文：毕春燕
本文已刊于《包装前沿》2018年1月号，第1期
EB，是英文electronic beam的缩写。如今，EB固化已经是相对成熟的固化方式，其应用在印刷市场上已有几十年的历史。在全球范围的印刷市场来看，这些加装了EB装置的机器大多数位于欧洲及美洲地区，主要用于与食品食物有关的软包装及纸盒市场，以及需要对油墨、涂层、胶粘剂要求固化比较彻底并且不可以有UV光引发剂迁移潜在风险的应用。
由于国内环保及VOCs管控的政策趋向越来越严，EB固化由于完全零VOCs排放，并且零迁移性的固化方式，越来越被国内的同行关注并讨论。对应于国内印刷行业的现状，EB固化的优点显而易见，这种固化方式可以同时满足现行的绿色印刷及包装升级的要求：
EB固化为绿色环保印刷，印刷油墨不含VOCs，符合从源头治理VOC的方向。
EB固化符合严苛的非接触食品相关法规的要求，没有由于光引发剂及固化不彻底而引发的小分子迁移风险。
印刷的墨层固化彻底，在高速印刷下，提高印刷质量的同时，解决了在塑膜类基材上印刷的抗刮擦性问题。
一、EB工作的基本原理
当阴极通高压80,000~300,000伏特的电压时，EB加速器中的灯丝会释放出电子。质量极小的电子在真空腔内以接近光速向窗口方向运动，透过钛箔窗口，作用于所需基材。这便是电子束工作的基本原理。而不同的基材由于不同的微观结构在电子束的作用下，会产生不同的反应，这些不同的反应则对应了ebeam的不同市场应用方向。
1、三类反应
大部分物质经过EB作用后，会发生三种不同的反应：裂解，交联及接枝。
当EB照射的物质或材料经过电子束的作用之后，微观分子链被打断，则物质和材料被降解；可应用于食品的杀毒灭菌。
当EB照射的物质或材料经过电子束作用之后产生聚合或交联反应，则物质或材料聚合或者交联。可应用于光油、油墨、胶粘剂等的固化，轮胎、压敏胶以及各种塑膜材料的改性。
当EB照射的物质或材料经过电子束作用时，如果加入了其他物质的单体的特性，则物质或材料接技。可应用于材料的改性。
综上所述，应用于印刷方向的光油及涂料固化、油墨固化、进行基材复合的胶粘剂固化都是EB产生的聚合反应；薄膜类材料的改性，属于EB产生的交联或者裂解反应。
2、EB的工作要素
EB在对照射的材料进行处理时，无论是何种类型反应，都跟三个要素有关。它们分别是Voltage（电压）, Dose（剂量）和 Power（功率）。
Voltage（电压）：这里有个最基本的概念区别，EB固化和光固化不同，EB固化并不是靠引发某一波段的光能来让物质固化，而是以电子本身的能量穿透物质的同时打开需要固化材料的不饱和双键，形成长链进而产生网状结构使其交联固化。这样，能穿透多少厚度的物质，跟Voltage（电压）这个参数有关。而在应用上，固化印刷承印物表面的油墨层与软包装材料的复合应用由于所需要穿透的物质深度不同，所对应的电压也是不同的。
Dose（剂量）：前面所提到的电压是跟纵向的穿透深度有关。那么Dose（剂量）讲的就是在EB穿透物质的时候，作用于物质的横向平面的电子数量。如果Dose（剂量）的量太小，则作用物质不足以足够交联，如果Dose剂量过大，则作用的物质会过度交联（脆化现象）甚至产生降解。
所以，对于物质的交联固化，在应用的时候，对于不同配方的物质材料采用最适用的Voltage（电压）以及Dose（剂量），是EB固化应用成功与否的决定因素。
Power（功率）：功率这个要素，更多的是与EB固化在生产应用中的开机速度有关。在Dose（剂量）一定的情况下，实际生产所需要的开机速度越高，则实际的功率越高。
Voltage（电压）、 Dose（束流）和 Power（功率）对基材的作用关系如下表。
二、EB在印刷相关市场的应用
在现阶段，EB在印刷领域的应用，都是物质交联类的反应。主要有以下四个方向：印刷油墨的固化、表面涂层及光油的固化、复合包材胶粘剂的固化及软包装薄膜基材的交联。
1、印刷油墨的固化
现阶段EB固化所能涉及的印刷方式，如果要达到较理想的固化效果，要同时满足卷对卷的印刷方式及湿压湿的压印方式。
在印刷方式上满足卷对卷的原因，是为了避免在高速的印刷中油墨固化时表面发生氧阻聚反应，EB固化采用了氮气保护。而对于氮气保护的技术控制及其使用量而言，卷对卷的圆切面与相对开放式的平面腔所需要的技术控制难度是不同的。
而对于湿压湿的压印方式，由于EB固化采用所有颜色压印完毕后一次性固化，而前段压印的过程满足湿压湿的要求,就是为了承印物在印刷时不至于蹭脏。另外由于EB的设备比较昂贵，从经济性上来说并不适合每个色组都配一组EB固化单元。
综上所述，现阶段满足卷对卷及湿压湿，可以装配应用的印刷机型有：CI式轮转胶印、机组式轮转胶印、CI式柔印以及轮转数码喷墨印刷机。以笔者的理解，这种限制条件更多地是在结合了现阶段EB技术与经济适用性之后得出的市场选择。
2、表面涂层及光油的固化
在表面涂层与光油的固化应用方向，ebeam公司与HP Indigo机型配合，在Indigo的成品表层涂布一层保护油，可以提高软包装应用当中油墨的抗刮擦性，并且能解决复合应用中热封时网点变形的问题，降低复合时的损耗。另外，由于EB固化后材料的优异性能，故EB固化在装饰壁纸及复合包材等市场方向也有一定的应用。
3、复合包材胶粘剂的固化
由于EB固化是瞬时固化，经过EB的胶粘剂即时完全固化。这样，在EB复合时，不需要传统复合所需要的熟化时间，这样对于软包装生产厂家，可以即时知道复合的结果并且降低工序之间的损耗。ebeam曾联合国外的品牌推出了可以同时固化油墨、光油、冷烫、C平方以及即时复合几种功能合一的印刷机，对软包装的工艺流程做出了新的探讨。
4、薄膜基材的交联
前面所提EB的交联作用，故对于交联反应类的基材（比如PE），在经过了EB处理之后膜类材料的强度增强，并且耐温性提高。这样，在EB的交联类应用中，EB处理的薄膜类材料也可用于收缩套标的应用。
三、EB固化在中国的应用与挑战
虽然EB固化应用在国外是相对成熟的应用，但是EB固化应用在国内印刷领域还是刚刚起步。在现阶段，EB固化的设备相对昂贵，相对的固化材料例如油墨、光油、胶粘剂等还依赖进口。但是由于EB固化显而易见的优点，这种固化方式更加符合包装升级的低成本、高质量、环保以及高速的要求。
