文：王录生
本文已刊于《包装前沿》2019年1月号，第1期
“十二五”以来，随着人们生活水平的提高、社会经济的迅猛发展，各地对环保的要求越来越高，以及印刷厂对生产效率的要求在逐年提高，柔印像凹印一样在软包装印刷领域开始越来越受欢迎，进入快速发展的阶段，并在纸张、薄膜及复合包装等印刷领域的应用有越来越多的趋势。
柔软的软包装印刷品广泛用于生活用纸、妇女婴儿用品、饮料、食品、药品包装等领域，可以使用机组式凹印机或者卫星式柔印机进行印刷。在欧洲、北美和南美地区，这些产品几乎100%采用柔印；在南亚地区，柔印占有率也超过80%；在东北亚地区的日本、韩国等几乎都是采用凹印；而中国则是柔印占15%～20%，其他主要为凹印。
一、柔版印刷对PE膜的基本要求
1、力学性能
PE在印刷和制袋过程中需要承受张力，包装产品后要承受内容物的重力，运输过程中要能够耐冲击，搬运过程中甚至可能发生跌落而要承受撞击，因此包装材料的拉伸屈服应力、杨氏模量、拉伸断裂应力指标对于含PE结构的包装来说极为重要。如果薄膜的力学性能较差，则在印刷过程中会发生套印不准；包装产品后，在重力下包装会发生蠕变；受到冲击后甚至破包。
在包装材料的印刷、复合、制袋、灌装、仓储、运输、搬运过程中，都需要包装材料具有足够的机械性能。机械性能包括：拉伸强度（抗张强度）、断裂伸长率、杨氏模量、冲击强度。
一般情况下，包装材料的力学性能与结晶度和晶粒直径有关。结晶度越高，则材料的杨氏模量越大，材料的拉伸强度越高，但韧性差（冲击强度低）；结晶度越低，包装材料的杨氏模量小，拉伸强度低，韧性大。包装材料的球晶直径越大，则韧性越差，冲击强度低；球晶直径越小，则材料的韧性越高，冲击强度越大 。
2、印刷性能
在薄膜印刷前，需要考虑以下因素来选择油墨并处理薄膜：
承印物与油墨的类型相匹配，聚酰胺油墨一般适合于印刷PP或PE；
聚氨酯油墨比较适合于印刷PET或PA；
PE属非极性高分子化合物，对印刷油墨的黏附能力很差，在印刷前要进行表面活化处理。同时，受张力变化影响，PE伸长率随张力加大而升高，给彩色套印的准确性带来困难。因为PE膜里添加了助剂，表面渗出物较多。
因为塑料基材的表面光滑，且表面张力低，因此印刷难度较大。材料的极性越高，则印刷性能越好。例如PVC极性较高，且与聚氯乙烯－醋酸乙烯酯型油墨的相容性很好，可以直接印刷；而其它软包装材料都不能直接印刷。
欲保证好的印刷效果至少需要满足2个必要条件：基材应该具有高的表面张力，使得油墨在其上能够充分铺展，油墨与基材的接触角小于90度；另外还需要油墨树脂连接料与印刷基材间的分子间作用力大，保证足够的附着牢度。
增加表面张力，一般的聚丙烯、聚乙烯薄膜的表面张力只有28～30达因，印刷前要求塑料基材的表面张力在38～44达因，因此即使是极性PA薄膜，也需要进行表面电晕处理，以增加塑料薄膜表面极性基团的数量，使油墨充分地在基材表面铺展。
增加连接料与基材间的分子间作用力，油墨中的树脂连接料有植物油、松香、聚酰胺、聚氨酯、氯化聚丙烯、环氧树脂、酚醛树脂、丙烯酸树脂、醇酸树脂等，这些树脂连接料的类型要和印刷基材的类型匹配，才能提高油墨的附着牢度。
