精密涂布技术及其应用

李才昌

(广西真龙彩印包装有限公司，广西 富川 542700)

精密涂布技术及其应用

李才昌

(广西真龙彩印包装有限公司，广西 富川 542700)

精密涂布在印刷包装基材和产品改性方面应用广泛，本文介绍了辊式涂布、刮刀涂布、狭缝涂布和坡流涂布等几种精密涂布方式其应用发展概况。分析表明：狭缝式涂布具有预计量、设备封闭降低污染、涂布更均匀、适于高粘性涂布液和多种基材、可以一次实现多层涂布等特点有望取代辊式涂布。涂布液干燥方式可以采用紫外-发光二极管(UV-LED）光源固化或电子束(EB)固化，减少能量消耗和VOCs排放。精密涂布技术发展方向是在提高涂布速率的基础上进一步提高涂层厚度和均匀性控制能力，加强涂布设备智能化水平。

精密涂布；刮刀涂布；狭缝涂布；坡流涂布

1 引言

涂布技术是将有特定功能的材料卷到卷涂覆在纸张、塑料或金属基材表面，以改善基材表面使之具有特殊功能或有保护基材的作用。比如提高印刷质量、提高光泽度、保护基材、防止卷曲或防尘等。涂布技术赋予了基材新的特殊功能，提高了基材的使用价值并且有利于基材的后续加工。随着时代的发展，涂布技术的不断进步，涂布技术中各个步骤都向高端技术水平发展，使之有高质量的涂布产品，精密涂布的概念也随之产生。精密涂布是一种在传统涂布基础上使材料表面更均匀，更可控，尺寸精度更高的材料加工工艺，在印刷包装产业应用广泛[1]。

2 精密涂布技术分类

精密涂布技术包含种类极多，主要分为两大类，分别为干式涂布和湿式涂布。

2.1 干式精密涂布

一般称在整个涂布的工程中没有液体出现的涂布技术为干式精密涂布。主要有真空蒸镀法或化学蒸镀法等方法，这种技术原理是将含有要涂布到基材表面的薄膜元素的反应剂蒸汽及反应所需气体，通入放有基材的反应室，再通过蒸镀或化学气相沉积的方法在基材表面涂布一层薄膜。但由于这种涂布技术成本过高，其应用也因此受到了限制[2]。

2.2 湿式精密涂布

将不同成分组成的涂布液，通过不同的加工涂布方式涂布在基材表面，再经过干燥条件下在基材表面成膜的方法称为湿式精密涂布[3]。

若按涂布的层数分，可分为单层涂布技术和多层涂布技术，单层涂布技术包括辊式涂布、凹版印刷式涂布、线棒式湿膜涂布、狭缝模具式涂布。多层涂布技术包括斜板式涂布、张力调控狭缝式涂布。

若依据计量方式分，可以分为自计量涂布技术和预计量涂布技术。自计量技术是指涂布厚度由涂布方式自身确定，受工艺流程限制，主要有辊式涂布、刮刀涂布 、凹版涂布、线棒式涂布。预计量涂布技术指的是涂布厚度或增加厚度由泵的质量流率和线速度（涂布液经精确供料计量后被涂布至基材上）确定，受设计限制，主要有狭缝式涂布、帘式涂布、喷雾式涂布。

3 几种重要的精密涂布技术

3.1 辊式涂布

3.1.1 普通网线辊涂布

普通的网线辊涂布是单层的自计量的涂布方式，它的基材是沉浸在含有涂料的容器中进行的，涂布的示意图如图1所示。这种涂布的操作容易，涂布均匀稳定，但是存在涂布量改变时需更换网线辊的问题，一般多应用于普通干法复合机和涂布量较小的涂布机底涂工艺，比如PVDC底胶涂布。涂布的参数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 网线辊封闭刮刀涂布

网线辊封闭刮刀涂布是刮刀在封闭的腔体中进行涂布的过程，结构与普通网线辊涂布相似。这种涂布溶剂和气味释放较小，胶水粘度变化小，但是腔体易堵塞，一般应用于高速干法复合机和涂布量较小的高速涂布工艺，主要工艺参数为涂布厚度小于30μm，胶水粘度1～2000mPa·S，速度小于400m/min。

图1 普通网线辊涂布示意图

图2 角度间接网线辊涂布示意图

3.1.3 间接网线辊涂布（半柔性涂布）

间接网线辊涂布利用了间接印刷的优势，在压辊和涂布辊之间添加了可转印的一个或多个胶辊，涂布结构如图2所示。这种涂布结构优化了无凹版涂布的网格状缺陷，使涂布面平滑均一，主要应用于微量的底涂和面涂工艺，比如铝箔涂布。涂布的主要参数为涂布厚度小于20μm,胶水粘度1～3000mPa·S，速度小于300m/min。

3.1.4 光辊涂布

光棍涂布是所有辊子均为表面光辊的方式，比较适于大范围涂布量，但是操作复杂，对操作人员要求高。一般多用于湿法复合涂布和大涂布量高粘度涂布工艺。主要的工艺参数为涂布厚度10～100μm,胶水粘度1000～50000mPa·S，速度10～180m/min。

3.1.5 逆辊涂布

逆辊涂布可分为斜纹辊逆向吻涂和微凹辊逆向吻涂两种涂布方式，如图3所示，这两种涂布方式适用于中高涂布量涂布。普通凹版辊涂布的辊直径约为125～250mm，而微凹版辊直径可以达到约为20～50mm，在进行涂布时与基材的接触面积十分小，进入和离开涂布区的液桥量很小，而且与基材所形成的离去角较大，不容易形成积液，比较稳定。

