電子束固化技術(shù)在印刷包裝行業(yè)的應(yīng)用研究湖北久瑞核技術(shù)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(lǐng)域中十分重要的方面，在世界經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國(guó)家中已成為日益興旺的新技術(shù)行業(yè)。EB固化技術(shù)的研究始于20世紀(jì)60年代末期，20世紀(jì)70年代初期美國(guó)福特汽車公司將EB固化涂料成功應(yīng)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(guó)家也紛紛開(kāi)展EB固化技術(shù)、設(shè)備的研究，其產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用于涂料、油墨、黏接劑以及電子行業(yè)。

20世紀(jì)90年代以來(lái)，我國(guó)UV固化技術(shù)獲得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，應(yīng)用范圍日益擴(kuò)大，相關(guān)研究較多；而EB固化技術(shù)的報(bào)道較少。目前國(guó)內(nèi)輻射固化行業(yè)幾乎沒(méi)有一臺(tái)電子束設(shè)備，專門(mén)用于工業(yè)固化生產(chǎn)。

電子加速器可以廣泛應(yīng)用于工業(yè)、醫(yī)療、食品、環(huán)保和農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域。工業(yè)領(lǐng)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(jī)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(lǐng)域：輻射治療、醫(yī)療用品消毒滅菌、中藥輻照滅菌等食品領(lǐng)域：糧食、蔬菜、水果等保鮮及殺菌處理環(huán)保領(lǐng)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(nóng)業(yè)領(lǐng)域：引發(fā)種子變異、育種，輻射殺蟲(chóng)滅菌以實(shí)現(xiàn)綠色存儲(chǔ)。應(yīng)用領(lǐng)域一、背景與意義在我國(guó)輻射固化涂料的年增長(zhǎng)速度在15%以上。下面為世界各國(guó)輻照固化占固化行業(yè)比例：國(guó)家平均占有率年增長(zhǎng)率美國(guó)43%10%歐盟38%7.3%日本35%6.5%中國(guó)10%15%

輻照固化包括UV固化和電子束固化，在國(guó)外，輻照固化領(lǐng)域UV固化占95%，電子束固化占5%，而在國(guó)內(nèi)，電子束固化還是空白。一、背景與意義二、EB固化基本機(jī)理和優(yōu)勢(shì)1、EB固化機(jī)理

EB固化是通過(guò)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(shù)脂分子。2、EB固化優(yōu)勢(shì)及應(yīng)用領(lǐng)域原則上，UV固化體系都能應(yīng)用于EB固化。UV固化是依靠光波的傳遞引發(fā)反應(yīng)，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(dòng)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(jī)理和優(yōu)勢(shì)二、EB固化基本機(jī)理和優(yōu)勢(shì)比較項(xiàng)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(yán)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(zhì)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(yùn)行成本很高較低低應(yīng)用范圍主要應(yīng)用于中、低端產(chǎn)品。固化深度有限、對(duì)深色油墨敏感，使用范圍受限。固化深度可調(diào)，不受顏色影響，應(yīng)用范圍廣。占地空間很大較小?。ㄔO(shè)備緊湊可控性強(qiáng)）EB固化與熱固化、UV固化技術(shù)比較二、EB固化基本機(jī)理和優(yōu)勢(shì)三、電子束固化設(shè)備1、電子束固化設(shè)備基本原理圖解實(shí)驗(yàn)型設(shè)備性能指標(biāo)

2、實(shí)驗(yàn)型設(shè)備用于EB油墨開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)線在線生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)。主要技術(shù)指標(biāo)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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)）。3、標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品系列●EB120/20（2.4kW）

低能自屏蔽EB設(shè)備，用于涂層固化；●EB130/100（13kW）

低能自屏蔽EB設(shè)備，用于紡織材料改性；●EB130/150（19.5kW）

低能自屏蔽EB設(shè)備，用于涂層固化；●EB150/10（1.5kW）

低能自屏蔽EB設(shè)備，用于粉料滅菌；●EB150/20（3kW）

低能自屏蔽EB設(shè)備，用于油墨印制固化；●EB200/100（20kW）低能自屏蔽EB設(shè)備，用于薄膜輻照交聯(lián)；●EB500/150（75kW）自屏蔽EB設(shè)備，用于半鋼子午胎預(yù)硫化；●EB500/60（30kW）自屏蔽EB設(shè)備，用于全鋼子午胎預(yù)硫化；●XZ800/40（32kW）電子束設(shè)備，用于發(fā)泡材料的改性。1.EB設(shè)備額定能量：120keV2.EB設(shè)備能量調(diào)節(jié)范圍：75～120keV3.電子束流：0～20mA可調(diào)；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(zhuǎn)換效率：≥90%；9.EB設(shè)備工作方式：24小時(shí)連續(xù)工作；10.負(fù)載工作下的真空度：優(yōu)于5×10-4Pa；11.泄漏劑量（設(shè)備表面50mm處）：<5uSv/h(符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn))；12.接口信號(hào)：4～20mA/0～5V，可與生產(chǎn)線聯(lián)動(dòng)，確保輻照劑量均勻。EB120/20-200SI型電子束設(shè)備性能指標(biāo)EB120/20-200SI型電子束設(shè)備性能指標(biāo)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(shè)備性能指標(biāo)1.EB設(shè)備額定能量：130keV2.EB設(shè)備能量調(diào)節(jié)范圍：110～130keV3.電子束流：0～100mA可調(diào)；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(zhuǎn)換效率：≥90%；9.EB設(shè)備工作方式：24小時(shí)連續(xù)工作；10.負(fù)載工作下的真空度：優(yōu)于5×10-4Pa；11.泄漏劑量（設(shè)備表面50mm處）：<5uSv/h(符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn))；12.接口信號(hào)：4～20mA/0～5V，可與生產(chǎn)線聯(lián)動(dòng)，確保輻照劑量均勻；13.為用戶預(yù)留N2（或其他在電子束作用下，不會(huì)腐蝕不銹鋼和鈦的氣體）保護(hù)環(huán)境充氣接口。EB130/100-850SI型電子束設(shè)備外觀尺寸

