環保又防偽，這種“紙”在包裝上的驚艷表現
時間：2022-08-17 來源：
隨著物質生活水平的大幅提高，消費者對商品越來越挑剔，此時包裝的精美度會在很大程度上影響消費者的購買欲望。影響包裝精美度最核心的兩個元素是包裝材料和包裝設計。隨著全球對環保的重視，包裝材料的選用必須滿足可降解、可回收的要求，紙質材料將更多地替代塑料。普通的白卡紙在材質上過于單一，缺乏創新，同時普通白卡紙與塑料相比不具備阻隔性，所以在功能上有所欠缺。全息真空噴鋁紙的出現解決了上述問題，同時具有一定的視覺和防偽功能，成為一種新型的功能型環保材料。
真空噴鋁紙的發展與生產工藝
真空直鍍型噴鋁紙是在原紙表面先涂布一層底涂層，將原紙表面纖維的凹凸不平進行一層涂料的填覆，從而使原紙表面更平整，然后在紙張涂層面上進行鋁分子的真空蒸鍍，最后根據印刷和包裝需要在鋁層表面涂覆水性環保涂層，如圖1。
真空直鍍型噴鋁紙的優點：環保、工藝簡單、生產成本低等。缺點：鋁層表面平整度較差，不適用于定量150g/m2以上的卡紙，鋁層與紙張的結合力一般。真空直鍍型噴鋁紙主要適用于食品的內襯、飲料及酒類瓶的標簽。
圖1 真空直鍍型噴鋁紙結構示意圖
真空覆膜型噴鋁紙
真空覆膜型噴鋁紙是在BOPET或BOPP薄膜表面進行鋁分子的真空蒸鍍，再將鍍鋁后的BOPET或BOPP薄膜通過膠黏劑與紙張復合，同時根據產品要求對薄膜表面涂覆水性環保清漆層，如圖2所示。
真空覆膜型噴鋁紙的優點：耐刮擦、耐折等。缺點：膜和紙復合在一起不能同時降解，不環保；膜有反彈力，紙張模切成型較差。真空覆膜型噴鋁紙主要適用于各類化妝品、日化用品、酒等包裝。
圖2 真空覆膜型噴鋁紙結構示意圖
真空轉移型噴鋁紙
真空轉移型噴鋁紙是在BOPET薄膜表面先涂布一層轉移型水性涂料，接著在BOPET薄膜涂料面進行鋁分子真空蒸鍍，再將鍍鋁后的BOPET鍍鋁膜通過膠黏劑與紙張進行復合，同時連線將BOPET薄膜剝離，紙張表面留下了帶有可印刷轉移涂層的鋁分子層，如圖3所示。
真空轉移型噴鋁紙優點：紙張可直接降解，十分環保；鋁層平整度高，與紙張結合力好。缺點：生產工藝復雜，耐刮擦性一般，容易出現爆色現象。真空轉移型噴鋁紙主要適用于各類煙草包裝。
圖3 真空轉移型噴鋁紙結構示意圖
全息光學技術在真空噴鋁紙上的應用
激光器于20世紀60年代問世，早期以鹵素激光器為主，發展至今以氦鎘激光器和半導體激光器為主。全息光學技術就是應用了此類激光器迅速發展起來的一種立體照相技術。中國將激光全息技術用于防偽領域始于二十世紀八九十年代，主要用于防偽標簽的生產。進入21世紀后，隨著全息模壓技術的成熟以及國內對于包裝的美好追求，鐳射全息與真空噴鋁技術相結合，一種兼具炫彩視覺效果、金屬質感和防偽技術的新型包裝材料——全息真空噴鋁紙應運而生。在過去20年，全息真空噴鋁紙伴隨著全息光學技術、鐳射全息模壓技術和印刷工藝的革新，經歷了三代發展。
20世紀90年代，全息光學技術大部分還是以傳統照相法來完成的，以普遍全息圖像作為拍攝物體，用光致抗蝕刻劑的感光片代替普通照片拍攝的全息圖，經曝光處理后，得到一張浮雕型位相全息圖，即制作彩虹全息圖的母版。再用化學鍍銀法，在母版表面鍍上一層很薄的金屬膜，再電鍍上適當厚度的鎳或其他金屬，做成一塊機械性能良好的模壓金屬板。將此板裝在壓印機上，熱壓聚酯類塑料薄膜，把浮雕型全息圖壓印在薄膜上，最后在薄膜上真空蒸鍍一層鋁膜，以提高膜的反射率。在鋁膜上蓋鍍或涂布保護層后，便制成全息圖片，即不透明的激光模壓全息防偽圖。
