我们之前有撰文从产品角度去尝试解释“进口饰面板在国内热销的原因”,在查阅相关资料的过程中,发现有不少品牌在描述板材饰面工艺时,用到“Electron Beam Curing”的词条,直接翻译过来叫作“电子束固化”,属于一种新型的涂层干燥或涂层固化技术。
对于家具产品表面涂层的干燥技术,我们比较熟知的有热空气干燥(热固化)、红外线干燥、UV干燥(紫外光干燥)、微波干燥等,这些都在鲁班园之前的文章中有详细介绍。然而“电子束固化技术”,无论从技术概念上还是技术原理上,我们似乎都一无所知,这无疑激发了我们极大的兴趣。
因此,我们希望通过本文对EB固化技术的介绍,让大家了解什么是电子束固化?和其它涂层固化技术相比存在何种差异、有怎么样的特点?它又如何应用在家具板材中、未来前景如何?
了解一种新技术,最直接的办法就是从它的名称与概念入手。该技术的英文全称为“Electron Beam Cured”,也就是“电子束固化(EBC)”,即采用电子束进行涂层固化的技术。那么问题也随之而来,什么是“电子束(EB)”?为什么它可以达到固化涂层的效果?
在微观层面,一切原子都由一个带正电的原子核和围绕它运动的若干电子组成,电子是最早发现的基本粒子,带负电。
利用电子枪中阴极所产生的电子,在阴阳极间的高压加速电场作用下,被加速至很高的速度,经会聚作用后形成密集的高速电子流,也就是电子束(EB)。
当具有高能量的电子束作用于涂层时,可在几秒甚至更短的时间内让不饱和分子形成活性自由基,引发不饱和树脂和单体聚合,形成三维立体的交联网络,从而诱导液体低聚物经过交联聚合快速转变为固体。
上述的描述相对比较专业,其中涉及到一些化学术语,不免让人觉得难以理解。如果用通俗一些的表述,可以把电子束固化简单理解为“利用电子束的高能量,把涂层从液态转化成固态的过程,这个过程伴随着快速的化学反应”。
EB固化国外最早应用此技术是美国福特公司,在20世纪70年代,福特将EB固化技术应用于处理汽车零部件的涂层。
实际上,EB固化可以广泛应用在印刷与涂布领域,早餐的牛奶盒,出门坐的汽车,随手买的饮料罐,路上阅读的书籍或杂志,抬头看到的飞机等,它们都有可能是电子束固化的应用。
国内的情况是在2004年左右,部分印刷企业才开始引进EB固化设备,但主要用于上光油的涂布;而将EB固化用于家居板材的尝试,也只是在近些年才有少数国内企业涉足。
既然EB电子束固化也是一种涂层的固化方式,那么它与我们所熟知的热固化、UV固化有什么差异呢?在固化能耗与固化时间、环保特性与涂层质量等核心指标方面,EB固化又表现如何呢?
我们查询了很多资料,发现一个三种涂层固化方式的对比表格,很好的展示了不同固化方式之间的差异,现整理如下:
在同等固化量的情况下,如果热固化的使用能耗为100%,有关数据表明,EB固化的能耗占UV固化的5%,占热固化的1%,也就是说EB固化在同等情况下的能耗效率最高。
在固化时间方面,热固化所需要的时间最久,少则几分钟,多则可能需要数天才能实现涂层的完全干燥;UV固化时间会短很多,仅仅需要几秒;而EB固化的时间达到了惊人的0.005秒,可以说是在一瞬间完成涂层固化。
对于热固化和UV固化的涂层而言,其涂料常使用溶剂工艺,如果是有机溶剂,在生产过程中就会存在环保问题,当然,采用水做溶剂的水性漆不会存在这样的问题。
EB固化则是一种无溶剂工艺,涂层固含量可达到100%,VOC等挥发性有机化合物已从原料中消除,因此具有超高的环保性能。
涂层质量方面,有几个核心指标,如涂层附着力、涂层硬度、拉伸强度、耐黄变性等,有关实验数据表明,经EB固化的涂层综合性能最佳。尤其是耐黄变方面,因为不需要光引发剂等物质就可以进行,所以EB固化涂层的耐黄性能更佳。
总的来说,辐射固化技术主要包括UV光固化与EB固化两种,均是利用能量照射使液态材料发生反应快速固化。由于相比传统热固化,辐射固化对环境污染性小,在节能减排、可持续发展背景下,其普及率快速上升。
其中,UV光固化采用紫外线UV为照射能量,具有反应较为稳定、设备投资规模小的优点,应用较为广泛,是现阶段主流辐射固化技术。
UV光固化具有穿透性差、易固化不完全的缺点,且其固化材料中需要添加光引发剂,容易无法反应完全而残留;与之相比,EB固化可实现深层固化,固化速度更快且完全固化,并且固化材料中无需添加光引发剂,安全性高,可应用范围更为广泛。
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