环保又防伪，这种“纸”在包装上的惊艳表现
时间：2022-08-17 来源：
随着物质生活水平的大幅提高，消费者对商品越来越挑剔，此时包装的精美度会在很大程度上影响消费者的购买欲望。影响包装精美度最核心的两个元素是包装材料和包装设计。随着全球对环保的重视，包装材料的选用必须满足可降解、可回收的要求，纸质材料将更多地替代塑料。普通的白卡纸在材质上过于单一，缺乏创新，同时普通白卡纸与塑料相比不具备阻隔性，所以在功能上有所欠缺。全息真空喷铝纸的出现解决了上述问题，同时具有一定的视觉和防伪功能，成为一种新型的功能型环保材料。
真空喷铝纸的发展与生产工艺
真空直镀型喷铝纸是在原纸表面先涂布一层底涂层，将原纸表面纤维的凹凸不平进行一层涂料的填覆，从而使原纸表面更平整，然后在纸张涂层面上进行铝分子的真空蒸镀，最后根据印刷和包装需要在铝层表面涂覆水性环保涂层，如图1。
真空直镀型喷铝纸的优点：环保、工艺简单、生产成本低等。缺点：铝层表面平整度较差，不适用于定量150g/m2以上的卡纸，铝层与纸张的结合力一般。真空直镀型喷铝纸主要适用于食品的内衬、饮料及酒类瓶的标签。
图1 真空直镀型喷铝纸结构示意图
真空覆膜型喷铝纸
真空覆膜型喷铝纸是在BOPET或BOPP薄膜表面进行铝分子的真空蒸镀，再将镀铝后的BOPET或BOPP薄膜通过胶黏剂与纸张复合，同时根据产品要求对薄膜表面涂覆水性环保清漆层，如图2所示。
真空覆膜型喷铝纸的优点：耐刮擦、耐折等。缺点：膜和纸复合在一起不能同时降解，不环保；膜有反弹力，纸张模切成型较差。真空覆膜型喷铝纸主要适用于各类化妆品、日化用品、酒等包装。
图2 真空覆膜型喷铝纸结构示意图
真空转移型喷铝纸
真空转移型喷铝纸是在BOPET薄膜表面先涂布一层转移型水性涂料，接着在BOPET薄膜涂料面进行铝分子真空蒸镀，再将镀铝后的BOPET镀铝膜通过胶黏剂与纸张进行复合，同时连线将BOPET薄膜剥离，纸张表面留下了带有可印刷转移涂层的铝分子层，如图3所示。
真空转移型喷铝纸优点：纸张可直接降解，十分环保；铝层平整度高，与纸张结合力好。缺点：生产工艺复杂，耐刮擦性一般，容易出现爆色现象。真空转移型喷铝纸主要适用于各类烟草包装。
图3 真空转移型喷铝纸结构示意图
全息光学技术在真空喷铝纸上的应用
激光器于20世纪60年代问世，早期以卤素激光器为主，发展至今以氦镉激光器和半导体激光器为主。全息光学技术就是应用了此类激光器迅速发展起来的一种立体照相技术。中国将激光全息技术用于防伪领域始于二十世纪八九十年代，主要用于防伪标签的生产。进入21世纪后，随着全息模压技术的成熟以及国内对于包装的美好追求，镭射全息与真空喷铝技术相结合，一种兼具炫彩视觉效果、金属质感和防伪技术的新型包装材料——全息真空喷铝纸应运而生。在过去20年，全息真空喷铝纸伴随着全息光学技术、镭射全息模压技术和印刷工艺的革新，经历了三代发展。
20世纪90年代，全息光学技术大部分还是以传统照相法来完成的，以普遍全息图像作为拍摄物体，用光致抗蚀刻剂的感光片代替普通照片拍摄的全息图，经曝光处理后，得到一张浮雕型位相全息图，即制作彩虹全息图的母版。再用化学镀银法，在母版表面镀上一层很薄的金属膜，再电镀上适当厚度的镍或其他金属，做成一块机械性能良好的模压金属板。将此板装在压印机上，热压聚酯类塑料薄膜，把浮雕型全息图压印在薄膜上，最后在薄膜上真空蒸镀一层铝膜，以提高膜的反射率。在铝膜上盖镀或涂布保护层后，便制成全息图片，即不透明的激光模压全息防伪图。
