包裝行業(yè)在世界經(jīng)濟發(fā)達國家中是一個(gè)經(jīng)久不衰的行業(yè)，目前柔性包裝又是印刷包裝中增長(cháng)速度最快一個(gè)領(lǐng)域，其中食品包裝印刷占有極大的份額。典型柔性包裝通常是由多層高分子聚合材料通過(guò)層壓等手段結構而成，有時(shí)真空金屬鍍層也參與其中。對于食品包裝而言，包裝材料不能有難聞的氣味和異種味道�？傊�，對不同的應用有不同的要求，反映出包裝結構的復雜性和包裝產(chǎn)品的多樣性。電子束固化技術(shù)引入包裝行業(yè)就是在這一大背景下展開(kāi)的。

一、電了束(EB)固化和EB裝置

1. 電子束固化

電子束固化就是借助于電子束作為一種照射能源，與活性液體化學(xué)配方進(jìn)行輻射化學(xué)反應，在常溫下迅速實(shí)現液體變?yōu)楣腆w的過(guò)程，較之傳統的熱固化，紫外線(xiàn)（UV）固化有其獨到之處（表1）。本世紀以來(lái)在市場(chǎng)上出現的超低能EB裝置（30-150keV），使包裝行業(yè)深刻感受到EB固化的應用潛力。

2. EB裝置

EB裝置又稱(chēng)電子加速器，是一種借助于電場(chǎng)加速電子的方法產(chǎn)生高速電子束的裝置�？捎糜诎�裝行業(yè)的電子加速器有兩種機型：掃描型和電子簾型。

二、低能電子加速器在包裝行業(yè)中應用舉例

新一代低能電子加速器的出現為包裝行業(yè)，特別是為柔性包裝工藝的技術(shù)改造與技術(shù)創(chuàng )新提供了前所未有的機遇：

1. EB固化油墨

EB固化油墨在許多柔性包裝的材料上圖文印刷中發(fā)揮著(zhù)重要的裝飾效果，目前在輪轉膠版印刷和衛星式柔版印刷（共用壓印中心滾筒CI印刷）中已取得令人矚目的應用。

(1)輪轉膠版印刷(Web-offset)

輪轉膠印EB固化油墨在一些經(jīng)濟發(fā)達國家(如歐美等國家)開(kāi)始用于紙板(唱片包裝袋和食品容器)以及聚乙烯(PE)涂覆的紙板(液體食品容器)。目前輪轉膠印油墨主要用于食品包裝和非食品包裝，在六色到八色的印刷機中實(shí)現濕壓濕膠印油墨的固化，近兩三年在柔性包裝中也開(kāi)始增多。通常在濕油墨上涂上一層罩光漆，兩者都通過(guò)電子束一次固化。

在某些情況下，EB層壓膠粘劑也與膠印油墨及罩光漆一起通過(guò)電子束一次固化。另外，可適應不同外盒包裝的輪轉印刷機，為開(kāi)發(fā)柔性材料短版活經(jīng)濟印刷提供可能性。由于EB固化油墨和罩光漆中不含光引發(fā)劑，因而常選用電子束照射對食品一類(lèi)包裝材料的印刷進(jìn)行干燥或者固化。圖2示出了一種裝備有罩光漆涂布裝置和EB固化裝置的八色輪轉膠版印刷機。其中EB固化裝置中的低能電子加速器是為配套該印刷機專(zhuān)門(mén)設計的。

在柔性包裝中常用EB固化包裝材料列舉如下：

— PET/鋁金屬膜/PE預層壓結構包裝材料。油墨印于PET膜表面；再用EB固化罩光漆涂覆于油墨上，電子束固化膠印油墨和罩光漆。這種包裝材料結構主要用于包裝干燥食品和包裝液體的直立袋。

— PE/紙張/鋁金屬膜/PE預層壓結構包裝材料。PE表面印刷再涂罩光漆，電子束固化膠印油墨和罩光漆。這種結構的包裝多用于糖果糕點(diǎn)。

— PET/油墨印刷/EB固化層壓膠粘劑/PE復合結構包裝材料。PET透明膜背面印刷、然后層壓在PE上。電子束在線(xiàn)固化膠印油墨和層壓膠粘劑。這一過(guò)程不僅為EB固化層壓膠粘劑提供瞬時(shí)固化，同時(shí)還提供了流水線(xiàn)在線(xiàn)加工，有助于進(jìn)一步降低成本。這種結構的包裝材料常用于肉食和奶酪包裝。

