摘　要：介紹了電子束(EB)固化及真空鍍鋁紙生產技術，綜述了EB固化在真空鍍鋁紙生產中的應用進展及特點，并展望了其在真空鍍鋁紙行業的應用前景。
關鍵詞：電子束固化；直接真空鍍鋁紙；轉移真空鍍鋁紙

0　引言

　　近年來，隨著人們消費檔次的不斷提升和對于商品包裝要求的不斷提高，包裝材料行業得到了快速發展。作為環保型綠色新材料的代表－真空鍍鋁紙憑借自身的環保、節省資源和亮麗的外觀，在酒類包裝、煙草包裝、糖果包裝、冰淇淋和飲料包裝、化妝品和禮品包裝等方面得到推廣和應用。真空鍍鋁紙也叫真空噴鋁紙，是將底涂(預涂布，precoat)處理過的基材(包括紙和膜)在0.05 Pa的真空中，以電阻或高頻電子束加熱，將鋁絲加熱到1400 ℃左右熔化并氣化后噴射到基材上形成的。根據鍍鋁基材底涂涂料的固化方式不同，可以將鍍鋁紙底涂分為3種：溶劑型涂料、水性涂料和能量固化型涂料。
　　溶劑型涂料是將樹脂溶于酯類、酮類以及少量苯系溶劑中制備得到，溶劑型涂料在使用過程中不可避免向環境中排放一定質量的有機溶劑。水性涂料則以水作為溶劑或分散介質，包括水溶性涂料、水稀釋性涂料、水分散性涂料(乳膠涂料)3種，屬于相對環保的材料，目前在包裝行業得到了廣泛的應用。能量固化涂料主要包括紫外光(UV)固化涂料和電子束(Electron beam，簡稱EB)固化涂料。UV固化涂料在印刷行業得到廣泛應用，已經有十幾年的應用歷史，而EB涂料出現的時間不長，其實際工業化生產及應用嶄露頭角。本文對EB固化涂料在真空鍍鋁紙方面的應用進行了總結和展望。

1　EB固化機理

　　EB固化技術是以電子加速器產生的高能電子束為輻射源，產生高能電子束，電子束進入樹脂后與樹脂基體發生相互作用，在非常短的時間使其發生電離或激發，生成離子、次級電子、激發分子、自由基等活性中間體，引發樹脂交聯反應?？蓪崿F電子束固化的樹脂根據固化機理的不同可分為2類，一類按自由基機理固化，主要是丙烯酸及甲基丙烯酸類；另一類按陽離子固化機理固化，主要為環氧樹脂類。近年來，電子束固化技術得到持續快速發展，主要是因為其在經濟效益、產品質量和環保性能方面的優勢。與傳統的熱固化或者UV固化方式相比，其有固化速度快、無有機揮發性污染物排放、成膜性更好、成本低、無氣味和低固化溫度的特點。該固化方式成為UV固化之后發展起來的新型環保固化技術。

2　EB固化涂料

　　目前，應用于可電子束固化復合材料的基體樹脂按照反應機理可以分為2類：陽離子反應機理固化樹脂和自由基反應機理固化樹脂。環氧樹脂的電子束固化機理為陽離子固化機理，在航空航天材料或者復合材料增韌改性方面應用廣泛，近年來的研究較多。
　　按自由基機理可以實現對含不飽和雙鍵樹脂基體進行輻射固化，如以丙烯酸、甲基丙烯酸及其酯制備的樹脂在電子束固化漆膜中應用較為廣泛，上世紀80年代之前就對在輻照條件與漆膜性能之間的關系進行過研究。上世紀90年代后，電子束固化技術開始進入航空航天復合材料領域，科研工作者把可以進行自由基機理固化的樹脂體系，如環氧丙烯酸酯等含雙鍵的樹脂列入研究范圍內，旨在制造厚型復合材料制件。singh等初步研究了一系列環氧二丙烯酸酯及其共混樹脂與碳纖維復合材料固化物的性能受輻照劑量和劑量率影響的規律。Glauser等研究了環氧丙烯酸(甲基丙烯酸)酯樹脂及該樹脂基的碳纖維增強復合材料的電子束輻照固化過程，并考察了纖維含量及固化過程的溫度變化對復合材料性能的影響。
　　某些丙烯酸酯樹脂玻璃化轉變溫度低，彈性好，彎折后不易露白，而且丙烯酸樹脂體系固化過程中收縮較小，不會引起紙張的變形翹曲問題，因此丙烯酸樹脂是真空鍍鋁紙涂料的選材料。

