粒子束處理裝置和可使用該裝置處理的材料的制作方法

專利名稱:粒子束處理裝置和可使用該裝置處理的材料的制作方法
相關申請的交叉引證本申請是以美國專利第6426507號授權、1999年11月5日申請的美國申請序列第09/434380號的部分繼續的美國申請。
發明領域本發明涉及粒子束處理裝置和可使用該裝置處理的材料。特別地，本發明涉及粒子束處理裝置，該裝置包括粒子發生組件，具有薄箔片的箔支持組件，和處理區。當可處理材料暴露于由該裝置生成的粒子時，粒子在材料的涂層上引起化學反應。
相關現有技術的說明粒子束處理裝置常用于使基片或涂層暴露于高度加速的粒子束如電子束(EB)下，在基片或涂層上引起化學反應。
電子是在所有物質中發現的帶負電的粒子。電子圍繞著原子核旋轉，非常象行星繞太陽旋轉。通過共享電子，兩個或多個原子鍵接在一起，形成分子。在EB處理中，使用高能電子，改性各種各樣產品和材料的分子結構。例如，可使用電子改變專門設計的液體涂料、油墨和粘合劑。在EB處理過程中，電子斷開鍵接和形成帶電粒子與自由基。這些自由基然后結合形成大的分子。藉助該方法，液體轉化成固體。該方法被稱為聚合。
用EB處理的液體涂料可包括印刷油墨、漆、硅氧烷脫模涂料、底漆涂料、壓敏粘合劑、阻擋層和層壓粘合劑。EB處理也可用于改變和提高固體材料如紙張、基片和非織造紡織品基片的物理特征，所有這些被特定地設計為對EB處理起反應。
粒子束處理器件通常包括三個區，即，其中生成粒子束的真空室區，粒子加速器區，和處理區。在真空室內，鎢燈絲被加熱到約2400K，該溫度是鎢的熱離子發射溫度，以產生電子云。然后施加正的電壓差到真空室內，以提取并同時加速這些電子。之后，電子穿過薄箔片并進入處理區。薄箔片在真空室與處理區之間起阻擋作用。在大氣條件下，加速電子經薄箔片離開真空室并進入在大氣條件下的處理區。
目前可商購的電子束處理器件通常在125kV的最小電壓下操作。這些已有的EB單元采用由厚度為12.5微米的鈦制造的薄箔片，使涂料在基片上固化，其中所述基片以800-1000英尺/分鐘的速度穿過處理器件。這種EB單元可商購于Wilmington，Massachusetts的EnergySciences，Inc.，型號No.125/105/1200。在一些工業，例如撓性食品包裝中，不可能使用目前的技術。在125kV下操作的EB單元沉積顯著大量的能量到接觸待包裝食品的聚乙烯基密封膜上。這種沉積物在膜內引起特殊臭味并增加它的密封起始溫度。
可通過降低操作電壓低于125kV來改進這種EB單元的效率。另外，低于125kV的操作使得可能更好地控制能量沉積的深度并使密封膜吸收的電子能量最小。然而，當電壓降低到低于125kV時，電子穿過鈦箔的動能下降，這是因為更多的能量被鈦箔吸收，從而引起該箔片被過度加熱。過多的熱量引起鈦箔變藍色、發脆，并損失其機械強度。過多的熱量還產生的問題是系統的熱控制。因此，必須顯著降低基片的供料速度，這使得處理器件在商業上不可行。
鑒于前述問題，需要更有效地操作、尺寸較小、具有降低的能量需求且較便宜制造的粒子束處理器件。
發明概述在如下的說明中部分列出了本發明的優點和目的，和根據這些說明，將部分地變得顯而易見，或可根據本發明的實踐而獲悉。可通過所附權利要求
中特別地指出的元素及其結合，來實現并達到本發明的優點和目的。
為了實現此處體現和廣義地描述的這些優點和根據本發明的目的，本發明一方面提供一種粒子束可處理的材料，它包括具有頂側和底側的基片，和在該基片頂側上的粒子束可處理的漆涂層。通過暴露于由在110kV或更低的范圍內的電壓下操作的粒子束處理器件生成的高度加速粒子下，引起對漆涂層的化學反應，從而處理漆涂層。粒子束可處理的材料還包括在基片底側上的輻射活潑層。
本發明第二方面提供制造粒子束可處理材料的方法。該方法包括提供具有頂側和底側的基片，在該基片底側上施加輻射活潑層，在該基片的頂側上施加粒子束可處理的漆涂層，和將該漆涂層暴露于由在110kV或更低的電壓下操作的粒子束處理器件生成的高度加速粒子下，在沒有影響輻射活潑層的情況下，引起對漆涂層的化學反應。
本發明第三方面提供粒子束處理器件，其尺寸小于目前可獲得的器件，且具有較高效率以引起在基片上的化學反應。該器件包括電源，在容器內產生并維持真空環境的真空泵，和位于真空容器內并連接到在110kV或更低范圍內的第一電壓下操作的電源上的粒子發生組件。粒子發生組件包括一旦加熱生成多個粒子的至少一根燈絲。該器件還包括箔片支持組件和處理組件。箔片支持組件在比第一電壓高的第二電壓下操作，以允許至少一部分粒子從第一電壓穿行到達第二電壓并離開箔片支持組件。箔片支持組件可包括由厚度為10微米或更低的鈦或其合金制造的薄箔片，或由厚度為20微米或更低的鋁或其合金制造的薄箔片。處理組件接受離開箔片支持組件用于引起化學反應的粒子。根據下述確定處理器件的機器產率(machine yield)(K)K＝劑量·速度/電流其中K是以兆拉德·英尺/分鐘/毫安為單位測量的機器產率，劑量是以兆拉德為單位測量的單位質量吸收的能量，速度是以英尺/分鐘為單位測量的基片的供料速度，和電流是以毫安為單位測量的從加熱的燈絲中提取的電子數。
本發明第四方面提供在粒子束處理器件內，在基片上引起化學反應的方法。該方法包括在具有至少一根燈絲的粒子發生組件內產生并維持真空，加熱至少一根燈絲，產生多個粒子，和在范圍為110kV或更低的第一電壓下操作粒子發生組件。該方法還包括在比第一電壓高的第二電壓下操作具有薄箔片的箔片支持組件，引起至少一部分所述粒子從第一電壓穿行到達第二電壓并離開在粒子發生組件內的真空。薄箔片可以由厚度為10微米或更低的鈦或其合金制造。或者，薄箔片可以由厚度為20微米或更低的鋁或其合金制造。該方法進一步包括使離開的粒子穿過薄箔片進入處理組件，基片在此暴露于粒子下。根據下述確定處理器件的機器產率(K)K＝劑量·速度/電流其中K是以兆拉德·英尺/分鐘/毫安為單位測量的機器產率，劑量是以兆拉德為單位測量的單位質量吸收的能量，速度是以英尺/分鐘為單位測量的基片的供料速度，和電流是以毫安為單位測量的從加熱的燈絲中提取的電子數。
