工藝原理
紙基材激光全息圖文成像機理分析
紙基材激光全息圖文的成像機理與其它傳統的基材（塑料薄膜、鍍鋁膜）基本相似，均為通過全息照相得到全息照片，再將全息照片翻制成全息金屬版，然后通過熱模壓工藝將全息圖文復制到紙質印刷品上。
但紙質印刷品的表面性質與塑料薄膜或鍍鋁膜有著明顯的差別。可用于制作全息制品的薄膜本身具有熱塑變形性質，且表面平整，能直接進行全息圖文壓印，尤其是經鍍鋁后，由于金屬鋁層的反射效應，大大增強了全息圖文的可視效果。而紙質印刷品則不然，既不能直接對油墨進行全息圖文壓印，更不能對印刷品進行鍍鋁處理。
因此，要在紙質印刷品印制全息效果，需要借助一種特殊的承印介質。這種介質應具有優良的熱變形性能，且變形后能得到穩定的精細全息光柵條紋，同時這種介質必須具有足夠的透明性，以保證原有印刷圖文和色彩的可視性，我們把這種特殊的全息圖文承印介質叫做全息涂層。
為了在全息涂層上獲得良好的全息圖視覺效果，光潔平整的涂層表面質量是關鍵因素，這就要求全息涂料光澤度高、流平性好。此外，涂料的其它理化性能，如耐折性、耐磨性、后加工適性等也是十分重要的。
從光學原理來看，記錄在全息涂層上的全息圖文是利用光的衍射效應來再現全息效果，而原有油墨印刷圖文是利用光的反射效應來表現印刷效果，由于對光的利用方式不同，全息圖文并不干擾原有油墨印刷的效果，相反，透明的全息涂層使兩種印刷效果能夠同時得到表現，并形成一種特殊的裝飾效果。
根據紙基材激光全息圖文成像機理，在紙基材上“印刷”全息圖文的基本工藝原理是：在已有印刷油墨的紙或紙板上，先涂布一層熱塑性全息涂料，經干燥、壓光處理后得到一層光亮平整的涂層，以此作為全息圖文的記憶層，再在特制的全息紙張模壓機上進行全息模壓，最后在印刷品表面形成透明衍射的全息圖文。
因此，本研究的主要內容有以下三個方面：
（1）透明全息印刷工藝：在不影響原有印刷效果的前提下，研究一種對紙基材印刷品直接進行全息圖文印刷的工藝方法。
（2）全息涂料的研制：研制適應不同應用條件的溶劑型、水溶型環保紙基材全息承印涂料配方及其制備方法。
（3）全息復制技術：針對一般膠印的平張紙或紙板，研制一種專用的全息模壓成型設備——平臺式紙張全息模壓機。
透明全息印刷工藝
在不影響原有印刷效果的前提下，制定了對紙基材印刷品直接進行全息圖文印刷的工藝方法。此工藝不影響正常印刷工序，能充分利用現有印刷后加工設備，符合工業化生產的要求。其工藝流程如下：
涂布工序是將全息涂料通過涂布設備均勻地涂覆到紙基材印刷油墨表面，涂布質量直接影響全息效果。涂布方式采用三輥式涂布法，其優點是可充分利用現有印后加工的上光涂布機，且涂布干燥一機兩用，成本低。涂料干燥方式為紅外線輻射加熱風干。
全息涂層流平干燥后，再經連續滾壓式壓光機進行壓光處理，可大大改善和提高全息涂層的平滑度和光澤度，以便在全息模壓工序中獲得理想的全息圖文效果。
全息涂料
全息涂層的主要作用有兩個：平整光潔紙張表面和承印全息圖文。
涂層質量直接影響全息效果。對涂料的主要技術要求是：與紙張有足夠的粘結牢度，優良的n性變形特性，以及優良的理化性能和后加工適性。
針對不同的應用條件，我們研制了兩類紙張全息專用涂料：QXC型醇溶性全息涂料和QXS水溶性全息涂料。
（1）醇溶性全息涂料技術特征
選擇折光率和透明度較高的AB、C、D為共聚單體，并將硬單體、軟單體、反應型單體合理匹配，選擇E、F為引發劑和共溶劑。嚴格控制反應條件，盡可能使聚合過程中保持恒定的溫度、引發劑濃度、單體濃度、溶劑濃度，并充入惰性氣體保護，制得的共聚物平均分子量為90000左右。無色透明樹脂除再加入混配樹脂I（高速其柔韌性）、助劑、溶劑制成一種高折光率、高光澤、耐磨、柔韌性等綜合性能優異的紙基材防偽全息涂料。
（2）水溶性全息涂料技術特征
水性樹脂II折光率高、能很好的承印全息圖文，但涂膜較脆、抗水性較差。為此，我們合成了一種高固含量、較低刻度、柔韌性好、抗水性能十分優異水性乳液。將二者有機的結合起來，輔以助劑，制出一種高折光率、高光澤、耐磨、柔韌性、抗水性等綜合性能優異，適用于紙張防偽、環保型全息涂料。
平臺式全息紙張模壓機
全息圖能否在經濟、文化、藝術、防偽和日常生產中發揮作用，一個最關鍵的問題是要能夠大批量復制，以實現工業化生產。由于除凹印外，一般平印方式的印刷品均為平張紙，傳統的薄膜卷材模壓機無法用于平張紙或紙板的全息模壓。為此，我們綜合了現有寬幅軟壓機和硬壓機的優點，設計制造了平臺式全息紙張模壓機。其突出的特點是：
（1）可用于印后單張紙的全息圖文模壓復制；
（2）具有自動套印裝置；
（3）具有防粘版的剝紙機構；
（4）具有自動送紙、收紙和點數功能。