3　真空鍍鋁紙生產技術

　　真空鍍鋁紙也叫真空噴鋁紙，是基材在0.05 Pa的真空中，以電阻或高頻電子束加熱，使鋁絲加熱到1400℃左右熔化并氣化后噴射到基材上形成的。按照工藝不同，真空鍍鋁紙可以分為直接真空鍍鋁紙、覆膜真空鍍鋁紙和轉移真空鍍鋁紙。
3.1　直接真空鍍鋁紙
　　如圖1所示，直接真空鍍鋁紙是將紙張在進行底涂(或預涂)處理后，直接進行真空鍍鋁，在對鍍鋁紙進行面涂上色和背涂補水處理后，再進行分切打包。直接真空鍍鋁工藝適合生產定量在40～120 g／m²的紙張。涂料一般為水性丙烯酸樹脂或者水性丙烯酸－聚氨酯類樹脂涂料。

　　直接真空鍍鋁工藝法生產的大優點是工藝簡單，生產過程無有機溶劑排出，且不需要使用難降解的膜類材料。
3.2　覆膜真空鍍鋁紙
　　如圖2所示，覆膜真空鍍鋁紙是先在塑料薄膜上鍍上一層金屬鋁，然后將鍍鋁塑料膜與紙張利用膠水(膠水一般為水性乳膠)在一定壓力下貼合，并用熱風烘干，進行面涂或上色并背涂補水后斷張、裁切成需要的規格。

　　覆膜真空鍍鋁紙不但具有良好的阻隔性、裝飾性和抗彎折性，而且具有良好的印刷適應性。缺點是使用了難以降解的薄膜材料，不但增加了材料成本，而且在使用廢棄后不易降解，對環境造成較大危害。目前，在包裝行業逐漸被限制使用。
3.3　轉移真空鍍鋁紙
　　轉移真空鍍鋁紙的生產是從膜基材的涂布上色工序開始的見圖3。

　　涂布上色分為一涂和二涂，一涂的涂料為一層離型劑，該涂層具有良好的剝離性。二涂為色層，涂料中加入顏料，使得成品紙張呈現不同的色彩。如果將涂層經過全息模壓工藝處理，生產的產品就具有了特定的激光防偽信息效果。涂布上色(或全息模壓)后的膜經過真空鍍鋁后，利用膠水將鋁層和基材在一定壓力下復合，經由剝離工序后，將鋁層轉移到紙張上，剝離的膜檢驗合格后繼續使用，鍍鋁紙張裁切后使用。
　　轉移真空鍍鋁紙的生產工藝優點是產品表面平整光亮，色澤均勻，印刷適性強?？梢陨a任意圖案和文字的產品。并且對紙張的定量要求不高，可以生產40～450 g／m²的紙張，因為膜可以多次回用，與覆膜真空鍍鋁紙相比較，降低了成本。缺點是過程中使用了溶劑型涂料，生產過程中排放的有機溶劑對環境造成一定程度的污染，并且使用的膜材料對環境會造成一定污染，工序復雜。

4　EB固化技術在真空鍍鋁紙上的應用

4.1　在直接真空鍍鋁紙上的應用
　　EB固化工藝在直接真空鍍鋁工藝的生產過程見圖4。

　　在直接真空鍍鋁紙生成工藝中一般底涂和面涂采用EB固化工藝。EB底涂料主要由不同軟硬程度的活性丙烯酸樹脂單體和低聚物，外加適量調節用來調節粘度的二官能度～四官能度的稀釋劑構成。工業生產采用氮氣(N₂)做為保護氣。固化輻射劑量依據涂層的涂布量不同設置在20～40μGy。電子束加速電壓根據涂層厚度不同設置在110～150 kV。采用EB底涂料生產的鍍鋁紙與采用普通水性底涂料生產的鍍鋁紙相比較，在涂布量相當的情況下，電子束固化涂層在平滑度、金屬光亮度、黃變、針孔及漏鍍等方面優于水性丙烯酸酯涂層。這是因為水性丙烯酸樹脂是熱塑性樹脂，交聯密度較低；而電子束固化涂料為無可揮發性有機物，100％固化，涂層的交聯密度高。目前EB涂料固化機速已經達到600～1000 m／min，相對于1／200 s的固化速度，EB底涂工序的生產速度還有很大的提升空間。
　　EB面涂料的成分與EB底涂料成分類似，也是采用丙烯酸樹脂體系，但是樹脂總體來說增大了硬單體的比例，提高了樹脂體系的玻璃化轉變溫度，旨在增加涂層的抗劃傷性。輻射劑量也相應的增大為40～50μGy。
4.2　EB固化工藝在轉移真空鍍鋁紙上的應用
　　EB固化轉移真空鍍鋁工藝的生產工藝見圖5。

