對雙頭涂布工藝的“冷思考”

李俊+林武輝+伍秋濤

“雙頭涂布”，即主劑、固化劑分開涂布的工藝，A、B膠在復合工位相遇并極速發生化學反應。雙頭涂布工藝無需UV燈照射固化，因為反應速度極快，所以印刷基材上的醇類殘留量以及環境濕度對工藝的影響可忽略不計。“雙頭涂布”這個概念在軟包裝行業的興起始于drupa2016，展會期間，諾德美克公司攜手陶氏化學成功演示全球首創的雙頭涂布無溶劑復合新工藝。隨后，國內無溶劑設備制造商也紛紛突破此工藝。在2016中國國際全印展上，廣州通澤、重慶鑫仕達等展示了雙頭涂布無溶劑復合設備或相關工藝樣品。可以說，“雙頭涂布”如今儼然已經成為軟包裝行業關注的熱點。那么，這種新工藝是否真的值得推廣？筆者通過對市場的大量考察，冷靜下來思考，總結了以下幾個原理性技術問題，希望能與行業人士共商討。

思考一：A、B膠的反應比例能否得到有效保證？

雙頭涂布工藝的真諦不能簡單地從字面去理解，也不是由原來一個涂布頭變成兩個涂布頭那么簡單，這種工藝必須有足夠的五輥涂布系統精度來做保障。通過對無溶劑復合市場的觀察，筆者認為，0.8g/m2已是目前無溶劑復合市場上性能相對較好的無溶劑復合設備的最低涂膠量，如果再低，便很難保證涂膠的均勻性。對此存在異議的人士，不妨拿自家的無溶劑復合設備試一下，當涂膠量為0.7g/m2時就很難保證不缺膠了。當然，如果工藝控制得當，暫時性的低涂膠量也是存在的，但不可能應付大批量生產。

在傳統無溶劑復合工藝中，A、B膠在混膠機內完成一定比例的混合，雙頭涂布無溶劑復合設備則主要依靠雙頭的涂布系統來達到A、B膠的混合，目前雙頭涂布無溶劑復合設備的技術水平還不能完全保證A、B膠達到最佳的反應比例，更無法保證涂膠的均勻性。

在復合基材上初涂布A、B膠的情況如圖1所示，可能在1平方米面積內A、B膠的混合比例符合要求，但從微觀角度來分析，在圖1中的點1和點2處，A、B膠的比例肯定存在局部偏差，那么在點1和點2處就會出現A、B膠配比失衡，可能會導致二者無法正常交聯固化。可見，在雙頭涂布工藝中以平均涂膠量的概念來看A、B膠的配比，是一個值得商榷的問題。

很明顯，在雙頭涂布工藝中，涂膠量局部偏差是不可避免的，經分析有以下3種偏差表現。

1.五輥涂布系統精度對涂膠不均勻的影響

計量輥的靜態加工精度達到±5μm已經是當前設備制造行業的最高加工水準了，假設計量間隙為80μm，則單側出現5/80=6.25%的涂膠不均勻性是不可避免的，在雙頭涂布工藝中涂膠不均勻性達到6.25%×2=12.5%，即理論來講，在無溶劑膠黏劑一定的寬容度下，無論是A膠多12.5%，還是B膠多12.5%，都能保證二者充分交聯固化。然而，實際雙頭涂布工藝中的涂膠不均勻性遠大于12.5%，這就無法保證A、B膠的充分交聯固化了。

在無溶劑復合生產中，許多行業人士在調整計量間隙時發現，大多情況下無溶劑復合設備的計量間隙誤差均高于10μm（使用的測量塞尺精度為±10μm，但很少有無溶劑復合設備可以在計量輥任意轉動角度內仍保持“8進9不進”的標準計量間隙）。在這種情況下，在轉移膠輥的壓力下計量膠輥的變形更為嚴重，計量間隙均勻性的偏差則更大。在正常無溶劑復合生產中，由計量間隙不均勻引起的涂膠不均勻性幾乎都大于25%，而雙頭涂布工藝的涂膠不均勻性是同等條件下傳統涂膠不均勻性的2倍。可以說，雙頭涂布無溶劑復合設備的精度是保證正常無溶劑復合生產的最根本要求。以目前國內三線設備生產企業的機械加工水平來看，恐怕難以勝任雙頭無溶劑復合工藝要求的設備涂布精度要求。

