林 宏

（立邦工业涂料（上海）有限公司，上海200540）

摘要：【目的/意义】电子束（EB）辐射固化技术作为一种低能耗、环境友好型涂装工艺，对于卷材涂料领域替代传统热固化工艺而言具有重要意义。【分析/评论/进展】系统阐述了EB与UV固化机理的区别，分析和对比了EB/UV固化体系与现有热固涂料体系的差别。着重介绍了目前卷材辐射固化涂料的工业化应用现状，并指出当前面临的技术挑战和问题，包括层间附着力、光泽和生产控制等。【结论/展望】未来研究应着力构建“材料-涂料-设备-工艺”协同创新体系，加速产业链生态建设，从而充分发挥该技术在实现“双碳”目标中的战略价值。

关键词：电子束；辐射固化；卷材涂料；彩涂板

传统彩涂板（又称涂层板或预涂钢板）是以金属卷材（冷轧板、热镀锌板、镀铝锌板等）为基材，经表面预处理后，采用连续快速的涂辊法涂装涂料，再经高温烘烤和冷却处理制成的产品。当前，全球彩涂板行业正经历从“规模扩张”向“质量提升”的深刻转型，绿色化、智能化、高端化已成为行业核心发展方向。然而，传统彩涂板涂层多采用热固化溶剂型涂料，此类涂料需经高温长时间烘烤，不仅能耗偏高、碳排放量大，还存在废水处理难度大等环保难题，这些问题直接制约了此类涂料的进一步应用与行业的可持续发展。“十五五”时期是我国实现“双碳”目标的关键攻坚期，彩涂板作为建筑、家电、汽车等重点产业链的核心基础材料，其绿色涂装升级已被纳入制造业低碳转型重点领域。

电子束（EB）辐照固化技术因具有高效率、经济性和节约能源等优点，被广泛用于涂料、油墨和胶黏剂等行业中。EB固化技术正以“冷固化”特性改变传统涂料行业的生产工艺和要求，其核心优势在于低VOC和超高速生产，符合全球“双碳”目标。目前，在北美、欧洲和日本等发达国家和地区，从事EB生产的企业发展迅速，已形成具有一定市场规模的产业。欧洲卷材涂料协会（ECCA）认为EB固化技术在卷材涂料行业脱碳方面较为重要。EB是由电子枪阴极发射，经阴阳极间高压电场加速至0.3~0.7倍光速，经透镜聚焦形成高速电子流。当高能电子束入射到材料表面时，会与材料中的原子发生碰撞，导致能量的转移和物质的重新排列。这种相互作用可以引发多种效应，如热效应、电离效应和散射效应等。其中，低能电子束（≤1 MeV）轰击材料使其分子结构产生电离或者激发、形成自由基的效应即为电离效应。而利用自由基诱导化学反应的技术称为辐照加工，其中低能电子束驱动涂层交联聚合即EB辐射固化技术。

对于辐照加工而言，其重要的技术参数主要为能量及功率，能量与被辐射材料的密度共同决定了辐射对材料的穿透能力，功率则决定了加工效率。通常，辐照能量越大，穿透能力越高。涂层固化所需能量相对较低，通常为80~300 keV。一般涂层密度相对较低（通常以水作为参考），辐照能量200 keV时，电子束可以穿透350~400 μm的厚度。因此，对于常规的工业涂料而言，不管是厚涂层还是有色体系以及高填料含量体系，EB固化技术都有潜在应用的可能。

1  辐射固化卷材涂料组分

表1列出了卷材用热固化与EB/UV固化涂料配方组成的差异。从表中可以看出，由于固化机理不同，固化体系从传统的带羟基的树脂与氨基树脂或异氰酸酯的热缩合反应，转变成含双键的烯烃单体自由基聚合，或者环氧树脂的阳离子聚合。特别对于装饰性涂料而言，树脂体系的变化对耐候性影响较大，因此涂料树脂结构发生变化，势必需要上游原材料配套开发出性能匹配的低聚物以及单体。

表1　卷材用热固化涂料与EB/UV固化涂料组成的区别

Table 1　The difference in composition between thermosetting coatings and EB/UV curable coatings

作为EB固化卷材用的低聚物，相关文献报道较少，可参考UV清漆固化的相关研究。Seo等报道了一种超支化聚氨酯丙烯酸酯，以此改善UV固化涂层的力学性能。Cheon等通过调整多元醇中聚己内酯二醇（PCL）和聚丁二烯二元醇（HPBD）的比例及含量作为聚氨酯的软段，借此增加低聚物的柔韧性，并通过三羟甲基丙烷乙氧基化三丙烯酸酯（TMPEOTA）含量的增加，提高涂层的Tg、储能模量和力学性能。Choi等合成了一种低黏度聚氨酯丙烯酸酯树脂，提高了施工性能，并考察了不同活性稀释剂对加工成型及附着力的影响。总的来说，用于UV/EB涂料的低聚物，仍以商业低聚物为主，基本都是从其他行业引入，未来仍需要配套开发适合于卷涂性能和施工要求的低聚物树脂。从未来耐候性提升的角度，硅改性和氟改性的丙烯酸酯低聚物和单体也是需要关注的。虽然理论上环氧树脂也可以通过EB辐照进行阳离子固化，但在卷材行业还没有相关报道，可能与引发剂成本高、加工性差相关。

