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　　工藝原理

　　紙基材激光全息圖文成像機(jī)理分析

　　紙基材激光全息圖文的成像機(jī)理與其它傳統(tǒng)的基材（塑料薄膜、鍍鋁膜）基本相似，均為通過(guò)全息照相得到全息照片，再將全息照片翻制成全息金屬版，然后通過(guò)熱模壓工藝將全息圖文復(fù)制到紙質(zhì)印刷品上。

　　但紙質(zhì)印刷品的表面性質(zhì)與塑料薄膜或鍍鋁膜有著明顯的差別�？捎糜谥谱魅�息制品的薄膜本身具有熱塑變形性質(zhì)，且表面平整，能直接進(jìn)行全息圖文壓印，尤其是經(jīng)鍍鋁后，由于金屬鋁層的反射效應(yīng)，大大增強(qiáng)了全息圖文的可視效果。而紙質(zhì)印刷品則不然，既不能直接對(duì)油墨進(jìn)行全息圖文壓印，更不能對(duì)印刷品進(jìn)行鍍鋁處理。

　　因此，要在紙質(zhì)印刷品印制全息效果，需要借助一種特殊的承印介質(zhì)。這種介質(zhì)應(yīng)具有優(yōu)良的熱變形性能，且變形后能得到穩(wěn)定的精細(xì)全息光柵條紋，同時(shí)這種介質(zhì)必須具有足夠的透明性，以保證原有印刷圖文和色彩的可視性，我們把這種特殊的全息圖文承印介質(zhì)叫做全息涂層。

　　為了在全息涂層上獲得良好的全息圖視覺(jué)效果，光潔平整的涂層表面質(zhì)量是關(guān)鍵因素，這就要求全息涂料光澤度高、流平性好。此外，涂料的其它理化性能，如耐折性、耐磨性、后加工適性等也是十分重要的。

　　從光學(xué)原理來(lái)看，記錄在全息涂層上的全息圖文是利用光的衍射效應(yīng)來(lái)再現(xiàn)全息效果，而原有油墨印刷圖文是利用光的反射效應(yīng)來(lái)表現(xiàn)印刷效果，由于對(duì)光的利用方式不同，全息圖文并不干擾原有油墨印刷的效果，相反，透明的全息涂層使兩種印刷效果能夠同時(shí)得到表現(xiàn)，并形成一種特殊的裝飾效果。

　　根據(jù)紙基材激光全息圖文成像機(jī)理，在紙基材上“印刷”全息圖文的基本工藝原理是：在已有印刷油墨的紙或紙板上，先涂布一層熱塑性全息涂料，經(jīng)干燥、壓光處理后得到一層光亮平整的涂層，以此作為全息圖文的記憶層，再在特制的全息紙張模壓機(jī)上進(jìn)行全息模壓，最后在印刷品表面形成透明衍射的全息圖文。

　　因此，本研究的主要內(nèi)容有以下三個(gè)方面：

　　（1）透明全息印刷工藝：在不影響原有印刷效果的前提下，研究一種對(duì)紙基材印刷品直接進(jìn)行全息圖文印刷的工藝方法。

　�。�2）全息涂料的研制：研制適應(yīng)不同應(yīng)用條件的溶劑型、水溶型環(huán)保紙基材全息承印涂料配方及其制備方法。

　　（3）全息復(fù)制技術(shù)：針對(duì)一般膠印的平張紙或紙板，研制一種專用的全息模壓成型設(shè)備——平臺(tái)式紙張全息模壓機(jī)。

　　透明全息印刷工藝

　　在不影響原有印刷效果的前提下，制定了對(duì)紙基材印刷品直接進(jìn)行全息圖文印刷的工藝方法。此工藝不影響正常印刷工序，能充分利用現(xiàn)有印刷后加工設(shè)備，符合工業(yè)化生產(chǎn)的要求。其工藝流程如下：

　　涂布工序是將全息涂料通過(guò)涂布設(shè)備均勻地涂覆到紙基材印刷油墨表面，涂布質(zhì)量直接影響全息效果。涂布方式采用三輥式涂布法，其優(yōu)點(diǎn)是可充分利用現(xiàn)有印后加工的上光涂布機(jī)，且涂布干燥一機(jī)兩用，成本低。涂料干燥方式為紅外線輻射加熱風(fēng)干。

 全息涂層流平干燥后，再經(jīng)連續(xù)滾壓式壓光機(jī)進(jìn)行壓光處理，可大大改善和提高全息涂層的平滑度和光澤度，以便在全息模壓工序中獲得理想的全息圖文效果。

　　全息涂料

　　全息涂層的主要作用有兩個(gè)：平整光潔紙張表面和承印全息圖文。

　　涂層質(zhì)量直接影響全息效果。對(duì)涂料的主要技術(shù)要求是：與紙張有足夠的粘結(jié)牢度，優(yōu)良的n性變形特性，以及優(yōu)良的理化性能和后加工適性。