要理解，前述一般說明和下述詳細說明僅僅是例舉和解釋，且不是對要求保護的本發明的限制。在隨后的說明中將列出額外的優點，和根據該說明可部分地理解或根據本發明的實踐可獲悉額外的優點。藉助所附權利要求
中列出的結合可獲得這些優點和目的。
附圖的簡要說明并入并且構成說明書一部分的附圖闡述了本發明的數個實施方案，和與說明書一起起到解釋本發明原理的作用，在附圖中，
圖1是根據本發明一個實施方案的粒子束處理器件的示意圖；圖2是電子束的電壓分布曲線的示意圖；圖3是根據本發明優選實施方案的粒子束處理器件的主視圖；圖4是在90kV的操作電壓下測量的深度劑量分布曲線作為鈦箔厚度函數的圖表；圖5是使用厚度為5、8、10和12.5微米的鈦箔測量的用于寬度為1.5英尺的處理器件的機器產率作為操作電壓函數的圖表；圖6是在各種操作電壓下測量的深度劑量分布曲線作為鈦箔厚度函數的圖表；圖7是使用厚度為17、12.5和8微米的鈦箔測量的薄箔片所吸收的能量作為入射能(單位keV)函數的圖表；
圖8是當基片穿過粒子束處理器件時在基片上的交聯反應示意圖；圖9是當基片穿過粒子束處理器件時在基片上的聚合反應示意圖；圖10是當基片穿過粒子束處理器件時在基片上的消毒反應示意圖；圖11是對于根據本發明一個實施方案的撓性包裝材料來說，網狀物長度的截面視圖。
實施方案的詳細說明現詳細地參考與本發明一致的裝置、材料和方法的數個實施方案，其實例在附圖中被闡述。在全部附圖中盡可能使用相同的參考標記指代相同或類似的部件。此外，通過隨后的實施例進一步闡述本發明。
本發明的粒子束處理器件可制成相對小的尺寸和高效率地操作，這是由于本發明的至少兩個方面導致的(1)操作電壓下降到110kV或更低，和(2)薄箔片，若由鈦或其合金制造的的話，具有10微米或更低的厚度，和若由鋁或其合金制造的話，具有20微米或更低的厚度。
根據本發明的原理，粒子束處理器件包括電源、粒子束發生器件、箔片支持組件，和處理組件。
圖1圖示了與本發明原理一致的粒子束處理器件100，它包括電源102、粒子束發生組件110、箔片支持組件140，和處理組件170。電源102優選提供110kV或更低，更優選90-100kV范圍內的操作電壓給處理器件100。電源102可以是商購類型，它包括位于電氣絕緣鋼室內的多個電變壓器，以提供高電壓給粒子束發生組件110，產生諸如電子之類的粒子。
粒子束發生組件110優選保持在容器或腔室114的真空環境內。在EB處理器件中，粒子束發生組件110常稱為電子槍組件。抽真空的腔室114可以由諸如電子之類的粒子在其中生成的緊密密封的容器制成。提供真空泵212(如圖3所示)，產生數量級為約10-6Torr的真空環境。在腔室114的真空環境內，當高壓電源102將電功率送到加熱的燈絲112時，在燈絲112周圍生成電子云。
燈絲112然后發出白色熾熱的光且生成電子云。如下所述，由于電子是帶負電的粒子，因此電子然后從燈絲112處吸引到較高電壓的區域并加速到極高的速度。燈絲112可以由一根或多根金屬絲制造，而所述金屬絲通常由鎢制造，和可在箔片支持體144的整個長度上均勻間隔地布置燈絲112并在基片10的整個寬度上發射電子束。
如圖1和2所示，粒子束發生組件110可包括提取器格柵116、終端格柵118和反射板120。反射板120排斥電子并將電子送向提取器格柵116。反射板120在不同于，優選略低于燈絲112的電壓下操作，以收集從燈絲112遠離電子束方向逃逸的電子，如圖2所示。
在不同于，優選高于燈絲112的電壓下操作的提取器格柵116吸引電子遠離燈絲112并朝終端格柵118處導引它們。提取器格柵116控制從電子云中提取的電子數量，其中所述電子云決定電子束的強度。
在電子加速到供穿過箔片支持組件140的極高速度之前，在基本上與提取器格柵116相同的電壓下操作的終端格柵118起到電子的最后網關的作用。
根據本發明的一個實施方案，例如，燈絲112可以在-110000伏特下操作和箔片支持組件140可以接地或設定為在0伏特下。可選擇反射板120在-110010伏特下操作，以排斥朝向燈絲112的任何電子。可選擇提取器格柵116和終端格柵118在-110000伏特到-109700伏特范圍內操作。
電子然后離開真空室114并經薄箔片142進入箔片支持組件140，以滲透供化學反應的涂布材料或基片10。化學反應包括，例如聚合、交聯或消毒。電子的速度可以高達或高于100000英里/秒。箔片支持組件140可以由一系列平行的銅肋(未示出)制成。如圖1所示，薄箔片142被堅固地夾持到箔片支持組件144的外側，在腔室114內提供防漏真空密封。高速電子在銅肋之間自由地穿過，經薄箔片142并進入待處理的基片10內。為了防止過度的能量損失，箔優選制得盡可能薄，且與此同時提供充足的機械強度，以耐受在粒子發生組件110和處理組件170內部的真空狀態之間的壓差。
根據本發明的原理，當箔片支持組件的薄箔片由鈦或其合金制造且厚度為10微米或更低，優選在3-10微米范圍內，更優選在5-8微米范圍內時，可使粒子束生成器件的尺寸較小并在較高效率的水平下操作。或者，薄箔片142也可由厚度為20微米或更低，優選在6-20微米范圍內，更優選在10-16微米范圍內鋁或其合金制造。
一旦電子離開箔片支持組件140，則它們進入處理組件170，在此電子滲透涂層或網狀基片10并引起導致聚合、交聯或消毒的化學反應。如圖3所示，涂層或網狀基片10被供料到處理器件100內，以進入處理組件170。處理組件170包括基片10進入其中的網狀物入口202，導引并傳輸基片10穿過處理組件170的輥204、206和208，以及基片10從其中離開處理器件100的網狀物出口210。待處理的產品立即發生轉化，不需要干燥或冷卻且含有許多新和所需的物理性能。可在處理之后立即裝運產品。
