摘　要：介绍了电子束(EB)固化及真空镀铝纸生产技术，综述了EB固化在真空镀铝纸生产中的应用进展及特点，并展望了其在真空镀铝纸行业的应用前景。
关键词：电子束固化；直接真空镀铝纸；转移真空镀铝纸

0　引言

　　近年来，随着人们消费档次的不断提升和对于商品包装要求的不断提高，包装材料行业得到了快速发展。作为环保型绿色新材料的代表－真空镀铝纸凭借自身的环保、节省资源和亮丽的外观，在酒类包装、烟草包装、糖果包装、冰淇淋和饮料包装、化妆品和礼品包装等方面得到推广和应用。真空镀铝纸也叫真空喷铝纸，是将底涂(预涂布，precoat)处理过的基材(包括纸和膜)在0.05 Pa的真空中，以电阻或高频电子束加热，将铝丝加热到1400 ℃左右熔化并气化后喷射到基材上形成的。根据镀铝基材底涂涂料的固化方式不同，可以将镀铝纸底涂分为3种：溶剂型涂料、水性涂料和能量固化型涂料。
　　溶剂型涂料是将树脂溶于酯类、酮类以及少量苯系溶剂中制备得到，溶剂型涂料在使用过程中不可避免向环境中排放一定质量的有机溶剂。水性涂料则以水作为溶剂或分散介质，包括水溶性涂料、水稀释性涂料、水分散性涂料(乳胶涂料)3种，属于相对环保的材料，目前在包装行业得到了广泛的应用。能量固化涂料主要包括紫外光(UV)固化涂料和电子束(Electron beam，简称EB)固化涂料。UV固化涂料在印刷行业得到广泛应用，已经有十几年的应用历史，而EB涂料出现的时间不长，其实际工业化生产及应用崭露头角。本文对EB固化涂料在真空镀铝纸方面的应用进行了总结和展望。

1　EB固化机理

　　EB固化技术是以电子加速器产生的高能电子束为辐射源，产生高能电子束，电子束进入树脂后与树脂基体发生相互作用，在非常短的时间使其发生电离或激发，生成离子、次级电子、激发分子、自由基等活性中间体，引发树脂交联反应。可实现电子束固化的树脂根据固化机理的不同可分为2类，一类按自由基机理固化，主要是丙烯酸及甲基丙烯酸类；另一类按阳离子固化机理固化，主要为环氧树脂类。近年来，电子束固化技术得到持续快速发展，主要是因为其在经济效益、产品质量和环保性能方面的优势。与传统的热固化或者UV固化方式相比，其有固化速度快、无有机挥发性污染物排放、成膜性更好、成本低、无气味和低固化温度的特点。该固化方式成为UV固化之后发展起来的新型环保固化技术。

2　EB固化涂料

　　目前，应用于可电子束固化复合材料的基体树脂按照反应机理可以分为2类：阳离子反应机理固化树脂和自由基反应机理固化树脂。环氧树脂的电子束固化机理为阳离子固化机理，在航空航天材料或者复合材料增韧改性方面应用广泛，近年来的研究较多。
　　按自由基机理可以实现对含不饱和双键树脂基体进行辐射固化，如以丙烯酸、甲基丙烯酸及其酯制备的树脂在电子束固化漆膜中应用较为广泛，上世纪80年代之前就对在辐照条件与漆膜性能之间的关系进行过研究。上世纪90年代后，电子束固化技术开始进入航空航天复合材料领域，科研工作者把可以进行自由基机理固化的树脂体系，如环氧丙烯酸酯等含双键的树脂列入研究范围内，旨在制造厚型复合材料制件。singh等初步研究了一系列环氧二丙烯酸酯及其共混树脂与碳纤维复合材料固化物的性能受辐照剂量和剂量率影响的规律。Glauser等研究了环氧丙烯酸(甲基丙烯酸)酯树脂及该树脂基的碳纤维增强复合材料的电子束辐照固化过程，并考察了纤维含量及固化过程的温度变化对复合材料性能的影响。
　　某些丙烯酸酯树脂玻璃化转变温度低，弹性好，弯折后不易露白，而且丙烯酸树脂体系固化过程中收缩较小，不会引起纸张的变形翘曲问题，因此丙烯酸树脂是真空镀铝纸涂料的选材料。

