《包裝設計制作工藝與檢測技術標準實用手冊》

第五篇　包裝印刷

第四章　印后加工

第二節　上光工藝

二、上光設備

上光設備按加工方式可分為普通脫機上光設備，即上光、印刷分別在專用機械上進行；聯機上光設備，即上光機組聯在印刷機上，印刷、上光一次完成。目前，國內印刷廠較多采用脫機上光，聯機上光設備的份額也在逐漸增加。

（一）普通脫機上光設備

普通脫機上光設備通常由上光涂布機和壓光機兩部分組成。上光加工過程中，印刷品先由上光涂布機涂布上光涂料，干燥后，用壓光機進行壓光處理。

1．上光涂布機

上光涂布機的加工對象一般為平張紙印刷品。按印刷品的輸入方式不同，上光機可分為半自動機（即手續紙機）和全自動機（即機械輸紙）兩種形式；按加工對象范圍不同，上光機可分為厚紙上光機（即專用型）和通用型上光機。厚紙上光機一般為半自動式，加工的印刷品定量一般在200g／m2以上，通用型上光機一般為全自動式，對各種定量的印刷品都有良好的加工性能，更適合薄紙印刷品的上光涂布；按上光涂布機干燥的干燥機理不同，上光機可分為固體傳導加熱干燥和輻射加熱干燥兩種類型。

上光機主要由印刷品傳輸機構、涂布機構、干燥機構以及機械傳動、電器控制等系統組成。圖5－4－14為基本結構示意圖。

（1）涂布機構

上光機涂布機構由涂布系統和涂料輸關系統組成，常見的涂布方式有：三輥直接涂布式、浸式逆轉涂布式等多種方式。

①三輥直接涂布式

三輥直接涂布式涂布部分一般由計量輥、涂布輥（施涂輥）襯輥等組成。其結構和工作原理如圖5－4－15所示。

圖5－4－14　上光涂布機結構示意圖
1—印刷品輸入臺；2—涂料輸送系統；3—涂布動力機構；4—涂布機構
5—輸送帶傳動機構；6—排氣管道；7—烘干室；8—加熱裝置；9—印刷品輸送帶
10—冷卻室；11—冷卻送風系統；12—印刷品收集

圖5－4－15　三輥直接涂布示意圖
1—計量輥；2—涂布輥（施涂輥）；3—襯輥；4—輸紙臺；5—出料孔

上光涂料由出料孔或噴（可移動）均勻地噴灑在計量輥和涂布輥（施涂輥）之間，由于計量輥的定向、定速及涂布輥的反向轉動，使涂布輥（施涂輥）表面上的涂料層均勻一致；涂布輥（施涂輥）表面涂層的厚度取決于二輥之間的間隙。

涂層厚度除受涂布輥與計量輥間的間隙控制之外，還受涂布輥與襯輥間的速度比控制，這個速比稱為“揩抹比”，其值通常在0．8～4之間，該比值越大，涂布輥相對于印刷品速度的轉速就越快，涂料的涂布量就越大。為了在涂布過程中保持涂布量穩定，涂布過程中盡量保持“揩抹比”不變。

涂層的厚度還與涂料的粘度和稠度有關，當“揩抹比”和計量輥與涂布輥的間隙不變時，涂料的粘度越大、稠度越高，涂層就越厚；反之，涂層就越薄。

待涂印刷品被送入涂布輥組，印刷品的待涂表面同涂布輥輥面接觸，在涂料的粘度和涂布輥與襯輥間壓力的作用下，被均勻地涂布一層涂料。

為適應不同厚度印刷品的加工要求，涂布輥與襯輥間有壓力調整機構。

涂布中多余的涂料由回收系統送回到液體貯料槽中。

②浸式逆轉涂布式

浸式逆轉涂布式的涂布部分一般由貯料槽、上料輥、勻料輥、涂布輥（施涂輥）、夾紙輥等組成。其結構和工作原理如圖5－4－16所示。

圖5－4－16　料槽供料逆轉式涂布示意圖
1—貯料槽；2—上料輥；3—勻料輥；4—涂布輥；5—給紙臺；6—襯輥

涂布中，涂料由自動液泵輸送至貯料槽，上料輥浸入料槽一定深度，隨著上料輥的定速轉動，在粘度的作用下，涂料不斷地粘附于輥表面，并經勻料輥傳送至涂布（施涂）輥。勻料輥的主要作用是將涂料均勻地傳送給涂布（施涂）輥，由于各輥的轉速一定，工作間隙一定，所以保證了涂布中的涂布量基本不變。

