包裝行業(yè)在世界經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)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(zhǎng)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層壓等手段結(jié)構(gòu)而成，有時(shí)真空金屬鍍層也參與其中。對(duì)于食品包裝而言，包裝材料不能有難聞的氣味和異種味道。總之，對(duì)不同的應(yīng)用有不同的要求，反映出包裝結(jié)構(gòu)的復(fù)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(yīng)，在常溫下迅速實(shí)現(xiàn)液體變?yōu)楣腆w的過程，較之傳統(tǒng)的熱固化，紫外線（UV）固化有其獨(dú)到之處（表1）。本世紀(jì)以來在市場(chǎng)上出現(xiàn)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(yīng)用潛力。

2. EB裝置

EB裝置又稱電子加速器，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。可用于包裝行業(yè)的電子加速器有兩種機(jī)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(yīng)用舉例

新一代低能電子加速器的出現(xiàn)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(jī)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)揮著重要的裝飾效果，目前在輪轉(zhuǎn)膠版印刷和衛(wèi)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(yīng)用。

(1)輪轉(zhuǎn)膠版印刷(Web-offset)

輪轉(zhuǎn)膠印EB固化油墨在一些經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國家(如歐美等國家)開始用于紙板(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(zhuǎn)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(jī)中實(shí)現(xiàn)濕壓濕膠印油墨的固化，近兩三年在柔性包裝中也開始增多。通常在濕油墨上涂上一層罩光漆，兩者都通過電子束一次固化。

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電子束一次固化。另外，可適應(yīng)不同外盒包裝的輪轉(zhuǎn)印刷機(jī)，為開發(fā)柔性材料短版活經(jīng)濟(jì)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(duì)食品一類包裝材料的印刷進(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(zhuǎn)膠版印刷機(jī)。其中EB固化裝置中的低能電子加速器是為配套該印刷機(jī)專門設(shè)計(jì)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(yù)層壓結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(yù)層壓結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(fù)合結(jié)構(gòu)包裝材料。PET透明膜背面印刷、然后層壓在PE上。電子束在線固化膠印油墨和層壓膠粘劑。這一過程不僅為EB固化層壓膠粘劑提供瞬時(shí)固化，同時(shí)還提供了流水線在線加工，有助于進(jìn)一步降低成本。這種結(jié)構(gòu)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/樹脂/低密度PE預(yù)層壓結(jié)構(gòu)材料。PET透明膜背面印刷，并層壓鋁金屬膜上。電子束在線固化膠印油墨和層壓膠粘劑。

電子束固化加工對(duì)柔性包裝中大部分常用膜基材的性質(zhì)一般沒有太大的影響，所有這些應(yīng)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(xiàn)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(yīng)用。

2）柔版印刷

大部分柔版印刷機(jī)傳統(tǒng)上都采用水性油墨或溶劑型油墨。近年來由于環(huán)保法規(guī)對(duì)VOC排放日益嚴(yán)格，加上傳統(tǒng)油墨加熱干燥限制加工速度，另外，加熱還可能損傷一些對(duì)熱敏感的承印基材。故在上世紀(jì)90年代初期柔版印刷紛紛轉(zhuǎn)向UV固化，然而UV固化柔版印刷因其油墨成分內(nèi)存在光引發(fā)劑導(dǎo)至殘存物的遷移和氣味問題，加之深色油墨對(duì)UV固化速度的影響，以及UV光源的熱效應(yīng)對(duì)熱敏感承應(yīng)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(biāo)簽、戶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(bǔ)UV固化的不足。近年來EB固化柔版印刷油墨的開發(fā)，在柔版印刷中EB固化油墨系統(tǒng)可從印版轉(zhuǎn)移至承印物上瞬時(shí)將液體轉(zhuǎn)至半固狀態(tài)。這種稱之為Wetflex的EB固化濕壓濕油墨的套色概念，看來是解決UV固化柔版印刷存在問題的終結(jié)方案。各種顏色在CI壓印滾筒周圍的多點(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CI柔版印刷機(jī)末端的低能電子加速器，實(shí)現(xiàn)電子束在線瞬時(shí)固化。這種100%固體EB油墨顯著降低了網(wǎng)點(diǎn)擴(kuò)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(tái)低能電子加速器取代了CI滾筒周圍所有的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版干燥所采用的后置大型加熱烘干器，大大簡(jiǎn)化了傳統(tǒng)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滾筒的冷卻問題，EB固化柔印油墨因成分內(nèi)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疑大有用武之地。