聚乙烯的抗张强度低，容易产生套印不准的问题。一般采用聚酰胺油墨，对于耐热性要求较高的场合采用聚丙烯酸、硝酸纤维素油墨、聚氯乙烯－醋酸乙烯酯型油墨。如果能够对常见的包装材料进行处理，例如无机纳米填料的改性，则可以提高薄膜极性；与极性树脂熔融共混、接枝极性单体等都可以提高树脂极性，我国在树脂改性方面研究甚少。
3、热封性能
热封温度一般在120℃～150℃，热封时间为0.5～2s，压力为2～5atm，包装的封口强度应达到8N/15mm以上。一般只有PE和CPP薄膜具有热封能力，离子型树脂可以在低温下实现热封。
4、高温下的尺寸稳定性
高分子材料一般并非100%结晶，在温度升高时都会发生缓慢的二次结晶，因此薄膜发生收缩，表现出尺寸稳定性差的特点。一般要求收缩率低于3%。印刷和复合过程中薄膜的尺寸稳定性是十分重要的，是保证产品质量的基本条件。根据薄膜的组成不同、力学性能不同，它们在使用过程中有时会伸长、有时会发生收缩。对于无定形结构的聚合物，只要使用温度低于其玻璃化温度，那么它的尺寸基本稳定；无定形聚合物的拉伸强度也比较小，因此印刷复合时应控制较低的张力，避免烘道温度过高引起材料蠕变。除了注意温度以外，溶剂也是让无定形聚合物发生蠕变的因素，粘结剂和油墨所用的溶剂如果被无定形材料过度吸附后，会使材料的玻璃化温度降低，蠕变加剧。
高度结晶性聚合物材料，例如PET和PA，它们的耐温性好，尺寸稳定性较好；但如果在薄膜制备过程中条件控制不当，得到的薄膜也容易发生收缩。这是由于它们虽然从分子结构上分析，是可以高度结晶的聚合物，但它们的结晶速率较慢，如果材料的结晶度未达到平衡值，它们在烘道中被牵引、或者在熟化室内会发生二次结晶，发生收缩。熟化处理能够较好地保证薄膜的尺寸稳定性，熟化温度越高，时间越长，则薄膜的结构越趋近于热力学稳定状态，尺寸稳定性越好。当然熟化时也应考虑薄膜其它性能，例如开口性。
5、摩擦系数
薄膜材料表面爽滑并具有适当的摩擦系数对于自动包装生产线来说非常重要，生产不同用途的包装材料产品对摩擦系数有不同的要求。在实际包装过程中的摩擦力常常既是拖动力又是阻力，因此必须有效地控制摩擦系数的大小，使它在适当的范围内。为了适应自动包装生产线的需要，需要将软包装材料外层的摩擦系数调节到0.10～0.25之间。普通薄膜的摩擦系数一般在0.3~0.4左右，这样的薄膜是不能适应自动包装需要的。
目前降低摩擦系数的途径主要是加入酰胺类爽滑剂。这种爽滑剂与聚烯烃树脂是不相容的，因此它会从薄膜中析出到表面，形成一层液膜，从而降低了薄膜间的摩擦系数。据文献报道，纳米改性可以细化金属铸件的晶粒，降低金属铸件的摩擦系数。
6、开口性
由于一般的材料都具有粘性，因此容易相互粘连在一起，在自动包装生产线上存在开口性不良，因此需要加入爽滑剂或开口剂来提高薄膜的开口性。
塑料具有粘性，塑料薄膜在一定温度和压力作用下，经过一段时间后各层之间有时会发生相互粘连。在实际生产中，往往有这样的情况，刚制备出的薄膜卷膜，在下一道工序时发现放卷阻力较大；卷膜在熟化室里熟化温度过高时，必须经过倒卷才能使用。这些现象说明包装材料在常温下具有粘性。实际上这种粘性是由链段的热运动而引起的，如果环境温度处于聚合物的玻璃化温度以上时，分子的链段会不停地进行热运动，薄膜在一定压力下，层与层间的距离很近，这种链段的热运动甚至会造成链段的迁移，某层的链段会迁移到另一层的表面缺陷当中，造成粘连。如果聚合物是无定形结构，那么这种粘连会更明显；如果是高度结晶的聚合物，由于大部分分子链段被限制晶格内，无法实现热运动，因此粘连现象较少发生。