2  EB固化和UV固化的区别

与UV固化相比，EB技术具有两大本质差异：一是能量载体为电子而非光子，能量强度提升数十万倍，且电子束可以在树脂体系中随机产生活性位点进行交联反应，因此其固化程度更高；二是反应无需光引发剂参与，从根本上避免了小分子残留，防止残留引发剂对涂层户外耐候性的影响。表2列出了UV和EB 2种技术对涂层性能及施工性的影响。从表中可以看出，从固化的深度和固化后的耐候性出发，EB固化都比UV固化显示出更广泛的施工应用性和更优异的室温耐候性。

表2 EB固化与UV固化施工性及涂层性能区别

Table 2　The difference in workability and performance of coating between EB and UV curing technology

3  EB固化卷材涂装工艺

按照传统彩涂板的生产工艺，表面金属钝化后的冷轧板从镀锌线下来后，在转到彩涂厂前需要涂油保护，防止金属镀层氧化。彩涂厂在涂装涂料前，需要碱洗除油，钢板干燥后再涂前处理剂，以此提高与基材及涂层的附着力，然后再涂装溶剂型涂料。将EB/UV固化技术应用在卷材涂料中，目前有如下方案（表3）。其中，一类方案（方案1~3）只改变卷材线涂料的种类及施工工艺，该方案相对简单，较易实现；另一类方案（方案4）是将冷轧镀锌线和卷材线合并，减少涂油、碱洗及前处理的工序，提高生产效率。后一种方案实现的前提，就是要实现预底合一，即将前处理剂和底漆合一，并且通过UV固化或者低温烘烤的方式，在镀锌线上完成此操作（图1）。因此就需要涂料或者前处理供应商开发出相应的底漆。从开发的难度和挑战看，预底合一，以及与EB固化面漆的配套，此方案（方案4）难度最大。

表3 辐照固化可行性技术方案

Table 3　Technical solutions for the feasibility of irradiation curing process

图1　UV/EB双固化施工工艺示意图

Fig.1　Schematic diagram of UV/EB dual-curing process

表4为传统热固化与EB/UV固化在卷材涂料中的技术区别，由表4可知，和传统工艺相比，EB/UV固化不仅具有绿色、低能耗、低温的特点，还具有提高生产效率、产能，减少场地占用的优势。同时，因为涂布率的提高可以减少包装及人工切换成本，进一步降低涂装的总成本。

表4 热固化与EB/UV固化在卷材涂料中的技术区别

Table 4　The technical difference between convection curing and EB/UV curing for coil coating

4  EB固化卷材涂料应用进展

EB/UV固化卷材涂料的研究起于20世纪80年代。早期的研究，基于成本的考虑，新品开发基本集中在UV固化清漆及配套UV固化油墨打印产线。并且相关产品都是在小众轻工/家电彩板的慢速线上使用，因此技术挑战相对较小，代表公司主要是韩国的浦项和意大利蒂森克虏伯钢铁公司，它们分别在2009年和2011年相继推出家电彩涂板配套的UV固化清漆，发展到现在基本已实现工业化。近几年，随着EB固化技术和设备的逐渐成熟以及环保的趋势，在主流建筑彩板的高速线上，已经有部分替代热固的商业线。

1980年，因为日本Erio公司的隧道内墙材料项目有高硬度品质（>9H）的开发要求。日本东丽-新日铁-立邦三家公司联合共同开发了世界上第一条商业化的EB生产线，1982年正式推出，但其生产效率较低。1985年，由日新制钢（市川）委托东洋纺-日新制钢-立邦一起开发高光、高硬度、高加工的EB固化型产品，用在家电领域。虽然产线进行了试制，但因良品率低，此产品和项目此后被搁置。2014年，美国最大的钢桶制造商克利夫兰（CSC）希望从单板进料工艺转变为卷对卷工艺，以提高效率，在原先的单板进料工艺中，速度被限制为18~30 m/min，并且一次只能涂覆钢板的一侧。2019年正式推出了世界上第一条可辐射固化的卷涂生产线，产线速度提高到67 m/min，大大提高了生产效率。据公开报道的信息，CSC、宣伟和设备供应商PCT一起合作，在钢板正面涂上高光EB彩色涂层，背面涂上UV固化透明清漆，整个生产线长度不到30 m，占地面积小，很大程度上归因于EB固化和UV固化涂层的即时固化。2022年，东国制钢对外宣布开发了世界上第一款无溶剂UV固化彩钢板“Luxteel Biomass Uniglass”，并将其用于电梯和墙壁等建筑行业，以及电视、冰箱和洗衣机等家用电器。作为该公司自主研发技术，具有明显的成本竞争力。

