Введение: отверждение чистой энергией ЭО «бомбардировкой» покрытия электронами
Принципиальное различие между EB (электронно-лучевым/Electron Beam) и UV-отверждением — UV — требует, чтобы “фотоинициатор” поглощал UV-фотоны → образовывал свободные радикалы — инициирующие полимеризацию
(фотоинициатор остается в покрытии — остаточное содержание — возможная миграция — пожелтение). EBвысокоэнергетические электроны (>150кэВ) напрямую бомбардируют молекулы покрытия — ”выбивают” электроны из молекул, образуя свободные радикалы
(фотоинициатор не нужен — ”электрон и есть инициатор”). EB-отвержденное покрытие — (1)нулевые остатки фотоинициатора
“самое чистое” покрытие — особенно подходит для пищевой упаковки (без миграции/нулевой остаток)
; (2)чрезвычайно большая глубина проникновения
(>500мкм — в то время как UV лишь <50мкм) — может отверждать толстые покрытия (>200мкм) + непрозрачные покрытия (с наполнителями/пигментами — UV не проникает)
; (3)отверждение в инертной атмосфере (N₂/нулевой O₂)
— без кислородного ингибирования — равномерное и полное отверждение. EB-отверждение — это более ”фундаментальная”, более ”чистая” технология энергетического отверждения, чем UV-отверждение — но высокая стоимость оборудования (>2 млн юаней/единица — более чем в 10 раз выше, чем UV) ограничивает его распространение — в настоящее время используется только в пищевой упаковке/автомобилестроении/электронике/рулонных материалах
и других высокостоимостных областях.
I. Полное сравнение EB-отверждения и UV-отверждения
| Параметр | EB-отверждение | UV-отверждение |
|---|---|---|
| Источник энергии | Электронный ускоритель (>150 кэВ) | UV-лампа (ртутная/LED/365–405 нм) |
| Инициатор | Ноль (не требуется) | Обязателен (>3–8%) |
| Глубина проникновения (мкм) | >500 (регулируемая) | <50 (толщина покрытия) |
| Инертная атмосфера | Обязательна (N₂/нулевое O₂) | Частично (азотная защита/опционально) |
| Инвестиции в оборудование (10 тыс. юаней) | >200 | >5–50 |
| Применение | Пищевая упаковка (нулевая миграция)/автомобили/рулонные материалы/электроника | Деревообработка/3C/печать/общего назначения |
Часто задаваемые вопросы
Q1: Почему «глубина проникновения» ЭО в >10 раз больше, чем у УФ?
УФ (фотоны) — энергия 3-5 эВ — слабая проникающая способность (поглощаются и рассеиваются покрытием — >95% УФ-фотонов поглощаются в покрытии на глубине >50 мкм)чем толще покрытие/больше наполнителя — тем меньше глубина УФ-отверждения
. ЭО (электроны) — энергия >150 кэВ — столкновения электронов с молекулами покрытия являются «случайным рассеянием»
— «пробег» (Range) электронов в покрытии — связь с энергией электронов E — R≈0.046×E^1.75/ρ (мкм) — электрон 150 кэВ в покрытии плотностью 1,2 г/см³ — проникает >200 мкм — 300 кэВ — >500 мкм — достаточно для отверждения практически всей толщины большинства промышленных покрытий (>500 мкм)
.
Q2: Почему отверждение EB должно проводиться в атмосфере N₂ — влияние O₂ на EB?
Свободные радикалы, образуемые EB, — также «расходуются» O₂ (образуются пероксильные радикалы ROO· — без инициирующей активности) — кислородное ингибирование при отверждении EB аналогично UV
. UV — концентрация O₂ на поверхности покрытия — воздух (>21% O₂) — защита N₂ снижает до 10¹⁸ радикалов/см³·с — более чем в 1000 раз выше, чем у UV) — при такой высокой концентрации радикалов O₂ «не успевает» расходовать все чувствительность EB к кислородному ингибированию ниже, чем у UV
— в среде с низким содержанием O₂ (99,9%) ниже, чем у UV (>99,999%).
В3: Как определить признаки «недостаточной» и «избыточной» дозы (кГр) при ЭЛ-отверждении?
Недостаточная доза — покрытие отверждено не полностью — липкая поверхность — протирка МЭК — обнажение основы — плохая адгезия
. Избыточная доза — (1) чрезмерное сшивание покрытия охрупчивание (снижение удлинения >50%)
; (2) основа (напр. бумага/пластик) получает нежелательные радиационные повреждения — деградация/изменение цвета
. Оптимальная доза — с помощью DSC — измерение остаточного тепла реакции (ΔH) покрытия при разных дозах — доза, при которой ΔH стремится к нулю (>95% отверждения), является минимальной оптимальной дозой
. Оборудование ЭЛ-отверждения — доза регулируется точно через ток электронного пучка (мА) и линейную скорость (м/мин)
“доза (кГр) = K × ток пучка (мА) / линейная скорость” контролируется в пределах >±5% — это преимущество управляемости ЭЛ по сравнению с УФ.
См. также / Похожие материалы
Резюме
Электронно-лучевое отверждение (>150 кэВ — проникновение >500 мкм — нулевой фотинициатор — инертный N₂) — это «самая чистая» технология энергетического отверждения, незаменимая в пищевой упаковке (нулевая миграция), автомобилестроении (толстые/непрозрачные покрытия) и производстве рулонных материалов (высокая скорость >300 м/мин). Высокие капитальные затраты на оборудование (>2 млн юаней) ограничивают распространение. Кэсинь Новые Материалы предоставляет клиентам техническую поддержку по рецептурам ЭЛ-отверждаемых покрытий и параметрам процесса.