二、PE吹膜导致的印刷问题及解决方案
1、附着牢度差，不耐揉搓和摩擦
产生原因及处理措施：
（1）PE或PP薄膜未经表面处理或表面处理效果不理想，薄膜的表面张力低于（3.6～3.8）×10-2N/m。用表面张力测定液检测薄膜表面张力，如达不到要求，应重新对其进行表面处理。
（2）油墨稀释过度，黏结剂被破坏，或者错用了稀释剂。正确选择稀释剂，而且稀释时油墨的黏度应控制在15～35秒为宜。
（3）油墨本身对薄膜的附着牢度欠佳。更换油墨品种，或与油墨生产厂家协商解决。
2、晶点
晶点对柔印的危害是非常大的，特别是对柔印版的影响，要预防晶点，首先要对晶点产生的原因进行了解。
何为晶点？聚合物的分子量高于周围同种聚合物的分子量而产生的过度聚合物即为晶点。
晶点通常是由原料及加工助剂、吹膜设备、加工工艺等造成的。但聚合物产生晶点的机理是因为过聚物的产生，所以只要可能产生过聚物均有可能导致晶点。
（1）原料的影响
原料的影响主要来自原料的残留催化剂影响。
聚合物生产时会有些催化剂残留，在成型加工过程中，含有催化剂的聚合物熔体粘滞于生产设备表面，在高温下，残留的催化剂对聚合物继续进行催化聚合作用，因此会形成过度聚合物。
不同树脂厂家的聚合设备及工艺不同，对残留的催化剂处理纯度有差异，其对聚合物在成膜中产生晶点有不同的影响，例如聚合物中残留的催化剂含量低，设备结构好，原料本身所含的晶点就少。
（2）聚合物中氧的影响
这主要是加工温度较高时，氧会使聚合物氧化产生自由基吸附在口模壁，自由基作为活性中心引发其他聚合物分子链反应，在此处形成高浓度的不稳定聚合物，在高温下变成杂色点。
加入一定数量的抗氧剂，可有效防止氧对晶点产生作用。
（3）加工工艺、设备的影响
加工工艺主要是温度控制等影响，原料长时间受热、过度聚合、降解会导致晶点产生。
同时还有很多是由设备导致的，例如：
吹膜机模头部位设计欠佳、存在死角，造成少量原料长时间受热、过度聚合、降解；
吹模机械的长径比配置、模头设计欠佳等；
螺杆上面或螺筒内壁上面由于长期的积累，产生一些炭化的东西，而这些炭化的东西可以作为凝胶点，不断地吸附更多的杂质到它上面，同时也不断沾到薄膜上面造成所谓的晶点。
总而言之，吹膜设备定期清洗有利于减少晶点产生。
（4）颜料、色母粒等影响
现在薄膜生产习惯添加色母粒，色母粒的分散欠佳会导致晶点等不良缺陷，例如色母中选用的颜料表面处理不稳定，在色母加工过程中“团聚”，形成“粉点”；色母的载体树脂原料相容性欠佳。
通过对晶点形成原因进行分析，我们可以更好地预防晶点的产生：
（1）尽可能选择洁净度高的树脂，选择不容易分解的加工助剂，选择不添加填充料且分散性能好的母料，减少助剂的影响；
（2）在吹膜工艺中增加滤网细度，一般用三层结构（100目/140目/100目），勤换滤网（尤其是陈旧设备），有利于晶点减少；
（3）在生产过程中添加PPA表面润滑剂，减少聚合物熔体粘滞在设备表面；定期对模头进行清洁；
（4）停机时，停止添加带有加工助剂的原料，用不含加工助剂的纯料进行添加，最后添加专用的洗机料。
因为晶点对柔印影响非常大，对凹印来说，影响相对要小一点，不会破坏版辊，所以在凹印转柔印的过程中，一定要对膜的晶点进行控制，要求膜的表面无晶点。
