【成都UV-EB會議專家報告】7何小海-電子束固化技術在印刷包裝行業(yè)的應用研究2003

電子束固化技術在印刷包裝行業(yè)的應用研究湖北久瑞核技術股份有限公司武漢久瑞電氣有限公司二〇一二年七月一、背景與意義輻射固化是輻射加工領域中十分重要的方面，在世界經(jīng)濟發(fā)達國家中已成為日益興旺的新技術行業(yè)。EB固化技術的研究始于20世紀60年代末期，20世紀70年代初期美國福特汽車公司將EB固化涂料成功應用于汽車零部件和儀表表面的涂裝，其后日本、原蘇聯(lián)以及歐洲的許多國家也紛紛開展EB固化技術、設備的研究，其產(chǎn)品已廣泛應用于涂料、油墨、黏接劑以及電子行業(yè)。

20世紀90年代以來，我國UV固化技術獲得了長足的進步，應用范圍日益擴大，相關研究較多；而EB固化技術的報道較少。目前國內輻射固化行業(yè)幾乎沒有一臺電子束設備，專門用于工業(yè)固化生產(chǎn)。

電子加速器可以廣泛應用于工業(yè)、醫(yī)療、食品、環(huán)保和農業(yè)等領域。工業(yè)領域：電線電纜、熱縮材料、橡膠硫化、涂層固化、油墨固化、紡織品處理、發(fā)泡材料、有機PTC材料以及輻射接枝、瀝青改性、工業(yè)探傷、薄膜輻照、乳膠硫化等醫(yī)療領域：輻射治療、醫(yī)療用品消毒滅菌、中藥輻照滅菌等食品領域：糧食、蔬菜、水果等保鮮及殺菌處理環(huán)保領域：污水處理、廢棄物處理、工業(yè)廢氣處理、燃煤煙氣脫硫等農業(yè)領域：引發(fā)種子變異、育種，輻射殺蟲滅菌以實現(xiàn)綠色存儲。應用領域一、背景與意義在我國輻射固化涂料的年增長速度在15%以上。下面為世界各國輻照固化占固化行業(yè)比例：國家平均占有率年增長率美國43%10%歐盟38%7.3%日本35%6.5%中國10%15%

輻照固化包括UV固化和電子束固化，在國外，輻照固化領域UV固化占95%，電子束固化占5%，而在國內，電子束固化還是空白。一、背景與意義二、EB固化基本機理和優(yōu)勢1、EB固化機理

EB固化是通過高能電子束（100～300KeV）與涂料分子相互作用，使之分解成自由基而引發(fā)高分子均聚物和活性稀釋劑交聯(lián)成膜。EB固化主要步驟可歸納如下：其中AB表示涂料樹脂分子。2、EB固化優(yōu)勢及應用領域原則上，UV固化體系都能應用于EB固化。UV固化是依靠光波的傳遞引發(fā)反應，所以UV固化體系中必須包含光敏引發(fā)劑，且UV很難使不透明的體系（如色漆）完全固化。而EB固化是利用電子加速器使電子產(chǎn)生很大的動能，利用電子的高穿透能力引發(fā)聚合，色漆可同樣固化，而且EB體系中可以不加光敏引發(fā)劑，比UV體系更加“純正”，因此其涂層在光穩(wěn)定性和耐久性方面更加優(yōu)異。二、EB固化基本機理和優(yōu)勢二、EB固化基本機理和優(yōu)勢比較項目傳統(tǒng)熱固化UV固化EB固化節(jié)能能耗極高

能耗是熱固化的5%能耗是熱固化的1%環(huán)保有較多揮發(fā)性溶劑及VOC排放，嚴重污染環(huán)境有少量有害單體殘留零排放生產(chǎn)效率效率極低效率較快效率高產(chǎn)品質量一般較好好固化溫度很高較低（根據(jù)光源）固化溫度低,特別適合熱敏基材運行成本很高較低低應用范圍主要應用于中、低端產(chǎn)品。固化深度有限、對深色油墨敏感，使用范圍受限。固化深度可調，不受顏色影響，應用范圍廣。占地空間很大較小?。ㄔO備緊湊可控性強）EB固化與熱固化、UV固化技術比較二、EB固化基本機理和優(yōu)勢三、電子束固化設備1、電子束固化設備基本原理圖解實驗型設備性能指標