粒子束處理器件可包括圍繞至少一部分器件周圍的防護襯里，以吸收諸如X-射線之類的輻射，所述輻射是當電子在物質中被吸收，當它們減速時發射的。
如圖1所示，防護襯里190圍繞處理器件100，如抽真空的腔室114和處理組件170的周圍。防護襯里190基本上吸收當電子在物質內減速時產生的全部X-射線。選擇防護襯里190用的厚度與材料，形成主要由X-射線的所需吸收速度決定的函數。在一個實施方案中，在殘余射線小于或等于約0.1mrem/h的情況下，防護襯里190優選在吸收速度下能吸收X-射線輻射。單位mrem/h表示相當于人每小時吸收0.1mili的輻射。對于電子和X-射線來說，1milrem相當于1兆拉德。測量所發出的輻射的一種方式是通過儀器如常稱為Bicron RSO-5的電離室儀器，在離防護襯里190為10cm的距離處測量吸收。為了進一步提高粒子束處理器件100的安全措施，可提供安全聯鎖開關(未示出)，無論何時打開聯鎖裝置時，通過自動終止生產來確保安全操作。
粒子束處理器件可進一步包括處理器，如計算機化的微處理器，以調節生成的電子數量，一般電子束的輸出與基片的供料速度成正比。如圖1所示，提供工藝控制系統200控制數種工藝，其中包括，但不限于，維持所要求的真空環境，在預定電壓和燈絲功率下初始化系統操作，使電子生成與工藝速度同步，以維持恒定的處理水平，監控功能和聯鎖裝置，和無論何時系統功能超過設定極限或檢測到聯鎖裝置問題時，提供警告和/或報警。
在操作中，粒子束處理器件100如下工作。真空泵212(在圖3中示出)從腔室114中抽出空氣，實現約10-6Torr的真空水平，在該點處，處理器件100可充分操作。在粒子發生組件110中，在三個獨立控制的電壓下設定引發電子發射并導引其穿過箔片支持組件144的粒子槍組件部件，所述粒子槍組件部件包括反射板120、提取器格柵116和終端格柵118。
在粒子束處理過程中，在真空室114內部的電場的結合產生“推/拉”效果，其向處于地(0)電勢的箔片支持組件144的薄箔片142導引并加速電子。所生成的電子數量與提取器格柵116的電壓直接相關。在慢的產生速度下，當施加較大的電壓時，提取器格柵116設定在較低的電壓下，而不是較高的電壓下。隨著提取器格柵116的電壓增加，從燈絲112處引出的電子數量也增加。
待涂布的涂料，例如油墨、粘合劑和其它涂料，通常要求低氧環境，以引起從液態到固態的化學轉化。因此，如圖1所示，本發明的粒子束處理器件可包括，分布在處理區170內的多個噴嘴172、174、176和178以注入除氧氣以外的其它氣體，以替換在其中的氧氣。在一個實施方案中，選擇氮氣，經噴嘴172、174、176和178，泵送到處理區170內，以替換氧氣，這將防止完全固化。
從以上說明可看出，可校正粒子束處理器件100，以實現極其高度精確的技術要求，這是因為可設定工藝控制系統200，以提供在基片或涂層上所需的精確固化深度水平。工藝控制系統200計算劑量和電子滲透到涂層或基片內的深度。電壓越高，電子速度和所得滲透度越大。
劑量是單位質量所吸收的能量，和以兆拉德(Mrad)(它等于2.4卡/克)為單位測量。所吸收的較高電子數量反映較高劑量值。在應用中，通常通過涂層和待涂布的基片的深度來確定劑量。例如，可要求5兆拉德的劑量固化在基片上的涂層，所述基片由宣紙制造且具有20g/m2的質量密度。劑量與操作的光束密度直接成正比，其中所述操作的光束密度是所提取的電子數量，且與基片的供料速度成反比，這通過下式表達劑量＝K·(I/S)其中I是以毫安為單位測量的電流，S是以英尺/分鐘為單位測量的基片的供料速度，和K是代表處理器件的機器產率，或該特定處理器件的輸出效率的比例常數。
提供在圖4-7所示的圖表中所述的下述實施例作為一系列實驗的結果。圖4說明了相對于三種不同厚度的薄箔片，在90kV的操作電壓下測量的涂層的深度劑量分布曲線與質量密度之間的關系。圖5說明了相對于由鈦制造的厚度為5、8和12.5微米的薄箔片，以kV為單位測量的操作電壓(“高壓”)與用于寬度為1.5英尺的處理器件的機器產率K之間的關系。圖6說明了相對于各種操作電壓，涂層的深度劑量分布曲線與質量密度之間的關系。圖7說明了相對于厚度為17、12.5和8微米的三種鈦箔，以keV為單位測量的薄箔片吸收的能量(“dE”)與以keV為單位測量的入射能或操作電壓之間的關系。
本發明的目的是通過施加盡可能低的操作電壓，以降低生成操作電壓所需的功率，使得處理器件更緊湊和更便宜地制造，從而增加處理器件的輸出效率。因此，如圖6的深度劑量分布曲線所示，最佳曲線優選更靠近向與表示待固化的涂層密度的X-軸相交的虛垂直線移動。然而，如前所述，降低操作電壓引起極大的熱問題，這使得處理器件在商業上不可行。如圖4和7所示，可通過利用厚度為10微米或更低的鈦箔來解決熱問題。
使用薄膜劑量技術測量在這些實驗中所取的數據。劑量技術牽涉厚度在9-10微米范圍內的尼龍膜。當染料暴露于電磁輻射下時，劑量儀含有從無色變為藍色的放射致色染料。藍色的強度與從尼龍膜獲得的輻射曝光量直接成正比。通過使用密度計測量藍色的強度或光密度，人們可將所測量的光密度轉化成所吸收的劑量(以兆拉德為單位)。使用在National Institute of Standards and Technology，Gaithersburg，Maryland的Co60γ設備，通過劑量儀和密度計的已有技術的校正，實現由光密度轉化成以兆拉德為單位的劑量。這些實驗使用由Far WestTechnology，Goleta，California制造的劑量儀型號FWT-60-810和由Far West Technology，Goleta，California制造的密度計型號92S×N3285。