这种全息图可用日光观察，日光中每一种波长的光都会被图片上的干涉条纹所衍射，因有不同的衍射角，故在不同的角度观看时，会产生不同颜色的再现图像。由于采用照相法制作的镭射母版只能实现素面彩虹效果，如需要不同角度观察，则需要拍摄不同角度的全息图。
运用在全息真空喷铝纸上最广泛的就是大幅面素面彩虹版，由于包装需要，素面彩虹版的尺寸要远大于普通防伪标签，所以在整个照相拍摄过程中，对于感光材料的稳定性、激光器的功率、拍摄透镜的尺寸行程，以及噪声的过滤处理都有极高的要求。目前，市场上能满足包装使用要求的大幅面素面彩虹镭射版，主要由美国和瑞士的两家全息生产企业制作。因为大幅面没有拼接缝，衍射光在全角度均能展现，所以虽然大幅面素面彩虹全息喷铝纸是第一代全息真空喷铝纸，但目前仍然是包装市场上广受欢迎、使用频率较高的镭射喷铝包装材料之一，如图4所示。
图4 第一代素面彩虹全息真空喷铝纸
第二代全息真空喷铝纸——光刻点阵全息真空喷铝纸
由于照相全息技术无法实现衍射角度的动态变化，防伪技术比较单一，促使人们不得不开始寻求改进现有的全息技术。进入2000年以后，计算机的普及带来了一种全新的全息图案制作方法——光刻点阵全息制版技术，即将需要进行制作的全息图在电脑中进行制作，图案分辨率的大小决定了图案中像素点的多少，而光刻点阵就是将这些像素点进行逐点曝光，通过计算机软件程序控制每个像素点光栅的方向，从而实现图形的虚实、过渡变化。光刻像素点分辨率的大小取决于计算机的运算速度，做图时分辨率可以从128dpi到上万dpi，常用的一般为508dpi和1016dpi。
光刻点阵全息技术与真空喷铝纸结合后，在包装上应用镭射图案变得越来越广泛。设计师只需将设计好的镭射图案导入光刻点阵设备计算机软件内，整个光刻制版过程完全由计算机生成，通过计算机控制两束相干光束以像素为单位逐点生成全部图案，对不同点可改变双光束之间的夹角，这样不但能制作出具有渐变效果的衍射图案，还能完成类似同位异像、2D3D景深、三维全息图、防伪微缩字和红外隐藏图文再现等特殊镭射效果。
采用光刻点阵全息制版技术在全息真空喷铝纸上应用最多的镭射图案就是以动态渐变为代表的柱状光栅系列。由于图案灰度的渐变过渡使得光栅有打开关闭和移动的效果，布纹光柱、镜面光柱、拉丝光柱等都是在镭射包装上应用最广泛、最受欢迎的图案。目前，市场上的烟、酒、化妆品、日化用品等包装上均大量使用光柱图案的镭射喷铝纸，如图5所示。
图5 第二代光刻点阵全息真空喷铝纸
第三代全息真空喷铝纸——微结构直写全息真空喷铝纸
第二代光刻点阵全息技术是由两束光聚焦形成干涉条纹，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喷铝纸在包装市场上经历了近20年的发展后，其自身七彩衍射光对印刷图文的干扰、易偏色、过于耀眼等问题开始逐渐暴露，同时整个商品包装的设计和包装材料的选用逐渐从绚丽向素雅、高档转化，这也促使全息光学在制版技术上的发展。
目前，一种新型的微结构直写全息制版技术已开发成功，并被成功应用到全息真空喷铝生产工艺中。微结构直写全息制版技术改变了原先双光束聚焦形成干涉条纹再衍射的光学原理，通过单束光进行光刻，而曝光过程不再是逐点曝光，而是通过直写方式，块状曝光或线条曝光。这种制版技术的优势主要有以下两方面。