贝格（Beckers）于2023年2月发布了全球首款UV/EB双固化卷材涂料，实现了EB固化涂料在建筑行业的应用突破。2023年初，该试点项目在法国东北部Contrisson的安赛乐米塔尔（简称安米）工厂的3号卷材涂装线试生产，面漆通过先UV（镓灯）预固化，再EB固化的方式进行光泽控制。涂层性能完全能满足现有溶剂型产品的需求和适用性。2023年12月，阿克苏诺贝尔宣布与爱邦辐射技术有限公司（简称“无锡爱邦”）共同探索辐射固化技术在卷钢涂层中的应用。2024年7月，美国动力钢铁公司发布其在印第安纳州巴特勒的新生产线——第一条数码打印卷材线。在现有溶剂型底漆和面漆的基础上，打印一层UV固化油墨图案，并使用EB固化清漆作为顶涂，以此提高抗刮伤和耐候性。同年7月，PPG宣布了其配套上市的产品DuraNEXT。其产品组合包括：可提供UV固化和EB固化配方的背衬，以适应各种应用设备设置。这些可以涂在底漆上，也可以直接用于金属。UV固化底漆可以在EB固化面漆下使用，也可以与传统的热固化面漆一起使用。EB固化面漆有各种光泽和颜色可供选择，适用于室内外场景，并可选择光滑、有纹理和起皱的饰面。值得一提的是，国内黄山华佳表面科技有限公司在自主研发的基础上，在2019年6月对外公布开发了国内首款电子束固化卷材粉末涂料。这款涂料独具特色，无需使用异氰尿酸三缩水甘油酯（TGIC）等固化剂，同时具备良好的耐候性、低温固化能力以及瞬间固化效果。

5  EB固化卷材涂料的挑战

EB固化卷材涂料凭借其高效、环保的特性，在工业涂装领域备受关注，但其技术应用仍面临多重挑战。例如，EB固化涂料的配方设计、基材适配性、涂层性能的稳定性以及成本优化等问题亟待解决。本文针对EB固化卷材涂料的关键技术难点展开探讨，以期为行业提供创新思路与实践参考。

5. 1 层间附着力

辐射固化技术面临的最大挑战仍是涂层附着力问题，尤其是基材与底漆间的结合，这是实现全辐射固化的关键瓶颈。其核心矛盾在于：丙烯酸酯自由基聚合导致的5%~10%体积收缩率，会引发局部应力超过界面结合能，造成剥离。现有解决方案（如大分子丙烯酸酯低聚物、热塑性树脂）虽能降低收缩率，仍无法满足彩涂板性能要求。此外，产业协同不足加剧了技术壁垒，主要表现在：（1）前处理剂适配性。传统热固型前处理剂的活性羟基无法与UV底漆形成有效交联，需要开发专用前处理剂体系。（2）电子束副作用。高能量电子束可能会破坏基材钝化层和前处理效果，相关研究尚属空白，需要建立EB固化对基材及前处理影响的评估标准。

5. 2 光泽控制

卷材EB固化涂层另外一个挑战为光泽控制，用于建筑的彩涂板，通常光泽（60°）要求30~40。对于传统热固化型涂料，只需添加少量消光粉即可达到消光和满足施工黏度的要求。图2解释了2种涂料消光技术的差异，对于溶剂型涂料，湿膜溶剂挥发后，干膜的膜厚下降，消光粉在涂层中的比例升高，同时在热固化过程中，因为热对流原因，部分轻质消光粉更容易富集在表层，因此溶剂型涂料，在不影响施工黏度的情况下，很容易消光。但辐射固化型涂料，本身是无溶剂的，不存在干湿膜膜厚的显著差异，同时因为是冷固化，分散在湿膜中的消光粉没有迁移的驱动力。因此要达到相同的消光效果，消光粉的添加量至少是溶剂型涂料的2~3倍。但添加量提升的同时会带来负面影响如黏度提高较快，无法匹配现有施工黏度的需求。

