一种集成防伪印刷的 新型胶印工艺及生产平台研制

采用光变防伪油墨是卷烟包装中应用最为普遍的一种防伪技术手段。一种集成防伪印刷的新型胶印工艺，能够改良光变防伪油墨的性能，实现防伪图文和产品图文的单工序胶印。新工艺减少了生产工序和设备占用，缩短了生产周期，降低了员工的劳动强度，可成功应用于大批量生产，对传统印刷工艺升级和技术创新具有示范引领作用。

防伪技术是一种用于辨别真伪并防止伪造的技术手段，使得产品具备唯一性、特殊性和不可复制的特点，对维持市场经济的稳定发展不可或缺。传统的卷烟包装是通过材料或者印刷防伪工艺来达到防伪目的，主要包含烟包商标纸底纸防伪、特殊油墨防伪、金拉线防伪、薄膜防伪、印刷技术防伪和全息防伪等几种形式。其中，采用防伪油墨是在卷烟包装中应用最为普遍的一种防伪技术手段，包括光变油墨、热敏油墨、紫外荧光油墨、磁性防伪油墨等。光变油墨又称为干涉型光变油墨，是现代防伪油墨中最复杂的一种，由于其特殊性能，印刷产品在不同观测角度下外观色相显现出某种特定的颜色，能让普通消费者在很短的时间内，以最简便的方法快速识别产品的真伪，因此在印刷生产中得到了广泛应用。

光变油墨的配方在不断改进，但因其表象比较特殊、粒径较粗、流动性差，在丝印、单凹、卷凹等印刷工艺中应用较多，但对于以胶印为主的生产而言尚存在着若干问题。如果胶印产品需要防伪印刷，必须在胶印完成后再进行丝印或凹印，这种组合印刷方式需要两道工序，不仅增加了很大的人力投入和设备成本，而且经过多道工序的纸张变形大，导致烫金、击凸、模切等后续工序的效果不甚理想。此外，丝网防伪油墨通常采用热风干燥，因干燥速度慢，受热不均匀，易导致堵版，生产效率低，无法满足客户交货期要求。为了改善堵版问题，在印刷过程中需及时往油墨中添加稀释慢干剂，但添加量的多少会直接影响印品的变色效果，对操作人员的技术水平要求较高，难以确保批次的稳定性以及与客户样张的一致性，质量风险大。此外，由于光变防伪油墨的价格昂贵，也限制了它的推广应用。

本文介绍了一种集成防伪印刷的新型胶印工艺和一体化生产平台，通过改良光变防伪油墨的性能，实现防伪图文和产品图文的单工序胶印，可有效减少生产工序和设备占用，对传统印刷工艺升级和技术创新具有示范引领作用。

防伪胶印工艺试验与油墨改良

1. 工艺试验

首先采用小样进行试验，确定防伪胶印生产的最佳工艺方案，采用的 3 个试验方案如表 1 所示。根据印刷行业的经验，用胶印方式直接取代凹印或丝印，印刷质量差别会很大。方案 1 采用 UV 光变防伪油墨，在胶印机色组上基于 PS 版进行印刷。多次上机试验发现，使用 UV 光变防伪油墨印刷一遍，基本上无变色效果；即使印刷两遍，墨层厚度仍然过薄，遮盖力不够，变色效果达不到样张要求。方案 2 采用 UV光变防伪油墨，在胶印机光油组上基于树脂版进行印刷，其墨层比 PS 版印刷厚很多，但油墨干燥后，墨膜厚亮，有凸起感，与样张的变色效果差异显著。经分析，样张的防伪印刷油墨属于热风自干型光变防伪油墨，采用 UV 光变防伪油墨进行替代的难度很大。由于干燥方式不同，油墨中的连结料对变色粉的分散、包裹和排列方式也不一样，印刷到纸张上后呈现出很大的差异。因此，在方案 3 中采用热风自干型光变防伪油墨，取得了相对较好的印刷效果。

2. 光变防伪油墨的改良

由于业内尚缺乏热风自干型光变防伪油墨的胶印工艺，市场上也没有适合于胶印的相应产品，适用于丝印和凹印的热风自干型光变防伪油墨在胶印上仍然存在诸多问题，需要进行改良适配。鉴于此，与油墨供应商合作开发连续胶印使用的热风自干型光变防伪油墨，并改进树脂版和上墨网纹辊、刮刀等印刷设备配件，以期达到批量生产的目的。热风自干型光变防伪油墨的成分主要由颜料（变色粉）、树脂和溶剂组成。由于胶印机的光油组印刷是通过树脂版的转印，属于间接印刷，需要油墨具有良好的剥离转移率、附着力和干燥性能。因此，对热风自干型光变防伪油墨作如下的改进：解决油墨转移不良，流平性、耐磨性和遮盖力差，干燥过快等问题。