(1)没有衍射产生的七彩光，反射的镭射光呈现单色白光，印刷不易出现偏色问题，而且单色白光结合喷铝后的金属质感，整体高级感更强。
(2)双光束聚焦光刻深度只能在一个平面上，光刻图案只有角度的变化而没有深度的变化，图案始终是平面的，而单光束光刻可以在不同深度进行光刻曝光，光刻图案的立体感和肌理质感更强烈。
第三代微结构直写全息制版技术应用到真空喷铝纸上后，迅速被市场所接受，高端的酒盒、化妆品包装、烟盒、日化不干胶材料都在尝试使用这种新型的镭射喷铝包装材料，如图6所示。
图6 第三代微结构直写全息真空喷铝纸
未来新型全息真空喷铝纸在包装上的应用
全息真空喷铝纸经历了20余年、三代结构的发展，目前应用最广泛的领域主要集中在烟、酒、化妆品和日化用品四大板块。除烟以外，其他3个领域基本以真空覆膜型喷铝纸为主，未来随着全球限塑政策的不断深入推进，以纸代塑将成为全球包装的发展趋势，将全息真空喷铝纸替代真空覆膜型喷铝纸，以及开发新型真空喷铝纸及其应用市场，成为未来环保型全息真空喷铝纸的开发重点。
全息真空喷铝纸要在更多的包装领域应用，必须要从视觉设计和产品结构功能上寻求突破。相较于真空覆膜型喷铝纸，全息真空喷铝纸不仅在印刷适性、后加工工艺、纸张成型方面具有较大的优势，而且纸张可以直接回收打浆再制，十分环保。但是真空转移型喷铝纸在耐折性和耐爆性上具有一定的劣势，所以开发时需要重点关注以下几方面。
(1)选用长纤维底纸，含水率高于5%。
(2)选用水性聚氨酯胶黏剂和涂层，保证较好的成膜效果，增加纸张耐折性。
(3)选用耐爆性较好的印刷油墨和光油，设计时折痕处应规避丝网印刷等工艺。
(4)选用圆形压痕刀，适当增加压痕宽度，使压痕刀处于底膜痕线的居中位置。
采用上述方法能有效改善真空转移型喷铝纸折痕爆色问题，有助于其在包装领域获得更广泛的推广和使用。在功能上突破后，可采用多元化视觉设计，结合混合型定位全息制版方式，将多种全息制版技术和镭射效果进行组合，制作在同一张全息真空喷铝纸上。混合型定位全息制版技术的应用，不但能在感官上具有超强的视觉冲击，而且能节省后道工艺，节约成本，提高效率，如图7。例如，铂金浮雕效果可替代压凹凸和烫印工艺，细砂点效果可替代逆向上光工艺，微结构拉丝等纹理效果可替代丝网印刷工艺等。
图7 混合型定位全息转移真空喷铝纸
作为世界第二大包装国，中国包装市场潜力巨大，特别是一些大中型城市正在围绕文化创意和网络经济为特色，打造全新的城市发展规划，极具视觉冲击的新型包装搭配各类快消品，更能吸引21世纪年轻消费群体。例如，现有咖啡杯、奶茶杯材料都是普通纸杯纸淋膜PE，不仅视觉上千篇一律，而且PE淋膜不环保，不符合包装去塑的发展要求。如果将真空转移型喷铝纸应用到纸杯上，特有的金属质感和炫酷的镭射全息效果，能使纸杯的视觉效果更好（如图8），符合年轻消费者的喜好，再通过无塑涂层替代PE淋膜，从结构上进行升级，更符合环保可回收的发展趋势。可见，全息真空转移型喷铝纸可在更多包装产品上应用，市场前景广阔。
图8 环保型全息真空喷铝纸杯
全息真空喷铝纸独特的金属光泽结合镭射炫彩的表观和防伪技术，已经在包装领域占据了重要地位，而随着未来绿色环保包装和去塑的推行，环保型全息真空喷铝转移纸必将替代覆膜纸，迎来更广阔的发展空间。
作者：上海紫江喷铝环保材料有限公司 朱立纲