2、實驗型設備用于EB油墨開發(fā)實驗和生產(chǎn)線在線生產(chǎn)實驗。主要技術指標如下：額定能量：100～150keV電子束流：0～20mA掃描寬度：250mm冷卻方式：自循環(huán)水冷卻泄漏劑量：操作人員接受的劑量<5uSv/h（國家標準）。3、標準產(chǎn)品系列●EB120/20（2.4kW）

低能自屏蔽EB設備，用于涂層固化；●EB130/100（13kW）

低能自屏蔽EB設備，用于紡織材料改性；●EB130/150（19.5kW）

低能自屏蔽EB設備，用于涂層固化；●EB150/10（1.5kW）

低能自屏蔽EB設備，用于粉料滅菌；●EB150/20（3kW）

低能自屏蔽EB設備，用于油墨印制固化；●EB200/100（20kW）低能自屏蔽EB設備，用于薄膜輻照交聯(lián)；●EB500/150（75kW）自屏蔽EB設備，用于半鋼子午胎預硫化；●EB500/60（30kW）自屏蔽EB設備，用于全鋼子午胎預硫化；●XZ800/40（32kW）電子束設備，用于發(fā)泡材料的改性。1.EB設備額定能量：120keV2.EB設備能量調節(jié)范圍：75～120keV3.電子束流：0～20mA可調；4.最大掃描寬度：200mm；5.能量不穩(wěn)定度：≤±2%；6.束流不穩(wěn)定度：≤±2%；7.掃描不均勻度：≤±6%；8.能量轉換效率：≥90%；9.EB設備工作方式：24小時連續(xù)工作；10.負載工作下的真空度：優(yōu)于5×10-4Pa；11.泄漏劑量（設備表面50mm處）：<5uSv/h(符合國家標準)；12.接口信號：4～20mA/0～5V，可與生產(chǎn)線聯(lián)動，確保輻照劑量均勻。EB120/20-200SI型電子束設備性能指標EB120/20-200SI型電子束設備性能指標用于表面涂層固化研究100keV/20mA，表面照射劑量率：360Mrad.m/min；

EB130/100-850SI型電子束設備性能指標1.EB設備額定能量：130keV2.EB設備能量調節(jié)范圍：110～130keV3.電子束流：0～100mA可調；4.最大掃描寬度：1700mm；5.能量不穩(wěn)定度：≤±2%；6.束流不穩(wěn)定度：≤±2%；7.掃描不均勻度：≤±6%；8.能量轉換效率：≥90%；9.EB設備工作方式：24小時連續(xù)工作；10.負載工作下的真空度：優(yōu)于5×10-4Pa；11.泄漏劑量（設備表面50mm處）：<5uSv/h(符合國家標準)；12.接口信號：4～20mA/0～5V，可與生產(chǎn)線聯(lián)動，確保輻照劑量均勻；13.為用戶預留N2（或其他在電子束作用下，不會腐蝕不銹鋼和鈦的氣體）保護環(huán)境充氣接口。EB130/100-850SI型電子束設備外觀尺寸