這種全息圖可用日光觀察，日光中每一種波長的光都會被圖片上的干涉條紋所衍射，因有不同的衍射角，故在不同的角度觀看時，會產生不同顏色的再現圖像。由于采用照相法制作的鐳射母版只能實現素面彩虹效果，如需要不同角度觀察，則需要拍攝不同角度的全息圖。
運用在全息真空噴鋁紙上最廣泛的就是大幅面素面彩虹版，由于包裝需要，素面彩虹版的尺寸要遠大于普通防偽標簽，所以在整個照相拍攝過程中，對于感光材料的穩定性、激光器的功率、拍攝透鏡的尺寸行程，以及噪聲的過濾處理都有極高的要求。目前，市場上能滿足包裝使用要求的大幅面素面彩虹鐳射版，主要由美國和瑞士的兩家全息生產企業制作。因為大幅面沒有拼接縫，衍射光在全角度均能展現，所以雖然大幅面素面彩虹全息噴鋁紙是第一代全息真空噴鋁紙，但目前仍然是包裝市場上廣受歡迎、使用頻率較高的鐳射噴鋁包裝材料之一，如圖4所示。
圖4 第一代素面彩虹全息真空噴鋁紙
第二代全息真空噴鋁紙——光刻點陣全息真空噴鋁紙
由于照相全息技術無法實現衍射角度的動態變化，防偽技術比較單一，促使人們不得不開始尋求改進現有的全息技術。進入2000年以后，計算機的普及帶來了一種全新的全息圖案制作方法——光刻點陣全息制版技術，即將需要進行制作的全息圖在電腦中進行制作，圖案分辨率的大小決定了圖案中像素點的多少，而光刻點陣就是將這些像素點進行逐點曝光，通過計算機軟件程序控制每個像素點光柵的方向，從而實現圖形的虛實、過渡變化。光刻像素點分辨率的大小取決于計算機的運算速度，做圖時分辨率可以從128dpi到上萬dpi，常用的一般為508dpi和1016dpi。
光刻點陣全息技術與真空噴鋁紙結合后，在包裝上應用鐳射圖案變得越來越廣泛。設計師只需將設計好的鐳射圖案導入光刻點陣設備計算機軟件內，整個光刻制版過程完全由計算機生成，通過計算機控制兩束相干光束以像素為單位逐點生成全部圖案，對不同點可改變雙光束之間的夾角，這樣不但能制作出具有漸變效果的衍射圖案，還能完成類似同位異像、2D3D景深、三維全息圖、防偽微縮字和紅外隱藏圖文再現等特殊鐳射效果。
采用光刻點陣全息制版技術在全息真空噴鋁紙上應用最多的鐳射圖案就是以動態漸變為代表的柱狀光柵系列。由于圖案灰度的漸變過渡使得光柵有打開關閉和移動的效果，布紋光柱、鏡面光柱、拉絲光柱等都是在鐳射包裝上應用最廣泛、最受歡迎的圖案。目前，市場上的煙、酒、化妝品、日化用品等包裝上均大量使用光柱圖案的鐳射噴鋁紙，如圖5所示。
圖5 第二代光刻點陣全息真空噴鋁紙
第三代全息真空噴鋁紙——微結構直寫全息真空噴鋁紙
第二代光刻點陣全息技術是由兩束光聚焦形成干涉條紋，然后在日光下形成七彩衍射效果。第一代和第二代全息真空噴鋁紙在包裝市場上經歷了近20年的發展后，其自身七彩衍射光對印刷圖文的干擾、易偏色、過于耀眼等問題開始逐漸暴露，同時整個商品包裝的設計和包裝材料的選用逐漸從絢麗向素雅、高檔轉化，這也促使全息光學在制版技術上的發展。
目前，一種新型的微結構直寫全息制版技術已開發成功，并被成功應用到全息真空噴鋁生產工藝中。微結構直寫全息制版技術改變了原先雙光束聚焦形成干涉條紋再衍射的光學原理，通過單束光進行光刻，而曝光過程不再是逐點曝光，而是通過直寫方式，塊狀曝光或線條曝光。這種制版技術的優勢主要有以下兩方面。
