【成都UV-EB会议专家报告】7何小海-电子束固化技术在印刷包装行业的应用研究2003

电子束固化技术在印刷包装行业的应用研究湖北久瑞核技术股份有限公司武汉久瑞电气有限公司二〇一二年七月一、背景与意义辐射固化是辐射加工领域中十分重要的方面，在世界经济发达国家中已成为日益兴旺的新技术行业。EB固化技术的研究始于20世纪60年代末期，20世纪70年代初期美国福特汽车公司将EB固化涂料成功应用于汽车零部件和仪表表面的涂装，其后日本、原苏联以及欧洲的许多国家也纷纷开展EB固化技术、设备的研究，其产品已广泛应用于涂料、油墨、黏接剂以及电子行业。

20世纪90年代以来，我国UV固化技术获得了长足的进步，应用范围日益扩大，相关研究较多；而EB固化技术的报道较少。目前国内辐射固化行业几乎没有一台电子束设备，专门用于工业固化生产。

电子加速器可以广泛应用于工业、医疗、食品、环保和农业等领域。工业领域：电线电缆、热缩材料、橡胶硫化、涂层固化、油墨固化、纺织品处理、发泡材料、有机PTC材料以及辐射接枝、沥青改性、工业探伤、薄膜辐照、乳胶硫化等医疗领域：辐射治疗、医疗用品消毒灭菌、中药辐照灭菌等食品领域：粮食、蔬菜、水果等保鲜及杀菌处理环保领域：污水处理、废弃物处理、工业废气处理、燃煤烟气脱硫等农业领域：引发种子变异、育种，辐射杀虫灭菌以实现绿色存储。应用领域一、背景与意义在我国辐射固化涂料的年增长速度在15%以上。下面为世界各国辐照固化占固化行业比例：国家平均占有率年增长率美国43%10%欧盟38%7.3%日本35%6.5%中国10%15%

辐照固化包括UV固化和电子束固化，在国外，辐照固化领域UV固化占95%，电子束固化占5%，而在国内，电子束固化还是空白。一、背景与意义二、EB固化基本机理和优势1、EB固化机理

EB固化是通过高能电子束（100～300KeV）与涂料分子相互作用，使之分解成自由基而引发高分子均聚物和活性稀释剂交联成膜。EB固化主要步骤可归纳如下：其中AB表示涂料树脂分子。2、EB固化优势及应用领域原则上，UV固化体系都能应用于EB固化。UV固化是依靠光波的传递引发反应，所以UV固化体系中必须包含光敏引发剂，且UV很难使不透明的体系（如色漆）完全固化。而EB固化是利用电子加速器使电子产生很大的动能，利用电子的高穿透能力引发聚合，色漆可同样固化，而且EB体系中可以不加光敏引发剂，比UV体系更加“纯正”，因此其涂层在光稳定性和耐久性方面更加优异。二、EB固化基本机理和优势二、EB固化基本机理和优势比较项目传统热固化UV固化EB固化节能能耗极高

能耗是热固化的5%能耗是热固化的1%环保有较多挥发性溶剂及VOC排放，严重污染环境有少量有害单体残留零排放生产效率效率极低效率较快效率高产品质量一般较好好固化温度很高较低（根据光源）固化温度低,特别适合热敏基材运行成本很高较低低应用范围主要应用于中、低端产品。固化深度有限、对深色油墨敏感，使用范围受限。固化深度可调，不受颜色影响，应用范围广。占地空间很大较小小（设备紧凑可控性强）EB固化与热固化、UV固化技术比较二、EB固化基本机理和优势三、电子束固化设备1、电子束固化设备基本原理图解实验型设备性能指标

2、实验型设备用于EB油墨开发实验和生产线在线生产实验。主要技术指标如下：额定能量：100～150keV电子束流：0～20mA扫描宽度：250mm冷却方式：自循环水冷却泄漏剂量：操作人员接受的剂量<5uSv/h（国家标准）。3、标准产品系列●EB120/20（2.4kW）

