镭射压印转移工艺及其在烟包上的应用

　镭射压印转移工艺具有环保、成本低、视觉效果佳等优点，近年来在烟包印刷领域的应用越来越广泛，主要表现在两个方面：一是部分替代了采用镭射纸的工艺，大大降低了生产成本，例如黄山一品烟包，采用“凹印+镭射压印转移”组合工艺替代了采用镭射光柱纸的工艺；二是利用该工艺开发新型烟包，提高产品的附加值，如白沙烟采用新型环保烟包后，零售价高出了1元。

　　镭射压印转移工艺的原理
　　镭射压印转移工艺最早由日本人发明，2002年底传入国内，但名称不是很统一，如镭射压印转移（Hologram Transfer）、C2（Caste & Coat）、冷转移、镭射膜印、压膜转印等，也有人称之为冷烫（转印方式类似，实际材料区别较大）。国内首台镭射压印转移设备由伟诚实业（深圳）有限公司从日本引进，2003年以后国内印刷设备制造厂家开始陆续生产该类设备。
　　镭射转移膜表面布满了有规律的全息图案，这些全息图案由无数个类似三棱镜结构的网穴组成，在高倍放大镜的观察下表现为一种纹理结构，当涂有UV光油的印品与镭射转移膜复合时，在镭射压印转移设备的压力作用下，部分UV光油转移到镭射转移膜表面的网穴中，由于镭射转移膜与UV光油都是透明的，因此透过镭射转移膜的紫外光能使网穴中的UV光油和印品表面剩余的UV光油瞬间固化，从而完成印品与镭射转移膜的复合，最后通过镭射压印转移设备的剥离机构实现印品与镭射转移膜的快速剥离，此时，涂布在印品表面的UV光油表面就会形成无数个与镭射转移膜全息图案互补的网穴。当我们观察印品时，可以在涂有UV光油的印品表面看到五彩斑斓的全息图案。镭射压印转移工艺的具体流程如图1所示。