　　EB固化工藝主要用在膜基材的涂布上色工序，固化后的涂布膜依次經過全息模壓(無激光防偽信息的普通金銀卡紙不需要經過全息模壓)、等離子電暈處理、真空鍍鋁、復合、剝離、水性面涂工序后包裝入庫。其中的等離子電暈處理可以合并在全息模壓工序進行，也可以合并在鍍鋁前進行?？梢钥闯?，EB固化的轉移產品在剝離后增加了水性面涂工序，主要是用來降低。EB固化膜的內部應力，增加EB固化層與鋁層的附著力。另外，也可在水性面涂工序的面涂料里添加色料，進行不同顏色的上色。

5　EB涂料的特點

　　1)高速高效。EB涂料的一大特點是固化速度快。EB涂料在電子束的輻照下，交聯固化速度很快，只需要1／200 s就固化成膜。固化速度比傳統的熱固化和UV固化都快得多，需要以毫秒記。目前的EB固化涂布設備的機速可以達到600～1000 m／min。
　　2)涂層表觀好。使用水性涂料做真空鍍鋁紙底涂時，會在紙張表面形成密密麻麻的針孔，而用EB涂料固化成膜的真空直接鍍鋁紙，表觀呈現光亮的鏡面效果，非常光滑，且有極好的耐溶劑性。
　　3)成膜溫度低。EB固化在室溫成膜。不需要加熱，所以在EB涂料的固化中紙張不會因為受熱而失水，既降低了電能消耗，具有節能減排的環保意義，也避免了紙張在反復的加熱過程中因水分流失而導致變形。
　　4)成本低。EB涂料中100％的是成膜物質，無溶劑。只是多官能度的低聚物和單體在高能電子的誘導下進行自由基聚合，不需要添加引發劑。故EB涂料比UV料和水性料更節省成本。
　　5)更加環保節能。EB固化涂料中100％為成膜物質，不使用溶劑，故不會因向環境中排放揮發性溶劑而造成污染，也沒有有機揮發物含量(VOC)限制方面的問題。不需要加熱，能源消耗極低。
　　6)低氣味。EB涂料經過電子束輻照固化后，100％成膜，無殘存的游離單體，故涂層沒有刺激性氣味。所以，EB涂料加工的真空鍍鋁紙適合食品、化妝品等對氣味要求較高的商品包裝。
　　另外，EB固化技術在真空鍍鋁紙行業推廣還面臨以下方面的困難：
　　1)設備一次性投資較大。EB設備一次性投資數千萬元，使用過程中需要持續的吹掃保護氮氣(純度>99.99％)，使用過程中的維護、維修費用也高，故一般的中小型企業無充足的資金來運營EB固化生產線。
　　2)對EB涂料施工的基材要求較高。由于EB固化生產設備運行車速高，要求鍍鋁基材有一定的抗張強度，原材料分切過程中邊緣不能有破口等缺陷，防止在高速運轉的過程中突然斷紙，造成損耗。另外EB固化涂料在固化后本身沒有氣味，要求基材在經過電子束輻照后也不能有刺激性氣味逸出，這樣才能真正發揮出EB固化無氣味的優勢。
　　3)為了提高設備利用率和生產效率，還需要有配套的大卷徑鍍鋁機和高速分切機、等離子電暈處理或者火焰處理設備。

5　結語

　　綜上所述，EB固化技術是一種真正的綠色環保節能高效的新技術，用EB固化技術生產的真空鍍鋁紙是真正的綠色環保產品，雖然目前在使用推廣上還存在一些困難，但是目前無論是在發達還是在發展中，環境保護和節約能源已經越來越彰顯其重要性，相信在不久的將來，EB固化技術將會在真空鍍鋁紙行業得到廣泛推廣應用。