CN104527246A - 一种含有rfid电子标签的彩色包装产品的凹版印刷方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种含有RFID电子标签的彩色包装产品的凹版印刷方法。该方法将RFID电子标签与彩色包装产品的图文层或绝缘层同时凹版印刷到彩色包装产品的基材上；在打印RFID电子标签天线层后，先在热风中干燥后，进行红外低温热烘道干燥。本发明的凹版印刷方法简单，一方面将RFID天线印制和多色包装工艺相结合，另一方面，通过将热风干燥和红外干燥相结合缩短了导电油墨的干燥时间，印刷速度可达110m/min，印刷生产效率提高，且生产的标签天线具有良好的电导率、附着力、天线膜层厚度均匀，为RFID天线的印刷开创了全新的途径。
Description
技术领域
本发明属于印刷领域，涉及凹版印刷方法，特别涉及一种含有RFID电子标签彩色包装产品的凹版印刷方法。
背景技术
随着RFID技术的发展，在全球范围内，RFID电子标签技术正逐渐被应用到公共交通管理、商业零售、物流管理和防伪等领域[4]。RFID技术在防伪领域应用具有成本低、难伪造的优点。RFID电子标签可储存大量信息，对于一种产品可指定特色的编码信息，这个编码难被复制，因此具有防伪作用，在医药、食品、化妆品等领域有着广泛的应用。
RFID天线是电子标签的重要组成部分，具有存储、传送和接收信息的作用。目前，国内外RFID电子标签天线常用的制造技术方法有蚀刻法、电镀法和直接印制法[5]。直接印制法是直接用导电油墨在基材上进行印制导电线路，形成天线。蚀刻法、电镀法主要是以铜铝金属材料为原料，成本高，且在制作过程中产生大量的废液，造成巨大污染。直接印刷法具有成本低、导电性能好、易操作、无污染、基材选择灵活多样、抗压性能强的优势，从未来的发展看，直接印刷法将成为制作RFID电子标签天线的主流印刷方法[1]。
直接印刷法采用的方式有很多，例如柔印、凹印、丝印、喷墨印刷等。其中，凹版印刷工艺精度较高，印刷速度快[3]，可提高效率，凹印工艺印刷天线将成为RFID印刷的趋势[2]。目前，凹印进行RFID天线印刷存在的主要技术难点是没有成熟的导电油墨，印刷工艺处于研究阶段。
在食品防伪领域，RFID技术主要是通过将成品电子标签嵌入到包装产品上，来达到防伪的目的。在塑料包装领域，包装产品主要是通过凹印进行生产，而RFID天线也可通过凹印的方式进行印制，那么将两者结合用凹印工艺直接将RFID电子标签印制到彩色包装产品上，这将是RFID电子标签在包装领域应用的全新突破。
本发明研制了一种适合凹印的低温导电油墨，该油墨具有低粘度、不粘辊的特点。针对该油墨、RFID印制和包装产品多色凹印生产工艺的特点，本发明通过对工艺进行研究和改进，提供了一种具有RFID电子标签彩色包装产品的凹版印刷工艺。
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发明内容
鉴于目前在包装产品上嵌入RFID天线中存在的问题，本发明提供一种通过凹印工艺直接将RFID电子标签印制到彩色包装产品的凹版印刷方法。
本发明是采用如下技术方案来实现的。
一种含有RFID电子标签的彩色包装产品的凹版印刷方法，其特征在于，将RFID电子标签与彩色包装产品的图文层或绝缘层同时凹版印刷到彩色包装产品的基材上；
所述彩色包装产品的基材上凹版印刷有至少一层图文层或绝缘层、和至少一层RFID电子标签天线层，所述RFID电子标签天线位于所述图文层或绝缘层上，在图文层或绝缘层的预定位置上施加导电溶液形成贯通孔，以在图文层或绝缘层上形成导电的并连接所述RFID电子标签天线的跨层连接结构；
打印RFID电子标签天线层后，对于打印有RFID电子标签天线层的基材先在温度80～130℃、风速60～85m/s的热风中干燥15～40s后，在100～120℃下进行红外低温热烘道干燥25～60s。
