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基于包装的马口铁印刷牢度的探析

资料来源:《广东印刷》2010年第1期 作者:陈文革 薛国新 更新日期:2011-01-27

社会经济不断发展,人民生活水平不断提高,马口铁印刷产品以其新颖的装帧设计和特殊的精美印刷效果,广泛应用于不同类型的食品、饮料罐头类、日用化妆品类、医药类、石油化工产品及各种包装容器。因此,马口铁印刷质量就显得非常重要,下面就马口铁的印刷牢度进行探讨。
一、马口铁的结构与特点
1.马口铁的结构
马口铁(Tin Plate)也称镀锡钢板,是在薄钢板基材上镀锡而成,由油膜、氧化铁、锡层、合金层、底材构成,它将钢的强度和成型性与锡的耐蚀性、锡焊性和美观的外表结合于一种材料之中,具有耐腐蚀、无毒、强度高、延展性好的特性。
图一 马口铁结构图
1-油膜 2-氧化铁 3-锡层 4-合金层 5-底材
2.马口铁的特性
①不透光性:马口铁具有良好的不透光性,能有效防止可见光和紫外线的辐射,可保护食品的腐蚀变质,使保质期得以延长。
②良好的密封性:马口铁良好的密封性,使得其在制作包装容器时阻隔空气和其他气体对罐装产品尤其是食品保护的作用。
③良好的环保性:马口铁是一种可以完全被回收的材料,有利于保护我们的生存环境。另外,马口铁在环境中能自然分解,不会残存造成环境污染。
④节省能源:用马口铁废屑生产钢铁比用铁矿生产钢铁要节省能源,每吨废铁屑约可节省230m3天然气。
二、马口铁表面性能及印刷牢度
1.马口铁表面性能
马口铁的表面性能也即表面状况与表面质量的好差,马口铁表面可能会存在伤痕、凹坑、折皱、灰尘、锈迹等缺陷,从马口铁结构上看,马口铁表面常有一层极薄的油膜,而且一般又是电镀而成的,因此表面较为光滑。从固体表面的比表面积和吸附力关系来看,马口铁的吸附力不是很好。
2.表面性能影响印刷牢度
马口铁印刷以平版胶印为主,其工艺过程如下:
马口铁的表面粗糙度是影响印刷牢度的重要因素之一。而马口铁基材表面总体都较光滑,虽然有些有机涂料在光滑的表面上也有较强附着力,但总体上吸收性较差,附着力小,使得涂料层和油墨层的附着牢度和干燥性能受到影响。
3.油膜层的影响
在马口铁结构中表面一层是油膜,这层油膜是为了防止马口铁在储存过程中生锈、运输过程中相互摩擦,会使涂层和油墨的附着牢度大大降低。因此油膜量的控制就显得很重要,而目前世界各国生产的马口铁对油膜厚薄并无一定标准,一般都将涂油量控制在2~4mg/m2,但也有的在6mg/m2以上。若涂油量过多就会影响马口铁印刷质量,使涂料、油墨层不能完全地润湿马口铁表面,附着性能较差,在烘烤固化后的油墨层上易生成“针孔”。而“针孔”会导致油墨层与马口铁之间的附着力下降。因此,马口铁表面涂油量较高即在6mg/m2以上时,印刷前要先预烘一次马口铁,使过多的油膜挥发掉。
另外,光滑的马口铁表面除会使油墨吸附力下降、印刷牢度变差外,由于吸附性能差使得油墨的干燥速度慢,结膜性差,从而影响油墨层的附着牢度和耐磨性。作为金属材料马口铁在遇到空气湿度较大而且温差又比较大时,就会在马口铁表面形成许多细小的水珠,也会使其吸附力下降而影响印刷牢度。
4.氧化层的影响
除了马口铁表面的油膜会影响吸附力外,马口铁结构中的第二层氧化膜也会对油墨的附着造成影响。马口铁的锡层表面上有一层很薄的氧化膜,这层氧化膜结构不稳定,会继续氧化变厚,甚至导致氧化膜上面的油墨层脱落,使油墨附着性能散失。所以马口铁镀锡后都要进行钝化处理,提高氧化层的稳定性,阻碍氧化膜的增长,保持对油墨吸附的稳定性。
因此,马口铁表面性能会对油墨的印刷牢度有较大的影响,这除了要有质量良好的马口铁外,还要有性能良好的涂料和油墨,并且最好能对马口铁的表面进行处理,提高表面吸附作用力。
三、马口铁印刷对油墨和涂料的要求
马口铁主要作为包装用的铁罐,马口铁印刷以平版胶印为主,是利用油水不相溶的物理现象来进行印刷的。因此,印铁油墨除应具备胶印油墨的印刷适性外,还必须具备耐热性、耐溶剂性、耐加工成型性、耐蒸煮性、耐磨性好等特性。而涂料也是马口铁加工过程中不可缺少的一种材料。
