微凹版涂布技术的应用

2021-05-12安志全何伟楠

信息记录材料 2021年3期

安志全，何伟楠

（乐凯胶片股份有限公司河北保定 071054）

1 引言

微凹版涂布是凹版涂布的一种，属于辊式涂布，适用于溶剂型低粘度单层涂布。微凹版涂布使用一个凹版辊，凹版辊表面有网状线纹，网状线的多少决定了涂布的厚度。凹版辊两端安装有轴承，由支架上下拖动进入料槽，料槽中打满物料，物料进入凹版辊的网纹中，旋转时带起物料，通过柔性钢刀施加一定压力，将网纹辊上物料刮匀，与反向运动的基材接触，物料均匀转移到基材上，实现均匀薄层涂布。

2 微凹版涂布原理

微凹版涂布是从印刷工业演变过来的技术。这个技术用于低粘度流体薄层高速涂布。一般的条件涂布厚度为1～50μm，粘度1～2000mPa·s，速度5～50m/min，涂布精度高达2%。微凹版涂布的最重要特征是雕花镀铬辊，辊表面的雕花可以用机械雕刻、化学蚀刻或机电雕刻，机械雕刻是最常用的。微凹版涂布时，过量的涂布液涂到凹版辊上，然后用挠性刮刀定厚，定量格中部分的充满了涂布液，在格子通过辊之间的间隙时，格中的一部分涂液被转移到片幅上，一部分则仍留在凹版辊的凹槽内，微凹版涂布如图1所示。微凹版涂布的主要优势是在高速时，借助于格子的容积和均匀度实现有一定厚度和均匀度的薄层涂布。

图1 微凹版涂布示意Figure 1 Micro gravure coating diagram

3 微凹版涂层厚度与转速比（S）的对应关系

微凹版的涂层厚度主要由凹版辊的网孔容积和转移率来决定。凹版辊网孔容积的影响要素有：网纹辊线数、网穴形状、网穴深度、网穴表面光洁度，这些跟网纹辊的型号相关，通常线数越多，网孔容积越小。凹版辊转移率的影响因素有：网线角度和物料粘度，目前常见的网线角度为45°和65°，网线角度不变的条件下，物料粘度越低转移率越高。

在凹版辊的型号和物料的物理特性不变的条件下，微凹版辊的线速度与被涂基材运行速度的比值，称作转速比（S），转速比（S）决定涂层厚度的大小。涂层厚度大小与转速比(S)之间的相互关系如图2所示。一般情况下，当微凹版辊的转速比（S）达到0.6时，可以开始进行涂布上料，但胶层表观较差，涂层厚度偏低；当转速比达到1.0～1.3时，涂层厚度逐渐增加，胶层表面光滑均匀；当转速比（S）为1.3～2.0时，涂层厚度进一步增加；转速比（S）超过2.0时，涂布呈不稳定状态涂层厚度反而会降低。如图2所示，直线部分的转速比（S）为1.0～2.0，但通常1.0～1.3是最好的操作区间，既可以达到最好的胶层表观，又可适当调节涂层厚度，保证涂布维持在最佳状态[1]。

图2 涂层厚度与转速比（S）的对应关系Figure 2 relationship between coating thickness and speed ratio (s)

4 微凹版涂布常见弊病及解决方法

微凹版涂布过程中常见的涂布弊病主要有横纹、纵条道（竖纹）、涂层不均或厚度难以保证、点子等。

4.1 横纹

产生的原因主要有：

（1）Arm臂颤动或电机本身发生震动。

（2）片基或凹版辊的转速过低。

（3）凹版辊本身网纹堵塞，异物造成规律性的横纹。

（4）片基本身抖动传到涂布头或涂层在干燥过程中造成的。

针对横纹产生，可采取以下方法进行处理与解决：

（5）通过设备调整Arm臂或电机，减少机械本身或电机本身的影响，消除横纹。

（6）根据不同涂层或物料选取合适的辊速比，减少横纹的产生。

（7）间距规律性横纹，通过彻底清洗凹版辊，保证凹版辊网纹卫生，防止规律性横纹的产生。

（8）调整片路张力与干燥箱的送回、风量的平衡，减少片基本身的颤动，防止横纹产生。

4.2 纵条道（竖纹）

产生的原因主要有[2]：

（1）车速与凹版辊转速不匹配。

（2）支持体运行时张力偏小。

（3）微凹版刮刀压力不合适或刀片安装两端不平整。

（4）物料中有气泡夹在刮刀与凹版辊之间。

（5）微凹版辊表面附着有异物。

针对纵条道（竖纹）的产生，可采取以下方法进行处理与解决：

（1）调整微凹版辊的转速比率与基材的速度比，不同片种应用不同辊速比。

（2）通过对KISS辊及生产线张力的调整，解决张力对纵条道的影响。

（3）操作时正确安装刮刀刀片，从中间开始向外按顺序进行安装，并使用力矩扳手紧固螺丝。保证各点受力均匀，防止刮刀刀片本身受力不均产生波纹。生产过程中调节好刮刀的压力，在保证涂层厚度的情况下，刮刀压力以最小为适宜。