實施例1圖4所示的第一個實驗的結果，表明使用由厚度小于12.5微米的鈦制造的薄箔片142的粒子束處理器件100改進電子在基片10內的滲透。
在第一個實驗中，使用薄膜尼龍劑量儀測量電子的滲透能力。用于該實驗的滲透參數包括90kV的恒定操作電壓，5兆拉德的劑量，和薄的鈦箔。測試三個樣品，研究厚度為12.5、8和5微米的三種不同鈦箔，其中每一樣品對應每一箔厚。
由每一個具有約2×2cm2表面積的30個劑量儀制造三個樣品。這些劑量儀分成三疊層，每疊層含有一個在另一個頂部上的一排10個劑量儀。每個疊層劑量儀的一個邊緣裝訂到厚度為125微米的聚酯載體上。然后將這三個聚酯載體裝訂到紙張基片上并經處理器件100供料，以接受輻射處理。第一疊層在具有12.5微米鈦箔的處理器件100內處理；第二疊層在具有8微米鈦箔的處理器件100內處理；第三疊層在具有5微米鈦箔的處理器件100內處理。在輻射處理之后，在60℃的烘箱中，使這三個疊層退火5分鐘。然后分開劑量儀，在密度計上單獨地測量，并轉化成以兆拉德為單位的劑量。對于每一組，將所得劑量值歸一化到第一劑量儀上。
圖4示出了來自該實驗的數據，其中Y-軸代表對于每一疊層來說歸一化的劑量，和X-軸代表以g/m2為單位的質量密度。通過測量導致10g/m2的劑量儀質量密度來獲得質量密度。假設第一點在一半的質量密度處，則對于隨后的點，將每一質量密度加到其上。該實驗得出結論，在粒子束處理器件100中使用的箔片越薄，在基片10上實現的電子滲透度越高。
實施例2
圖5所示的第二個實驗的結果，表明較薄的箔片不僅改進在基片上的電子滲透度，而且增加效率或機器產率K。
在第二個實驗中，類似于第一個實驗，使用薄膜尼龍劑量儀，測量在kV下測量的各種操作電壓下，寬度為1.5英尺的處理器件的機器產率K。進行四次測量研究厚度為12.5、10、8和5微米的四種不同的鈦箔。
通過計算平均9個單獨的劑量儀片來獲得機器產率值K。將2×2cm2的每一劑量儀在一個邊緣上裝訂到聚酯載體上。每一聚酯載體含有9個劑量儀。將聚酯載體裝訂到紙張基片上并經處理器件100供料，以接受輻射處理。在輻照之后，在60℃下使劑量儀退火5分鐘。之后，測量光學密度和劑量值。對于每次測量，設定處理器件100傳遞4兆拉德到劑量儀上。處理器件100包括數個測量表(未示出)以表示基片的供料速度(單位英尺/分鐘)和粒子束的電流(單位毫安)。確定平均劑量并根據下式用于計算K值K(兆拉德-英尺/分鐘/毫安)＝劑量(兆拉德)×速度(英尺/分鐘)/電流(毫安)對于所有電壓，重復同樣的步驟。
圖5示出了來自該實驗的數據，其中Y-軸代表機器產率K，和X-軸代表以kV為單位的操作電壓。該實驗得出結論，較薄的箔片增加效率或機器產率K。本發明處理器件的機器產率K增加，且在相應的最佳操作電壓下達到最佳值。如圖5所示，當使用10微米的鈦箔和在110kV下操作處理器件時，機器產率達到約23。當使用8微米的鈦箔和在100kV下操作處理器件時，機器產率在90-100kV下達到約30。類似地，當使用5微米的鈦箔和在70kV下操作處理器件時，機器產率達到幾乎30。比較使用12.5微米鈦箔的處理器件和使用10、8和5微米的鈦箔的處理器件之間的機器產率K，推導出下述關系K≥20/L對于在80-110kV的電壓下操作的10微米鈦箔來說；對于在70-110kV的電壓下操作的8微米鈦箔來說；
對于在60-110kV的電壓下操作的5微米鈦箔來說；其中L是以英尺為單位測量的處理器件的寬度，在此情況下為1.5英尺。
實施例3如圖6所示的第三個實驗的結果，說明了在撓性食品包裝領域中，在110kV或更低的電壓下操作處理器件100的一個優點。
在第三個實驗中，根據相對于前面第一個實驗所述的步驟，測量在各種操作電壓下處理器件100的深度劑量分布曲線。撓性食品包裝的典型應用是加工過的肉類和奶酪的包裝，它通常包括三層頂部膜、粘合劑和密封劑。例如，下表1提供典型的包裝層和以g/m2為單位測量的它們的歸一化厚度。
表10.5mil聚酯型(PET)頂部膜 17.0g/m2粘合劑 3.0g/m2聚乙烯共聚物密封劑 40.0g/m2通常使用電子束固化在頂部膜和密封劑之間的粘合劑。
如圖6所示，在市場上目前可獲得的EB處理器件(它在125kV下操作)足以固化深度在20g/m2的粘合劑，固化頂部膜和粘合劑。然而，它以60g/m2的深度沉積足夠劑量到密封劑層上(頂部膜、粘合劑和密封劑)。與待包裝食品接觸的聚乙烯劑密封劑層，當它吸收在其上沉積的劑量時，發出令人討厭的氣味。另外，沉積的劑量還增加密封初始溫度，從而使得難以熱封。對密封劑層的這兩種影響妨礙目前的EB處理器件滿足撓性食品包裝工業的需求。
與本發明原理一致的處理器件100通過在商業上可行的基片供料速度下，在110kV或更低，優選90-100kV的電壓范圍內操作，克服了現有的處理器件的問題。如圖6所示，在110kV或更低的操作電壓下，人們可合適地固化深度在20g/m2的粘合劑，且還顯著傳遞較少的劑量，并因此引起對密封劑膜的較少破壞。
實施例4
圖7所示的第四個實驗的結果，描述了鈦箔吸收的能量作為以kV為單位測量的操作電壓的函數之間的關系。該研究比較了厚度為17、12.5和8微米的三種不同的鈦箔。使用MonteCarlo計算法，根據在鈦箔上的電子能量衰減，在National Institute of Standards andTechnology處進行在17和12.5微米上的研究。基于來自這些研究的數據，外推8微米的鈦箔的數據。該研究證明較薄的箔片吸收較少的能量，特別地在較低電壓下。因此，使用厚度為10微米或更低的箔片的處理器件解決了熱控制的問題，這是因為被箔吸收的能量轉化成功率，所述功率導致與箔有關的熱控制問題。