在上述技术方法中，所述的彩色包装产品的图文层或绝缘层、和RFID电子标签同时凹版印刷到彩色包装产品的基材上是指在里印凹版印刷方式中印刷图文层，或在表印凹版印刷方式中印刷绝缘层的过程中同时完成RFID电子标签的印刷。
在上述技术方案中，热风干燥温度优选90～110℃，更优选90℃；热风风速优选60～80m/s，更优选70m/s；红外干燥温度优选100～110℃，更优选100℃。
进一步地，所述的施加导电溶液为利用喷墨打印的方式打印，形成贯通孔。
进一步地，在所述跨层连接结构上再制作图文层和RFID电子标签天线层或再制作绝缘层和RFID电子标签天线层，并在该图文层或绝缘层上的预定位置施加导电溶液以与上述跨层连接结构形成连接多层RFID电子标签天线层的多层跨层连接结构。
进一步地，所述的基材为PET、OPP、PVC、PI或PE，优选为PET。
进一步地，所述RFID电子标签天线采用导电油墨打印，彩色包装产品的图文层或绝缘层采用包装印刷油墨打印；其中所述导电油墨，按重量份包括如下组分：60～70份导电金属填料，5～15份双酚A型环氧树脂，1～3份环氧树脂活性稀释剂，3～6份潜伏型固化剂，2～10份端羧基超支化聚酯，5～10份凹凸棒土，4～8份C2-10有机溶剂，以及0.5～2份附着力促进剂，1～3份消泡剂，0.5～2份防沉降剂。
进一步地，所述的导电金属填料为纳米或微米级银粉、纳米或微米级铜粉、纳米或微米级银包铜粉中的一种或几种以任何比例混合的混合物。
进一步地，所述的环氧树脂活性稀释剂为烷基缩水甘油醚、乙二醇缩水甘油醚、三羟甲基丙烷缩水甘油醚、甲苯缩水甘油醚中的一种或几种以任意比例混合的混合物；其中所述烷基缩水甘油醚为C12-14烷基缩水甘油醚、正丁基缩水甘油醚、辛基缩水甘油醚。
进一步地，所述的潜伏型固化剂为酸酐类固化剂和促进剂组成的体系，其中所述的酸酐类固化剂为甲基四氢苯酐，所述的促进剂为N,N-二甲基苄胺。
进一步地，所述的附着力促进剂为928附着力促进剂、丙烯酸、Tilcom IA 10中的一种；所述的消泡剂为磷酸三丁酯、聚氧丙烯甘油醚、聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚中的一种；所述的防沉降剂为聚酰胺蜡、FC-20X防沉剂、聚二醇醚中的一种；所述的C2-10有机溶剂为乙酸乙酯、正丙酯、乙酸丁酯和丙酮中的一种或几种以任意比例混合的混合物。
在本发明的技术方案中，所述的导电油墨，其制备方法包括如下步骤：
(1)按重量份将端羧基超支化聚酯溶解于C2-10有机溶剂中；
(2)按重量份在步骤(1)得到的溶液中加入消泡剂、附着力促进剂和防沉降剂，搅拌混合，得混合物A；
(3)在机械搅拌下，按重量份将导电金属填料、双酚A型环氧树脂、环氧树脂活性稀释剂和凹凸棒土混合搅拌，研磨1～3小时，得混合物B；
(4)混合物B中按重量份加入潜伏型固化剂和混合物A，在1500～2500rpm搅拌混合；
(5)步骤(4)得到的混合物先在温度80～130℃、风速60～85m/s的热风中干燥15～40s后，在100～120℃下进行红外低温热烘道干燥25～60s。
在上述制备方法中，在步骤(5)中热风干燥温度优选90～110℃，更优选90℃；热风风速优选60～80m/s，更优选70m/s；红外干燥温度优选100～110℃，更优选100℃。
在上述制备方法中，在步骤(3)中所述的研磨，是采用本领域常规研磨方式即可，步骤(3)中研磨的目的在于使原料更加均匀地混合。
在本发明的技术方案中，所述的RFID天线由多个可编码的RLC谐振回路构成；是由线、弧相接环绕而成的图案，也可是方形、圆形或其他形状，可以是单匝，也可以是多匝的，可以是单层或多层，可以印在同一基材上。
本发明的含有RFID电子标签的彩色包装产品的凹版印刷方法，可以采用里印或表印的印刷方式。
本发明的技术方案，采用里印印刷方式时，其优选技术方案包括如下步骤：
(1)基材上版；
(2)印刷第一层图文层，进行干燥、冷却；
(3)套印第二层图文层，进行干燥、冷却；
(4)印制RFID电子标签第一层天线，热风干燥后，进行红外低温热烘道干燥；