3　真空镀铝纸生产技术

　　真空镀铝纸也叫真空喷铝纸，是基材在0.05 Pa的真空中，以电阻或高频电子束加热，使铝丝加热到1400℃左右熔化并气化后喷射到基材上形成的。按照工艺不同，真空镀铝纸可以分为直接真空镀铝纸、覆膜真空镀铝纸和转移真空镀铝纸。
3.1　直接真空镀铝纸
　　如图1所示，直接真空镀铝纸是将纸张在进行底涂(或预涂)处理后，直接进行真空镀铝，在对镀铝纸进行面涂上色和背涂补水处理后，再进行分切打包。直接真空镀铝工艺适合生产定量在40～120 g／m²的纸张。涂料一般为水性丙烯酸树脂或者水性丙烯酸－聚氨酯类树脂涂料。

　　直接真空镀铝工艺法生产的大优点是工艺简单，生产过程无有机溶剂排出，且不需要使用难降解的膜类材料。
3.2　覆膜真空镀铝纸
　　如图2所示，覆膜真空镀铝纸是先在塑料薄膜上镀上一层金属铝，然后将镀铝塑料膜与纸张利用胶水(胶水一般为水性乳胶)在一定压力下贴合，并用热风烘干，进行面涂或上色并背涂补水后断张、裁切成需要的规格。

　　覆膜真空镀铝纸不但具有良好的阻隔性、装饰性和抗弯折性，而且具有良好的印刷适应性。缺点是使用了难以降解的薄膜材料，不但增加了材料成本，而且在使用废弃后不易降解，对环境造成较大危害。目前，在包装行业逐渐被限制使用。
3.3　转移真空镀铝纸
　　转移真空镀铝纸的生产是从膜基材的涂布上色工序开始的见图3。

　　涂布上色分为一涂和二涂，一涂的涂料为一层离型剂，该涂层具有良好的剥离性。二涂为色层，涂料中加入颜料，使得成品纸张呈现不同的色彩。如果将涂层经过全息模压工艺处理，生产的产品就具有了特定的激光防伪信息效果。涂布上色(或全息模压)后的膜经过真空镀铝后，利用胶水将铝层和基材在一定压力下复合，经由剥离工序后，将铝层转移到纸张上，剥离的膜检验合格后继续使用，镀铝纸张裁切后使用。
　　转移真空镀铝纸的生产工艺优点是产品表面平整光亮，色泽均匀，印刷适性强。可以生产任意图案和文字的产品。并且对纸张的定量要求不高，可以生产40～450 g／m²的纸张，因为膜可以多次回用，与覆膜真空镀铝纸相比较，降低了成本。缺点是过程中使用了溶剂型涂料，生产过程中排放的有机溶剂对环境造成一定程度的污染，并且使用的膜材料对环境会造成一定污染，工序复杂。

4　EB固化技术在真空镀铝纸上的应用

4.1　在直接真空镀铝纸上的应用
　　EB固化工艺在直接真空镀铝工艺的生产过程见图4。

　　在直接真空镀铝纸生成工艺中一般底涂和面涂采用EB固化工艺。EB底涂料主要由不同软硬程度的活性丙烯酸树脂单体和低聚物，外加适量调节用来调节粘度的二官能度～四官能度的稀释剂构成。工业生产采用氮气(N₂)做为保护气。固化辐射剂量依据涂层的涂布量不同设置在20～40μGy。电子束加速电压根据涂层厚度不同设置在110～150 kV。采用EB底涂料生产的镀铝纸与采用普通水性底涂料生产的镀铝纸相比较，在涂布量相当的情况下，电子束固化涂层在平滑度、金属光亮度、黄变、针孔及漏镀等方面优于水性丙烯酸酯涂层。这是因为水性丙烯酸树脂是热塑性树脂，交联密度较低；而电子束固化涂料为无可挥发性有机物，100％固化，涂层的交联密度高。目前EB涂料固化机速已经达到600～1000 m／min，相对于1／200 s的固化速度，EB底涂工序的生产速度还有很大的提升空间。
　　EB面涂料的成分与EB底涂料成分类似，也是采用丙烯酸树脂体系，但是树脂总体来说增大了硬单体的比例，提高了树脂体系的玻璃化转变温度，旨在增加涂层的抗划伤性。辐射剂量也相应的增大为40～50μGy。
4.2　EB固化工艺在转移真空镀铝纸上的应用
　　EB固化转移真空镀铝工艺的生产工艺见图5。

