-A和UV-LED光源的曝光机均可使用。


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