EB130/100-850SII型電子束設備應用于生產(chǎn)線EB130/150-1000SI型電子束設備性能指標1.EB設備額定能量：130keV2.EB設備能量調節(jié)范圍：110～130keV3.電子束流：0～150mA可調；4.最大掃描寬度：1000mm；5.能量不穩(wěn)定度：≤±2%；6.束流不穩(wěn)定度：≤±2%；7.掃描不均勻度：≤±6%；8.能量轉換效率：≥90%；9.EB設備工作方式：24小時連續(xù)工作；10.負載工作下的真空度：優(yōu)于5×10-4Pa；11.泄漏劑量（設備表面50mm處）：<5uSv/h(符合國家標準)。12.為用戶預留N2（或其他在電子束作用下，不會腐蝕不銹鋼和鈦的氣體）保護環(huán)境充氣接口。氮氣流量200立方米/小時，氮氣的純度要求為：＜50ppm（＞99.995%）。序號項目技術要求備注1供電三相四線，AC380V，50Hz。總功率27.8kW，考慮到安全余量取35kW的容量較為合適。0.5Ω的接地裝置2循環(huán)冷卻水8.5t/h，水入口水溫＜32度，入口壓力0.4～0.6MPa。軟水或去離子水，防止管道結垢。3排風排除臭氧,風量＞600m3/h，風壓＞700Pa?！禛B18066－2000居住區(qū)大氣中臭氧衛(wèi)生標準》4材料位置精度設備入口處，材料位置中心位置偏差≤±10mm。EB130/100-1000SI型電子束設備運行條件EB130/100-1000SI型電子束設備運行條件1.EB設備額定能量：150keV2.EB設備能量調節(jié)范圍：120～150keV3.電子束流：0～10mA可調；4.最大掃描寬度：200mm；5.能量不穩(wěn)定度：≤±2%；6.束流不穩(wěn)定度：≤±2%；7.掃描不均勻度：≤±6%；8.能量轉換效率：≥90%；9.EB設備工作方式：24小時連續(xù)工作；10.負載工作下的真空度：優(yōu)于5×10-4Pa；11.泄漏劑量（設備表面50mm處）：<5uSv/h(符合國家標準)；12.接口信號：4～20mA/0～5V，可與生產(chǎn)線聯(lián)動，確保輻照劑量均勻。EB150/10-200SI型電子束設備性能指標用于粉料滅菌150keV/20mA，表面照射劑量率：285Mrad.m/min；EB130/100-1000SI型電子束設備照片1.EB設備額定能量：200keV2.EB設備能量調節(jié)范圍：180～210keV3.電子束流：0～100mA可調；4.最大掃描寬度：700mm；5.能量不穩(wěn)定度：≤±2%；6.束流不穩(wěn)定度：≤±2%；7.掃描不均勻度：≤±6%；8.能量轉換效率：≥90%；9.EB設備工作方式：24小時連續(xù)工作；10.負載工作下的真空度：優(yōu)于5×10-4Pa；11.泄漏劑量（設備表面50mm處）：<5uSv/h(符合國家標準)；12.接口信號：4～20mA/0～5V，可與生產(chǎn)線聯(lián)動，確保輻照劑量均勻。EB200/100-700SI型電子束設備技術指標EB200/100-700SI型電子束設備技術指標