— PET/EB固化層壓膠粘劑/鋁金屬膜/樹(shù)脂/低密度PE預層壓結構材料。PET透明膜背面印刷，并層壓鋁金屬膜上。電子束在線(xiàn)固化膠印油墨和層壓膠粘劑。

電子束固化加工對柔性包裝中大部分常用膜基材的性質(zhì)一般沒(méi)有太大的影響，所有這些應用都需要進(jìn)行如裝填、熱封燙合進(jìn)一步操作。目前已實(shí)現六色到八色油墨和罩光漆，以及速度200-300m/min電子束固化的實(shí)際應用。

2）柔版印刷

大部分柔版印刷機傳統上都采用水性油墨或溶劑型油墨。近年來(lái)由于環(huán)保法規對VOC排放日益嚴格，加上傳統油墨加熱干燥限制加工速度，另外，加熱還可能損傷一些對熱敏感的承印基材。故在上世紀90年代初期柔版印刷紛紛轉向UV固化，然而UV固化柔版印刷因其油墨成分內存在光引發(fā)劑導至殘存物的遷移和氣味問(wèn)題，加之深色油墨對UV固化速度的影響，以及UV光源的熱效應對熱敏感承應物不利等因素，至今未突破包裝行業(yè)中最重要的食品包裝領(lǐng)域，仍然固守在標簽、戶(hù)外包裝袋和折摺包裝盒等印刷市場(chǎng)。

顯然EB固化有希望彌補UV固化的不足。近年來(lái)EB固化柔版印刷油墨的開(kāi)發(fā)，在柔版印刷中EB固化油墨系統可從印版轉移至承印物上瞬時(shí)將液體轉至半固狀態(tài)。這種稱(chēng)之為Wetflex的EB固化濕壓濕油墨的套色概念，看來(lái)是解決UV固化柔版印刷存在問(wèn)題的終結方案。各種顏色在CI壓印滾筒周?chē)�的多點(diǎn)印刷站相互一層一層上疊，最后多層套色的文字圖像通過(guò)CI柔版印刷機末端的低能電子加速器，實(shí)現電子束在線(xiàn)瞬時(shí)固化。這種100%固體EB油墨顯著(zhù)降低了網(wǎng)點(diǎn)擴大，提供了與原始網(wǎng)點(diǎn)差別不大的印刷效果。更為重要的是，EB固化柔版印刷采用一臺低能電子加速器取代了CI滾筒周?chē)�所有的UV光源中間干燥站，或者取消溶劑型油墨和水性油墨厚油墨過(guò)版干燥所采用的后置大型加熱烘干器，大大簡(jiǎn)化了傳統柔版印刷的流程。同時(shí)EB固化程序不產(chǎn)生熱量，因而可以省卻CI滾筒的冷卻問(wèn)題，EB固化柔印油墨因成分內不含光引發(fā)劑，大大降低固化油墨的氣味，提高印刷速度，今后在食品包裝中無(wú)疑大有用武之地。

2. EB固化涂料

(1) EB固化涂料代替傳統的層壓操作

在包裝行業(yè)采用EB固化涂料代替傳統的層壓操作看來(lái)是一種趨勢。設想2-3mm厚的EB固化涂層代替15-40mm的層壓材料構成的聚合物層肯定具有吸引力。此外，EB固化涂料是在線(xiàn)涂層固化，產(chǎn)品可立即裝運發(fā)貨。而傳統的層壓工藝則需離線(xiàn)操作時(shí)間固化，而且還要耗時(shí)24-48小時(shí)等待層壓表面之間達到所需的膠合強度。EB固化罩光涂料不僅在線(xiàn)操作，而且還具有裝飾性(光澤)和功能性(加壓密封可剝離性，可控制摩擦系數(COF)或兩者兼有)的特點(diǎn)。

(2) EB固化涂料的裝飾性和功能性

包裝材料膜采用EB固化涂料，除改善材料表面性能外，還能取得一些特殊的效果：

— 高光澤度；

— 良好的油墨保護特性；

— 可加控制的滑爽性(Slip)和摩擦系數(COF)；

— 可剝離特性(加壓密封(Cold Seal))；

— 低氣味或沒(méi)有氣味；

— 低萃取物或無(wú)法檢出萃取物。

EB固化涂料一般只為包裝提供裝飾功能，然而對涂料下面的油墨的保護功能也不能忽視。目前高光澤仍是EB固化涂料的主要功能，而且一直引起大多數包裝行業(yè)開(kāi)發(fā)商的興趣。一些柔版印刷、照相凹版膠印或直接照相凹版印刷所用的EB固化涂料光澤度水平都可達到60度時(shí)85%和95%。事實(shí)上，厚度薄的基材薄膜能為包裝提供更好的視覺(jué)效果。印刷圖像因厚度小于3mm的薄膜產(chǎn)生的光反射可能低于厚得多層壓層內部逐漸增高的光反射，而使得外觀(guān)顯得更為生動(dòng)更為活潑。