　　針對(duì)不同的應(yīng)用條件，我們研制了兩類紙張全息專用涂料：QXC型醇溶性全息涂料和QXS水溶性全息涂料。

　�。�1）醇溶性全息涂料技術(shù)特征

　　選擇折光率和透明度較高的AB、C、D為共聚單體，并將硬單體、軟單體、反應(yīng)型單體合理匹配，選擇E、F為引發(fā)劑和共溶劑。嚴(yán)格控制反應(yīng)條件，盡可能使聚合過(guò)程中保持恒定的溫度、引發(fā)劑濃度、單體濃度、溶劑濃度，并充入惰性氣體保護(hù)，制得的共聚物平均分子量為90000左右。無(wú)色透明樹脂除再加入混配樹脂I（高速其柔韌性）、助劑、溶劑制成一種高折光率、高光澤、耐磨、柔韌性等綜合性能優(yōu)異的紙基材防偽全息涂料。

　　（2）水溶性全息涂料技術(shù)特征

　　水性樹脂II折光率高、能很好的承印全息圖文，但涂膜較脆、抗水性較差。為此，我們合成了一種高固含量、較低刻度、柔韌性好、抗水性能十分優(yōu)異水性乳液。將二者有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，輔以助劑，制出一種高折光率、高光澤、耐磨、柔韌性、抗水性等綜合性能優(yōu)異，適用于紙張防偽、環(huán)保型全息涂料。

　　平臺(tái)式全息紙張模壓機(jī)

　　全息圖能否在經(jīng)濟(jì)、文化、藝術(shù)、防偽和日常生產(chǎn)中發(fā)揮作用，一個(gè)最關(guān)鍵的問(wèn)題是要能夠大批量復(fù)制，以實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。由于除凹印外，一般平印方式的印刷品均為平張紙，傳統(tǒng)的薄膜卷材模壓機(jī)無(wú)法用于平張紙或紙板的全息模壓。為此，我們綜合了現(xiàn)有寬幅軟壓機(jī)和硬壓機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)制造了平臺(tái)式全息紙張模壓機(jī)。其突出的特點(diǎn)是：

　　（1）可用于印后單張紙的全息圖文模壓復(fù)制；

　　（2）具有自動(dòng)套印裝置；

　　（3）具有防粘版的剝紙機(jī)構(gòu)；

　�。�4）具有自動(dòng)送紙、收紙和點(diǎn)數(shù)功能。

　　平臺(tái)式全息紙張模壓機(jī)由主機(jī)、油加熱系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)四大部分組成，其基本工作原理是：高溫導(dǎo)熱油在油箱內(nèi)加熱，由油泵送到中空的模壓全息輥筒，油將熱量傳給全息輥筒，使輥筒保持一定的溫度。全息輥筒與其正下方的橡膠滾筒構(gòu)成一對(duì)旋轉(zhuǎn)壓力副。模壓工作開始時(shí)，液壓系統(tǒng)將橡膠滾筒頂起，壓在全息輥筒上，給全息輥筒施加一定的壓力。將單張紙板逐一送至兩輥間，兩輥旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)紙板向前運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，在一定的溫度和壓力作用下，全息涂層軟化變形，將全息輥筒上的全息圖文復(fù)制下來(lái)，冷卻后形成穩(wěn)定的全息效果。

　　技術(shù)難點(diǎn)

　　與傳統(tǒng)的塑料基材激光全息圖文成像相比，紙基材激光全息圖文成像難度大，工藝要求高，技術(shù)性更強(qiáng)。

　　主要表現(xiàn)在三個(gè)方面：

　　（1）由于纖維組織的原因，紙張表面本身并不能直接承印全息圖n，而必須借助一層特殊的涂層。

　�。�2）在紙板表面進(jìn)行全息模壓復(fù)制時(shí)，由于紙板的厚度遠(yuǎn)大于塑料薄膜，其表面質(zhì)量狀況也比薄膜或鍍鋁膜差，再加上在模壓過(guò)程中平張紙板的運(yùn)動(dòng)缺乏有效的牽引和張力控制，容易造成紙張“粘版”現(xiàn)象，這些不利因素都將影響所復(fù)制的全息圖文質(zhì)量。

　�。�3）除凹印之外，紙張?jiān)谟∷�時(shí)均被分切成一定大小的平張紙頁(yè)，現(xiàn)有用于薄膜的全息模壓設(shè)備，不能直接用于印后單張紙的全息模壓生產(chǎn)，需設(shè)計(jì)專用的紙張模壓機(jī)。

　　實(shí)驗(yàn)與討論

　　研究過(guò)程中，進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)工作，包括基材表面性質(zhì)、涂層理化性能、全息圖質(zhì)量，以及生產(chǎn)工藝參數(shù)等，限于篇幅，這里僅就模壓及全息圖性能進(jìn)行分析。