由于本發明的處理器件可在110kV或更低的操作電壓下操作，因此不僅產生操作電壓的電源大小可減少，而且可顯著降低含有粒子束發生組件的抽真空容器的大小。此外，當操作電壓為110kV或更低時，由于離開抽真空容器的電子發射出不那么嚴重的輻射，因此可減少防護襯里的厚度。
在應用中，可在制造工藝，如電子束(EB)處理中使用粒子束處理器件，處理暴露于該器件的基片或涂層。處理可包括化學反應，如聚合、交聯或消毒。當基片或涂層暴露于高度加速的電子時，發生反應，其中在基片或涂層內的化學鍵斷開，并形成新的改性分子結構。該應用廣泛地應用于任何粒子束，但為了例舉目的，特別地描述電子束。以下將描述在EB處理過程中會發生的可能化學反應。
實施例5交聯是改變并提高待處理材料物理特征的一種化學反應。在交聯工藝中，在大的聚合物鏈之間形成化學鍵或鍵接的互聯網絡，形成較強的分子結構。通過交聯反應施加EB處理包括，例如當用電子處理塑料狀基片或橡膠狀基片時，在這些產物內大的聚合物形成許多鍵接。這些化學鍵增加產物的性能和在升高的溫度下它的抗脆弱性。圖8說明了隨著基片10A在粒子束處理器件(圖示為100)下方經過進入暴露區域14A，在基片10A上的交聯反應，從左面區域12A的未處理狀態變到右面區域16A的處理過的狀態。
實施例6象交聯一樣，聚合是其中分子內的數個獨立的基團一起結合，形成稱為聚合物的一個大分子團。這引起在待處理的產物內顯著的物理變化和導致許多所需的物理特征如高光澤和耐磨性。例如，在EB處理過程中，當暴露于加速電子時，設備涂層和粘合劑幾乎立即由液體(未固化)狀態轉變為不發粘(固化)的固態。圖9說明了隨著基片10B在粒子束處理器件100下經過進入暴露區域14B，在基片10B上的聚合反應，從左面區域12B的未處理狀態變到右面區域16B的處理過的狀態。
實施例7消毒是通過使污染微生物殺滅或不能繁殖，從而破壞它們的方法。當電子導引到微生物內時發生EB消毒，從而破壞控制繁殖的DNA鏈。一旦產品已消毒，不發生微生物的分解。由于電子充當物理消毒劑，而不是化學消毒劑，因此它們沒有改變目標產物的化學或留下任何殘留的化學品。相對于化學消毒技術，如使用過氧化氫和環氧乙烷的那些，EB消毒提供許多優點。例如，可使用EB消毒使醫療供應品和敏感食物以及它們各自的包裝消毒，而這不可能使用化學消毒。圖10示出殺滅了隨著基片10C在粒子束處理器件(圖示為100)下經過進入暴露區域14C，在基片10C上的消毒反應，從左面區域12C的未處理狀態變到右面區域16B的處理過的狀態。
近年來，在許多不同的工業中，采用EB處理已受到廣泛的接受度。例如，在包裝工業中，與相對應的硬質和半硬質包裝，如罐頭和瓶子包裝相比，撓性包裝已經歷了極大的成功成長。相對于硬質和半硬質包裝替代物，這種成功的一個原因是撓性包裝提供成本和來源的下降。可使用本發明的粒子束處理器件，在該工業中通常稱為EB機，滿足工業要求，其中包括提供不那么昂貴的撓性包裝材料且滿足政府機構，如Foodand Drug Administration提出的健康和安全標準。可通過使用較少的原料和使用改進的制造技術來實現成本的下降。作為額外的優點，減少原料對工業也顯著具有吸引力，因為其環境友好。
如以上的實施例3所述和表1中所例舉，在市場上目前可獲得的撓性包裝材料為層壓形式，這意味著它具有最小兩層主要層頂部聚合物膜和底部聚合物膜，和夾在或層壓在頂部與底部膜之間的粘合劑。頂部和底部膜每一種通常為繞圓柱芯或卷軸輥壓的連續片材形式。可例如通過將粘合劑擠出噴嘴進入一對輥之間的輥隙區域內，從而施加粘合劑，其中一個輥導引頂部膜，和另一個導引底部膜。一般地，在頂部與底部膜之間層壓和保護的也是產品標簽的印刷體。印刷體通常是實際標簽本身的反像。
同樣在該工業中目前已知的是在寵物食品包裝工業中根據本申請的教導制造的粒子束處理器件的應用。例如，公知使用本發明的EB機固化或聚合在寵物食品包裝材料如多壁袋上的漆涂層。通常由高強度紙張層和保護在紙張上印刷的標簽的漆涂層制造寵物食品包裝材料。已經知道通過將紙張供料到通常在110kV的電壓下操作的本發明粒子束處理器件內，固化漆涂層，將液相的漆涂層幾乎立即轉變為固體，從而固化在紙張上的漆涂層。EB固化漆涂層并設計為提供光澤、耐磨和所需的摩擦系數(COF)。在施加EB漆之后，進一步處理紙張，其中紙張的其它層和塑料膜膠合到含EB漆的紙張上，從而制造多壁袋基片。在填充內容物之后，然后通常通過縫合包裝的頂部和底部邊緣，來密封紙包裝。寵物食品包裝材料不包括底部聚合物膜，該聚合物通常由熱封包裝用的聚乙烯制造，當施加EB漆并用EB固化時。
已知若來自粒子束處理器件的輻射沉積顯著劑量到底部聚合物膜上，則進而改變底部聚合物膜的密封特征，和引起膜發出非所需的氣味并提高密封引發溫度，從而使得難以熱密封包裝。
本發明涉及將粒子束處理器件應用到可處理的材料，如撓性食品包裝上，其中可處理材料包括基片、粒子束可處理的漆涂層，和輻射活潑層，如密封層，其中粒子束引起漆涂層化學反應，且沒有影響輻射活潑層。
可在許多工業中找到根據本發明制造的粒子束處理器件的應用，其中包括例如包裝、絕緣膜、反射涂層和反射材料、太陽膜等，其它領域，如外部空間飛行衣和航空器也可發現本發明有用。作為例舉的目的，就粒子束處理器件在撓性包裝領域內的應用討論本發明的實施方案。
與本發明的原理一致，為了降低目前包裝材料的材料來源和生產成本，本申請提供粒子束可處理材料，其中包括基片和施加到該基片上的漆涂層，其中配制漆涂層供暴露于高度加速的粒子，如通過本發明的粒子束處理器件生成的那些，以引起對漆涂層的化學反應。粒子束處理器件在110kV或以下范圍內的電壓下操作。