低能自屏蔽EB设备，用于涂层固化；●EB130/100（13kW）

低能自屏蔽EB设备，用于纺织材料改性；●EB130/150（19.5kW）

低能自屏蔽EB设备，用于涂层固化；●EB150/10（1.5kW）

低能自屏蔽EB设备，用于粉料灭菌；●EB150/20（3kW）

低能自屏蔽EB设备，用于油墨印制固化；●EB200/100（20kW）低能自屏蔽EB设备，用于薄膜辐照交联；●EB500/150（75kW）自屏蔽EB设备，用于半钢子午胎预硫化；●EB500/60（30kW）自屏蔽EB设备，用于全钢子午胎预硫化；●XZ800/40（32kW）电子束设备，用于发泡材料的改性。1.EB设备额定能量：120keV2.EB设备能量调节范围：75～120keV3.电子束流：0～20mA可调；4.最大扫描宽度：200mm；5.能量不稳定度：≤±2%；6.束流不稳定度：≤±2%；7.扫描不均匀度：≤±6%；8.能量转换效率：≥90%；9.EB设备工作方式：24小时连续工作；10.负载工作下的真空度：优于5×10-4Pa；11.泄漏剂量（设备表面50mm处）：<5uSv/h(符合国家标准)；12.接口信号：4～20mA/0～5V，可与生产线联动，确保辐照剂量均匀。EB120/20-200SI型电子束设备性能指标EB120/20-200SI型电子束设备性能指标用于表面涂层固化研究100keV/20mA，表面照射剂量率：360Mrad.m/min；

EB130/100-850SI型电子束设备性能指标1.EB设备额定能量：130keV2.EB设备能量调节范围：110～130keV3.电子束流：0～100mA可调；4.最大扫描宽度：1700mm；5.能量不稳定度：≤±2%；6.束流不稳定度：≤±2%；7.扫描不均匀度：≤±6%；8.能量转换效率：≥90%；9.EB设备工作方式：24小时连续工作；10.负载工作下的真空度：优于5×10-4Pa；11.泄漏剂量（设备表面50mm处）：<5uSv/h(符合国家标准)；12.接口信号：4～20mA/0～5V，可与生产线联动，确保辐照剂量均匀；13.为用户预留N2（或其他在电子束作用下，不会腐蚀不锈钢和钛的气体）保护环境充气接口。EB130/100-850SI型电子束设备外观尺寸

EB130/100-850SII型电子束设备应用于生产线EB130/150-1000SI型电子束设备性能指标1.EB设备额定能量：130keV2.EB设备能量调节范围：110～130keV3.电子束流：0～150mA可调；4.最大扫描宽度：1000mm；5.能量不稳定度：≤±2%；6.束流不稳定度：≤±2%；7.扫描不均匀度：≤±6%；8.能量转换效率：≥90%；9.EB设备工作方式：24小时连续工作；10.负载工作下的真空度：优于5×10-4Pa；11.泄漏剂量（设备表面50mm处）：<5uSv/h(符合国家标准)。12.为用户预留N2（或其他在电子束作用下，不会腐蚀不锈钢和钛的气体）保护环境充气接口。氮气流量200立方米/小时，氮气的纯度要求为：＜50ppm（＞99.995%）。序号项目技术要求备注1供电三相四线，AC380V，50Hz。总功率27.8kW，考虑到安全余量取35kW的容量较为合适。0.5Ω的接地装置2循环冷却水8.5t/h，水入口水温＜32度，入口压力0.4～0.6MPa。软水或去离子水，防止管道结垢。3排风排除臭氧,风量＞600m³/h，风压＞700Pa。《GB18066－2000居住区大气中臭氧卫生标准》4材料位置精度设备入口处，材料位置中心位置偏差≤±10mm。EB130/100-1000SI型电子束设备运行条件EB130/100-1000SI型电子束设备运行条件1.EB设备额定能量：150keV2.EB设备能量调节范围：120～150keV3.电子束流：0～10mA可调；4.最大扫描宽度：200mm；5.能量不稳定度：≤±2%；6.束流不稳定度：≤±2%；7.扫描不均匀度：≤±6%；8.能量转换效率：≥90%；9.EB设备工作方式：24小时连续工作；10.负载工作下的真空度：优于5×10-4Pa；11.泄漏剂量（设备表面50mm处）：<5uSv/h(符合国家标准)；12.接口信号：4～20mA/0～5V，可与生产线联动，确保辐照剂量均匀。EB150/10-200SI型电子束设备性能指标用于粉料灭菌150keV/20mA，表面照射剂量率：285Mrad.m/min；EB130/100-1000SI型电子束设备照片1.EB设备额定能量：200keV2.EB设备能量调节范围：180～210keV3.电子束流：0～100mA可调；4.最大扫描宽度：700mm；5.能量不稳定度：≤±2%；6.束流不稳定度：≤±2%；7.扫描不均匀度：≤±6%；8.能量转换效率：≥90%；9.EB设备工作方式：24小时连续工作；10.负载工作下的真空度：优于5×10-4Pa；11.泄漏剂量（设备表面50mm处）：<5uSv/h(符合国家标准)；12.接口信号：4～20mA/0～5V，可与生产线联动，确保辐照剂量均匀。EB200/100-700SI型电子束设备技术指标EB200/100-700SI型电子束设备技术指标