图2　热固型和辐射型涂料消光机理

Fig.2　The extinction mechanism of thermosetting and radiation-curing coatings

近年来，准分子灯+ EB固化技术（图3）已广泛应用于皱纹/肤感涂层制备。其原理是利用172 nm紫外光（穿透深度约0.1 μm）引发涂层表面收缩，形成微观凹凸结构实现亚光效果。类似地，UV/EB双固化技术通过UV预固化产生垂直方向的固化梯度，利用收缩差调控光泽。该技术对浅色系光泽控制良好，但深色系因UV穿透不足易产生褶皱花纹。要实现深色系溶剂型涂层的细腻效果，需在辐照工艺、颜料筛选及配方设计方面进行优化。

图3　采用准分子灯和EB的组合固化系统

Fig.3　Hybrid Curing System with Excimer and EB

未来从经济性以及工序简化的角度考虑，仍有必要开发一道工序的EB固化工艺。相关工作者仍需要进一步深入研究和理解EB涂料配方各组分对光泽的影响，以及新型消光剂和新的消光技术的配套开发。

5. 3 生产控制

UV/EB双固化带来的另外一个问题是涂料生产控制与产线工艺的脱节，目前实验室用的EB设备都是封闭式的，整个固化过程是单独的工艺。从带有湿膜的样板放入固化腔体内，到固化结束，整个流程需要1~2 min才能完成，显然会影响涂料的流平和光泽。而实际生产UV预固化与EB固化是连续的，不会给涂层有较长的流平时间，因此实验室光泽的结果与实际产线差异较大。安米在其专利中披露了产线需要额外安装红外加热器和热感应器，全程监控涂装湿膜温度，在线实时、自动调整湿膜温度和UV能量参数，确保能精确控制光泽，以满足高速彩涂光泽的均匀性。因此如何解决光泽控制的问题，不仅需要涂料供应商结合产线实际情况进行出厂控制，同时需要产线严格的生产工艺配套。另外，EB固化要替代现有卷材涂料，必不可少的一个条件就是产线速度至少要超过现有产线速度。但目前商业化的产线速度仍不理想，除了可能与光泽控制工艺有关外，还与涂料的配方设计相关。

5. 4 其他

当前，针对EB固化涂层的研究还处于初级阶段，人们也倾向于照搬UV固化涂料的经验来剖析EB固化涂料。然而，研究表明UV固化和EB固化机理存在一定的差异。其次，辐照剂量作为辐射固化工艺的关键参数，其对于涂层的固化行为、耐候性和防腐性能等的影响尚不明确。虽然贝格和安米联合推出的商业化产线利用UV/EB双固化技术解决了部分颜色的光泽控制问题，但在涂料配方中仍需要加入光引发剂。而引发剂的引入对实际曝晒的影响，尚无数据可参考。另外，颜色的多样性和产品多样性仍需要持续关注，尚未有金属色和更高耐候产品的报道。此外，EB固化面漆目前只应用在建筑领域，家电领域因为有更高的加工要求，对附着力的要求比较高，也是亟待解决的问题。

6 结 语

EB辐射固化技术正推动卷材涂料行业从“高能耗、高排放”向“精密化、绿色化”转型。随着国产化EB设备性能和稳定性的提升，国内卷材涂料的环保性能有望得到进一步改善。在过去的几年里，立邦、宣伟、PPG、贝格以及阿克苏诺贝尔等涂料企业都宣布支持工业金属卷材用UV/EB固化涂料的研发，并积极推动上游原材料公司协同创新，开发与之匹配的原料。与此同时，设备供应商ESI、IST、PCT以及国内的爱邦、智研、中广核等企业也在积极推进辐照固化技术在卷材涂装领域的产业化进程。值得关注的是，中国宝武集团已于2020年就将EB固化产业化纳入产业转型规划。尽管卷材涂料行业的全面转型仍需时日，但在碳排放压力日益加剧的背景下，UV/EB固化技术因其环境友好特性，正逐步成为绿色建筑与制造领域的重要替代方案。

文章来源：《涂料工业》2026年第2期

DOI号

10.12020/j.issn.0253-4312.2025-215

通信作者

林宏（1981—），男，博士，高级工程师，主要研究高分子材料的合成、卷钢涂料的配方设计及应用；邮箱：Solar_lin@163.com。

林宏，上海交通大学理学博士，立邦工业涂料（上海）有限公司，高级技术经理。东华大学校外博士生导师，正高级工程师。目前主要从事工业涂料-卷钢涂料配方设计和应用，高分子合成等相关工作。在Adv.Fun.Mater., Chem.Mater., J.Mater.Chem., ACS. Appl.Mater.& Inter.等化学国际顶级期刊发表学术论文SCI 10余篇，授权中国发明专利18项。

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本文作为参考文献时的标准著录格式：

林宏. 电子束辐射固化在卷材涂料中的应用和研究进展[J]. 涂料工业，2026，56（2）：82-88.

LIN H. Application and progress of EB radiation curing in coil coatings[J]. Paint & Coatings Industry，2026，56（2）：82-88.