如圖11所示，與本發明原理一致的包裝材料200包括具有頂側212和底側214的基片10，和施加到基片10的頂側212上的漆涂層240。在圖11的例示實施方案中，圖示包裝材料200以箭頭216的方向穿過本發明的粒子束處理器件100。基片10通常為連續的網狀物形式。然而，本發明預期基片10也可以是片材形式。
配制漆涂層240，如罩印漆(OPV)，供暴露于圖示且如箭頭242所示的高度加速的粒子下。粒子242可以是粒子束，如通過本發明的粒子束處理器件110生成的那些電子。當暴露于電子束242時，通過經歷化學反應，即聚合工藝來處理漆涂層240，其中在所述聚合工藝中，它從液態物理地轉化成固態(圖11中參考標記244所示)。這一聚合工藝通常稱為固化工藝。有利地，在理論上可幾乎立即或實際上在約數毫秒內固化漆涂層240。對于其中質量生產重要的消費食品產品，如巧克力棒、土豆片、糖果、干果等的制造商來說，這是極大的突破，因為包裝的產品可快速地運輸到供應商和消費者處。
漆涂層240具有數個目的，其中包括保護標簽印刷體250的油墨免遭玷污和劃傷，提供能使網狀物穿過EB機的牽引力，和由于美學原因，使包裝的產品呈現出高的光澤飾面。可以由官能團，如自由基聚合的丙烯酸酯，其中包括多官能團丙烯酸酯、陽離子聚合的乙烯醚、脂環族二環氧化物和多元醇體系來制造漆涂層240。漆涂層也可包括潤濕劑和其它添加劑，以控制摩擦系數(COF)和賦予所需的功能性能，如氣體和芳香味阻擋性能。
例如，下述是多官能團丙烯酸酯的可能選擇物質分子量為150-600的丙烯酸酯化多元醇；
分子量為1000-2000的聚酯丙烯酸酯；分子量為200-1500的聚醚丙烯酸酯；分子量為400-2000的聚酯聚氨酯丙烯酸酯；分子量為400-2000的聚脲丙烯酸酯；分子量為300-1000的環氧丙烯酸酯；和多官能團丙烯酸酯的混合物。
更特別地，多官能團丙烯酸酯可包括季戊四醇四丙烯酸酯、雙三羥甲基丙烷四丙烯酸酯、三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、甘油三丙烯酸酯、三-2-羥基-乙基異氰脲酸的三丙烯酸酯、己二醇二丙烯酸酯和二季戊四醇六丙烯酸酯和它的乙氧化與丙氧化衍生物。
漆涂層240可具有0.5-20g/m2的歸一化厚度(用它的質量密度為單位表達)。在一個實施方案中，漆涂層240優選厚度范圍為1-10g/m2，和更優選2-5g/m2。
與本發明的原理同樣一致地，優選使用具有電源且在110kV或以下的電壓下操作的EB機處理漆涂層240。對于一種應用來說，EB機的操作電壓范圍可以是60-110kV，或優選70-110kV，和更優選90-110kV。
此外，可使用生成電子發射能量范圍為0.5-10兆拉德的EB機處理漆涂層240，以固化漆涂層240。在一個實例中，發射的電子能量優選在1-7兆拉德范圍內，或優選在2-5兆拉德范圍內。
與本發明的原理同樣一致地，可以由材料如聚烯烴，其中包括取向聚丙烯(OPP)、鑄塑聚丙烯、聚乙烯和聚乙烯共聚物；聚苯乙烯；聚酯，其中包括聚對苯二甲酸乙二酯(PET)或聚萘二甲酸乙二酯(PEN)；聚烯烴共聚物，其中包括乙烯乙酸乙烯酯、乙烯丙烯酸和乙烯乙烯醇(EVOH)、聚乙烯醇及其共聚物；聚酰胺，其中包括尼龍和MXD6；聚酰亞胺；聚丙烯腈；聚氯乙烯；聚二氯乙烯；聚偏氯乙烯、聚丙烯酸酯；離聚物；多糖；其中包括再生纖維素；硅氧烷，其中包括橡膠或密封劑；天然或合成橡膠；玻璃紙或粘土涂布的紙張；紙板；牛皮紙；和金屬化膜和蒸汽沉積的金屬氧化物涂布的聚合物膜，其中包括AlOx、SiOx或TiOx制造基片10。
為了提供包裝所需強度和維持包裝產品的內容物的質量，基片10的厚度可以在10-200g/m2范圍內，優選30-90g/m2，或更優選50-70g/m2。
進一步與本發明的原理一致地，基片10可以具有在基片10的頂側212上施加的阻擋層260，以維持包裝產品的內容物必不可少的條件。若包裝產品的內容物是食品，如土豆片，例如必不可少的條件可包括香味、新鮮度、口感、脆度、顏色等。
可通過通常稱為真空沉積方法的技術施加阻擋層260，于是例如氣化鋁、氧化鋁(AlOx)、氧化硅(SiOx)或其它合適的材料的層沉積在基片10上，以維持包裝產品的內容物必不可少的條件。在使用氧化鋁的真空沉積方法(也稱為金屬化的方法)中，其中在腔室內，在真空條件下加熱鋁到高于熔點的溫度。連續的網狀物藉助一系列輥穿過用熔融鋁填充的真空室。在控制條件下，熔融鋁沉積在它的一個或兩個表面上，從而在網狀物上生成金屬化鋁的精確厚度。這種金屬化可例如以在土豆片袋子的內側上的有光澤的銀著色的涂層形式看到。在一個實施方案中，阻擋層260可具有100-1000埃范圍內的厚度。
標簽印刷體250可直接施加到基片10的頂側212上，通常，但不一定在阻擋層260之上。當基片10包括阻擋層260時，可在施加阻擋層260到基片10上之后施加標簽印刷體250。本發明的標簽印刷體250可以以表面印刷體的形式施加，這與反向印刷相反。可使用目前可獲得的技術，如膠印、轉輪印刷、膠版石印、噴涂印刷等，進行表面印刷。一般地，在EB機的印刷區內，基片10的連續片材穿過一系列輥(未示出)，以便通過這些印刷技術之一，實現在其頂側212上的表面印刷。在撓性包裝工業中，優選通過膠印法進行印刷。標簽印刷體250可以是任何類型的公知膠印油墨，其中包括溶劑基、水基和電子束可固化的油墨，如獲自Sun Chemicals Ink of Northlake，Illinois的UnicureTM。本發明進一步預期可同時處理在基片10上的漆涂層240和標簽印刷體250，當它們穿過粒子束處理器件100時。
再進一步與本發明的原理一致地，基片10可具有輻射活潑層，它定義為對輻射破壞敏感的材料層。輻射活潑層可以是施加到基片10的底側214上的密封層270。提供密封層270以促進包裝材料的密封和在通過來自粒子束處理器件100的輻射沒有化學改變的情況下得到包裝體的結構。為了得到包裝體的結構，可提供厚度范圍為5-50g/m2，優選8-35g/m2，更優選12-25g/m2，或最優選15-20g/m2的密封層270。可通過任何常規方式，如擠出法，將密封層270施加到撓性基片210的底側214上。
