玻璃热转印的核心技术

文 汤文杰 徐健

玻璃热转印的核心技术

文 汤文杰 徐健

玻璃是重要的建筑和包装材料，如玻璃门、玻璃窗、玻璃腰线、背景墙等广泛应用于建材领域，又如玻璃酒瓶、玻璃香水瓶、饮料瓶、罐头瓶、调味品瓶等广泛应用于包装领域。

作为一种包装材料，玻璃具有一系列非常可贵的特性：

1．化学惰性。对于大多数可用于玻璃包装的物品，玻璃不会与之反应，安全性高；

2．阻隔性高。保护性能优良，坚硬耐压，有良好的阻隔性，对水蒸气、氧气和二氧化碳完全隔绝，从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，能够用多种成形和加工方法制成各种形状和大小的包装容器，具有特别的美化商品的功效。

4．刚性大。在整个销售期间保持形状不变，可使外包装容器的刚性减少，降低成本。

5．耐内部压力。特别对那些含碳酸气体的饮料或气溶胶的商品包装来说，是一种特别重要的材料。

6．耐热性好。在包装时需要耐高温的主要场合有：热灌装，在容器中蒸煮或消毒杀菌，用蒸汽热空气对容器进行消毒，而玻璃能耐大于500℃的温度，能适应于上述任何包装用途。

7．成本低廉。玻璃的原料丰富，价格低廉，并且具有回收再利用的性能。

玻璃材料主要成分是SiO2，因其性能稳定而越来越受到消费者的青睐，然而事物具有两面性，稳定的性能也为其表面装饰带来了困难，500℃以下玻璃很难与任何油墨、着色剂发生化学反应。

常见的玻璃装饰工艺

1．高温印花

将画纸贴于玻璃容器表面，然后喷釉，其后放置于高温炉内500-600℃烘烤，使玻璃、花纸、釉层熔为一体，该工艺生产的产品稳定性优、表面耐刮性强、耐水性极佳，但颜色单调、高温烘烤容器破损率高，同时还可能存在重金属中毒的风险（无机颜料中含有大量铅、镉）。

2．丝网印刷

将偶联剂和丝印油墨现场混合，采用丝网印刷的方式在玻璃表面印制图案，经过150-200℃高温烘烤即得成品，该工艺生产的产品耐水性佳、成品率高，但生产效率较为低下、设备冗长，同时印制的图文单调（丝印无叠印故无渐变色）。

近年来，玻璃热转印越来越受到大家的青睐，该工艺以其高速、环保、自动化程度高、图文色彩丰富等优点，在玻璃容器的包装印刷方面开始抢夺高温印花和丝网印刷的市场份额。

热转印工艺流程

1．花膜定制

花膜生产商一般是凹印生产企业，他们获得定制的高分辨率的原稿；按照原稿尺寸制作出凹印电雕版；通过凹版印刷机在PET聚酯薄膜上印制热转印花膜；最后花膜分切、收卷、储存并运输到热转印加工商。

2．转印加工

热转印加工商一般是特种印刷生产企业，他们购买花膜后，通过热转印机将热转印花膜上的图文转移到产品表面上，图案一次成型，无需套色。

热转印花膜一般包括5层结构：PET薄膜，玻璃热转印花膜的基材（支撑载体）；分离层，转印过程中，使图案与PET薄膜分离；保护层，为图案提供表面保护，提升图案的防刮、耐水、耐酒精、耐酸碱等各项性能；油墨层，定制凹印油墨，具有极高的适应性、图案精细度与色彩表现力；粘接层，提供转印性和附着力。

热转印原理：高温热辊作用下花膜上的粘结层熔融为粘弹态，热辊的压力再将粘接层快速粘接到待转印材质表面，其后迅速降温花膜收卷，其分离层处被撕裂，PET薄膜被清废，最终花膜上的保护层、油墨层、粘接层被附着在待转印材质上；粘接层与待转印材质表面的界面特性是附着力、耐水性的关键，保护层的性能是耐刮、耐酒精以及外观的关键。

其实玻璃热转印的工艺早在2004年国内就有企业申请了相关的专利（CN 2004100155901），但由于各种原因一直没有规模化发展起来，究其原因，热转印的以下关键技术较难突破：

①离型层：决定了转印排废阶段PET膜能否顺利与油墨层分离，否则会出现排废不畅，图文缺失的问题。

②保护层：顾名思义是保护转印的图文，因此一方面必须无色、高透明度、良好的透光性；另一方面必须具有非常高的硬度和耐刮性，产品运输、储存过程中，一定程度的抗刮性能是非常必要的。