EB130/100-850SII型電子束設(shè)備應(yīng)用于生產(chǎn)線EB130/150-1000SI型電子束設(shè)備性能指標(biāo)1.EB設(shè)備額定能量：130keV2.EB設(shè)備能量調(diào)節(jié)范圍：110～130keV3.電子束流：0～150mA可調(diào)；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(zhuǎn)換效率：≥90%；9.EB設(shè)備工作方式：24小時(shí)連續(xù)工作；10.負(fù)載工作下的真空度：優(yōu)于5×10-4Pa；11.泄漏劑量（設(shè)備表面50mm處）：<5uSv/h(符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn))。12.為用戶預(yù)留N2（或其他在電子束作用下，不會(huì)腐蝕不銹鋼和鈦的氣體）保護(hù)環(huán)境充氣接口。氮?dú)饬髁?00立方米/小時(shí)，氮?dú)獾募兌纫鬄椋海?0ppm（＞99.995%）。序號(hào)項(xiàng)目技術(shù)要求備注1供電三相四線，AC380V，50Hz?？偣β?7.8kW，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(jié)垢。3排風(fēng)排除臭氧,風(fēng)量＞600m3/h，風(fēng)壓＞700Pa?！禛B18066－2000居住區(qū)大氣中臭氧衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》4材料位置精度設(shè)備入口處，材料位置中心位置偏差≤±10mm。EB130/100-1000SI型電子束設(shè)備運(yùn)行條件EB130/100-1000SI型電子束設(shè)備運(yùn)行條件1.EB設(shè)備額定能量：150keV2.EB設(shè)備能量調(diào)節(jié)范圍：120～150keV3.電子束流：0～10mA可調(diào)；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(zhuǎn)換效率：≥90%；9.EB設(shè)備工作方式：24小時(shí)連續(xù)工作；10.負(fù)載工作下的真空度：優(yōu)于5×10-4Pa；11.泄漏劑量（設(shè)備表面50mm處）：<5uSv/h(符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn))；12.接口信號(hào)：4～20mA/0～5V，可與生產(chǎn)線聯(lián)動(dòng)，確保輻照劑量均勻。EB150/10-200SI型電子束設(shè)備性能指標(biāo)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(shè)備照片1.EB設(shè)備額定能量：200keV2.EB設(shè)備能量調(diào)節(jié)范圍：180～210keV3.電子束流：0～100mA可調(diào)；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(zhuǎn)換效率：≥90%；9.EB設(shè)備工作方式：24小時(shí)連續(xù)工作；10.負(fù)載工作下的真空度：優(yōu)于5×10-4Pa；11.泄漏劑量（設(shè)備表面50mm處）：<5uSv/h(符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn))；12.接口信號(hào)：4～20mA/0～5V，可與生產(chǎn)線聯(lián)動(dòng)，確保輻照劑量均勻。EB200/100-700SI型電子束設(shè)備技術(shù)指標(biāo)EB200/100-700SI型電子束設(shè)備技術(shù)指標(biāo)