EB固化涂料（罩光漆）提供的光澤度范圍很廣，從啞光到十分高的光澤度。EB固化罩光漆還可用于照相凹版涂料提供高光澤，耐摩擦，并具有穩定的摩擦系數（COF）。EB固化涂料和油墨中的成分都不含有光引發(fā)劑，而且沒(méi)有氣味，固化完全而充分，因而適于食品包裝材料的應用。

3. EB固化層壓膠粘劑

傳統的溶劑型膠粘劑以時(shí)間固化為特點(diǎn)，可以應付不同層壓基材，已在包裝行業(yè)應用多年，至今仍活躍在眾多領(lǐng)域之中。然而這種膠粘劑因成本和環(huán)保等因素目前已逐步讓位于水性膠粘劑和無(wú)溶劑型膠粘劑。

無(wú)溶劑型膠粘劑一個(gè)最大的弱點(diǎn)就是不能瞬時(shí)固化，因而層壓操作周期很長(cháng)，需在控制條件下存放1天到7天才能進(jìn)行下一步工序。這種時(shí)間延遲既增加了加工過(guò)程的貯存成本，又耽誤了裝運發(fā)貨時(shí)間。此外，無(wú)溶劑型膠粘劑還可能存在致癌物質(zhì)在包裝食品中遷移的危險性。

針對層壓膠粘劑的弱點(diǎn)，瞬時(shí)固化的EB層壓膠粘劑應運而生。

EB固化膠粘劑取代溶劑型、水性或熱熔膠粘劑，只需要層壓膠合強度得到保證，而不需要對包裝材料的結構作出任何改變。另外，在柔版印刷生產(chǎn)線(xiàn)末端裝一臺低能電子加速器就有可能在EB固化涂料或EB固化膠粘劑之間作出選擇；而對包裝材料結構表現出足夠的靈活性。印刷和EB層壓的在線(xiàn)操作，克服了傳統離線(xiàn)操作的弊病取得明顯優(yōu)勢：

— 瞬時(shí)固化層壓，不必耗時(shí)等待傳統膠粘劑固化；

— 消除離線(xiàn)層壓操作，省略加工過(guò)程中間存放步驟，節省空間和時(shí)間；

— 在線(xiàn)操作降低勞動(dòng)力成本；

— 及時(shí)快速裝運發(fā)貨。

一句話(huà)，EB固化層壓工藝取代傳統離線(xiàn)層壓工藝可以取得省時(shí)省力省工省地的全面效果。

目前EB固化層壓膠粘劑在市場(chǎng)上的價(jià)格仍然是一種挑戰。EB固化層壓膠粘劑的主要成分為丙烯酸脂，原料價(jià)格遠遠高于現行以時(shí)間固化為特征的聚氨脂膠粘劑所用的異氰酸酯原料，然而從整體上看，仔細分析EB固化優(yōu)勢和成本結構，不難判斷EB固化層壓工藝在經(jīng)濟上仍然是一種值得嘗試的選擇。

三、包裝行業(yè)對EB固化的期待

EB油墨、EB涂料和EB膠粘劑的瞬時(shí)固化給包裝行業(yè)留下了深刻的印象。特別是柔性包裝行業(yè)初步領(lǐng)略了電子束固化的潛力，并對未來(lái)寄托著(zhù)期待：“希望所有的包裝材料薄膜生產(chǎn)都在電子束固化下一次完成”。

事實(shí)上，EB固化在輪轉膠印和罩光漆，以及柔版印刷和層壓兩種組合取得產(chǎn)業(yè)化的良好效果，然而這種組合是可以千變萬(wàn)化的。依靠工藝過(guò)程和固化設備在同一條生產(chǎn)線(xiàn)完成在線(xiàn)印刷和（或）層壓操作目前對EB固化已成為一種技術(shù)優(yōu)勢。選取CI卷筒柔印與輪轉膠印，以及采用EB固化在線(xiàn)印刷和（或）層壓工藝必然為包裝行業(yè)技術(shù)改造和技術(shù)創(chuàng )新提供前所未有的可能性。