精密涂布技術及其應用

李才昌

(廣西真龍彩印包裝有限公司，廣西 富川 542700)

精密涂布技術及其應用

李才昌

(廣西真龍彩印包裝有限公司，廣西 富川 542700)

精密涂布在印刷包裝基材和產品改性方面應用廣泛，本文介紹了輥式涂布、刮刀涂布、狹縫涂布和坡流涂布等幾種精密涂布方式其應用發展概況。分析表明：狹縫式涂布具有預計量、設備封閉降低污染、涂布更均勻、適于高粘性涂布液和多種基材、可以一次實現多層涂布等特點有望取代輥式涂布。涂布液干燥方式可以采用紫外-發光二極管(UV-LED）光源固化或電子束(EB)固化，減少能量消耗和VOCs排放。精密涂布技術發展方向是在提高涂布速率的基礎上進一步提高涂層厚度和均勻性控制能力，加強涂布設備智能化水平。

精密涂布；刮刀涂布；狹縫涂布；坡流涂布

1 引言

涂布技術是將有特定功能的材料卷到卷涂覆在紙張、塑料或金屬基材表面，以改善基材表面使之具有特殊功能或有保護基材的作用。比如提高印刷質量、提高光澤度、保護基材、防止卷曲或防塵等。涂布技術賦予了基材新的特殊功能，提高了基材的使用價值并且有利于基材的后續加工。隨著時代的發展，涂布技術的不斷進步，涂布技術中各個步驟都向高端技術水平發展，使之有高質量的涂布產品，精密涂布的概念也隨之產生。精密涂布是一種在傳統涂布基礎上使材料表面更均勻，更可控，尺寸精度更高的材料加工工藝，在印刷包裝產業應用廣泛[1]。

2 精密涂布技術分類

精密涂布技術包含種類極多，主要分為兩大類，分別為干式涂布和濕式涂布。

2.1 干式精密涂布

一般稱在整個涂布的工程中沒有液體出現的涂布技術為干式精密涂布。主要有真空蒸鍍法或化學蒸鍍法等方法，這種技術原理是將含有要涂布到基材表面的薄膜元素的反應劑蒸汽及反應所需氣體，通入放有基材的反應室，再通過蒸鍍或化學氣相沉積的方法在基材表面涂布一層薄膜。但由于這種涂布技術成本過高，其應用也因此受到了限制[2]。

2.2 濕式精密涂布

將不同成分組成的涂布液，通過不同的加工涂布方式涂布在基材表面，再經過干燥條件下在基材表面成膜的方法稱為濕式精密涂布[3]。

若按涂布的層數分，可分為單層涂布技術和多層涂布技術，單層涂布技術包括輥式涂布、凹版印刷式涂布、線棒式濕膜涂布、狹縫模具式涂布。多層涂布技術包括斜板式涂布、張力調控狹縫式涂布。

若依據計量方式分，可以分為自計量涂布技術和預計量涂布技術。自計量技術是指涂布厚度由涂布方式自身確定，受工藝流程限制，主要有輥式涂布、刮刀涂布 、凹版涂布、線棒式涂布。預計量涂布技術指的是涂布厚度或增加厚度由泵的質量流率和線速度（涂布液經精確供料計量后被涂布至基材上）確定，受設計限制，主要有狹縫式涂布、簾式涂布、噴霧式涂布。

3 幾種重要的精密涂布技術

3.1 輥式涂布

3.1.1 普通網線輥涂布

普通的網線輥涂布是單層的自計量的涂布方式，它的基材是沉浸在含有涂料的容器中進行的，涂布的示意圖如圖1所示。這種涂布的操作容易，涂布均勻穩定，但是存在涂布量改變時需更換網線輥的問題，一般多應用于普通干法復合機和涂布量較小的涂布機底涂工藝，比如PVDC底膠涂布。涂布的參數主要是涂布厚度小于30μm，涂布液粘度1～2000mPa·S，速度小于300m/min。

3.1.2 網線輥封閉刮刀涂布

網線輥封閉刮刀涂布是刮刀在封閉的腔體中進行涂布的過程，結構與普通網線輥涂布相似。這種涂布溶劑和氣味釋放較小，膠水粘度變化小，但是腔體易堵塞，一般應用于高速干法復合機和涂布量較小的高速涂布工藝，主要工藝參數為涂布厚度小于30μm，膠水粘度1～2000mPa·S，速度小于400m/min。