图1 镭射压印转移工艺流程

　　相关材料和设备
　　1.UV光油
　　镭射压印转移工艺专用的UV光油（又称UV压膜胶、镭射压膜胶）由齐聚物、活性稀释剂、光引发剂以及其他助剂组成。在紫外光的照射下，UV光油中的光引发剂会吸收紫外光的能量，然后经过激发状态，产生游离基，引发聚合反应，从而瞬间固化成膜。
　　理论上讲，在镭射压印转移工艺中，使用任何一种普通UV光油都可以实现一定的镭射压印转移效果。但是不同类型的UV光油所呈现的镭射压印转移效果差异较大。一般来说，镭射压印转移工艺专用的UV光油除了具有普通UV光油防水雾、低VOCs残留等性能之外，还应充分考虑以下几个因素的影响。
　　（1）UV光油的黏度与涂布量
　　镭射压印转移工艺专用的UV光油的黏度略高于普通UV光油，涂布时应选用合适的涂布工艺与参数。目前，镭射压印转移工艺UV光油的涂布大多采用柔性版上光的方式，特别是承印材料表面平整度较差（如灰卡纸）时，这种涂布方式的效果更佳。此时，需要根据产品和UV光油的特点选择合适的陶瓷网纹辊。一般情况下，应选用六角形网穴的陶瓷网纹辊，在雕刻深度相同的情况下，其线数越高，网穴的载墨量越低。此外，UV光油的涂布量一般为5～7cm3/m2，如果印品在镭射压印转移前预先涂布了一层底油（如凹印最后一色涂布的光油），由于此时纸张表面的凹坑已经被填平，因此可适当减少UV光油的涂布量。
　　有些烟包印刷企业也采用单张纸凹印机作为涂布单元，相比柔性版上光，这种涂布方式的UV光油转移率有所不同，因此需要仔细调整凹版的制版参数和UV光油的黏度，才能达到理想效果。一般，凹版的理想制版参数是加网线数为120lpi，网穴深度为28μm；UV光油的黏度为25～28s（涂4#杯）。
　　（2）UV光油的纯度
　　为了获得更好的镭射压印转移效果，UV光油必须达到足够的纯度。因此在稀释UV光油时，应采用无水酒精作为稀释剂，并按照生产厂家推荐的添加量进行稀释。
　　（3）UV光油配方与UV固化系统的匹配
　　一般情况下，如果UV固化系统的紫外灯功率较高，那么UV光油配方中光引发剂的添加量可略少一些，反之，光引发剂的添加量应略高一些。建议采用较低功率的紫外灯，可以避免镭射转移膜和印品产生变形，同时还可减少VOCs指标中敏感材料的残留。如果在镭射压印转移工艺中采用普通UV光油进行涂布，也要注意根据UV固化系统的不同适当调整UV光油的配方，特别是VOCs残留指标和UV光油膜层耐折度的测试。
　　此外，在UV光油中添加某些助剂（如消泡剂）后，可能会导致其固化后的剥离性能降低。因此，UV光油生产厂家在生产过程中基本不添加消泡剂，而是通过选用硬度较高的树脂、适当提高流平剂的比例，来改善UV光油的性能。
　　细心的读者可能会问，镭射压印转移工艺中只能使用UV光油吗？能否用其他光油（如水性光油、醇溶型光油）替代？如果单纯从镭射压印转移工艺的角度来看，也可采用水性光油热压转移的方式。水性光油干燥后膜层光洁，且具有一定的柔软度。具体工艺为：首先在印品表面局部涂布水性光油，待其干燥后，与镭射转移膜进行热压复合，剥离后同样可以得到镭射压印转移效果。但是水性光油热压转移工艺存在一定的缺陷：①压印转移的全息图案的耐摩擦性较差，而且带油或带汗的手与其接触后易在其表面形成手印和指纹；②镭射转移膜只能使用1～2次，主要是由于水性光油在热压转移后剥离不完全，易堵住镭射转移膜的部分网穴，导致其无法重复使用，大大增加了生产成本。
　　目前，欧洲已研制出一种新型电子束固化油墨（EB油墨），也具有瞬间固化的特点。理论上讲，该油墨也适用于镭射压印转移工艺，但目前的设备和材料还都不够成熟，在此不做讨论。
　　2.镭射转移膜
　　镭射转移膜的制作工艺为：采用激光技术将图案雕刻或电铸在平面镍版上，再利用双面胶将镍版弯曲并粘贴在版辊上，最后通过加温、加压将模压版上的全息图案转移到基膜上。一般情况下，如果使用单模压工艺，镭射转移膜表面会不可避免地产生版缝。然而，对于某些全息图案（如拉丝横纹光柱等），目前可通过双模压或连续转移模压工艺实现无版缝效果。
　　镭射转移膜的宽度和长度的确定通常与印品实际幅面、镭射压印转移设备放卷机构能装载的最大重量和最大卷径有关，但尚无统一标准。考虑到在镭射转移膜的制作过程中，每3500～4000ｍ就需要对模压版进行擦洗，且停机后镭射转移膜会产生接头，不仅影响产品质量，而且浪费原辅材料，因此笔者建议使用4000ｍ左右的镭射转移膜卷，这样可有效避免接头的产生。
　　一般情况下，由于镭射压印转移工艺的特点是通过UV压印的方法转移镭射效果，镭射转移膜本身的全息图案层依然保留，因此镭射转移膜可重复使用多次，通常可根据产品的特点和质量要求来确定其使用次数，有的为8～10次，有的甚至在20次以上。
　　镭射压印转移工艺采用的基膜一般为3层共挤BOPP薄膜，其表面有一层EVA材料的模压功能层。为了保证良好的镭射压印转移效果，要求BOPP薄膜厚度均匀，成像透明性好，表面张力在32mN/m左右。
　　那么，为什么选择BOPP薄膜而不是PET薄膜作为镭射转移膜的基膜呢？主要原因是：镭射转移膜要求基膜的表面张力不能过高，否则会造成UV光油固化后镭射转移膜剥离困难，即全息图案转移不完全。一般情况下，基膜的表面张力应控制在32～35mN/m。BOPP薄膜正好符合这个条件，且其表面的模压功能层与其本身是一体的，结合非常牢固，不会产生脱落现象。而PET薄膜的软化点较高，在模压工艺中，首先需要在其表面涂布一层主要成分为热塑性树脂的模压功能层，但由于其表面张力过大（一般在38～40mN/m），不利于镭射转移膜的剥离，而且在制作镭射转移膜时也可能会因结合不牢而脱落。当然如果能找到一种表面张力合适的涂层材料用作PET薄膜的模压功能层也是可以的，但这里存在一个矛盾：如果模压功能层的表面张力过小，其对PET薄膜的附着力就会降低，在模压过程中容易造成黏版，导致废品率上升。
　　3.镭射压印转移设备
　　镭射压印转移设备可分为两类：一类是专用的镭射压印转移生产线；另一类是单独的镭射压印转移单元，可外接于柔印机、单张纸凹印机上。下面主要介绍专用的镭射压印转移生产线——UV92/104镭射压印转移生产线。
　　UV92/104镭射压印转移生产线由自动输纸机组、UV光油涂布机组、流平输送机组、压印转移机组和自动收纸机组构成。简单来说，就是一台上光机加一台覆膜剥离机。其自动输纸和收纸机组与胶印机、单张纸凹印机、模切机等的输纸、收纸单元类似，在此不再赘述。
　　（1）UV光油涂布机组
　　UV光油涂布机组由陶瓷网纹辊、印版滚筒、压印滚筒和墨槽组成。实际上就是一台柔性版上光机的涂布单元，在结构上采用了与上摆式前规或下摆式前规配合的专用递纸滚筒，提高了输纸的稳定性，并配有双张检测功能，能有效减少由于双张引起的树脂上光版被压坏的故障。
　　（2）流平输送机组
　　流平输送机组主要由输送带、输送架和真空吸气泵组成，并由压印转移机组提供动力。输送带与纸张之间通过真空吸附，保证纸张平稳、准确地行进。此外，为了增加UV光油在印品表面的流平性，输送带设计得较长，整个流平输送机组约2～2.5m长。
　　（3）压印转移机组
　　压印转移机组是镭射压印转移设备的核心部分，主要由镭射转移膜放料与回收机构、压印转移机构、UV固化系统等组成（如图2所示）。

