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辐射固化包括紫外固化和电子束固化。随着电子束固化设备成本的持续降低，电子束固化涂料得到了越来越多的 在中国也有为数不少的设备在正常运作之中。不过这些设备的电子束固化设备所使用涂料油墨的供应商通常都是指定的，不为外人所知，也基本属于秘而不宣的状态。这使得电子束固化技术的进一步宣传和推广应用受到了很大限制。
由于和实际商品化应用场景接近的电子束固化实验设备的匮乏，对于电子束固化涂料一些基本机理的了解仍然十分匮乏，还缺乏系统性的经验积累。
电子束固化应用的历史已经很长。在亚洲国家中，日本是最早、也是最完整对电子束固化技术开展了研究。今天我们就来研读一篇日本索尼公司在36年前对电子束固化技术用于磁带制造的文章。
这篇文章发表于年的辐射物理和化学(Radiat.Phys.Chem.)杂志上。
磁带在三四十年前是非常常见的音视频记录材料，它是将磁粉涂布在聚合物基材上而制成的。由于读取信号的磁头会和磁带反复接触摩擦，因此要求涂层必须具有良好的附着力、柔韧性、耐摩擦性能，爽滑性以及耐高温和耐湿性能。
由于磁带的基带是聚酯PET膜，耐热性有限，因此传统热固化涂料的使用受到了一定限制。同时由于涂层中存在大量磁粉，影响紫外光的穿透，因此在这种场景下电子束固化涂料成为一个绝佳选择。
实验中所使用的丙烯酸酯单体和齐聚物
索尼公司的宮下政司(MasashiMiyashita)等人对一系列丙烯酸酯单体的电子束固化性能进行了详细研究，同时研究了乙烯基树脂及聚氨酯树脂等热塑性聚合物的加入对最终性能的影响。所使用的电子束固化设备是ESI公司的CB。
对于磁带的一些具体指标的测试结果如下：
磁性
EB固化胶带磁化滞后曲线的平方度比率可与传统热固化磁带的值相媲美，这些值与颜料的分散程度相关。
EB固化胶带的饱和磁化比传统胶带高20%以上，这可能是由于低分子量丙烯酸齐聚物的流动性较大，在薄膜形成过程中产生了流平效应。
杨氏模量
如图所示，杨氏模量随着辐照剂量而迅速增加，但在达到5Mrad之后增长变缓。
DPHA的模量高于TMPTA系统，这是因为前者的官能团数量更多，从而产生更高交联密度。
与传统的热固化相比，EB固化很容易实现高模量。
DPHA及TMPTA和VAGH及聚氨酯树脂混合物的杨氏模量同辐射剂量的关系
可溶性组分的GPC数据
通过凝胶渗透色谱法(GPC)对EB固化及常规热固化胶带中THF可溶性部分进行了分子量分布分析。
从图中可以看出，在剂量大于5Mad时，EB固化胶带中的可溶性组分要少得多。
EB固化胶带的膨胀率比未添加填料的薄膜的膨胀率大，这可能是由于颜料的存在而使部分辐照剂量失效所导致的。
EB电子束及热固化样品中可溶性部分的分子量分布
散落粉末
高耐磨性是磁带在磁带机中运行时的一个现实需求。这可以通过测量由#砂纸从磁性涂层表面擦掉的散落粉末重量进行评价。
随着辐照剂量的增加，散落粉末的量会迅速减少。剂量超过10Mrad后，减少量的速度变缓。
在所有测试磁带中，含有UA-0/VAGH树脂的#8样品散落粉末数量最少。
附着力
通过测量度剥离强度，评估了磁性涂层与PET基膜之间的粘合强度。
随着固化剂量增加，剥离强度会降低。
在剂量为15至20Mrad时，剥离强度的少许增加可能是由于聚合物连接料和PET基膜界面间发生的降解和重组反应所致。
摩擦
摩擦系数在剂量大于5Mrad时减小到理想值，与热固化胶带的相当或更小。这可能是由于EB固化所得到的更高杨氏模量所致。
实验发现，三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)的转换率随总辐照剂量的增加而增加，同辐照率无关。反应速度和辐照率成正比。
在低辐照剂量下，反应速率不取决于齐聚物的官能团数量。但当辐照剂量高于0.3Mrad时，官能度较高的齐聚物的反应速率反而较慢。单个官能团的分子量当量的减少，会导致转化率降低，这是由于分子链活性的丧失而导致的，这也同时表现为更高的玻璃化温度(Tg)。
通过加入线型的惰性聚合物而形成混合物的方式，可以增加磁带涂层的柔韧性，对PET基膜的附着力，以及改善Tg。
日本索尼公司宮下政司等人的工作表明，通过对采用可EB固化聚合物系统来制造磁带的全面评估显示，该方法可以得到高杨氏模量、低摩擦系数、高饱和磁化和低散落粉末量的磁带。但为了达到整体平衡的综合性能，需要在剥离强度方面进行进一步的改进提高。
EB电子束固化系统整体比传统热固化体系具有更优的性能表现。
作者简介
杜鹏，四川大学高分子硕士，香港科技大学MBA，曾在德国WHU商学院及墨西哥IPADE商学院学习。从事光固化行业20余年，曾先后在全球最领先的两家光固化企业任职，从事技术、销售和管理工作。常在各种会议和论坛上作报告，并为在校大学生讲解光固化课程。发表光固化相关