(1)沒有衍射產生的七彩光，反射的鐳射光呈現單色白光，印刷不易出現偏色問題，而且單色白光結合噴鋁后的金屬質感，整體高級感更強。
(2)雙光束聚焦光刻深度只能在一個平面上，光刻圖案只有角度的變化而沒有深度的變化，圖案始終是平面的，而單光束光刻可以在不同深度進行光刻曝光，光刻圖案的立體感和肌理質感更強烈。
第三代微結構直寫全息制版技術應用到真空噴鋁紙上后，迅速被市場所接受，高端的酒盒、化妝品包裝、煙盒、日化不干膠材料都在嘗試使用這種新型的鐳射噴鋁包裝材料，如圖6所示。
圖6 第三代微結構直寫全息真空噴鋁紙
未來新型全息真空噴鋁紙在包裝上的應用
全息真空噴鋁紙經歷了20余年、三代結構的發展，目前應用最廣泛的領域主要集中在煙、酒、化妝品和日化用品四大板塊。除煙以外，其他3個領域基本以真空覆膜型噴鋁紙為主，未來隨著全球限塑政策的不斷深入推進，以紙代塑將成為全球包裝的發展趨勢，將全息真空噴鋁紙替代真空覆膜型噴鋁紙，以及開發新型真空噴鋁紙及其應用市場，成為未來環保型全息真空噴鋁紙的開發重點。
全息真空噴鋁紙要在更多的包裝領域應用，必須要從視覺設計和產品結構功能上尋求突破。相較于真空覆膜型噴鋁紙，全息真空噴鋁紙不僅在印刷適性、后加工工藝、紙張成型方面具有較大的優勢，而且紙張可以直接回收打漿再制，十分環保。但是真空轉移型噴鋁紙在耐折性和耐爆性上具有一定的劣勢，所以開發時需要重點關注以下幾方面。
(1)選用長纖維底紙，含水率高于5%。
(2)選用水性聚氨酯膠黏劑和涂層，保證較好的成膜效果，增加紙張耐折性。
(3)選用耐爆性較好的印刷油墨和光油，設計時折痕處應規避絲網印刷等工藝。
(4)選用圓形壓痕刀，適當增加壓痕寬度，使壓痕刀處于底膜痕線的居中位置。
采用上述方法能有效改善真空轉移型噴鋁紙折痕爆色問題，有助于其在包裝領域獲得更廣泛的推廣和使用。在功能上突破后，可采用多元化視覺設計，結合混合型定位全息制版方式，將多種全息制版技術和鐳射效果進行組合，制作在同一張全息真空噴鋁紙上。混合型定位全息制版技術的應用，不但能在感官上具有超強的視覺沖擊，而且能節省后道工藝，節約成本，提高效率，如圖7。例如，鉑金浮雕效果可替代壓凹凸和燙印工藝，細砂點效果可替代逆向上光工藝，微結構拉絲等紋理效果可替代絲網印刷工藝等。
圖7 混合型定位全息轉移真空噴鋁紙
作為世界第二大包裝國，中國包裝市場潛力巨大，特別是一些大中型城市正在圍繞文化創意和網絡經濟為特色，打造全新的城市發展規劃，極具視覺沖擊的新型包裝搭配各類快消品，更能吸引21世紀年輕消費群體。例如，現有咖啡杯、奶茶杯材料都是普通紙杯紙淋膜PE，不僅視覺上千篇一律，而且PE淋膜不環保，不符合包裝去塑的發展要求。如果將真空轉移型噴鋁紙應用到紙杯上，特有的金屬質感和炫酷的鐳射全息效果，能使紙杯的視覺效果更好（如圖8），符合年輕消費者的喜好，再通過無塑涂層替代PE淋膜，從結構上進行升級，更符合環保可回收的發展趨勢。可見，全息真空轉移型噴鋁紙可在更多包裝產品上應用，市場前景廣闊。
圖8 環保型全息真空噴鋁紙杯
全息真空噴鋁紙獨特的金屬光澤結合鐳射炫彩的表觀和防偽技術，已經在包裝領域占據了重要地位，而隨著未來綠色環保包裝和去塑的推行，環保型全息真空噴鋁轉移紙必將替代覆膜紙，迎來更廣闊的發展空間。
作者：上海紫江噴鋁環保材料有限公司 朱立綱