(5)套印第三层图文层，进行干燥、冷却；
(6)在第三层图文层的预定位置上施加导电溶液形成贯通孔，以在该第三层图文层上形成导电的并连接所述RFID电子标签第一层天线的跨层连接结构1；
(7)在跨层连接结构1上制作第四层图文层和RFID电子标签第二层天线，并在该第四层图文层上的预定位置施加导电溶液以与跨层连接结构1形成连接第一层和第二层RFID电子标签天线层的跨层连接结构2；
(8)重复步骤(7)两次或两次以上，形成连接多层RFID电子标签天线层的多层跨层连接结构；
(9)收卷、制袋。
本发明的技术方案，采用表印印刷方式时，其优选技术方案包括如下步骤：
(1)基材上版；
(2)印制图文层，进行干燥、冷却；
(3)收卷后反卷、上版，待印制RFID电子标签天线层；
(4)印制RFID电子标签第一层天线，热风干燥后，进行红外低温热烘道干燥；
(5)套印第一层绝缘层，进行干燥、冷却；
(6)在第一层绝缘层的预定位置上施加导电溶液形成贯通孔，以在第一层绝缘层上形成导电的并连接所述RFID电子标签第一层天线的跨层连接结构1；
(7)在跨层连接结构1上制作第二层绝缘层和RFID电子标签第二层天线，并在该第二层绝缘层上的预定位置施加导电溶液以与跨层连接结构1形成连接第一层和第二层RFID电子标签天线层的跨层连接结构2；
(8)重复步骤(7)两次或两次以上，形成连接多层RFID电子标签天线层的多层跨层连接结构；
(9)收卷、制袋；
其中：
在表印印刷方式的步骤(2)所述的图文层可以为多层，根据包装袋商品的需要，印制具有适当层数的图文层。
在上述采用里印或表印印刷方式的本发明技术方案中：在制作每一层图文层或绝缘层后均要进行干燥、冷却，所述干燥、冷却的温度、时间均采用本领域常规技术，在此不再赘述；在制作每一层RFID电子标签天线层后均要进行热风干燥后，进行红外低温热烘道干燥，其中热风干燥温度为80～130℃，热风风速为60～85m/s，热风干燥时间为15～40s，红外干燥温度为100～120℃，红外干燥时间为25～60s；在步骤(8)的重复次数可以根据图文层的层数以及RFID电子标签天线层的层数来调整；在步骤(8)中每次重复可以连接相邻的RFID电子标签天线层，最终形成连接所有RFID电子标签天线层的多层跨层连接结构，完成具有完整射频信息的RFID电子标签的凹印；图文层或绝缘层的印制采用包装印刷油墨，所述包装印制油墨可以采用本领域常规没有导电性能的包装油墨，在此不再赘述；RFID电子标签天线层的印制采用本发明所述的导电油墨。
在本发明的上述所述的所有技术方案中，所述的导电溶液、采用导电溶液形成贯通孔，形成跨层连接结构的方式、喷墨打印系统以及喷墨打印的方式采用公开号为CN101281881A的中国发明专利中公开的技术方案。
本发明的技术方案中，在印制每一层的RFID电子标签天线层后，进行热风干燥后，进行红外低温热烘道干燥，其中热风干燥温度80～130℃，热风风速60～85m/s，红外干燥温度100～120℃。油墨的干燥过程是将油墨中液态连接料通过挥发和渗透到承印材料中，将固体成分树脂固着在承印材料上。热风干燥是利用热量将油墨中的溶剂或液态连接料进行干燥，红外干燥主要是通过红外线辐射同时加热油墨和承印材料，加快油墨渗透及氧化结膜，从而加快油墨的干燥速度。本发明将两者结合，通过改变热风干燥的温度、风速和红外干燥的温度，可以很好的将导电油墨进行干燥，缩短干燥时间，解决了导电油墨干燥时间长的问题。本发明通过预定目标车速，调节干燥工艺参数，保证油墨干燥，确定了干燥工艺参数范围，热风干燥温度80～130℃，热风风速60～85m/s，红外干燥温度100～120℃。在保证干燥良好的前提下，提高车速，车速最高可达到110m/min；
本发明的有益效果：本发明提供了一种具有RFID电子标签彩色包装产品的凹版印刷方法，方法简单，一方面将RFID天线印制和多色包装工艺相结合，另一方面，通过将热风干燥和红外干燥相结合缩短了导电油墨的干燥时间，印刷速度可达110m/min，印刷生产效率提高，且生产的标签天线具有良好的电导率、附着力、天线膜层厚度均匀，为RFID天线的印刷开创了全新的途径。