1）提高变色粉含量，其粒径控制在 4 ～ 15μm。大粒径颜料增加光变效果，小粒径颜料转移量多，从而大大提高了变色粉在油墨印刷中的转印率，并解决了防伪文字变色效果偏暗的问题。

2）为适合大颗粒片状颜料的转移，选用特种改性丙烯酸为主体树脂，配合胶印联机光油组柔印特定网纹辊，使得转移量有超过丝印的可能。

3）混合溶剂总体挥发梯度适当，按照胶印联机印刷工艺干燥条件量身定制，利用好表干和实干能量，实现完全干燥。

4）由于工艺要求油墨在大面积网纹辊上不干版，而印样又要满足高速印刷时完全干燥，针对这种苛刻要求可以通过特殊的慢干溶剂组合来实现。慢干溶剂组合在常温下挥发慢，而红外和 UV 加热能使之快速迁移至墨膜表面并挥发。集成防伪印刷的胶印生产平台为实现产品主体与防伪图文的集成胶印生产，研制了均衡受力树脂版、钢制局部上光网纹辊、分腔式光油刮刀和高效的油墨循环系统，构建了创新的集成防伪印刷的胶印生产平台，如图 1 所示。

图 1 集成防伪印刷的胶印生产平台

1. 树脂版

专利《一种激光直接制版的金属基树脂版及其制备方法》（CN 104723716A）中公开了一种激光直接制版的金属基树脂版，但其设计结构复杂且制作成本高，用于胶印时易与承印物发生刮蹭而导致印刷图案被擦花，且存在文字笔画粗细不均的现象。

图 2 改进的树脂版结构

改进的树脂版结构如图 2 所示，包括金属基体 1、粘结层 2、树脂层 3 和平衡条 4。根据该结构，图文 5比空白部分高 0.8mm，印刷时只有图文接触纸张，承受印版滚筒与压印滚筒的印刷压力。考虑到成本及外观设计的特殊性，印刷图文的面积通常很小，比如某产品的光变防伪图文印版上仅有 15 个文字，因此，树脂版与纸张接触面积非常小，承受印刷压力的面积也小。印刷过程中纸张的轻微晃动及压力不均匀，会导致印刷的文字笔画粗细不匀，文字边缘偶尔出现“双眼皮”问题，且版尾更严重，文字笔画偏粗为 0.01 ～ 0.02mm。为此，在印刷品的空白部分和版面的废边上做与图文等高的平衡条和平衡块，使得印刷时其与图文同时压到纸张上，增大接触面积，改善纸张在运行中的稳定性及承受压力的均衡性。相邻的平衡条之间留有与所需印刷图文内容相匹配的待印凹槽 41。

通过对热风自干型光变防伪油墨的开发以及树脂版的改进，集成防伪印刷的胶印技术研究取得了初步成功。但是在连续印刷中，防伪文字逐渐发暗，变色功能越来越弱，直至失去变色功能。采用高倍放大镜观察比较未上机印刷的原墨和失去变色功能的下机墨，发现下机墨中的变色粉已经完全破坏。进一步的试验表明，这是由于网纹辊的旋转与刮刀摩擦导致。为解决这个问题，需对网纹辊、光油刮刀和油墨循环系统进行改进，以满足工艺要求。

2. 网纹辊

专利《一种复合涂布网纹辊》（CN 202293648U）公开了一种光变防伪油墨胶印用网纹辊，但该涂布网纹辊仍采用传统的陶瓷制作，使用寿命偏短。专利《一种防裂纹的改良陶瓷网纹辊》（CN 205573321U）公开了一种防裂纹的改良陶瓷网纹辊，由于该陶瓷网纹辊的表层为氧化铝陶瓷层，与刮刀之间的摩擦较大，使用寿命也偏短。专利《一种网纹辊及包含该网纹辊的涂布装置》（CN 202969160U）公开了一种网纹辊及包含该网纹辊的涂布装置，但由于其凹槽遍布辊本体的大部分区域，在使用时与刮胶装置之间的面积大，会导致防伪油墨等材料的浪费。