圖1 普通網線輥涂布示意圖

圖2 角度間接網線輥涂布示意圖

3.1.3 間接網線輥涂布（半柔性涂布）

間接網線輥涂布利用了間接印刷的優勢，在壓輥和涂布輥之間添加了可轉印的一個或多個膠輥，涂布結構如圖2所示。這種涂布結構優化了無凹版涂布的網格狀缺陷，使涂布面平滑均一，主要應用于微量的底涂和面涂工藝，比如鋁箔涂布。涂布的主要參數為涂布厚度小于20μm,膠水粘度1～3000mPa·S，速度小于300m/min。

3.1.4 光輥涂布

光棍涂布是所有輥子均為表面光輥的方式，比較適于大范圍涂布量，但是操作復雜，對操作人員要求高。一般多用于濕法復合涂布和大涂布量高粘度涂布工藝。主要的工藝參數為涂布厚度10～100μm,膠水粘度1000～50000mPa·S，速度10～180m/min。

3.1.5 逆輥涂布

逆輥涂布可分為斜紋輥逆向吻涂和微凹輥逆向吻涂兩種涂布方式，如圖3所示，這兩種涂布方式適用于中高涂布量涂布。普通凹版輥涂布的輥直徑約為125～250mm，而微凹版輥直徑可以達到約為20～50mm，在進行涂布時與基材的接觸面積十分小，進入和離開涂布區的液橋量很小，而且與基材所形成的離去角較大，不容易形成積液，比較穩定。

3.2 刮刀涂布

3.2.1 逗號刮刀涂布

刮刀涂布是單層的預計量涂布技術。逗號刮刀涂布是利用刃口呈似逗號的形狀的刮刀進行涂布的方法，如圖4所示，這種刮刀有較高的強度和硬度，能很好的烘至涂布量和涂布精度，并且它的操作簡單，有很好的涂布效果，易于實現大量高粘度涂布，但是這種刮刀涂布技術對棍子精度要求高，制造難度大，成本較高。主要適用于大涂布量高粘度涂布工藝，例如型材保護膜、冰箱保護膜、雙面膠帶等[4]。工藝參數為涂布厚度20～600μm，膠水粘度1000～10000mPa·S，速度10～150m/min。

3.2.2 刮棒（勻膠輥）涂布

刮棒通常由強度硬度較好的圓棒精加工做成，圓棒上面纏繞精密的不銹鋼拉絲做成計量棒，其原理是利用計量棒控制涂布量，其可精確地將多余涂料刮掉，在實際生產中，可選擇不同型號計量棒精準控制涂膜厚度。這種涂布要求全跳誤差小，強度、硬度要高，用于光輥涂布的預刮刀，也可用于涂布量較厚的一次性刮膠（圖5所示）。

3.2.3 氣流刮刀涂布

圖3 逆輥涂布示意圖

圖4 逗號刮刀涂布示意圖

氣流刮刀涂布是通過均勻噴出氣流作用在上膠光輥上起到刮膠的目的，要求氣流在光輥整個寬度上分布均勻，用來調節涂布量和涂布平滑度，可以形成一層薄厚均勻地涂層，適用于流動性好的涂布液，廣泛用于白板紙的涂布刮膠（圖6所示）。

圖5 刮棒涂布示意圖

圖6 氣流刮刀涂布示意圖

3.3 狹縫涂布（擠壓涂布）

區分狹縫涂布與擠壓涂布的差別在于擠壓涂布的涂布液是以帶狀離開模具唇口并且不潤濕唇口端面[5]。狹縫涂布也稱為擠出涂布，是一種預計量的涂布方式，其原理是在貯液分配腔中的涂布液經過狹縫向橫向的勻化后，在出口唇片處鋪展到被涂基體。其涂布量取決于輸入液料量與基材運行速度之比。輸入液料量可以采用高精度無脈沖計量泵來輸送，所以涂布可以十分均勻。狹縫涂布還可以實現間歇式涂布等特殊圖形的連續涂布（圖7/8所示）。

狹縫式涂布有預計量系統，可通過容積式計量泵和狹縫式涂頭，經過精確供料計量后，將涂布液涂布在基材上。設備中的封閉系統，降低了涂布液被污染的幾率，減少了揮發性物質（針對溶劑型涂布液）的排放，保證整個生產過程中涂布液的屬性，這兩種優點增加了投資收益。