　　EB固化工艺主要用在膜基材的涂布上色工序，固化后的涂布膜依次经过全息模压(无激光防伪信息的普通金银卡纸不需要经过全息模压)、等离子电晕处理、真空镀铝、复合、剥离、水性面涂工序后包装入库。其中的等离子电晕处理可以合并在全息模压工序进行，也可以合并在镀铝前进行。可以看出，EB固化的转移产品在剥离后增加了水性面涂工序，主要是用来降低。EB固化膜的内部应力，增加EB固化层与铝层的附着力。另外，也可在水性面涂工序的面涂料里添加色料，进行不同颜色的上色。

5　EB涂料的特点

　　1)高速高效。EB涂料的一大特点是固化速度快。EB涂料在电子束的辐照下，交联固化速度很快，只需要1／200 s就固化成膜。固化速度比传统的热固化和UV固化都快得多，需要以毫秒记。目前的EB固化涂布设备的机速可以达到600～1000 m／min。
　　2)涂层表观好。使用水性涂料做真空镀铝纸底涂时，会在纸张表面形成密密麻麻的针孔，而用EB涂料固化成膜的真空直接镀铝纸，表观呈现光亮的镜面效果，非常光滑，且有极好的耐溶剂性。
　　3)成膜温度低。EB固化在室温成膜。不需要加热，所以在EB涂料的固化中纸张不会因为受热而失水，既降低了电能消耗，具有节能减排的环保意义，也避免了纸张在反复的加热过程中因水分流失而导致变形。
　　4)成本低。EB涂料中100％的是成膜物质，无溶剂。只是多官能度的低聚物和单体在高能电子的诱导下进行自由基聚合，不需要添加引发剂。故EB涂料比UV料和水性料更节省成本。
　　5)更加环保节能。EB固化涂料中100％为成膜物质，不使用溶剂，故不会因向环境中排放挥发性溶剂而造成污染，也没有有机挥发物含量(VOC)限制方面的问题。不需要加热，能源消耗极低。
　　6)低气味。EB涂料经过电子束辐照固化后，100％成膜，无残存的游离单体，故涂层没有刺激性气味。所以，EB涂料加工的真空镀铝纸适合食品、化妆品等对气味要求较高的商品包装。
　　另外，EB固化技术在真空镀铝纸行业推广还面临以下方面的困难：
　　1)设备一次性投资较大。EB设备一次性投资数千万元，使用过程中需要持续的吹扫保护氮气(纯度>99.99％)，使用过程中的维护、维修费用也高，故一般的中小型企业无充足的资金来运营EB固化生产线。
　　2)对EB涂料施工的基材要求较高。由于EB固化生产设备运行车速高，要求镀铝基材有一定的抗张强度，原材料分切过程中边缘不能有破口等缺陷，防止在高速运转的过程中突然断纸，造成损耗。另外EB固化涂料在固化后本身没有气味，要求基材在经过电子束辐照后也不能有刺激性气味逸出，这样才能真正发挥出EB固化无气味的优势。
　　3)为了提高设备利用率和生产效率，还需要有配套的大卷径镀铝机和高速分切机、等离子电晕处理或者火焰处理设备。

5　结语

　　综上所述，EB固化技术是一种真正的绿色环保节能高效的新技术，用EB固化技术生产的真空镀铝纸是真正的绿色环保产品，虽然目前在使用推广上还存在一些困难，但是目前无论是在发达还是在发展中，环境保护和节约能源已经越来越彰显其重要性，相信在不久的将来，EB固化技术将会在真空镀铝纸行业得到广泛推广应用。