2.起停機時局部涂膠不均勻性

涂布速度會明顯影響涂膠量，即存在剛開機時A、B膠比例出現偏差的情況。另外，在設備停機后剛起動時，通常能觀察到轉移膠輥上局部有一層橫向厚膠（寬度為3～5mm），有的部位則可能無膠，這可能會導致A、B膠配比極端不匹配，進而發生不交聯固化的現象。

3.膠層分裂轉移均勻性造成的微觀配比偏差

分裂轉移到薄膜上的膠層并不是完全平整的，存在高低不平的凹凸現象，如圖1所示的A膠凸點與B膠凹點相貼合時，這部分A、B膠就存在微觀配比偏差。

可見，雙頭涂布無溶劑復合設備的A、B膠的微觀涂膠均勻性并不高，這就取決于每一個微小部位A、B膠的實際配比，如果雙頭涂布無溶劑復合設備的涂膠均勻性只能達到25%，也就意味著無論A膠多25%或是B膠多25%都能保證雙組分無溶劑膠黏劑的完全交聯固化，但這對無溶劑膠黏劑的寬容度要求極高。總之，涂膠均勻性及雙組分膠黏劑的聯動匹配度是雙頭涂布無溶劑復合設備的生命線。

思考二：A、B膠能達到分子級接觸狀態嗎？

在使用雙頭涂布無溶劑復合設備進行無溶劑復合時，兩層復合基材貼合時雙組分無溶劑膠黏劑的涂層厚度只有0.7～0.8μm，但A、B膠之間仍然存在界面張力梯度，從化學反應原理來分析，A、B膠必須達到分子級接觸狀態（固體分子間距大都在10-10～10-9m之間，氣體分子間距大都在10-9m以上，液體介于兩者之間）才可。

雙頭涂布工藝要求在完成無溶劑復合后，A、B膠在復合壓力及分子熱布郎運動擴散力作用下能達到均勻混合，在A膠與B膠的接觸界面處，二者可以達到分子級接觸狀態，但在復合基材與無溶劑膠黏劑的接觸界面處，A、B膠能按設計反應比例達到分子級的接觸狀態嗎？最大的風險就在于，基材界面處A、B膠微觀混合比例不均勻。

即使是光膜材料，其表面也存在0.08～0.16μm的粗糙度。無論如何操作，A、B膠的分子都會滲入薄膜分子結構中，相當于又增加了兩膠擴散混合的路徑長度，充分混合難度再次增加。有些人士認為增大涂膠量就能解決，但這樣只會進一步加大A、B膠充分均勻混合的難度。其實，這也充分驗證了“有些需要大涂膠量的復合產品，也可以通過無溶劑復合工藝來完成”的說法是不完全正確的。

思考三：滲入油墨的無溶劑膠黏劑反應程度如何？

凹印多色疊印墨層的示意圖如圖2所示。通常兩色實地疊印的墨層厚度在2μm左右，而且疊印墨層表面凹凸不平，存在很多間隙（類似毛細管現象），涂布在墨層表面的液態A、B膠會部分滲入墨層，但二者不可能按比例滲入，那么滲入墨層中的A、B膠是否能實現正常交聯固化呢？如果不能，就很難適應我國軟包裝凹印多色疊印的現狀。

總結

綜合來講，對于雙頭涂布工藝現存問題可總結為以下3點。

（1）無溶劑復合局部A、B膠貼合厚度偏差大的問題不可完全避免。

（2）從微觀分析，A、B膠能否按比例達到化學反應的分子級接觸狀態尚未可知。

（3）滲入凹印多色疊印墨層中的A、B膠如何實現正常交聯固化反應尚待解決。

雙頭涂布工藝不是簡單的機械結構改變，而是會由此帶來一系列變化，如設備精度要求的變化、雙組分無溶劑膠黏劑配比控制方式的變化、雙組分無溶劑膠黏劑混合方式的變化等。可見，雙頭涂布工藝盡管被炒得很熱，創新性極強，但也對與之匹配的雙組分無溶劑膠黏劑的性能、設備加工技術等方面提出了更高要求，推廣應用依然任重道遠。