在消費食品生產公司中，在漆涂層240被處理過之后，通常呈連續網狀物形式的基片10穿過切割工藝，于是連續片材首先折疊，變為連續管材，然后切割成制備獨立的袋子的大小，在裝配線上排列，以便在袋子的一端上密封。在切割工藝中，基片10的連續片材可以穿過各種輥，以制造連續的U形片材，以便密封層270在彼此面對的U形片材的兩條內腿上。然后密封U形片材腿的末端，制造現成用于切割成獨立袋子大小的連續管材。然后，獨立袋子的裝配線穿過填充工藝，于是包裝的內容物填充到獨立的袋子內，和在另一端密封每一獨立的袋子，以密閉包裝。也可能以獨立片材形式提供基片10，所述獨立的片材或者切割成一定大小或者準備切割成一定大小。
可以由適合于密封包裝產品的材料，例如通過熱封、冷封或其它等價的密封方法，制造密封層270。當提供密封層270用于熱封層時，可以由優選熔點在100-150℃的溫度范圍內的聚合物制造密封層270。這種聚合物的實例是聚乙烯、聚乙酸乙烯酯、乙烯丙烯共聚物、乙烯丙烯酸三元共聚物、茂金屬、離聚物及其結合。對于包裝快餐食品，如土豆片來說，例如可以由熔融溫度范圍為110-140℃的聚乙烯或聚乙烯/聚丙烯共聚物三元共聚物制造密封層270。
或者，可提供密封層270用于冷封層，以冷封包裝。在一個實施方案中，可將冷封粘合劑施加到基片上。對于冷封涂層，可以由天然橡膠、聚酰胺及其結合制造密封層270。
下述對比例列出在目前市場上本發明的網狀包裝材料的數種應用，其中包括直立袋包裝、糖食包裝和快餐食品包裝。根據下述實施例可看出，本發明的網狀包裝材料通過提供成本節約、更好質量的產品和環境意識，從而改進目前可獲得的包裝材料。通過使用較少的原料和使用低壓EB機，本發明實現了這些改進來固化包裝材料。為了例舉的目的，實施例8-10討論了于以g/m2為單位測量的用它們的歸一化厚度表示的聚合物。
實施例8直立袋包裝使用直立袋包裝例如包裝餅干、堅果、干果等。在當今的市場上，以層壓體形式制造直立袋的包裝，即層壓至少兩層聚合物，將粘合層夾在中間。下述是在目前市場上的直立袋包裝的實例目前市場上的聚合物層壓體 厚度(g/m2)聚酯型(PET) 16反向印刷體 -粘合劑(擠塑聚乙烯) 12金屬化取向的聚丙烯(OPP) 15粘合劑(擠塑聚乙烯) 12低密度聚乙烯 30總計85對于直立袋包裝來說，與本發明原理一致制造的包裝材料可具有下述結構本發明的包裝材料 厚度(g/m2)罩印漆(OPV) ＜5表面印刷體 -金屬化取向的聚丙烯(OPP) 50擠塑聚乙烯(PE)涂層 20總計＜75在例舉的實施方案中，漆涂層240的罩印漆厚度為約3-5g/m2，和在至少2.0兆拉德下并在80-110kV下操作時可用EB機固化。可看出，根據本發明原理制造的網狀包裝使用比常規的直立袋包裝少約10g/m2的原料，這相對于原料節約幾乎15-20％。另外，根據本發明原理制造的網狀包裝提供與減少數個操作或處理步驟相關的能量和成本的節約。
實施例9糖食包裝使用糖食包裝來包裝例如糖果和糖果產品。下述是在目前市場上的糖食包裝的實例目前市場上的聚合物層壓體 厚度(g/m2)取向聚丙烯(OPP) 18反向印刷體 -水基粘合劑 2取向聚丙烯(OPP) 28涂布的冷封粘合劑圖案 -總計48對于糖食包裝來說，與本發明原理一致制造的包裝材料可具有下述結構本發明的包裝材料 厚度(g/m2)罩印漆(OPV) ＜5表面印刷體 -取向聚丙烯(OPP) 35涂布的冷封粘合劑圖案 -總計＜40在該實例中，采用至少2.0兆拉德且在80-110kV范圍下操作的EB機，可固化漆涂層240的罩印漆。可看出，根據本發明原理制造的網狀包裝使用比常規包裝較少的材料，其中材料成本節約約8g/m2或10-15％。另外，根據本發明原理制造的網狀包裝提供與減少數個操作或處理步驟相關的能量和成本的節約。
實施例10快餐食品包裝使用快餐食品包裝包裝例如土豆片、玉米屑和雙圈餅干。下述是在目前市場上的快餐食品包裝的實例。
目前市場上的聚合物層壓體 厚度(g/m2)取向聚丙烯(OPP) 18反向印刷體 -粘合劑(擠塑聚乙烯) 15金屬化的可熱封OPP 18總計51與本發明原理一致地制造的包裝材料可具有用于快餐食品包裝的下述結構本發明的包裝材料 厚度(g/m2)罩印漆(OPV) ＜5表面印刷體 -金屬化的取向聚丙烯(OPP) 18用于熱封和現成塊料的擠塑PE 18總計＜41在該實例中，采用至少2.0兆拉德且在80-110kV范圍下操作的EB機，也可固化漆涂層240的罩印漆。可看出，根據本發明原理制造的網狀包裝使用比常規包裝較少的材料，其中成本節約約10g/m2或15％。另外，與在目前市場上使用的常規烘箱操作相比，根據本發明原理采用EB機固化的網狀包裝提供顯著的能量節約。
以上所述的方法提供數個優點，如粒子束處理基本上立即發生，通常在室溫下操作，和沒有產生輻射或空氣污染，這是因為粒子束涂料材料為100％固體。另外，涂料不含有害溶劑或揮發性有機化合物。另外，操作EB的能量成本顯著低于當今所使用的操作烘箱。
對于本領域的技術人員來說，顯而易見的是，可在粒子發生組件、箔片支持組件、處理區和工藝控制系統，以及選擇用于網狀包裝材料的材料，和選擇用于薄箔片的材料、燈絲或粒子發生組件，和粒子束處理系統的結構，以及本發明的其它方面上，作出各種改性和變化，而沒有脫離本發明的范圍或精神。
考慮到此處所披露的本發明的具體說明和實踐，本發明的其它實施方案對于本領域的技術人員來說，是顯而易見的。具體說明和實施例打算僅僅考慮作為例舉，和本發明的真實范圍以及精神糖果下述權利要求