平臺式全息紙張模壓機由主機、油加熱系統、液壓系統、電氣控制系統四大部分組成，其基本工作原理是：高溫導熱油在油箱內加熱，由油泵送到中空的模壓全息輥筒，油將熱量傳給全息輥筒，使輥筒保持一定的溫度。全息輥筒與其正下方的橡膠滾筒構成一對旋轉壓力副。模壓工作開始時，液壓系統將橡膠滾筒頂起，壓在全息輥筒上，給全息輥筒施加一定的壓力。將單張紙板逐一送至兩輥間，兩輥旋轉帶動紙板向前運動。運動過程中，在一定的溫度和壓力作用下，全息涂層軟化變形，將全息輥筒上的全息圖文復制下來，冷卻后形成穩定的全息效果。
技術難點
與傳統的塑料基材激光全息圖文成像相比，紙基材激光全息圖文成像難度大，工藝要求高，技術性更強。
主要表現在三個方面：
（1）由于纖維組織的原因，紙張表面本身并不能直接承印全息圖n，而必須借助一層特殊的涂層。
（2）在紙板表面進行全息模壓復制時，由于紙板的厚度遠大于塑料薄膜，其表面質量狀況也比薄膜或鍍鋁膜差，再加上在模壓過程中平張紙板的運動缺乏有效的牽引和張力控制，容易造成紙張“粘版”現象，這些不利因素都將影響所復制的全息圖文質量。
（3）除凹印之外，紙張在印刷時均被分切成一定大小的平張紙頁，現有用于薄膜的全息模壓設備，不能直接用于印后單張紙的全息模壓生產，需設計專用的紙張模壓機。
實驗與討論
研究過程中，進行了大量的實驗工作，包括基材表面性質、涂層理化性能、全息圖質量，以及生產工藝參數等，限于篇幅，這里僅就模壓及全息圖性能進行分析。
全息模壓
實驗結果表明，在模壓壓力和機速一定的情況下，在一定的范圍內，全息涂層隨溫度的升高而呈現玻璃態、高彈性態、可塑態和粘流態等四種狀態。如醇溶性全息涂料的脆化溫度Tg≈50℃，軟化溫度Tm≈65℃，而降解溫度Td≈120℃。在進行模壓復制時，全息涂層應處于可塑態，在此溫度范圍內涂層的成型性最好。若熱壓溫度高于降低溫度，由于涂料粘性加大，則會造成粘版現象，即紙板不能及時剝離，而轉繞在全息壓輥筒上。生產中應防止這種情況出現。
全息圖性能
為了檢驗紙基材全息效果，我們委托中國包裝科研測試中心參照GB／T17000－1997《防偽全息產品通用技術條件》對生產的全息紙制品進行檢驗，檢驗項目為外觀、衍射效率和信噪比。在檢測過程中我們發現試樣的油墨顏色對衍射效率有很大的影響。總的趨勢是白色背景下衍射效率最高（68％），黑色背景下衍射效率最低（0．52％），其它背景色的衍射效率介于兩者之間。經初步分析，造成這種現象的主要原因是：①顏色對光的吸收作用降低了信號光強，因而測得的紙基材全息圖文衍射效率低于鍍鋁膜；②不同的背景色對光的吸收率不同，使得對同一試樣不同區域具有不同的衍射效率。
由此可見，現有全息效果檢測標準是針對鍍鋁全息薄膜或鍍鋁全息紙來制定的，其指標體系和檢測方法，并不完全適用于具有油墨印刷色彩的透明全息紙。關于油墨顏色對全息圖衍射效率等性能指標的影響及其規律性，尚有待進一步研究。
結論
本技術解決了在印后紙張上進行全息圖文復制的難題，其主要特點是：
（1）能在印刷后的紙張表面生成激光全息圖像，經過合理的裝潢設計，透明全息彩虹圖像與油墨印刷圖像相配合，可得到一種特殊的印刷效果；
（2）所得到的是透明全息圖，不破壞原有印刷效果，無需蒸鍍鋁（或其它任何無機物）層；并可充分利用印后處理設備，而融合于現有印刷工藝流程；
（3）作為一種印刷后處理工藝方法，兼有保護印刷表面的功能，同時具有提高光亮度、耐水、耐酸堿、耐磨等特點；
（4）所涉及的全息涂層不含有毒物質，得到的全息制品不含塑料薄膜或金屬介質，是一種可完全回收的環保型紙制品。
其研究意義主要表現以在下三個方面：
（1）提高了包裝防偽力度。本技術的防偽功能表現在：①全息防偽：通過制作高難度的全息圖像，采用合適的加密等技術，可加大仿制難度；②工藝防偽：仿造者必須掌握全套工藝技術，并具備全部生產設備；③材料防偽：全息涂料及全息紙、紙板均具有防偽功能；5整體防偽：最終制品本身是一個防偽的整體，并能結合其它防偽技術（如結構防偽、油墨防偽等等），形成綜合防偽體系，實現真正意義上的整體防偽。
（2）拓廣了激光全息術的應用。本技術成功地以自然光為介質，在紙面再現并可大量復制具有景深的彩色全息圖文；彩色透明全息與油墨印刷圖文、色彩配合，可形成一種奇妙的整體裝飾效果，這對于印刷、包裝裝潢、廣告等行業來說，其意義是極其深遠的。
（3）巨大的社會效益和經濟效益。本技術強大的防偽力度、精美的裝飾效果、簡捷的制造工藝。較低的生產成本，所帶來的社會效益和經濟效益將是十分可觀的。
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