1.涂料
涂料主要由成膜物质、颜料、催干剂、辅助剂、溶剂等组成,从涂布方式及作用可以分为内涂、外涂和光油3种涂料。对油墨层起到了良好的保护并增加了图像的光亮度使产品具有良好的金属色。同时食品罐等的涂料可有效防止内容物受到化学及生物性的污染、降低漏罐的可能性,保护食物原有的风味颜色,延长保存时间并使内容物易于从容器里倒出。
①性能良好的底漆涂料。底漆涂料是马口铁表面印刷工艺中必不可少的涂层。它主要是提高马口铁表面附着力作用,使油墨能牢固吸附在铁面上,使马口铁在弯曲、冲击、拉伸、卷边等加工成型时,油墨涂层不易受损掉下。因此,作为涂料时要求对金属表面有很好的湿润吸附性能,干燥成膜后有很高的抗机械强度。而像醇酸、环氧等树脂由于分子结构的原因都具有良好的吸附和抗击性能。
②先进的涂布工艺。要获得高质量的底漆涂料层,除了要有性能良好的底涂料外,科技先进的涂布工艺也是不可少的。高质量的涂层是指在马口铁表面要涂上一层厚薄均匀的涂层、良好的流展性、及平滑的表面,涂膜厚度应控制在1.5~2g/m2左右。涂层过薄则遮盖力、耐磨强度、吸附性、光泽度等不能达到要求,涂层过厚则会引起收缩应力,影响附着力,同时会引起成本增加,易造成硬化不彻底等而影响质量。
涂布工艺的控制主要是控制好涂布机的涂布速度快慢及稳定性、涂料供给量的均匀性及烘烤温度的高低,而这很大程度取决于涂布工艺的先进性,涂布设备的精度和自动化程度。
③涂料粘度的影响。对马口铁涂料层的质量造成影响的除了有性能优越的涂料和先进的涂布工艺外,涂料的粘度大小对涂层厚度均匀性也会造成很大的影响,因此对涂料粘度的控制也显得相当重要。不同的涂料粘度在其他条件相同的情况下,会有不同的涂料层厚度。粘度越高,相同供给量的涂料涂布后的涂层就会越厚;这一方面提高了涂层的保护性能,但机械加工性能会降低,易出现固化不良、附着力不够、涂层龟裂和脱落现象。同时涂料的流平性降低,涂膜涂布不匀,易出现“起皱”等缺陷。反之粘度越低涂层厚度越薄,耐磨性、吸附性等较差。
因此,无论涂料粘度过高还是过低都会影响涂层的质量,而控制涂料的粘度高低主要是通过添加稀释剂来达到,同时环境温度的改变也会使涂料粘度变化,温度升高粘度下降,反之则升高。
2.印刷油墨
马口铁印刷油墨的组成和普通油墨相似,主要由颜料、连结料、填充料和辅助剂组成,但由于马口铁表面光滑,吸收性较差,因此作为马口铁印刷用的油墨必须不同于普通的胶印油墨,除了具备一般胶印油墨的印刷适性外,马口铁印刷油墨还应具有耐冲击、附着力强、耐热、耐光、耐蒸煮等特性。
①良好的附着力和机械性能。马口铁印刷的承印物表面非常光滑,不具有吸收能力,所以应具备良好的附着力。同时马口铁印刷品一般都不是最终成品,都要做成各种食品罐头、玩具、金属盒以及化工产品的桶、罐等,需经剪裁、折弯、拉伸、成型等工艺,因此要求油墨还要有较强的机械性能。
②耐高温性能。马口铁表面光滑,没有吸收性,不渗透水分和溶剂,干燥主要依靠氧化结膜和油墨溶剂的挥发来完成,干燥速度慢。一般都要经过烘烤来完成干燥,因此马口铁要有良好的耐热性,经高温烘烤颜料不走色。同时食品、药品等包装盒都要经高温的蒸煮杀菌,油墨要在这环境中不变色不泛黄。
③油墨的干燥性。在马口铁印刷生产中要合理控制油墨的干燥速度,才能保证产品质量。若油墨干燥太快则会降低油墨的传递性能;造成印迹发虚,墨色发淡,甚至印版、墨辊表面出现油墨干结,下墨受阻。而如油墨干燥太慢又会造成套印困难、粘连、背面粘脏、附着力差、耐磨性强度低;容易造成传送过程中的划伤等。控制好油墨的干燥速度是提高墨层附着牢度的重要因素之一,因此,近年来在金属印刷上开始大量采用UV油墨,因为UV油墨可以很容易控制好干燥速度,并且有良好的附着性和耐磨性。
3.涂布光油
在马口铁印刷中,为提高印后加工的适应性,提高马口铁产品外观图文光泽度,在印刷油墨未完全干燥之前应进行上光处理,以形成均匀、平滑的涂膜,避免产生渗色现象。涂布上光油不仅能提高光泽度,而且能增强墨层表面的柔韧性、耐冲击强度、耐磨性、附着力。此外,光油经高温固化后形成的涂膜,将油墨涂层与外界隔离,使马口铁产品免受物理性和化学性的物质侵蚀。