175keV/80mA，表面照射剂量率：265Mrad.m/min用于食品保鲜包装膜辐照改性EB200/100-700SI型电子束设备技术指标设备尺寸和重量安装在山东，用于轮胎帘布层辐照改性。电子束能量：500keV，能量不稳定度：<±2%;束流范围：0～150mA，束流不稳定度：<±2%;有效扫描宽度：1500mm，扫描均匀性：<±5%;高压电源能量转换效率：>90%泄漏剂量(设备表面50mm)：<5usV/h;接口信号：4～20mA/0～5V，可与生产线联动，确保辐照剂量均匀。EB500/150-1550SI型电子束设备技术指标序号项目技术要求备注1供电三相四线，AC380V，50Hz。总功率115kW，考虑到安全余量取150kW的容量较为合适。0.5Ω的接地装置2循环冷却水10t/h，水入口水温＜32度，入口压力0.4～0.6MPa。软水或去离子水，防止管道结垢。3排风排除臭氧,风量＞3600m³/h，风压＞4000Pa。《GB18066－2000居住区大气中臭氧卫生标准》4轮胎部件位置精度设备入口处，预硫化部件位置偏差≤±10mm。EB500/150-1550SI型电子束设备运行条件EB500/150-1550SI型电子束设备图片用于轮胎内衬层辐照改性。电子束能量：500keV，能量不稳定度：<±2%;束流范围：0～60mA，束流不稳定度：<±2%;有效扫描宽度：1000mm，扫描均匀性：<±5%;高压电源能量转换效率：>90%泄漏剂量(设备表面50mm)：<5usV/h;接口信号：4～20mA/0～5V，可与生产线联动，确保辐照剂量均匀。EB500/60-1000SI型电子束设备技术指标EB500/60-1000SI型电子束设备运行条件序号项目技术要求备注1供电三相四线，AC380V，50Hz。总功率83kW，考虑到安全余量取100kW的容量较为合适。0.5Ω的接地装置2循环冷却水10t/h，水入口水温＜32度，入口压力0.4～0.6MPa。软水或去离子水，防止管道结垢。3排风排除臭氧,风量＞3600m³/h，风压＞4000Pa。《GB18066－2000居住区大气中臭氧卫生标准》4轮胎部件位置精度设备入口处，预硫化部件位置偏差≤±10mm。EB500/60-1000SI型电子束设备照片1、EB固化油墨用树脂单体的发展目前国内还没有专门针对电子束固化油墨生产的树脂和单体，为更好地发挥电子束固化技术的优势，我公司准备结合油墨厂根据油墨生产的需要开发相关的电子束固化油墨用的树脂和单体。EB表面涂层固化技术的市场前景良好，需要EB设备提供商、EB涂料开发制造商，还有象四川大学杨教授、北京化工大学聂教授这样的专家一起才能把这个市场培育起来。在EB设备这一块，我们与国外的同行比较，性价比很有优势，目前我们的商业应用客户都是在考察比较美国ＥＳＩ设备后最终选择我们的ＥＢ设备；在ＥＢ涂料这一块，恒昌石油化工有限公司的杨总、孙工在四川大学杨教授的指导下进行了EB光油的开发工作，湖南省金海科技有限公司也在EB涂料开发上做了大量实际工作，说明涂料油墨厂商也非常看好ＥＢ表面涂层固化技术的市场前景。