圖7 擠出涂布示意圖

圖8 狹縫式涂布示意圖

狹縫涂布的優勢在于在狹縫涂布中同一涂頭，其涂布窗口較大，可以適用多種涂布寬度和厚度，還可以涂布高粘性物料，因此可調整涂布液配方，使用高固含量的涂布液，降低干燥時間，進而可以減少烘箱節數或提高生產線速度，提高了生產效率。狹縫涂布的涂頭的內腔是幾何形式，是以涂布液的流變參數為依據，以均勻分布涂布液為目的進行設計的，而且定位支架系統可以精準將狹縫式涂頭定位在相對涂布背輥或者基材的特定位置上，可以有更加均勻一致的涂布。多層狹縫式涂頭可實現多達三種涂布液一次完成作業，大幅減少生產作業時間，可實現多層生產。狹縫式涂布由于上述特點有望代替輥式涂布。

3.4 坡流涂布（幕簾涂布）

坡流涂布也稱為幕簾涂布，廣泛應用于多層感光材料制造業。由于簾式涂布不與基材接觸，可以適應基材的形狀，而且它結構簡單易于操作，所以受到了廣泛關注。簾式涂布可以應用于PCB的外層阻焊膜的制備。其工藝過程包括上板─簾布上阻焊─減速─預烘干─下板。由高效快速傳送帶完成一面的涂布阻焊層，隨即涂布另一面阻焊層，在進一步作光成像曝光和顯影。由于阻焊膜相當于印制板的外衣，要求無弊病，而簾式涂布的非接觸性和可適應基材表面，使得涂布阻焊的效果比較理想（圖9所示）。

圖9 坡流涂布示意圖

4 總結

精密涂布方式各有優缺點，其中，狹縫式涂布具有預計量、設備封閉降低污染、涂布窗口大、涂布更均勻、適于高粘性涂布液和多種基材、可以一次實現多層涂布等特點有望取代輥式涂布。

對涂布機烘箱結構和熱傳遞干燥方式進行改進，可以采用紫外-發光二極管(UV-LED）光源固化或電子束(EB)固化，減少能量消耗和VOCs排放。

精密涂布的發展方向是在提高涂布速率的基礎上進一步提高涂層厚度和均勻性控制能力，采用的技術方法包括更精確的張力控制和檢測能力、涂布液流變特性、在線涂布質量檢測等。涂布設備需要進一步提高智能化水平，比如自動換卷、自動添加涂布液等。

[1]徐樹波，許文才. 精密涂布在印刷電子領域的應用進展[J]. 北京印刷學院學報，2013:21（4）：13-15.

[2]秦睿睿，許文才，陳邦設，薛志成，羅世永. 涂布技術研究進展[J].包裝工程，2012,33(3)：132-136.

[3]謝小英. 精密涂布技術的發展狀況[J]. 影像技術，2017，1:4-7.

[4]張惠忠. 運用涂布工藝實現瓦楞紙箱的特殊功能[J]. 瓦楞包裝，2015,8: 35-36.

[5]徐方超，李增輝，蘭紅波. 狹縫涂布理論建模與數值模擬[J]. 青島理工大學學報，2014, 35(5): 110-114.

Precision Coating Technology and Its Application

LI Cai-chang

Precision coating is widely used in the printing and packaging substrate and product modif i cation. This paper introduces several kinds of precision coating methods, such as roller coating,blade coating, slot-die coating, curtain coating, and their development of application .The analysis shows that the slot-die coating has several advantages which are expected to replace the roll coating. It can estimate that the equipment is closed to reduce the pollution with the more uniform coating. It is suitable for the high viscosity coating liquid and various kinds of substrates, which can realize multi-layer coating at one time. The coating solution can be cured by ultraviolet light emitting diode (UV-LED) light source curing or electron beam (EB) curing, which can reduce energy consumption and VOCs emissions. The development trend of precision coating technology is to further improve coating thickness and uniformity control ability and strengthen the intelligent level of coating equipment on the basis of improving coating rate.

precision coating; blade coating; slot-die coating; curtain coating

TS803.1

A

1400 (2017) 11-0042-05

10.19362/j.cnki.cn10-1400/tb.2017.11.003

李才昌（1980—），男（漢族），四川平昌人，MBA，從事包裝印刷生產技術管理。