图 3 改进的网纹辊结构

改进的网纹辊设计如图 3 所示，网纹辊包括辊筒 2和位于辊筒两端的转轴 1。为减小网纹辊与刮刀的摩擦系数，将网纹辊的材质由常用的陶瓷改为钢质。如图3a 所示，辊筒外表面设有网纹区 4，除网纹区以外均为光滑的抛光区 3；同时，改变网纹辊雕刻的位置，由常用的满版网穴改为仅雕刻图案位置局部上光，以减少光变防伪油墨的受刮面积。辊筒 A-A 截面剖视图如图 3b 所示，包括钢制的辊本体 21、热喷涂在辊本体外的镍铬合金层 23 及位于两者之间的隔离层 22。该网纹辊结构简单，使用方便，且由于辊筒采用辊本体、隔离层和镍铬合金层的复合机构，减小了外界介质对辊筒的损伤，设备使用寿命长，制作成本低。

3. 光油刮刀

在印刷过程中，去除无图案区域的油墨是一个关键。油墨刮刀是印刷机上用于刮去滚筒表面多余油墨的薄片，分为金属与非金属两种。专利《油墨刮刀》（CN 105365351A）中公开了一种油墨刮刀，虽然能延长刮刀的使用寿命，但使用时与网纹辊的刮擦面积较大，易损伤防伪油墨。专利《印刷机刮刀》（CN 105564006A）公开了一种印刷机刮刀，通过刀片上的海绵吸收过多的油墨，但其与网纹辊的刮擦面积仍较大，对印刷用油墨的损伤较大。

图 4 改进的刮刀结构

胶印机的原装光油刮刀只有一组油墨进出口，进口在刀腔中间的底部，出口在刀腔两端的底部。刮刀腔里的油墨对网纹辊全面润湿，因此刮刀需对网纹辊进行大面积刮墨。改进的刮刀结构如图 4 所示，刮刀内的空腔被分隔为多个，分别对应网纹辊的一个网穴位置；为每个空腔提供一组油墨进出口，进口在刀腔的底部，出口在刀腔的顶部。这样，印刷时仅对网纹辊有防伪印刷图文的位置刮墨，避免了大面积刮擦对光变防伪油墨的损伤。

4. 油墨循环系统

在胶印机原装的油墨循环系统中，油墨由泵机经3.5m 长的管道泵入光油刮刀腔内，并从刀腔回流到储墨罐，完成一个循环需要 12kg 油墨。将其改进为：油墨由小排量泵机经 0.5m长的小管道泵入光油刮刀腔内，再从刀腔回流到储墨罐，这样完成一个循环只需 2kg油墨。油墨循环系统的改进实现了光变防伪油墨的高效循环，大大减少了油墨循环量，解决了油墨因循环导致变色的问题，有利于保持刀腔内油墨的存储量，避免油墨不足导致图文残缺，并有利于刀腔内空气排出，防止油墨起泡。

经济效益分析

集成防伪印刷的新型胶印生产工艺和平台的成功研制产生了非常好的经济效益。如表 2 所示，按照相关产品的生产规模，如果采用传统的“丝印防伪 + 胶印”的组合印刷方案，需要 3 台丝印机作为配套生产设备，而集成防伪印刷的胶印只需要 1 台胶印机即可，一次性节约设备成本约 450 万元。在人员、设备维护、材料等费用上，每年度可节约生产成本约 176 万元。此外，由于集成防伪印刷的胶印生产仅需要一个工序，生产效率得到很大提高，生产速度达 8000 张 /h，成品产出率提高了 0.6%，并减少了生产浪费。

结语

集成防伪印刷的胶印技术属于印刷行业的一个重要创新，通过改良光变防伪油墨的性能，并研制相适应的生产平台，实现了防伪图文和产品图文的单工序胶印，产品质量甚至超过丝印，可成功应用于大批量生产，对传统印刷行业的工艺转型升级和技术创新具有示范引领作用。同时，集成防伪印刷的胶印技术减少了生产工序和设备占用，缩短了生产周期，降低了员工的劳动强度，能更好地满足客户需求，并有利于节能减排。

项目完成后，我司参与了中国标准化创新战略联盟包装印刷专业委员会组织的《包装防伪通用技术要求》标准的起草，为促进我国包装行业发展作出了积极贡献。