輻射固化-表面固化新技術(shù)

輻射固化-表面固化新技術(shù)

輻射固化的基本含義就是利用紫外光（UV）或電子束為能源，引發(fā)具有化學(xué)活性的液體配方，在基體表面實(shí)現(xiàn)快速反應(yīng)的固化過(guò)程。

　　UV/EB固化的工業(yè)應(yīng)用為材料表面固化提供了一種先進(jìn)的加工手段。這種固化技術(shù)不同于傳統(tǒng)技術(shù)（例如熱固化）的最大優(yōu)點(diǎn)在于輻射固化采用高效能源-紫外光或電子束作為引發(fā)手段，快速實(shí)現(xiàn)涂層固化。

1． 紫外光與電子束
　　 紫外光與電子束都可看成輻射大家族的成員，不同的是紫外光是一種電磁輻射，而電子束卻是經(jīng)加速的高能電子流。
　　 輻射固化常用的100~380nm紫外光區(qū)又細(xì)分為UV-C（100~280nm）、UV-B（280~315nm）和UV-A（315~380nm）。輻射固化采用的紫外光源一般是經(jīng)電能激發(fā)的紫外燈。
　　 電子束也是一種輻射，它是一批經(jīng)過(guò)加速的電子流，粒子能量遠(yuǎn)高于紫外光，可使空氣電離，故高能電子束又可稱為電離輻射。電子束固化一般不需光引發(fā)劑，可直接引發(fā)化學(xué)反應(yīng)，而且對(duì)物質(zhì)的穿透力也比紫外光大得多。產(chǎn)生電子束的裝置稱為電子加速器。輻射固化采用的一種掃描型的電子加速器，其基本原理與家庭使用的電視機(jī)十分類似。在電視機(jī)中經(jīng)加速的電子流掃描電視熒光屏取得視覺(jué)信息，輻射固化中電子加速器的電子束對(duì)基材表面掃描從而實(shí)現(xiàn)固化加工。

2． 輻射固化- 一項(xiàng)系統(tǒng)工程
　　 輻射固化是在現(xiàn)有科學(xué)技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一門(mén)新技術(shù)，因此可以看作是多種技術(shù)共同結(jié)構(gòu)形成的綜合體，包括輻射源（UV和EB）、原料、單體和齊聚物、光引發(fā)劑、各種助劑（如顏料、添加劑）、化學(xué)配方（涂料、油墨、黏合劑等）、基材與涂布裝置等。輻射固化只有通過(guò)這些技術(shù)要素的合理配置才能發(fā)揮其固有的生命力。事實(shí)上，這些技術(shù)要素在輻射固化的產(chǎn)業(yè)進(jìn)程中已形成了相互依賴的市場(chǎng)鏈，共同保證市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，因此輻射固化的本身是一項(xiàng)系統(tǒng)工程。

3．"3E原則"推動(dòng)輻射固化發(fā)展
　　 任何高新技術(shù)的確立和發(fā)展，現(xiàn)在看來(lái)都須遵循"3E原則"，概莫能免，因此"3E原則"是輻射固化賴以生存和發(fā)展的根基和原動(dòng)力。所謂"3E"就是指能源（Energy）、生態(tài)（Ecology）和經(jīng)濟(jì)（Economy）。
（1）能源 輻射固化餓額能量消耗只需保證活性化學(xué)配方在輻射引發(fā)下發(fā)生聚合交聯(lián)反應(yīng)，不必對(duì)基材進(jìn)行加熱，因此UV固化的能耗僅為常規(guī)溶劑型涂料和油墨固化的1/5，EB固化能耗更小，僅為常規(guī)固化的1/100。
（2）生態(tài) 輻射固化所采用的活性化學(xué)配方不含（或少含）揮發(fā)性溶劑，屬于零排放（或低排放）技術(shù)，有利于環(huán)境保護(hù)。此外，輻射固化所用基礎(chǔ)能源為電源，無(wú)燃油然氣，也無(wú)二氧化碳產(chǎn)生。因此輻射固化常被譽(yù)為"綠色技術(shù)"。
（3）經(jīng)濟(jì) 輻射固化裝置緊湊，加工速度快，場(chǎng)地空間小，生產(chǎn)效率高。因此工藝本身有助于提高產(chǎn)品性能，降低原材料消耗，這一切從經(jīng)濟(jì)成本上提高了技術(shù)本身的競(jìng)爭(zhēng)能力。
除此之外，輻射固化較之于傳統(tǒng)的固化技術(shù)尚有自身的特點(diǎn)，例如室溫固化，有利于熱敏材料的加工；固化配方可按需求調(diào)節(jié)，有利于提高工藝的適應(yīng)性，保證產(chǎn)品性能（如硬度、柔性、光澤、耐候性等）；輻射固化易于實(shí)現(xiàn)流水作業(yè)，自動(dòng)化程度高。
輻射固化特有的技術(shù)優(yōu)勢(shì)不僅滿足"3E原則"的要求，而且在產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程中持續(xù)保持對(duì)傳統(tǒng)固化的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，使輻射固化自20世紀(jì)60年代以來(lái)一直呈高速增長(zhǎng)勢(shì)頭：目前緊急發(fā)達(dá)國(guó)家（如美國(guó)、日本以及歐洲各國(guó)）每年增長(zhǎng)率約為10%，發(fā)展中國(guó)家的增長(zhǎng)速度更快，中國(guó)的平均年增長(zhǎng)率可達(dá)25% 。
據(jù)估計(jì)，目前全球UV/EB固化的化學(xué)原料和配方的市場(chǎng)占有額僅為工業(yè)涂料（油墨、涂料與黏合劑）總銷售額的3%，因此輻射固化發(fā)展前景看好。
在輻射固化中占統(tǒng)治地位的是紫外光固化（約90%），電子束固化由于加速器裝置一次性投資較高，至今所占比重仍然很?。s10%）。