常用的光油有溶剂型、水性及UV光油。溶剂型由于其挥发的溶剂对环境有一定的污染,使用受一定限制。
水性上光油是近年来应用越来越广泛的一种环保性光油,光泽度高,干燥快成膜性能好,耐摩擦性优良,是非常理想的上光油。但是水性上光油的干燥过程30%是通过挥发,70%靠材料渗透吸收,而马口铁则根本没有吸收性,因此目前还不太适合在马口铁印刷上使用。
UV上光油主要由感光树脂、活性稀释剂、光引发剂及助剂等成分组成。UV固化是在紫外线照射下,引发聚合反应而固化成膜。由于马口铁表面为非吸收性表面,印后干燥问题是马口铁印刷的主要技术问题之一。采用紫外线照射进行瞬时干燥,固化速度快,干燥后膜面坚固,有良好光泽度、耐磨损性能和保护作用,不污染环境,是近年来应用非常广泛的上光油。 UV上光油目前还存在着成本高,能量消耗较大,有刺激性气味。
各种上光油都有优劣性,在实际生产中,应根据承印产品的特点、用途,正确选用光油类型。但不论选用哪种类型的光油,使用前应了解光油的固体含量,油质的纯净度及涂布的粘度,烘烤温度等技术数据,以保证涂膜的硬度(耐磨)、光泽度和附着力。
四、影响马口铁印刷牢度的其他因素
1.烘烤温度对马口铁附着力的影响
在马口铁印刷中,由于基材表面光滑,干燥速度慢,必须利用加热烘烤来加快干燥速度,这是马口铁印刷的特点之一。同时因为每一工序所使用的涂料、油墨所含的树脂、颜料成分不同,因此烘烤温度和烘烤时间也不尽相同。若烘烤温度过低,树脂中的分子未充分交联固化成膜,附着力低,同时会出现马口铁背面粘脏、反印、粘连,影响套色(马口铁背面系容器内壁,出现粘脏会污染容器中的内容物)。若烘烤温度过高,分子断裂,墨层干裂,机械加工及高温杀菌性能变差而脱落。若烘烤时间过短涂料的附着力不好、发软;过长则会使涂层变脆制罐时断裂还会引起变黄。因此,要严格控制每道工序的烘烤温度和时间,它将直接影响整个油墨膜层的附着牢度。印刷油墨的烘烤温度平均控制在130~150℃,时间8~10min,而涂料的烘烤温度平均为180~210℃,时间也为8~10min。
烘烤温度的控制主要是通过烘烤房电热管、自动温控器等来完成。而控制烘烤的实际温度一般要比理论标准烘烤温度低约10~15℃左右,稍低的温度可留下一些未反应的极性基团,使膜墨两界面高分子链缠结密集,增强涂层间的结合牢度。而烘烤时间主要是通过机器的运转速度来控制,运转速度快烘烤时间短,反之则长。
2.印刷工艺对马口铁印刷牢度的影响
马口铁印刷目前主要采用平版胶印来完成,同时也有少量采用干胶印和无水胶印的,不同的印刷工艺也会影响马口铁的印刷牢度。
首先,无论是采用哪种印刷工艺,由于马口铁印刷的特殊性,印刷一种产品,往往要多次套色、烘干,且又是非吸收渗透性的光滑表面,不同的墨层厚度会有不同的附着牢度,墨层偏厚,墨层间内聚力就大.无形中抵消了底漆涂料与马口铁表面之间的附着力,导致整个涂膜层的附着力下降。所以在施工过程中应控制好各色的墨层厚度。
平版胶印是目前马口铁印刷的主要方式,但润版液的使用,会造成油墨的乳化,而马口铁表面又没有吸收性,会使干燥速度受到影响,这样就在一定程度上使得油墨的结合牢度和耐磨性也受到影响,因此要控制好水墨平衡的关系。
无水胶印是在国外马口铁印刷中得到推广和应用的一种印刷方式,由于没有润版液,对表面无吸收性的马口铁,干燥速度能得到提高,结膜性好,结合牢度也比有水胶印要强,同时印刷网点还原性较好。因此在马口铁上推广无水胶印有一定的前景。
干胶印(Dry Offset)也即凸版胶印,主要在成型的马口铁容器印刷中使用,墨层较厚,印刷速度较快,虽然使用低黏度和干燥性好的油墨,但由于使用不普遍,相应配套材料的性能不能保证,因此墨层的附着牢度也会产生较大的质量波动。
近年来,随着包装印刷技术、金属包装材料的不断发展,我国在金属包装印刷方面得到了较大的发展。但总体而言,我国马口铁印刷质量尤其是印刷牢度上还存在一定的差距。随着我国经济的快速发展,在马口铁印刷将会向着印刷方式的多样化、印刷的高质量化方向发展。