包裝行業(yè)在世界經濟發(fā)達國家中是一個經久不衰的行業(yè)，目前柔性包裝又是印刷包裝中增長速度最快一個領域，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構而成，有時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。總之，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品的多樣性。電子束固化技術引入包裝行業(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，與活性液體化學配方進行輻射化學反應，在常溫下迅速實現(xiàn)液體變?yōu)楣腆w的過程，較之傳統(tǒng)的熱固化，紫外線（UV）固化有其獨到之處（表1）。本世紀以來在市場上出現(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，是一種借助于電場加速電子的方法產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(xiàn)為包裝行業(yè)，特別是為柔性包裝工藝的技術改造與技術創(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)揮著重要的裝飾效果，目前在輪轉膠版印刷和衛(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用。

(1)輪轉膠版印刷(Web-offset)

輪轉膠印EB固化油墨在一些經濟發(fā)達國家(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，可適應不同外盒包裝的輪轉印刷機，為開發(fā)柔性材料短版活經濟印刷提供可能性。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包裝材料的印刷進行干燥或者固化。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門設計的。

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。

— 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固化，同時還提供了流水線在線加工，有助于進一步降低成本。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一般沒有太大的影響，所有這些應用都需要進行如裝填、熱封燙合進一步操作。目前已實現(xiàn)六色到八色油墨和罩光漆，以及速度200-300m/min電子束固化的實際應用。

2）柔版印刷

大部分柔版印刷機傳統(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VOC排放日益嚴格，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域，仍然固守在標簽、戶外包裝袋和折摺包裝盒等印刷市場。

顯然EB固化有希望彌補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)可從印版轉移至承印物上瞬時將液體轉至半固狀態(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方案。各種顏色在CI壓印滾筒周圍的多點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柔版印刷機末端的低能電子加速器，實現(xiàn)電子束在線瞬時固化。這種100%固體EB油墨顯著降低了網點擴大，提供了與原始網點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，大大簡化了傳統(tǒng)柔版印刷的流程。同時EB固化程序不產生熱量，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。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固化涂料是在線涂層固化，產品可立即裝運發(fā)貨。而傳統(tǒng)的層壓工藝則需離線操作時間固化，而且還要耗時24-48小時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。

(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(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(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到60度時85%和95%。事實上，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，而使得外觀顯得更為生動更為活潑。

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用。

3. EB固化層壓膠粘劑

傳統(tǒng)的溶劑型膠粘劑以時間固化為特點，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最大的弱點就是不能瞬時固化，因而層壓操作周期很長，需在控制條件下存放1天到7天才能進行下一步工序。這種時間延遲既增加了加工過程的貯存成本，又耽誤了裝運發(fā)貨時間。此外，無溶劑型膠粘劑還可能存在致癌物質在包裝食品中遷移的危險性。

針對層壓膠粘劑的弱點，瞬時固化的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，在柔版印刷生產線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(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：

— 瞬時固化層壓，不必耗時等待傳統(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)省空間和時間；

— 在線操作降低勞動力成本；

— 及時快速裝運發(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省力省工省地的全面效果。

目前EB固化層壓膠粘劑在市場上的價格仍然是一種挑戰(zhàn)。EB固化層壓膠粘劑的主要成分為丙烯酸脂，原料價格遠遠高于現(xiàn)行以時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)初步領略了電子束固化的潛力，并對未來寄托著期待：“希望所有的包裝材料薄膜生產都在電子束固化下一次完成”。

事實上，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業(yè)化的良好效果，然而這種組合是可以千變萬化的。依靠工藝過程和固化設備在同一條生產線完成在線印刷和（或）層壓操作目前對EB固化已成為一種技術優(yōu)勢。選取CI卷筒柔印與輪轉膠印，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)技術改造和技術創(chuàng)新提供前所未有的可能性。