工艺原理

　　纸基材激光全息图文成像机理分析

　　纸基材激光全息图文的成像机理与其它传统的基材（塑料薄膜、镀铝膜）基本相似，均为通过全息照相得到全息照片，再将全息照片翻制成全息金属版，然后通过热模压工艺将全息图文复制到纸质印刷品上。

　　但纸质印刷品的表面性质与塑料薄膜或镀铝膜有着明显的差别。可用于制作全息制品的薄膜本身具有热塑变形性质，且表面平整，能直接进行全息图文压印，尤其是经镀铝后，由于金属铝层的反射效应，大大增强了全息图文的可视效果。而纸质印刷品则不然，既不能直接对油墨进行全息图文压印，更不能对印刷品进行镀铝处理。

　　因此，要在纸质印刷品印制全息效果，需要借助一种特殊的承印介质。这种介质应具有优良的热变形性能，且变形后能得到稳定的精细全息光栅条纹，同时这种介质必须具有足够的透明性，以保证原有印刷图文和色彩的可视性，我们把这种特殊的全息图文承印介质叫做全息涂层。

　　为了在全息涂层上获得良好的全息图视觉效果，光洁平整的涂层表面质量是关键因素，这就要求全息涂料光泽度高、流平性好。此外，涂料的其它理化性能，如耐折性、耐磨性、后加工适性等也是十分重要的。

　　从光学原理来看，记录在全息涂层上的全息图文是利用光的衍射效应来再现全息效果，而原有油墨印刷图文是利用光的反射效应来表现印刷效果，由于对光的利用方式不同，全息图文并不干扰原有油墨印刷的效果，相反，透明的全息涂层使两种印刷效果能够同时得到表现，并形成一种特殊的装饰效果。

　　根据纸基材激光全息图文成像机理，在纸基材上“印刷”全息图文的基本工艺原理是：在已有印刷油墨的纸或纸板上，先涂布一层热塑性全息涂料，经干燥、压光处理后得到一层光亮平整的涂层，以此作为全息图文的记忆层，再在特制的全息纸张模压机上进行全息模压，最后在印刷品表面形成透明衍射的全息图文。

　　因此，本研究的主要内容有以下三个方面：

　　（1）透明全息印刷工艺：在不影响原有印刷效果的前提下，研究一种对纸基材印刷品直接进行全息图文印刷的工艺方法。

　　（2）全息涂料的研制：研制适应不同应用条件的溶剂型、水溶型环保纸基材全息承印涂料配方及其制备方法。

　　（3）全息复制技术：针对一般胶印的平张纸或纸板，研制一种专用的全息模压成型设备――平台式纸张全息模压机。

　　透明全息印刷工艺

　　在不影响原有印刷效果的前提下，制定了对纸基材印刷品直接进行全息图文印刷的工艺方法。此工艺不影响正常印刷工序，能充分利用现有印刷后加工设备，符合工业化生产的要求。其工艺流程如下：

　　涂布工序是将全息涂料通过涂布设备均匀地涂覆到纸基材印刷油墨表面，涂布质量直接影响全息效果。涂布方式采用三辊式涂布法，其优点是可充分利用现有印后加工的上光涂布机，且涂布干燥一机两用，成本低。涂料干燥方式为红外线辐射加热风干。

 全息涂层流平干燥后，再经连续滚压式压光机进行压光处理，可大大改善和提高全息涂层的平滑度和光泽度，以便在全息模压工序中获得理想的全息图文效果。

　　全息涂料

　　全息涂层的主要作用有两个：平整光洁纸张表面和承印全息图文。

　　涂层质量直接影响全息效果。对涂料的主要技术要求是：与纸张有足够的粘结牢度，优良的n性变形特性，以及优良的理化性能和后加工适性。

　　针对不同的应用条件，我们研制了两类纸张全息专用涂料：QXC型醇溶性全息涂料和QXS水溶性全息涂料。

　　（1）醇溶性全息涂料技术特征

　　选择折光率和透明度较高的AB、C、D为共聚单体，并将硬单体、软单体、反应型单体合理匹配，选择E、F为引发剂和共溶剂。严格控制反应条件，尽可能使聚合过程中保持恒定的温度、引发剂浓度、单体浓度、溶剂浓度，并充入惰性气体保护，制得的共聚物平均分子量为90000左右。无色透明树脂除再加入混配树脂I（高速其柔韧性）、助剂、溶剂制成一种高折光率、高光泽、耐磨、柔韧性等综合性能优异的纸基材防伪全息涂料。

　　（2）水溶性全息涂料技术特征

　　水性树脂II折光率高、能很好的承印全息图文，但涂膜较脆、抗水性较差。为此，我们合成了一种高固含量、较低刻度、柔韧性好、抗水性能十分优异水性乳液。将二者有机的结合起来，辅以助剂，制出一种高折光率、高光泽、耐磨、柔韧性、抗水性等综合性能优异，适用于纸张防伪、环保型全息涂料。

　　平台式全息纸张模压机

　　全息图能否在经济、文化、艺术、防伪和日常生产中发挥作用，一个最关键的问题是要能够大批量复制，以实现工业化生产。由于除凹印外，一般平印方式的印刷品均为平张纸，传统的薄膜卷材模压机无法用于平张纸或纸板的全息模压。为此，我们综合了现有宽幅软压机和硬压机的优点，设计制造了平台式全息纸张模压机。其突出的特点是：