2. EB固化涂料

(1) EB固化涂料代替?zhèn)鹘y(tǒng)的層壓操作

在包裝行業(yè)采用EB固化涂料代替?zhèn)鹘y(tǒng)的層壓操作看來是一種趨勢(shì)。設(shè)想2-3mm厚的EB固化涂層代替15-40mm的層壓材料構(gòu)成的聚合物層肯定具有吸引力。此外，EB固化涂料是在線涂層固化，產(chǎn)品可立即裝運(yùn)發(fā)貨。而傳統(tǒng)的層壓工藝則需離線操作時(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(dá)到所需的膠合強(qiáng)度。EB固化罩光涂料不僅在線操作，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(shù)(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(hù)特性；

— 可加控制的滑爽性(Slip)和摩擦系數(shù)(COF)；

— 可剝離特性(加壓密封(Cold Seal))；

— 低氣味或沒有氣味；

— 低萃取物或無法檢出萃取物。

EB固化涂料一般只為包裝提供裝飾功能，然而對(duì)涂料下面的油墨的保護(hù)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(shù)包裝行業(yè)開發(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(dá)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(nèi)部逐漸增高的光反射，而使得外觀顯得更為生動(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(wěn)定的摩擦系數(shù)（COF）。EB固化涂料和油墨中的成分都不含有光引發(fā)劑，而且沒有氣味，固化完全而充分，因而適于食品包裝材料的應(yīng)用。

3. EB固化層壓膠粘劑

傳統(tǒng)的溶劑型膠粘劑以時(shí)間固化為特點(diǎn)，可以應(yīng)付不同層壓基材，已在包裝行業(yè)應(yīng)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溶劑型膠粘劑。

無溶劑型膠粘劑一個(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(zhǎng)，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程的貯存成本，又耽誤了裝運(yùn)發(fā)貨時(shí)間。此外，無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(xiǎn)性。

針對(duì)層壓膠粘劑的弱點(diǎn)，瞬時(shí)固化的EB層壓膠粘劑應(yīng)運(yùn)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(qiáng)度得到保證，而不需要對(duì)包裝材料的結(jié)構(gòu)作出任何改變。另外，在柔版印刷生產(chǎn)線末端裝一臺(tái)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(duì)包裝材料結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出足夠的靈活性。印刷和EB層壓的在線操作，克服了傳統(tǒng)離線操作的弊病取得明顯優(yōu)勢(shì)：

— 瞬時(shí)固化層壓，不必耗時(shí)等待傳統(tǒng)膠粘劑固化；

— 消除離線層壓操作，省略加工過程中間存放步驟，節(jié)省空間和時(shí)間；

— 在線操作降低勞動(dòng)力成本；

— 及時(shí)快速裝運(yùn)發(fā)貨。

一句話，EB固化層壓工藝取代傳統(tǒng)離線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(zhàn)。EB固化層壓膠粘劑的主要成分為丙烯酸脂，原料價(jià)格遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于現(xiàn)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(xì)分析EB固化優(yōu)勢(shì)和成本結(jié)構(gòu)，不難判斷EB固化層壓工藝在經(jīng)濟(jì)上仍然是一種值得嘗試的選擇。

三、包裝行業(yè)對(duì)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(duì)未來寄托著期待：“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(zhuǎn)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?nèi)f化的。依靠工藝過程和固化設(shè)備在同一條生產(chǎn)線完成在線印刷和（或）層壓操作目前對(duì)EB固化已成為一種技術(shù)優(yōu)勢(shì)。選取CI卷筒柔印與輪轉(zhuǎn)膠印，以及采用EB固化在線印刷和（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。