具体实施方式
下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。下述实施例中，如无特殊说明，所使用的实验方法均为常规方法，所用材料、试剂等均可从化学公司购买。
实施例1
采用里印印刷方式，印制一种四色包装产品过程中印制具有二层结构的RFID电子标签天线，包括如下步骤：
(1)基材上版；
(2)印刷第一层图文层，在80℃干燥2s后、冷却至室温；
(3)套印第二层图文层，在80℃干燥2s后、冷却至室温；
(4)印制RFID电子标签第一层天线，先在90℃、70m/s的风速下热风干燥20s后，在110℃下进行红外低温热烘道干燥30s；
(5)套印第三层图文层，在80℃干燥2s后、冷却至室温；
(6)在第三层图文层的预定位置上喷墨打印导电溶液形成贯通孔，以在该图文层上形成导电的并连接所述RFID电子标签第一层天线的跨层连接结构1；
(7)印制第四层图文层，在80℃干燥2s后、冷却至室温；
(8)印制RFID电子标签第二层天线，先在100℃、65m/s的风速下热风干燥20s后，在100℃下进行红外低温热烘道干燥30s；
(9)在第四层图文层的预定位置上喷墨打印导电溶液形成贯通孔，以在该图文层上形成导电的并连接所述RFID电子标签第二层天线的跨层连接结构2；
(10)收卷、制袋；
其中，在步骤(6)的跨层连接结构和步骤(9)的跨层连接结构通过贯通孔相连，形成连接所有RFID电子标签天线层的多层跨层连接结构，完成具有完整射频信息的RFID电子标签的凹印。
采用表印印刷方式，印制一种四色包装产品过程中印制具有二层结构的RFID电子标签天线，包括如下步骤：
(1)基材上版；
(2)印制图文层，在80℃干燥2s后、冷却至室温；
(3)反复步骤(2)，图文层印制至第四层图文层；
(4)收卷后反卷、上版，待印制RFID电子标签天线层；
(5)印制RFID电子标签第一层天线，先在90℃、70m/s的风速下热风干燥20s后，在110℃下进行红外低温热烘道干燥30s；
(6)套印第一层绝缘层，在80℃干燥2s后、冷却至室温；
(7)在第一层绝缘层的预定位置上喷墨打印导电溶液形成贯通孔，以在该第一层绝缘层上形成导电的并连接所述RFID电子标签第一层天线的跨层连接结构1；
(8)印制第二层绝缘层，在80℃干燥2s后、冷却至室温；
(9)印制RFID电子标签第二层天线，先在100℃、65.m/s的风速下热风干燥20s后，在100℃下进行红外低温热烘道干燥30s；
(10)在第二层绝缘层的预定位置上喷墨打印导电溶液形成贯通孔，以在绝缘层上形成导电的并连接所述RFID电子标签第二层天线的跨层连接结构2；
(11)收卷、制袋；
其中，在步骤(7)的跨层连接结构和步骤(10)的跨层连接结构通过贯通孔相连，形成连接所有RFID电子标签天线层的多层跨层连接结构，完成具有完整射频信息的RFID电子标签的凹印。
在上述采用里印印刷方式或表印印刷方式的技术方案中，图文层的印制采用包装印刷油墨。RFID电子标签天线层采用本发明导电油墨，具体组成以及各组分的加入量如表1的实施例1～3的导电溶液为PEDOT:PSS或Polypyrroles与Dimethyl sulfoxide的混合溶液。混合比例按质量比为，PEDOT:PSS(或Polypyrroles)：Dimethyl sulfoxide＝1：3。
表1.实施例1～3中使用的导电油墨组分名称以及加入量
表1中纳米铜粉的粒径为50～100nm，微米银粉和微米银包铜粉的粒径为1～4μm；潜伏型固化剂为甲基四氢苯酐和N,N-二甲基苄胺组成的体系，购于上海金锦乐实业有限公司(均为优级品)；端羧基超支化聚酯购于武汉超支化树脂科技有限公司(型号C202)。
实施例2～3