　　（1）可用于印后单张纸的全息图文模压复制；

　　（2）具有自动套印装置；

　　（3）具有防粘版的剥纸机构；

　　（4）具有自动送纸、收纸和点数功能。

　　平台式全息纸张模压机由主机、油加热系统、液压系统、电气控制系统四大部分组成，其基本工作原理是：高温导热油在油箱内加热，由油泵送到中空的模压全息辊筒，油将热量传给全息辊筒，使辊筒保持一定的温度。全息辊筒与其正下方的橡胶滚筒构成一对旋转压力副。模压工作开始时，液压系统将橡胶滚筒顶起，压在全息辊筒上，给全息辊筒施加一定的压力。将单张纸板逐一送至两辊间，两辊旋转带动纸板向前运动。运动过程中，在一定的温度和压力作用下，全息涂层软化变形，将全息辊筒上的全息图文复制下来，冷却后形成稳定的全息效果。

　　技术难点

　　与传统的塑料基材激光全息图文成像相比，纸基材激光全息图文成像难度大，工艺要求高，技术性更强。

　　主要表现在三个方面：

　　（1）由于纤维组织的原因，纸张表面本身并不能直接承印全息图n，而必须借助一层特殊的涂层。

　　（2）在纸板表面进行全息模压复制时，由于纸板的厚度远大于塑料薄膜，其表面质量状况也比薄膜或镀铝膜差，再加上在模压过程中平张纸板的运动缺乏有效的牵引和张力控制，容易造成纸张“粘版”现象，这些不利因素都将影响所复制的全息图文质量。

　　（3）除凹印之外，纸张在印刷时均被分切成一定大小的平张纸页，现有用于薄膜的全息模压设备，不能直接用于印后单张纸的全息模压生产，需设计专用的纸张模压机。

　　实验与讨论

　　研究过程中，进行了大量的实验工作，包括基材表面性质、涂层理化性能、全息图质量，以及生产工艺参数等，限于篇幅，这里仅就模压及全息图性能进行分析。

　　全息模压

　　实验结果表明，在模压压力和机速一定的情况下，在一定的范围内，全息涂层随温度的升高而呈现玻璃态、高弹性态、可塑态和粘流态等四种状态。如醇溶性全息涂料的脆化温度Tg≈50℃，软化温度Tm≈65℃，而降解温度Td≈120℃。在进行模压复制时，全息涂层应处于可塑态，在此温度范围内涂层的成型性最好。若热压温度高于降低温度，由于涂料粘性加大，则会造成粘版现象，即纸板不能及时剥离，而转绕在全息压辊筒上。生产中应防止这种情况出现。

　　全息图性能

　　为了检验纸基材全息效果，我们委托中国包装科研测试中心参照GB／T17000－1997《防伪全息产品通用技术条件》对生产的全息纸制品进行检验，检验项目为外观、衍射效率和信噪比。在检测过程中我们发现试样的油墨颜色对衍射效率有很大的影响。总的趋势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两者之间。经初步分析，造成这种现象的主要原因是：①颜色对光的吸收作用降低了信号光强，因而测得的纸基材全息图文衍射效率低于镀铝膜；②不同的背景色对光的吸收率不同，使得对同一试样不同区域具有不同的衍射效率。

　　由此可见，现有全息效果检测标准是针对镀铝全息薄膜或镀铝全息纸来制定的，其指标体系和检测方法，并不完全适用于具有油墨印刷色彩的透明全息纸。关于油墨颜色对全息图衍射效率等性能指标的影响及其规律性，尚有待进一步研究。

　　结论

　　本技术解决了在印后纸张上进行全息图文复制的难题，其主要特点是：

　　（1）能在印刷后的纸张表面生成激光全息图像，经过合理的装潢设计，透明全息彩虹图像与油墨印刷图像相配合，可得到一种特殊的印刷效果；

　　（2）所得到的是透明全息图，不破坏原有印刷效果，无需蒸镀铝（或其它任何无机物）层；并可充分利用印后处理设备，而融合于现有印刷工艺流程；

　　（3）作为一种印刷后处理工艺方法，兼有保护印刷表面的功能，同时具有提高光亮度、耐水、耐酸碱、耐磨等特点；

　　（4）所涉及的全息涂层不含有毒物质，得到的全息制品不含塑料薄膜或金属介质，是一种可完全回收的环保型纸制品。

　　其研究意义主要表现以在下三个方面：

　　（1）提高了包装防伪力度。本技术的防伪功能表现在：①全息防伪：通过制作高难度的全息图像，采用合适的加密等技术，可加大仿制难度；②工艺防伪：仿造者必须掌握全套工艺技术，并具备全部生产设备；③材料防伪：全息涂料及全息纸、纸板均具有防伪功能；5整体防伪：最终制品本身是一个防伪的整体，并能结合其它防伪技术（如结构防伪、油墨防伪等等），形成综合防伪体系，实现真正意义上的整体防伪。

　　（2）拓广了激光全息术的应用。本技术成功地以自然光为介质，在纸面再现并可大量复制具有景深的彩色全息图文；彩色透明全息与油墨印刷图文、色彩配合，可形成一种奇妙的整体装饰效果，这对于印刷、包装装潢、广告等行业来说，其意义是极其深远的。

　　（3）巨大的社会效益和经济效益。本技术强大的防伪力度、精美的装饰效果、简捷的制造工艺。较低的生产成本，所带来的社会效益和经济效益将是十分可观的。