3.2 刮刀涂布

3.2.1 逗号刮刀涂布

刮刀涂布是单层的预计量涂布技术。逗号刮刀涂布是利用刃口呈似逗号的形状的刮刀进行涂布的方法，如图4所示，这种刮刀有较高的强度和硬度，能很好的烘至涂布量和涂布精度，并且它的操作简单，有很好的涂布效果，易于实现大量高粘度涂布，但是这种刮刀涂布技术对棍子精度要求高，制造难度大，成本较高。主要适用于大涂布量高粘度涂布工艺，例如型材保护膜、冰箱保护膜、双面胶带等[4]。工艺参数为涂布厚度20～600μm，胶水粘度1000～10000mPa·S，速度10～150m/min。

3.2.2 刮棒（匀胶辊）涂布

刮棒通常由强度硬度较好的圆棒精加工做成，圆棒上面缠绕精密的不锈钢拉丝做成计量棒，其原理是利用计量棒控制涂布量，其可精确地将多余涂料刮掉，在实际生产中，可选择不同型号计量棒精准控制涂膜厚度。这种涂布要求全跳误差小，强度、硬度要高，用于光辊涂布的预刮刀，也可用于涂布量较厚的一次性刮胶（图5所示）。

3.2.3 气流刮刀涂布

图3 逆辊涂布示意图

图4 逗号刮刀涂布示意图

气流刮刀涂布是通过均匀喷出气流作用在上胶光辊上起到刮胶的目的，要求气流在光辊整个宽度上分布均匀，用来调节涂布量和涂布平滑度，可以形成一层薄厚均匀地涂层，适用于流动性好的涂布液，广泛用于白板纸的涂布刮胶（图6所示）。

图5 刮棒涂布示意图

图6 气流刮刀涂布示意图

3.3 狭缝涂布（挤压涂布）

区分狭缝涂布与挤压涂布的差别在于挤压涂布的涂布液是以带状离开模具唇口并且不润湿唇口端面[5]。狭缝涂布也称为挤出涂布，是一种预计量的涂布方式，其原理是在贮液分配腔中的涂布液经过狭缝向横向的匀化后，在出口唇片处铺展到被涂基体。其涂布量取决于输入液料量与基材运行速度之比。输入液料量可以采用高精度无脉冲计量泵来输送，所以涂布可以十分均匀。狭缝涂布还可以实现间歇式涂布等特殊图形的连续涂布（图7/8所示）。

狭缝式涂布有预计量系统，可通过容积式计量泵和狭缝式涂头，经过精确供料计量后，将涂布液涂布在基材上。设备中的封闭系统，降低了涂布液被污染的几率，减少了挥发性物质（针对溶剂型涂布液）的排放，保证整个生产过程中涂布液的属性，这两种优点增加了投资收益。

图7 挤出涂布示意图

图8 狭缝式涂布示意图

狭缝涂布的优势在于在狭缝涂布中同一涂头，其涂布窗口较大，可以适用多种涂布宽度和厚度，还可以涂布高粘性物料，因此可调整涂布液配方，使用高固含量的涂布液，降低干燥时间，进而可以减少烘箱节数或提高生产线速度，提高了生产效率。狭缝涂布的涂头的内腔是几何形式，是以涂布液的流变参数为依据，以均匀分布涂布液为目的进行设计的，而且定位支架系统可以精准将狭缝式涂头定位在相对涂布背辊或者基材的特定位置上，可以有更加均匀一致的涂布。多层狭缝式涂头可实现多达三种涂布液一次完成作业，大幅减少生产作业时间，可实现多层生产。狭缝式涂布由于上述特点有望代替辊式涂布。

3.4 坡流涂布（幕帘涂布）

坡流涂布也称为幕帘涂布，广泛应用于多层感光材料制造业。由于帘式涂布不与基材接触，可以适应基材的形状，而且它结构简单易于操作，所以受到了广泛关注。帘式涂布可以应用于PCB的外层阻焊膜的制备。其工艺过程包括上板─帘布上阻焊─减速─预烘干─下板。由高效快速传送带完成一面的涂布阻焊层，随即涂布另一面阻焊层，在进一步作光成像曝光和显影。由于阻焊膜相当于印制板的外衣，要求无弊病，而帘式涂布的非接触性和可适应基材表面，使得涂布阻焊的效果比较理想（图9所示）。

图9 坡流涂布示意图

4 总结

精密涂布方式各有优缺点，其中，狭缝式涂布具有预计量、设备封闭降低污染、涂布窗口大、涂布更均匀、适于高粘性涂布液和多种基材、可以一次实现多层涂布等特点有望取代辊式涂布。

对涂布机烘箱结构和热传递干燥方式进行改进，可以采用紫外-发光二极管(UV-LED）光源固化或电子束(EB)固化，减少能量消耗和VOCs排放。

精密涂布的发展方向是在提高涂布速率的基础上进一步提高涂层厚度和均匀性控制能力，采用的技术方法包括更精确的张力控制和检测能力、涂布液流变特性、在线涂布质量检测等。涂布设备需要进一步提高智能化水平，比如自动换卷、自动添加涂布液等。

[1]徐树波，许文才. 精密涂布在印刷电子领域的应用进展[J]. 北京印刷学院学报，2013:21（4）：13-15.

[2]秦睿睿，许文才，陈邦设，薛志成，罗世永. 涂布技术研究进展[J].包装工程，2012,33(3)：132-136.

[3]谢小英. 精密涂布技术的发展状况[J]. 影像技术，2017，1:4-7.

[4]张惠忠. 运用涂布工艺实现瓦楞纸箱的特殊功能[J]. 瓦楞包装，2015,8: 35-36.

[5]徐方超，李增辉，兰红波. 狭缝涂布理论建模与数值模拟[J]. 青岛理工大学学报，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（汉族），四川平昌人，MBA，从事包装印刷生产技术管理。