辐射固化的基本含义就是利用紫外光(UV)或电子束为能源,引发具有化学活性的液体配方,在基体表面实现快速反应的固化过程。UV/EB固化的工业应用为材料表面固化提供了一种先进的加工手段。这种固化技术不同于传统技术(例如热固化)的最大优点在于辐射固化采用高效能源-紫外光或电子束作为引发手段,快速实现涂层固化。由于具有其高效、绿色的特点,因而应用日趋广泛。
紫外光与电子束都可看成辐射大家族的成员,不同的是紫外光是一种电磁辐射,而电子束却是经加速的高能电子流。辐射固化常用的100~380nm紫外光区又细分为UV-C(100~280nm)、UV-B(280~315nm)和UV-A(315~380nm)。辐射固化采用的紫外光源一般是经电能激发的紫外灯。电子束也是一种辐射,它是一批经过加速的电子流,粒子能量远高于紫外光,可使空气电离,故高能电子束又可称为电离辐射。电子束固化一般不需光引发剂,可直接引发化学反应,而且对物质的穿透力也比紫外光大得多。产生电子束的装置称为电子加速器。辐射固化采用的一种扫描型的电子加速器,其基本原理与家庭使用的电视机十分类似。在电视机中经加速的电子流扫描电视荧光屏取得视觉信息,辐射固化中电子加速器的电子束对基材表面扫描从而实现固化加工。
辐射固化是在现有科学技术的基础上发展起来的一门新技术,因此可以看作是多种技术共同结构形成的综合体,包括辐射源(UV和EB)、原料、单体和齐聚物、光引发剂、各种助剂(如颜料、添加剂)、化学配方(涂料、油墨、黏合剂等)、基材与涂布装置等。辐射固化只有通过这些技术要素的合理配置才能发挥其固有的生命力。事实上这些技术要素在辐射固化的产业进程中已形成了相互依赖的市场链,共同保证市场竞争力,因此辐射固化的本身是一项系统工程。中国环氧树脂行业协会专家介绍说,“3E原则”推动着辐射固化发展,任何高新技术的确立和发展,现在看来都须遵循“3E原则”概莫能免,因此“3E原则”是辐射固化赖以生存和发展的根基和原动力。所谓“3E”就是指能源(Energy)、生态(Ecology)和经济(Economy)。
从“能源”看,辐射固化饿额能量消耗只需保证活性化学配方在辐射引发下发生聚合交联反应,不必对基材进行加热,因此UV固化的能耗仅为常规溶剂型涂料和油墨固化的1/5,EB固化能耗更小,仅为常规固化的1/100。“生态”方面,辐射固化所采用的活性化学配方不含或少含挥发性溶剂,属于零排放或低排放技术,有利于环境保护,此外辐射固化所用基础能源为电源,无燃油然气、也无二氧化碳产生,因此辐射固化常被誉为“绿色技术”。“经济”角度也有优势,辐射固化装置紧凑,加工速度快、场地空间小、生产效率高,工艺本身有助于提高产品性能,降低原材料消耗,这一切从经济成本上提高了技术本身的竞争能力。
辐射固化较之于传统的固化技术尚有自身的特点,例如室温固化,有利于热敏材料的加工;固化配方可按需求调节,有利于提高工艺的适应性,保证产品性能(如硬度、柔性、光泽、耐候性等);辐射固化易于实现流水作业,自动化程度高。中国环氧树脂行业协会专家表示,辐射固化特有的技术优势不仅满足“3E原则”的要求,而且在产业化进程中持续保持对传统固化的市场竞争力,使辐射固化自20世纪60年代以来一直呈高速增长势头:目前紧急发达国家如美国、日本以及欧洲各国,每年增长率约为10%,发展中国家的增长速度更快,中国的平均年增长率可达25% 。