（4）调整挡板位置，开车前涂布物料打循环时间要大于15min，消除物料中夹杂的微小气泡。

（5）生产前严格检查微凹版辊表面有无异物，开车前根据不同片种用无尘纸沾乙醇或其它溶剂，将微凹版辊表面擦拭干净。

4.3 涂层不均或厚度难以保证

产生的原因主要有[2]：

（1）涂布物料粘度、固含量发生变化，不均匀。

（2）微凹版辊的目数选择错误。

（3）微凹版辊的包角大小不合适。

（4）随着涂布时间延长，刮刀刀片缝隙之间有物料渗入，造成刮刀刀片对微凹版辊的压力增大，使涂布量难于保证。

（5）微凹版辊本身磨损严重，带料量不足。

针对纵涂层不均或厚度难以保证，可采取以下方法进行处理与解决：

（1）物料使用前充分搅拌均匀后再供料，使用过程中要低速、匀速对物料进行搅拌，防止物料沉积造成粘度、固含量统一性差。

（2）根据涂层厚度要求，选择合适目数的微凹版辊。

（3）调整KISS辊的包角。

（4）更换新刮刀刀片，消除因刮刀刀片内物料聚集，造成的刮刀压力增大，对涂层厚度的影响。连续涂布过程中，涂层厚度随着涂布轴数的增加，有逐渐下降的趋势，涂层厚度的下降趋势及更换刮刀刀片前后的涂层厚度变化见图3。

图3 涂层厚度变化Figure 3 variation of coating thickness

（5）微凹版辊涂布总轴数累计达到一定数量时，网纹磨损严重，涂层表观及厚度难以保证。一般含Ti、Si类粒性物料磨损凹版辊要重一些，因此要根据不同的物料特性及产品质量要求，及时更换新微凹版辊。

4.4 点子

产生的原因主要有[2]：

（1）物料分散不佳或物料中有杂质。

（2）基材本身表面张力不均匀或表面不平整（鼓楞），产生的不润湿点及脱涂点。

（3）凹版辊网纹局部堵塞，造成网穴内物料转移不均匀。

（4）杂质、异物等造成的脱涂点。

针对点子的产生，可采取以下方法进行处理与解决：

（1）加强物料的分散及过滤，减少物料中的杂质。

（2）涂布过程中，对基材表面在线进行电晕处理，保证基材表面张力均匀；增大涂布张力，缓解基材表面不平整（鼓楞）造成的脱涂点，基材严重不平整（鼓楞）脱涂点无法消除的要停止使用。

（3）彻底清洗凹版辊网穴，保证网穴内物料的完全转移。

（4）加强生产环境的洁净度控制，减少杂质、异物造成的脱涂点。

5 微凹版辊的清洗

网纹辊的表面均匀分布着许多形状相同的微小凹孔（网穴），正是这些小凹孔起着储料、匀料和定量传料的作用。当网纹辊的长期使用并未及时清洗时，物料会堵住部分网穴，导致网纹辊转移率下降，涂层厚度下降。因此，清洗网纹辊对于微凹版涂布涂层厚度控制尤为重要。一般情况下，每次涂布完成或者长时间连续涂布达2d以上需及时清洗网纹辊，除去网穴中堵住的物料。目前，微凹版辊的清洗方法有：化学清洗法、超声波清洗法、激光清洗法等多种，应用最简易、最广泛的是化学清洗法。化学清洗法可分为化学溶剂刷洗法和化学溶液浸泡法两种[3]。

化学溶剂刷洗法是将化学溶剂（通常为乙酸乙酯）喷射在网纹辊表面，迅速用刷子反复刷洗。刷子选型原则为毛刷的硬度小于网纹辊镀层材料的硬度。通常陶瓷网纹辊用不锈钢丝刷，金属网纹辊用铜丝刷子。缺点为这种方法只适于清洗网穴偏大的网纹辊，毛刷可以将网穴清洗干净，但对于高网线数的网纹辊，网穴小，毛刷无法伸到小的网穴中，残留物料无法被清理，堵塞网穴。优点为操作方便，成本偏低，时间短。

化学溶液浸泡法是将网纹辊放到装有化学清洗剂的槽子中浸泡，溶解网穴中残留的物料，然后再用自来水或酒精冲掉已溶解的残留物。通常为将网纹辊全部或部分浸入PH值较高的碱液中（Na2CO3与NaOH或Na2CO3与NaHCO3的混合物），让强碱溶解、软化网中的物料，最后用清水或酒精洗去腐蚀性碱液及软化的物料。缺点为清洗时间长，碱液成本偏高。优点为可以保护网穴的结构不被破坏。采取碱液浸泡法，可以清洗高线数、小网穴的网纹辊（线数在1000线／英寸以上）。