　　全息模壓

　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在模壓壓力和機(jī)速一定的情況下，在一定的范圍內(nèi)，全息涂層隨溫度的升高而呈現(xiàn)玻璃態(tài)、高彈性態(tài)、可塑態(tài)和粘流態(tài)等四種狀態(tài)。如醇溶性全息涂料的脆化溫度Tg≈50℃，軟化溫度Tm≈65℃，而降解溫度Td≈120℃。在進(jìn)行模壓復(fù)制時(shí)，全息涂層應(yīng)處于可塑態(tài)，在此溫度范圍內(nèi)涂層的成型性最好。若熱壓溫度高于降低溫度，由于涂料粘性加大，則會(huì)造成粘版現(xiàn)象，即紙板不能及時(shí)剝離，而轉(zhuǎn)繞在全息壓輥筒上。生產(chǎn)中應(yīng)防止這種情況出現(xiàn)。

　　全息圖性能

　　為了檢驗(yàn)紙基材全息效果，我們委托中國(guó)包裝科研測(cè)試中心參照GB／T17000－1997《防偽全息產(chǎn)品通用技術(shù)條件》對(duì)生產(chǎn)的全息紙制品進(jìn)行檢驗(yàn)，檢驗(yàn)項(xiàng)目為外觀、衍射效率和信噪比。在檢測(cè)過(guò)程中我們發(fā)現(xiàn)試樣的油墨顏色對(duì)衍射效率有很大的影響�？偟内厔�(shì)是白色背景下衍射效率最高（68％），黑色背景下衍射效率最低（0．52％），其它背景色的衍射效率介于兩者之間。經(jīng)初步分析，造成這種現(xiàn)象的主要原因是：①顏色對(duì)光的吸收作用降低了信號(hào)光強(qiáng)，因而測(cè)得的紙基材全息圖文衍射效率低于鍍鋁膜；②不同的背景色對(duì)光的吸收率不同，使得對(duì)同一試樣不同區(qū)域具有不同的衍射效率。

　　由此可見，現(xiàn)有全息效果檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)是針對(duì)鍍鋁全息薄膜或鍍鋁全息紙來(lái)制定的，其指標(biāo)體系和檢測(cè)方法，并不完全適用于具有油墨印刷色彩的透明全息紙。關(guān)于油墨顏色對(duì)全息圖衍射效率等性能指標(biāo)的影響及其規(guī)律性，尚有待進(jìn)一步研究。

　　結(jié)論

　　本技術(shù)解決了在印后紙張上進(jìn)行全息圖文復(fù)制的難題，其主要特點(diǎn)是：

　�。�1）能在印刷后的紙張表面生成激光全息圖像，經(jīng)過(guò)合理的裝潢設(shè)計(jì)，透明全息彩虹圖像與油墨印刷圖像相配合，可得到一種特殊的印刷效果；

　　（2）所得到的是透明全息圖，不破壞原有印刷效果，無(wú)需蒸鍍鋁（或其它任何無(wú)機(jī)物）層；并可充分利用印后處理設(shè)備，而融合于現(xiàn)有印刷工藝流程；

　�。�3）作為一種印刷后處理工藝方法，兼有保護(hù)印刷表面的功能，同時(shí)具有提高光亮度、耐水、耐酸堿、耐磨等特點(diǎn)；

　�。�4）所涉及的全息涂層不含有毒物質(zhì)，得到的全息制品不含塑料薄膜或金屬介質(zhì)，是一種可完全回收的環(huán)保型紙制品。

　　其研究意義主要表現(xiàn)以在下三個(gè)方面：

　�。�1）提高了包裝防偽力度。本技術(shù)的防偽功能表現(xiàn)在：①全息防偽：通過(guò)制作高難度的全息圖像，采用合適的加密等技術(shù)，可加大仿制難度；②工藝防偽：仿造者必須掌握全套工藝技術(shù)，并具備全部生產(chǎn)設(shè)備；③材料防偽：全息涂料及全息紙、紙板均具有防偽功能；5整體防偽：最終制品本身是一個(gè)防偽的整體，并能結(jié)合其它防偽技術(shù)（如結(jié)構(gòu)防偽、油墨防偽等等），形成綜合防偽體系，實(shí)現(xiàn)真正意義上的整體防偽。

　�。�2）拓廣了激光全息術(shù)的應(yīng)用。本技術(shù)成功地以自然光為介質(zhì)，在紙面再現(xiàn)并可大量復(fù)制具有景深的彩色全息圖文；彩色透明全息與油墨印刷圖文、色彩配合，可形成一種奇妙的整體裝飾效果，這對(duì)于印刷、包裝裝潢、廣告等行業(yè)來(lái)說(shuō)，其意義是極其深遠(yuǎn)的。

　�。�3）巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。本技術(shù)強(qiáng)大的防偽力度、精美的裝飾效果、簡(jiǎn)捷的制造工藝。較低的生產(chǎn)成本，所帶來(lái)的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益將是十分可觀的。