采用里印印刷方式和表印印刷方式，印制一种四色包装产品过程中印制具有二层结构的RFID电子标签天线，除了导电油墨的组分以及组成(如表1的实施例2和3)、印制RFID电子标签天线层后的干燥条件(表2)不同外，其他步骤同实施例1。实施例1-3中使用的导电油墨的粘度采用Brookfield旋转粘度计测试。
表2.实施例1～3的具体工艺参数
对于实施例1～3的方法制备得到的电子标签进行性能测定，如表3，其中电阻通过I-V方式测定面电阻。铅笔硬度根据GB/T 6739-1996涂膜硬度铅笔测定法记载的方法测定。附着力根据GB9286-98百格测试标准中记载的方法测定。
表3.RFID电子标签性能测试数据
表2的结果显示，实施例1-3方法制备的RFID电子标签具有良好的电阻率、铅笔硬度、附着力，其中铅笔硬度为2H，附着力100％。
以上所述之实施例，只是本发明的较佳实施例，并非来限制本发明实施范围，故依据本发明申请专利范围所述的工艺、处理方法及天线图形所做的等效变化或修饰，均包括于本发明申请专利范围内。
Claims (10)
1.一种含有RFID电子标签的彩色包装产品的凹版印刷方法，其特征在于，将RFID电子标签与彩色包装产品的图文层或绝缘层同时凹版印刷到彩色包装产品的基材上；
所述彩色包装产品的基材上凹版印刷有至少一层图文层或绝缘层、和至少一层RFID电子标签天线层，所述RFID电子标签天线层位于所述图文层或绝缘层上，在图文层或绝缘层的预定位置上施加导电溶液形成贯通孔，以在图文层或绝缘层上形成导电的并连接所述RFID电子标签天线层的跨层连接结构；
打印RFID电子标签天线层后，先在温度80～130℃、风速60～85m/s的热风中干燥15～40s后，在100～120℃下进行红外低温热烘道干燥25～60s。
2.根据权利要求1所述的凹版印刷方法，其特征在于，所述的施加导电溶液时利用喷墨打印的方式打印，形成贯通孔。
3.根据权利要求1所述的凹版印刷方法，其特征在于，在所述跨层连接结构上再制作图文层或绝缘层和RFID电子标签天线层，并在该图文层或绝缘层上的预定位置施加导电溶液以与上述跨层连接结构形成连接多层RFID电子标签天线层的多层跨层连接结构。
4.根据权利要求1所述的凹版印刷方法，其特征在于，所述的基材为PET、OPP、PVC、PI或PE。
5.根据权利要求1～4的任一项所述的凹版印刷方法，其特征在于，所述RFID电子标签天线采用导电油墨打印，彩色包装产品的图文层或绝缘层采用包装印刷油墨打印；其中所述导电油墨，按重量份包括如下组分：60～70份导电金属填料、5～15份双酚A型环氧树脂、1～3份环氧树脂活性稀释剂、3～6份潜伏型固化剂、2～10份端羧基超支化聚酯、5～10份凹凸棒土、4～8份C2-10有机溶剂、0.5～2份附着力促进剂、1～3份消泡剂、0.5～2份防沉降剂。
6.根据权利要求5所述的凹版印刷方法，其特征在于，所述的导电金属填料为纳米或微米级银粉、纳米或微米级铜粉、纳米或微米级银包铜粉中的一种或几种以任何比例混合的混合物。
7.根据权利要求5所述的凹版印刷方法，其特征在于，所述的环氧树脂活性稀释剂为烷基缩水甘油醚、乙二醇缩水甘油醚、三羟甲基丙烷缩水甘油醚、甲苯缩水甘油醚中的一种或几种以任意比例混合的混合物。
8.根据权利要求5所述的凹版印刷方法，其特征在于，所述的潜伏型固化剂为酸酐类固化剂和促进剂组成的体系。
9.根据权利要求8所述的凹版印刷方法，其特征在于，所述的酸酐类固化剂为甲基四氢苯酐，所述的促进剂为N,N-二甲基苄胺。
10.根据权利要求5所述的凹版印刷方法，其特征在于，所述的附着力促进剂为928附着力促进剂、丙烯酸、Tilcom IA 10中的一种；所述的消泡剂为磷酸三丁酯、聚氧丙烯甘油醚、聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚中的一种；所述的防沉降剂为聚酰胺蜡、FC-20X防沉剂、聚二醇醚中的一种；所述的C2-10有机溶剂为乙酸乙酯、正丙酯、乙酸丁酯和丙酮中的一种或几种以任意比例混合的混合物。
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