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电子束固化技术(二):外包装印刷应用

光固化新材料2019-10-23 16:29:48


电子束(EB)是指具有一定能量(运动)的电子,在空间聚集在一起沿着同一方向运动的电子流,利用电子束使液态材料变成固态材料的过程就称为电子束固化工作原理为:电子从一组线形阴极板发出后,经过垂直均匀电场加速,在加速器辐照箱下得到帘状电子束。

电子束是由电子加速器产生的,在辐射加工中,通常将电子加速器按其能量的高低分为以下三类:

按能量高低分为电子束能量
高能电子加速器5-10MeV
中能电子加速器300keV-5MeV
低能电子加速器70-300keV
  在应用方面,高能电子加速器主要用于辐射消毒,食品辐射处理等方面,中能电子加速器则更多的用在聚烯烃电线电缆的交联,制造聚烯烃热收缩材料。而对于低能电子加速器更适用于涂料与油墨工艺当中。值得一提的是,低能电子加速器为柔性包装工艺的技术改造与技术创新提供了前所未有的机遇。

  电子束的穿透强度是由加速电压来控制的,在低能系统中(电压70kV至110kV),电子束穿透深度可达到5到20微米,因此可以满足油墨和涂料印刷的施工工艺。电子束固化时,电子束在体系中产生自由基或离子,引发带不饱和双键的单体和低聚物聚合交联,而且随机产生的自由基本身也可以交联或进攻不饱和体系产生交联,甚至与基材发生反应(接枝)。这些自由基的引发使得丙烯酸酯单体和低聚物的聚合再不需要添加光引发剂,而且固化时双键转化率极高(95%~100%)因此不存在小分子迁移和有害的光分解物产生,产品表面硬度和光泽度很高。这种聚合程度可瞬间对油墨和涂层进行干燥(固化)。在这种光聚合引发剂的推动下,持续性的快速固化过程使得EB在食品包装印刷、制药和个人护理产品等方面的应用更具吸引力。

 

     EB油墨通常用于卷筒纸的包装印刷当中,胶印对人们的吸引力在于较低的成本和其在图像与印刷板中有较高的光刻质量。但在胶印当中颜料种类繁多且颜料浓度较高,而颜料会对紫外光的吸收与反射,特别是对于白色和黑色颜料,这对于此类应用都是一个较大挑战。而相对于传统的UV固化,电子束固化在有色体系上应用就有着极大的优势。由于颜料对于电子束无屏蔽作用,用于卷筒纸胶印的糊状油墨在湿陷的多种颜色后,在最后按压过程后使用EB体系对其就极易固化。最常见的EB应用是卷筒纸包装印刷,如干燥食品包,标签和多壁袋。同时由于发热非常低,电子束固化过程可防止热敏缩水失真,防止变形,因此也适用于收缩套筒标签印刷。此外,电子束固化也可以适用于食品包装的印刷,包括纸张、塑料薄膜、金属等包装材料。


  传统柔版印刷机都采用水性油墨或溶剂型油墨,而近年来由于环保法规对VOC排放日益严格,加上传统油墨加热干燥限制加工速度,加热还可能损伤一些对热敏感的承印基材。因此,在上世纪90年代初期柔版印刷纷纷转向UV固化。然而UV固化柔版印刷因其油墨成分内存在光引发剂,导至残存物的迁移和气味问题。加之深色油墨对UV固化速度的影响,以及UV光源的热效应对热敏感承应物不利等因素,至今未突破包装行业中最重要的食品包装领域。仍然固守在标签、户外包装袋等印刷市场。

  综上所述,EB固化有希望弥补UV固化的不足,近年来EB油墨系统已被开发用于柔性版印刷。EB固化油墨系统可从印版转移至承印物上瞬时将液体转至半固状态,这种被称之为Wetflex的EB固化湿压湿油墨的套色概念,这可能是解决UV固化柔版印刷存在问题的终结方案。各种颜色在CI压印滚筒周围的多点印刷站相互一层一层上叠,最后多层套色的文字图像通过CI柔版印刷机末端的低能电子加速器,实现电子束在线瞬时固化。这种100%固含EB油墨显著降低了网点扩大,提供了与原始网点差别不大的印刷效果。同时EB固化程序不产生热量,因而可以省却CI滚筒的冷却问题,EB固化柔印油墨因不含光引发剂,大大降低了固化油墨的气味,提高了印刷速度,今后在食品包装中无疑大有用武之地。


延伸阅读:电子束固化技术(一):EB固化 vs. UV固化