③粘接层：花膜中关键结构之一，热转印花膜生产与转印加工场所分离的特性，导致花膜有一个复卷的过程，该过程中粘接层与PET紧密接触，当环境温度较高时粘接层热熔后很容易与PET发生粘连（“返粘”），而后当转印加工中花膜重新放卷时粘连的图文已经提前从花纸上脱落，由此导致转印图文缺失，因此一般设计粘接层必须有较高的软化点；另一方面，转印过程中热辊加压和转印在高速下进行，如果粘接层软化点过高则很难被充分熔化导致转印不良，引起图文缺失，所以这里要求有较低的软化点；同时粘接层的固化是必要的，未固化的高分子其内部无交错的网状结构，耐水性和附着力都差。

针对以上粘接层问题，有学者采用粘接层UV固化取代热固化的方法，效果不佳，原因是UV固化的粘接层虽不会因为环境温度升高产生“返粘”的现象，但是转印图文墨层一般较厚，紫外线很难穿透图文层从而固化粘接层，导致固化不良，附着力下降（CN2008100274472）。

还有学者采用双重固化的方法，热固化与紫外固化相结合，先进行150℃热固化15min，然后再进入紫外固化数分钟，目的就是为了降低返粘并保证固化程度（CN2010105434827）。

笔者认为，双重固化工艺复杂、体系组分较多、成本高，如可将热固化设置阈值则可完全解决目前的问题；（在计算机直接制版的热敏版上经常会提到“阈值”这个词，热敏版上的感光胶其实就是热固体系，在环境温度下缓慢老化，但一旦能量超过阈值则快速固化，故CTP版一般是半年的储存期，而热激光制版机一小时能出20张版。）通常环境温度为20-30℃，极度高温情况下可能达到40-50℃，我们可以设置阈值为160℃，提前将粘接层的胶水进行50℃熟化以达到一定的固化程度（固化率约为40%以下）有效避免返粘，且熟化后的胶水稳定性更高，在烘烤温度超过160℃后能够更加快速的达到80%以上的固化率。

④耐水性：在酒类、饮料、食品包装中，玻璃容器灌装前通常要经过水煮30min的高温杀菌消毒的过程（如红牛金属罐在灌装前必须经过沸水杀菌30min以上），目前普通的热转印工艺，其粘接层与待转印材质表面的界面作用力仅仅是范德华力，不足以抵抗高温下水分子的入侵，所以耐水煮性能普遍较差，图文脱落问题经常发生。

借鉴丝网印刷耐水煮的处理方法应用于热转印中是不可行的，丝网印刷通常是提前将偶联剂加入丝网印刷油墨中搅拌均匀，然后在规定时间内将油墨印制到玻璃容器表面，其间油墨中的偶联剂小分子会快速迁移到油墨与玻璃的界面上，因为偶联剂同时含有有机和无机的双基团结构，故在油墨（有机）与玻璃（无机）之间形成牢固的化学键，产生较好的耐水煮特性，但混入偶联剂的油墨有效使用期较短，超过有效期使用将影响性能。热转印与丝网印刷工艺大不相同，花膜生产与花膜转印加工企业是相互独立的，受到订单、设备状况、运输等因素的影响，花膜的使用时间不能被严格控制，偶联剂久置就会失效，因此将偶联剂加入花膜粘接层来提高耐水性的做法是行不通的。

笔者建议采用UTWF（超薄水膜）工艺对玻璃基材进行预处理，从而得到的热转印产品耐水性大幅度提高，耐水煮性能超过8小时。

结语

玻璃热转印的优势在于：

1．集中排污。花膜生产厂家一般采用凹版印刷的方式生产花膜，故有一些溶剂的排放，但转印加工厂家清洁、环保，无三废排放，所以只要对花膜生产厂家集中管理，则该工艺对环境的污染几乎为零。

2．生产效率高。玻璃印刷中丝印工艺每一单色都需一个网版，多印一色则需多一道工序，不但涉及到套准的问题而且效率降低成本增加，而热转印无论几个色组一次性转印完成，简单高效。

3．颜色丰富。热转印工艺不但随心所欲设计任意种颜色，而且还可以实现渐变色、过渡色，印刷精美度有望赶超胶印。

4．无重金属污染。相比较高温印花，热转印都是在相对低温的环境下实现，保护层/油墨/粘合层组份完全固化，无小分子单体残留，使用安全。

2016年底，牛栏山黄金酒的大量铺货开启了玻璃类包装装饰的新模式，可以预见此类包装材料表面的直接印刷将成为包装印刷企业新的利润增长点，同时我们也相信热转印工艺必将迎来新的发展。

（作者单位 金华市创丰源科技有限公司）

10.19436/j.cnki.1007-2160.2017.11.01