4． 輻射固化產(chǎn)品舉例
　　 目前輻射固化產(chǎn)品已滲入到工業(yè)生產(chǎn)與日常生活的方方面面，幾乎無(wú)所不在，這里僅舉出一些典型的例子。
（1） 涂層 光盤(pán)、光纖、磁帶、磁卡、高檔物品袋、照相膠片、雜志封皮、真空金屬塑
料、易拉罐、家具貼面、層壓板、墻壁嵌板、乙烯地磚與瓦面、電鍍金屬管及皮革裝飾等；
（2） 油墨 平版膠印、凸版印刷、柔版印刷、凹版印刷和絲網(wǎng)印刷等；
（3） 黏合劑 汽車前燈、壓敏標(biāo)簽和移畫(huà)印花、電子器件封裝與包殼、醫(yī)用塑件裝配等；
（4） 電子器件 印刷線路板敷形涂覆、抗蝕劑、阻焊劑、字符油墨、抗光干膜、保護(hù)涂層等；
（5） 其他 印刷板、醫(yī)用器件、牙科充填物、化妝品盒、眼鏡片、高爾夫球、獎(jiǎng)杯、滑雪板、摩托雪橇、廣告標(biāo)牌等涂層固化或裝飾，以及三維立體光鑄加工。

5． 輻射固化的化學(xué)體系
　　 具有反應(yīng)活性的化學(xué)配方內(nèi)容構(gòu)成了輻射固化的化學(xué)體系，一般包括齊聚物、單體、光引發(fā)劑、助劑等成分。
　　 齊聚物在輻射固化配方中起著極其重要的作用，它決定了涂料、油墨、黏合劑或其他基料在輻射固化后的整體性能。齊聚物是專門(mén)指一類具有不飽和雙鍵結(jié)構(gòu)的高分子聚合物，可進(jìn)一步發(fā)生反應(yīng)，擴(kuò)展成為交聯(lián)固化體，故也稱預(yù)聚物。大多數(shù)齊聚物都是不同類型丙稀酸樹(shù)脂，分子量一般不大。
　　 單體是有機(jī)合成材料最基本的單元，在輻射固化中單癱主要是用作稀釋劑以降低化學(xué)體系的黏度。UV/EB固化單體一般為活性稀釋劑，不僅可調(diào)節(jié)配方黏度，而且分子結(jié)構(gòu)含有一個(gè)或多個(gè)雙鍵，稱作單官能團(tuán)活性單體或多官能團(tuán)活性單體。這種活性單體可與齊聚物或其他單體發(fā)生反應(yīng)，參與輻射固化過(guò)程，而且由于不含揮發(fā)性物質(zhì)，故不會(huì)對(duì)大氣造成污染。
　　 光引發(fā)劑在紫外光的作用下產(chǎn)生自由基和陽(yáng)離子。這兩種粒子在化學(xué)體系中都是高能活性基團(tuán)，有利于引發(fā)單體、齊聚物和聚合物的不飽和雙鍵的交聯(lián)固化。值得指出的是，EB固化不需要光引發(fā)劑，因?yàn)殡娮颖旧砭湍芤l(fā)化學(xué)體系的交聯(lián)反應(yīng)。
　　 助劑在輻射固化中雖然并不直接參與固化過(guò)程，然而其作用不可忽視。最常用的助劑是穩(wěn)定劑，主要用于防止配方用料在貯存時(shí)出現(xiàn)凝膠化現(xiàn)象，或防止配方體系在暗光條件下自動(dòng)固化。此外，其他一些助劑，包括顏料、染料、消光劑、消泡劑、流平劑、附著力促進(jìn)劑等在改善最終固化性能中也發(fā)揮著各自不同的作用。

6． 發(fā)展趨勢(shì)
　　 輻射固化雖然在全球取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展，然而其產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程并不盡如人意，主要的原因在于許多技術(shù)成果尚處于中試和實(shí)驗(yàn)室研究階段。
　　 首先，輻射固化的主要發(fā)展方向是在傳統(tǒng)制造業(yè)中繼續(xù)發(fā)揮優(yōu)勢(shì)，同時(shí)向汽車與建筑裝飾市場(chǎng)-全球最大的涂料市場(chǎng)進(jìn)軍，這就要求輻射固化產(chǎn)品性能達(dá)到戶外長(zhǎng)期耐候性的標(biāo)準(zhǔn)。
　　 輻射固化另一發(fā)展方向是向新興的信息產(chǎn)業(yè)進(jìn)軍，具體地說(shuō)就是在光導(dǎo)介質(zhì)、信息系統(tǒng)和遠(yuǎn)程通訊領(lǐng)域占領(lǐng)陣地。這是一個(gè)全心領(lǐng)域，正是UV/EB技術(shù)施展自身強(qiáng)勢(shì)的廣闊天地。