175keV/80mA，表面照射劑量率：265Mrad.m/min用于食品保鮮包裝膜輻照改性EB200/100-700SI型電子束設備技術指標設備尺寸和重量安裝在山東，用于輪胎簾布層輻照改性。電子束能量：500keV，能量不穩(wěn)定度：<±2%;束流范圍：0～150mA，束流不穩(wěn)定度：<±2%;有效掃描寬度：1500mm，掃描均勻性：<±5%;高壓電源能量轉換效率：>90%泄漏劑量(設備表面50mm)：<5usV/h;接口信號：4～20mA/0～5V，可與生產(chǎn)線聯(lián)動，確保輻照劑量均勻。EB500/150-1550SI型電子束設備技術指標序號項目技術要求備注1供電三相四線，AC380V，50Hz?？偣β?15kW，考慮到安全余量取150kW的容量較為合適。0.5Ω的接地裝置2循環(huán)冷卻水10t/h，水入口水溫＜32度，入口壓力0.4～0.6MPa。軟水或去離子水，防止管道結垢。3排風排除臭氧,風量＞3600m3/h，風壓＞4000Pa?！禛B18066－2000居住區(qū)大氣中臭氧衛(wèi)生標準》4輪胎部件位置精度設備入口處，預硫化部件位置偏差≤±10mm。EB500/150-1550SI型電子束設備運行條件EB500/150-1550SI型電子束設備圖片用于輪胎內襯層輻照改性。電子束能量：500keV，能量不穩(wěn)定度：<±2%;束流范圍：0～60mA，束流不穩(wěn)定度：<±2%;有效掃描寬度：1000mm，掃描均勻性：<±5%;高壓電源能量轉換效率：>90%泄漏劑量(設備表面50mm)：<5usV/h;接口信號：4～20mA/0～5V，可與生產(chǎn)線聯(lián)動，確保輻照劑量均勻。EB500/60-1000SI型電子束設備技術指標EB500/60-1000SI型電子束設備運行條件序號項目技術要求備注1供電三相四線，AC380V，50Hz?？偣β?3kW，考慮到安全余量取100kW的容量較為合適。0.5Ω的接地裝置2循環(huán)冷卻水10t/h，水入口水溫＜32度，入口壓力0.4～0.6MPa。軟水或去離子水，防止管道結垢。3排風排除臭氧,風量＞3600m3/h，風壓＞4000Pa?！禛B18066－2000居住區(qū)大氣中臭氧衛(wèi)生標準》4輪胎部件位置精度設備入口處，預硫化部件位置偏差≤±10mm。EB500/60-1000SI型電子束設備照片1、EB固化油墨用樹脂單體的發(fā)展目前國內還沒有專門針對電子束固化油墨生產(chǎn)的樹脂和單體，為更好地發(fā)揮電子束固化技術的優(yōu)勢，我公司準備結合油墨廠根據(jù)油墨生產(chǎn)的需要開發(fā)相關的電子束固化油墨用的樹脂和單體。EB表面涂層固化技術的市場前景良好，需要EB設備提供商、EB涂料開發(fā)制造商，還有象四川大學楊教授、北京化工大學聶教授這樣的專家一起才能把這個市場培育起來。在EB設備這一塊，我們與國外的同行比較，性價比很有優(yōu)勢，目前我們的商業(yè)應用客戶都是在考察比較美國ＥＳＩ設備后最終選擇我們的ＥＢ設備；在ＥＢ涂料這一塊，恒昌石油化工有限公司的楊總、孫工在四川大學楊教授的指導下進行了EB光油的開發(fā)工作，湖南省金?？萍加邢薰疽苍贓B涂料開發(fā)上做了大量實際工作，說明涂料油墨廠商也非?？春茫牛卤砻嫱繉庸袒夹g的市場前景。同時國外EB涂料廠商也很看好國內EB涂層固化技術市場，目前在國內已有代理機構，并且已開始向EB涂層固化技術商業(yè)應用客戶穩(wěn)定供貨。2、EB油墨的特點（1）提高包裝印刷品的健康安全性由于電子束固化油墨配方中不含揮發(fā)性有機溶劑和光引發(fā)劑，油墨的交聯(lián)可達100%，因此干燥后的墨膜中不含小分子，更無光引發(fā)劑遷移，這樣產(chǎn)品可做到無氣味?？赏耆珴M足我國及歐美國家對煙草包裝印刷品的環(huán)保和健康安全要求。（2）提高印刷速度目前紫外光固化油墨的干燥速度只有100-200米∕分鐘，而海德堡印刷機印刷速度是700米∕分鐘，因此紫外光固化油墨的固化速度遠遠不能滿足印刷機的要求。電子束固化油墨的固化速度可達800米∕分鐘，完全能滿足印刷機對印刷速度的要求，印刷的生產(chǎn)效率將大大提高。（3）印刷工藝創(chuàng)新紫外光固化油墨進行多色套印有很多問題需要解決，由于不同顏色對紫外光的吸收波長不一樣，印刷的色序有嚴格的規(guī)定，否則會造成油墨無法固化。紫外光固化油墨進行多色套印時，必須每印完一色就固化一次，而紫外燈除發(fā)射紫外線外還要產(chǎn)生大量的紅外熱，這樣承印紙張每印一色溫度就會上升一次。紙張會因溫度的升高失去水分變形，紙張的變形將會嚴重影響到套印精度，降低印刷品質。電子束固化油墨的固化不受顏色的影響，可深層固化，電子束輻射不產(chǎn)生熱量，因此電子束固化油墨印刷可實現(xiàn)多色套印一次固化，印刷的色序可根據(jù)需要隨意安排，印刷效率、印刷精度將大大提高，同時節(jié)約大量電能。四、EB油墨五、湖北久瑞核技術股份有限公司簡介湖北久瑞核技術股份有限公司是一家從事民用非動力核技術的高新科技企業(yè)，源于中國工程物理研究院的四川久環(huán)電氣有限公司。公司致力于低能自屏蔽電子束設備（EB設備）的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售。公司于2011年2月將其遷移至武漢，投資新建的占地274畝的久瑞核技術產(chǎn)業(yè)園項目一期工程已完成，具備年產(chǎn)300臺套的生產(chǎn)能力。辦公樓：4000平方米總裝車間：4000平方米機加車間：2000平方米鉗工車間：2000平方米電源零部件車間：3000平方米專有技術加速器總體集成技術電子束掃描引出技術高壓電源跨介質傳輸技術加速管封接技術環(huán)氧線圈灌封技術高轉換效率大功率電源制造技術射線屏蔽技術專利技術序號專利名稱專利類型專利號專利申請日/授權公告日備注1一種采用高能電子束對油品進行輻照的脫硫方法發(fā)明ZL

200810196883.220080908/20091125有證書2含微量光引發(fā)劑的涂層及其固化方法發(fā)明201110204517.920110721已受理3一種電子加速器發(fā)明201110226349.320110809已受理4一種電子加速器的電子束流控制裝置發(fā)明201110282400.220110922已受理5一種電子加速器實用新型ZL201120286604.920110809/20120208有證書6一種電子加速器的電子束流控制裝置實用新型ZL201120356206.x20110922/20120425有證書7電子束掃描均勻性測量系統(tǒng)發(fā)明ZL2006100221