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(shè)備技術(shù)指標(biāo)設(shè)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(zhuǎn)換效率：>90%泄漏劑量(設(shè)備表面50mm)：<5usV/h;接口信號(hào)：4～20mA/0～5V，可與生產(chǎn)線聯(lián)動(dòng)，確保輻照劑量均勻。EB500/150-1550SI型電子束設(shè)備技術(shù)指標(biāo)序號(hào)項(xiàng)目技術(shù)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(jié)垢。3排風(fēng)排除臭氧,風(fēng)量＞3600m3/h，風(fēng)壓＞4000Pa。《GB18066－2000居住區(qū)大氣中臭氧衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》4輪胎部件位置精度設(shè)備入口處，預(yù)硫化部件位置偏差≤±10mm。EB500/150-1550SI型電子束設(shè)備運(yùn)行條件EB500/150-1550SI型電子束設(shè)備圖片用于輪胎內(nèi)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(zhuǎn)換效率：>90%泄漏劑量(設(shè)備表面50mm)：<5usV/h;接口信號(hào)：4～20mA/0～5V，可與生產(chǎn)線聯(lián)動(dòng)，確保輻照劑量均勻。EB500/60-1000SI型電子束設(shè)備技術(shù)指標(biāo)EB500/60-1000SI型電子束設(shè)備運(yùn)行條件序號(hào)項(xiàng)目技術(shù)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(jié)垢。3排風(fēng)排除臭氧,風(fēng)量＞3600m3/h，風(fēng)壓＞4000Pa?！禛B18066－2000居住區(qū)大氣中臭氧衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》4輪胎部件位置精度設(shè)備入口處，預(yù)硫化部件位置偏差≤±10mm。EB500/60-1000SI型電子束設(shè)備照片1、EB固化油墨用樹(shù)脂單體的發(fā)展目前國(guó)內(nèi)還沒(méi)有專門(mén)針對(duì)電子束固化油墨生產(chǎn)的樹(shù)脂和單體，為更好地發(fā)揮電子束固化技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，我公司準(zhǔn)備結(jié)合油墨廠根據(jù)油墨生產(chǎn)的需要開(kāi)發(fā)相關(guān)的電子束固化油墨用的樹(shù)脂和單體。EB表面涂層固化技術(shù)的市場(chǎng)前景良好，需要EB設(shè)備提供商、EB涂料開(kāi)發(fā)制造商，還有象四川大學(xué)楊教授、北京化工大學(xué)聶教授這樣的專家一起才能把這個(gè)市場(chǎng)培育起來(lái)。在EB設(shè)備這一塊，我們與國(guó)外的同行比較，性價(jià)比很有優(yōu)勢(shì)，目前我們的商業(yè)應(yīng)用客戶都是在考察比較美國(guó)ＥＳＩ設(shè)備后最終選擇我們的ＥＢ設(shè)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(xué)楊教授的指導(dǎo)下進(jìn)行了EB光油的開(kāi)發(fā)工作，湖南省金?？萍加邢薰疽苍贓B涂料開(kāi)發(fā)上做了大量實(shí)際工作，說(shuō)明涂料油墨廠商也非常看好ＥＢ表面涂層固化技術(shù)的市場(chǎng)前景。同時(shí)國(guó)外EB涂料廠商也很看好國(guó)內(nèi)EB涂層固化技術(shù)市場(chǎng)，目前在國(guó)內(nèi)已有代理機(jī)構(gòu)，并且已開(kāi)始向EB涂層固化技術(shù)商業(yè)應(yīng)用客戶穩(wěn)定供貨。2、EB油墨的特點(diǎn)（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(jī)溶劑和光引發(fā)劑，油墨的交聯(lián)可達(dá)100%，因此干燥后的墨膜中不含小分子，更無(wú)光引發(fā)劑遷移，這樣產(chǎn)品可做到無(wú)氣味。可完全滿足我國(guó)及歐美國(guó)家對(duì)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(jī)印刷速度是700米∕分鐘，因此紫外光固化油墨的固化速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足印刷機(jī)的要求。電子束固化油墨的固化速度可達(dá)800米∕分鐘，完全能滿足印刷機(jī)對(duì)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(jìn)行多色套印有很多問(wèn)題需要解決，由于不同顏色對(duì)紫外光的吸收波長(zhǎng)不一樣，印刷的色序有嚴(yán)格的規(guī)定，否則會(huì)造成油墨無(wú)法固化。紫外光固化油墨進(jìn)行多色套印時(shí)，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(huì)上升一次。紙張會(huì)因溫度的升高失去水分變形，紙張的變形將會(huì)嚴(yán)重影響到套印精度，降低印刷品質(zhì)。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(shí)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(shí)節(jié)約大量電能。四、EB油墨五、湖北久瑞核技術(shù)股份有限公司簡(jiǎn)介湖北久瑞核技術(shù)股份有限公司是一家從事民用非動(dòng)力核技術(shù)的高新科技企業(yè)，源于中國(guó)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(shè)備（EB設(shè)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(shù)產(chǎn)業(yè)園項(xiàng)目一期工程已完成，具備年產(chǎn)300臺(tái)套的生產(chǎn)能力。辦公樓：4000平方米總裝車間：4000平方米機(jī)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(shù)加速器總體集成技術(shù)電子束掃描引出技術(shù)高壓電源跨介質(zhì)傳輸技術(shù)加速管封接技術(shù)環(huán)氧線圈灌封技術(shù)高轉(zhuǎn)換效率大功率電源制造技術(shù)射線屏蔽技術(shù)專利技術(shù)序號(hào)專利名稱專利類型專利號(hào)專利申請(qǐng)日/授權(quán)公告日備注1一種采用高能電子束對(duì)油品進(jìn)行輻照的脫硫方法發(fā)明ZL

200810196883.220080908/20091125有證書(shū)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(shí)用新型ZL201120286604.920110809/20120208有證書(shū)6一種電子加速器的電子束流控制裝置實(shí)用新型ZL201120356206.x20110922/20120425有證書(shū)7電子束掃描均勻性測(cè)量系統(tǒng)發(fā)明ZL2006100221