涂層厚度的改變，可以通過調整各輥組間的工作間隙或改變涂布機速以及涂料的流變特性實現。

涂布過程中為使涂料濃度和上料輥浸入涂料液面深度不變，上光涂布機通常設有涂料自動循環補償裝置。

③涂料自動循環系統

為了獲得滿意的涂布質量，無論哪類涂布方式，涂料的輸送一般采用自動循環系統，最常用的是液泵自動循環系統。該系統由液泵、貯料槽、輸出、輸入管道等組成。其結構和工作原理如圖5－4－17所示。

（2）干燥機構

上光涂布機為連續性涂布，為使涂料能夠及時干燥結膜，在上光機的后部設有涂布干燥機構，根據干燥機理不同，干燥形式可分為：固體傳導加熱干燥，便如各類電熱管、電熱板等；輻射加熱干燥，便如紅外線輻射、紫外線輻射、微波輻射等。

①紅外線輻射干燥

紅外線輻射是為了干燥或熟化的目的，而升高涂層溫度是一種重要且廣泛使用的方法。紅外線加熱器對施加高強度熱流是很有用的，特別是在要求快速升溫時，優勢更為明顯。

紅外線是一種電磁波，波長帶為0．7～1000μm，其中對干燥有用的波長帶為0．7～11μm。這個有用的波長帶又分為若干段：近紅外帶0．7～3μm，中紅外段為3～6μm，遠紅外帶為6～11μm。

圖5－4－17　涂料循環系統示意圖
1—涂料貯存容器；2—輸料泵；3—涂料輸出管道；4—涂料輸入管道；5—涂布槽

紅外線干燥裝置由電輻射器、控制部件、反射器、空氣循環系統構成。干燥機理是：當紅外線輻射到涂層表面時，一部分被涂層表面反射，其余部分進入涂層，進入涂層的紅外線中，有一部分透過涂層，余下部分被涂層吸收，轉變為熱能，使涂層溫度升
高，起到了加速干燥的作用。

上光涂料主劑、溶劑對遠紅外線有強烈的吸收帶（波數相同），即遠紅外線范圍內的電磁波長可以與涂料分子的振動波長區配，從而引起激烈的分子共振，所以，遠紅外線很適合于上光涂料的干燥和結膜。

②紫外線輻射干燥

紫外線包括波長200～400nm的輻射。紫外線輻射干燥裝置由輻射源、反射器、冷卻系統、電源與控制系統、屏護和安全設備、傳送系統等構成。

能被紫外線輻射干燥的上光涂料是一些能自由激發聚合的活躍單體或低聚物的混合物。例如UV上光涂料，它的主要成分是丙烯酸類預聚體和丙烯酸類單體。

干燥過程中，上光涂層經過紫外光輻射后，光引發劑被引發，產生游離基或離子，這些游離基或離子與預聚體或不飽和單體中的雙鍵起交聯反應，形成單體基團，單體基團開始鏈鎖反應聚合形成固體高分子，完成上光涂料的干燥過程，其反應過程通常為下列兩種形式。

A　單體吸收紫外光成為單體游離基，進而發生鏈鎖反應：

M＋M→M·（產生游離基，干燥過程開始）

（單體）　　　　（單體游離基）

M·＋M→M－M·（開始鏈鎖反應）

……

Mm·＋Mn→Mm＋n（鏈鎖反應停止，膜層干燥）
　　　　　　　聚合物

B　吸收光成為激發態的單體，發生分解反應，生成另外的游離基，變成引發劑，引發聚合鏈鎖反應：

M＋hv→M＊→R1·R2·（干燥過程開始）

激發單體　游離基

R1·＋M→R1M·（鏈鎖反應開始）

R1M·＋M→R1－M－M·

……

R1Mn·＋·R2→R1－M－R2（鏈鎖反應停止，膜層干燥）聚合物

紫外光輻射干燥，可以使整個上光涂料層同時固化（聚合）干燥，避免了其他干燥中由于涂料膨脹程度不同而發生的形變，提高了膜層的質量。

③固體加熱傳導干燥

固體加熱傳導干燥的干燥源為普通電熱管、電熱棒、電熱板等。此類干燥裝置由加熱源、電器控制系統、通風系統等構成。

固體加熱傳導干燥的干燥機理為：加熱源產生熱能（由電能轉換而得），由通風系統將熱能送入密封的干燥道內，使干燥道內空氣達到一定溫度，被干燥的印品經過溫度升高后的干燥道時，表面的涂料層受到周圍高溫空氣的影響，分子運動加劇，涂層中的溶劑揮發率增大，達到迅速干燥的目的。

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