图2 压印转移机组示意图

　　①镭射转移膜放料与回收机构。镭射转移膜放料与回收机构由气胀轴、磁粉制动器（或收放卷伺服电机）、输纸辊、阻尼辊、压力传感器、张力传感器、自动张力控制器、静电消除器以及换膜接膜对准装置（或光电对准指示器）组成。气胀轴的左右支座连成一体，当镭射转移膜松紧不一时，可通过调整支座，使其左右移动或导膜辊前后移动，从而保持镭射转移膜张力的平衡。
　　如果放卷时镭射转移膜出现偏移，可移动滑座，保证镭射转移膜与印品的侧规对齐。此外，自动张力控制器能对镭射转移膜的张力进行预调，如此一来，在运行过程中无须进行人工调节，只须通过张力传感器即可实现张力的自动调节，保证加工过程中张力始终保持在预设范围内。
　　要想获得光滑、平整的镭射压印转移效果，还须准确设定镭射转移膜的收放卷张力，否则会导致镭射转移膜的压印速度与纸张线速度不一致，从而影响镭射压印转移质量（如全息图案边缘呈锯齿状）。此外，镭射转移膜卷的松紧度也要保持一致，过紧或过松都会使镭射转移膜产生褶皱。
　　镭射转移膜放料和回收机构均设有膜料夹紧装置，确保接膜时膜料接口保持平整，当需要夹紧膜料时，只须开动气阀，由气缸推动压辊夹紧即可。
　　②压印转移机构。压印转移机构由UV固化机构、成品剥离机构、辊面清洁刮刀机构（铜质）组成，其主要作用是通过压印转移、固化，使涂有UV光油的印品表面获得镭射压印转移效果。压辊的下压或提升由气动系统控制，其压合力的大小可通过调节压辊两端气缸中压缩空气的压力来实现。
　　压辊的硬度一般在HS85以上，并要求平整度较好。如果压辊的硬度较低，压印转移的全息图案会产生“针孔”现象。此外，镭射转移膜进入压辊时，与印品的夹角应保持在45°～50°，可有效避免镭射转移膜表面产生褶皱。
　　③UV固化系统。UV固化系统由2盏5.6～6.5kW的紫外灯以及配套的反射装置、冷却系统、高压发生器、控制器等组成。紫外灯装在反射装置内，以确保其紫外光不外泄，从而准确地反射在照射面上。由于紫外灯功率较大，温度较高，有些反射装置内还装有隔热玻璃，此外，配套的冷却系统还可以适当地控制温度，使镭射转移膜不易变形且易于剥离。而使用水冷UV固化系统的镭射压印转移设备大多采用1盏12kW左右的紫外灯或2盏功率可调的6.5～8kW的水冷紫外灯，其灯罩一般为抽屉式带气动快门的水冷灯罩，便于维护与保养。