同时国外EB涂料厂商也很看好国内EB涂层固化技术市场，目前在国内已有代理机构，并且已开始向EB涂层固化技术商业应用客户稳定供货。2、EB油墨的特点（1）提高包装印刷品的健康安全性由于电子束固化油墨配方中不含挥发性有机溶剂和光引发剂，油墨的交联可达100%，因此干燥后的墨膜中不含小分子，更无光引发剂迁移，这样产品可做到无气味。可完全满足我国及欧美国家对烟草包装印刷品的环保和健康安全要求。（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∕分钟，而海德堡印刷机印刷速度是700米∕分钟，因此紫外光固化油墨的固化速度远远不能满足印刷机的要求。电子束固化油墨的固化速度可达800米∕分钟，完全能满足印刷机对印刷速度的要求，印刷的生产效率将大大提高。（3）印刷工艺创新紫外光固化油墨进行多色套印有很多问题需要解决，由于不同颜色对紫外光的吸收波长不一样，印刷的色序有严格的规定，否则会造成油墨无法固化。紫外光固化油墨进行多色套印时，必须每印完一色就固化一次，而紫外灯除发射紫外线外还要产生大量的红外热，这样承印纸张每印一色温度就会上升一次。纸张会因温度的升高失去水分变形，纸张的变形将会严重影响到套印精度，降低印刷品质。电子束固化油墨的固化不受颜色的影响，可深层固化，电子束辐射不产生热量，因此电子束固化油墨印刷可实现多色套印一次固化，印刷的色序可根据需要随意安排，印刷效率、印刷精度将大大提高，同时节约大量电能。四、EB油墨五、湖北久瑞核技术股份有限公司简介湖北久瑞核技术股份有限公司是一家从事民用非动力核技术的高新科技企业，源于中国工程物理研究院的四川久环电气有限公司。公司致力于低能自屏蔽电子束设备（EB设备）的研发、生产和销售。公司于2011年2月将其迁移至武汉，投资新建的占地274亩的久瑞核技术产业园项目一期工程已完成，具备年产300台套的生产能力。办公楼：4000平方米总装车间：4000平方米机加车间：2000平方米钳工车间：2000平方米电源零部件车间：3000平方米专有技术加速器总体集成技术电子束扫描引出技术高压电源跨介质传输技术加速管封接技术环氧线圈灌封技术高转换效率大功率电源制造技术射线屏蔽技术专利技术序号专利名称专利类型专利号专利申请日/授权公告日备注1一种采用高能电子束对油品进行辐照的脱硫方法发明ZL

200810196883.220080908/20091125有证书2含微量光引发剂的涂层及其固化方法发明201110204517.920110721已受理3一种电子加速器发明201110226349.320110809已受理4一种电子加速器的电子束流控制装置发明201110282400.220110922已受理5一种电子加速器实用新型ZL201120286604.920110809/20120208有证书6一种电子加速器的电子束流控制装置实用新型ZL201120356206.x20110922/20120425有证书7电子束扫描均匀性测量系统发明ZL2006100221