　　工艺流程的制定
　　如果印品不需要烫印，镭射压印转移工艺可在印刷后一次完成，反之，则应考虑烫印工序与镭射压印转移工序之间的流程顺序问题。
　　1.先烫印、后镭射压印转移
　　烫印工序易产生电化铝毛刺、碎屑等。若采用柔性版上光工艺，电化铝毛刺、碎屑等极易黏到树脂上光版和镭射转移膜上，当重复使用镭射转移膜时，黏在其表面的电化铝毛刺、碎屑等会附着在印品上，从而影响镭射压印转移效果，造成瑕疵或质量缺陷；若采用单张纸凹印机作为涂布单元，较粗的电化铝碎屑还可能导致“拉条”，造成全息图案不完整。
　　凹凸烫印可以使图文呈现凹凸效果，但是如果烫印版制版参数不合理，会导致凹凸高度不恰当，从而在镭射压印转移时易产生两个问题：一是在文字笔画较密处容易堆积UV光油，二是易破坏镭射转移膜全息图案网穴的完整性，影响镭射转移膜的使用次数。
　　总的来说，如果想要先烫印、后镭射压印转移，就需要调整恰当的烫印版制版参数，如烫印版高度、凹凸弧度等；为电化铝选择合适的热敏胶，使其在烫印过程中对电化铝保持恰当的剪切力和附着力，从而解决毛刺、碎屑等对镭射压印转移质量的影响。
　　2.先镭射压印转移、后烫印
　　在镭射压印转移时，若使用普通UV光油，在全息图案转移至印品表面后易形成一层光亮的膜层，因其表面张力较低，难以在其表面实现烫印，易造成烫印图文残缺不全，从而留下质量隐患。目前，油墨生产厂家已研制出一种可烫印的UV光油，经实践证明，其确实可在镭射压印转移后实现烫印，且用于普通平面烫印的效果较好；但其对电化铝的要求较高，要保证电化铝表面张力大于UV光油表面张力，特别是在凹凸烫印时，工艺较难控制。
　　若采用普通UV光油，经固化后其膜层表面摩擦系数较高，阻力较大，不利于烟包上机高速包装。虽然可通过在UV光油中添加某些助剂（如有机硅滑爽剂）来提高膜层表面平滑度，降低阻力，但也会造成UV光油烫印适性变差。因此，若选用这种工艺顺序，须仔细测试，得出准确的工艺参数后才可批量生产。实际上，从配方的角度来看，可烫印的UV光油不是纯粹的UV体系材料，而是以单体为主，UV固化时只有部分材料发生交联反应，其余成分多为塑性材料，固化后能在印品表面形成一定量的微孔结构，从而确保电化铝能较好地附着，但同时也限制了其配方的可调范围。
　　如果烫印图案比较规则，文字笔画较粗或成块状（如定位烫印等），可考虑在镭射压印转移时对烫印部位进行镂空处理。但采用该方法也有一定的弊病，即镭射压印转移比普通上光多了一次压合过程，压合转移时压辊对印品的压合是线接触，按走纸方向将UV光油从叼口赶至拖稍，导致烫印图案边缘的UV光油变形，特别是在纸张行进方向的变形量更大（如圆形镂空位可能会变成椭圆形）。因此，在制作上光版时须事先对其变形量做一定的补偿。此外，由于预留的镂空位比烫印位大，烫印后易在其边缘产生类似“双眼皮”的阴影，影响产品质量。
　　以上两种工艺流程顺序各有利弊，在实际生产前应根据产品特点和质量要求作出慎重选择，并进行相应的试验。
　　作为一种新兴的环保印后加工工艺，镭射压印转移工艺在一定程度上可以实现防伪、环保的效果，提高烟包档次，降低生产成本。如果在烟包设计时能充分考虑该工艺的特点，相信镭射压印转移工艺在烟包印刷行业将得到越来越广泛的应用。