及其等價范圍來表示。
權利要求
1.一種粒子束可處理的材料，它包括具有頂側和底側的基片；和在該基片頂側上的粒子束可處理的漆涂層，其中通過暴露于由粒子束處理器件生成的高度加速的粒子下來處理該漆涂層，所述粒子束處理器件在110kV或更低的電壓下操作，以引起對漆涂層的化學反應；和在該基片的底側上的輻射活潑層。
2.權利要求
1的粒子束可處理的材料，其中漆涂層選自基本上由自由基聚合的丙烯酸酯和多官能團丙烯酸酯，和陽離子聚合的乙烯醚、脂環族二環氧化物和多元醇體系中的官能團。
3.權利要求
2的粒子束可處理的材料，其中多官能團丙烯酸酯選自基本上由下述組成的組分子量為150-600的丙烯酸酯化多元醇；分子量為1000-2000的聚酯丙烯酸酯；分子量為200-1500的聚醚丙烯酸酯；分子量為400-2000的聚酯聚氨酯丙烯酸酯；分子量為400-2000的聚脲丙烯酸酯；分子量為300-1000的環氧丙烯酸酯；和多官能團丙烯酸酯的混合物。
4.權利要求
3的粒子束可處理的材料，其中多官能團丙烯酸酯進一步選自由下述組成的組季戊四醇四丙烯酸酯、雙三羥甲基丙烷四丙烯酸酯、三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、甘油三丙烯酸酯、三-2-羥基-乙基異氰脲酸的三丙烯酸酯、己二醇二丙烯酸酯和二季戊四醇六丙烯酸酯及其乙氧化與丙氧化衍生物。
5.權利要求
2的粒子束可處理的材料，其中漆涂層的歸一化厚度范圍為0.5-20g/m2。
6.權利要求
1的粒子束可處理的材料，其中高度加速的粒子發射在0.5-10兆拉德范圍內的能量，以引起對漆涂層的化學反應。
7.權利要求
1的粒子束可處理的材料，其中化學反應是聚合反應。
8.權利要求
7的粒子束可處理的材料，其中通過從液態轉變為固態，聚合使漆涂層固化。
9.權利要求
1的粒子束可處理的材料，其中化學反應是消毒。
10.權利要求
1的粒子束可處理的材料，其中化學反應是交聯。
11.權利要求
1的粒子束可處理的材料，其中由選自基本上由下述組成的材料制造基片聚烯烴，其中包括取向聚丙烯(OPP)、鑄塑聚丙烯、聚乙烯和聚乙烯共聚物；聚苯乙烯；聚酯，其中包括聚對苯二甲酸乙二酯(PET)或聚萘二甲酸乙二酯(PEN)；聚烯烴共聚物，其中包括乙烯乙酸乙烯酯、乙烯丙烯酸和乙烯乙烯醇(EVOH)、聚乙烯醇及其共聚物；聚酰胺，其中包括尼龍和MXD6；聚酰亞胺；聚丙烯腈；聚氯乙烯；聚二氯乙烯；聚偏氯乙烯、聚丙烯酸酯；離聚物；多糖，其中包括再生纖維素；硅氧烷，其中包括橡膠或密封劑；天然或合成橡膠；玻璃紙或粘土涂布的紙張；紙板；牛皮紙；和金屬化膜和蒸汽沉積的金屬氧化物涂布的聚合物膜，其中包括AlOx、SiOx或TiOx。
12.權利要求
1的粒子束可處理的材料，其中基片的歸一化厚度范圍為10-200g/m2。
13.權利要求
1的粒子束可處理的材料，進一步包括在該基片的頂側上印刷且通過漆涂層保護的標簽印刷體。
14.權利要求
1的粒子束可處理的材料，進一步包括在該基片的頂側和底側上的阻擋層，以維持包裝產品的內容物所處的條件。
15.權利要求
14的粒子束可處理的材料，其中在該阻擋層的頂側上印刷且通過漆涂層保護的標簽印刷體。
16.權利要求
14的粒子束可處理的材料，其中通過真空沉積方法施加阻擋層。
17.權利要求
14的粒子束可處理的材料，其中阻擋層包括氣化鋁的層，其中包括氧化鋁(AlOx)層。
18.權利要求
17的粒子束可處理的材料，其中氣化鋁的層的厚度范圍為100-1000埃。
19.權利要求
14的粒子束可處理的材料，其中阻擋層包括氧化硅(SiOx)層。
20.權利要求
19的粒子束可處理的材料，其中氧化硅(SiOx)層的厚度范圍為100-1000埃。
21.權利要求
1的粒子束可處理的材料，其中輻射活潑層是由適于熱封包裝產品的材料制造的密封層。
22.權利要求
21的粒子束可處理的材料，其中由熔點在100-150℃的溫度范圍內的聚合物制造熱封層。
23.權利要求
21的粒子束可處理的材料，其中由選自聚乙烯、聚乙酸乙烯酯、乙烯丙烯共聚物、乙烯丙烯酸三元共聚物、茂金屬、離聚物及其結合中的材料制造熱封層。
24.權利要求
1的粒子束可處理的材料，其中輻射活潑層是由適于冷封包裝產品的材料制造的密封層。
25.權利要求
24的粒子束可處理的材料，其中由選自天然橡膠、聚酰胺及其結合中的材料制造冷封層。
26.權利要求
1的粒子束可處理的材料，其中輻射活潑層的歸一化厚度為5-50g/m2。
27.一種制造粒子束可固化材料的方法，該方法包括提供具有頂側和底側的基片；在該基片底側上施加輻射活潑層；在該基片的頂側上施加粒子束可處理的漆涂層；和將該漆涂層暴露于由粒子束處理器件生成的高度加速的粒子下，所述粒子束處理器件在110kV或更低的電壓下操作，以引起對漆涂層的化學反應，且沒有影響輻射活潑層。
28.權利要求
27的方法，其中漆涂層選自基本上由自由基聚合的丙烯酸酯，陽離子聚合的乙烯醚、脂環族二環氧化物和多元醇體系，和多官能團丙烯酸酯中的官能團。
29.權利要求
28的方法，其中多官能團丙烯酸酯選自基本上由下述組成的組分子量為150-600的丙烯酸酯化多元醇；分子量為1000-2000的聚酯丙烯酸酯；分子量為200-1500的聚醚丙烯酸酯；分子量為400-2000的聚酯聚氨酯丙烯酸酯；分子量為400-2000的聚脲丙烯酸酯；分子量為300-1000的環氧丙烯酸酯；和多官能團丙烯酸酯的混合物。
30.權利要求
29的方法，其中多官能團丙烯酸酯進一步選自由下述組成的組季戊四醇四丙烯酸酯、雙三羥甲基丙烷四丙烯酸酯、三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、甘油三丙烯酸酯、三-2-羥基-乙基異氰脲酸的三丙烯酸酯、己二醇二丙烯酸酯和二季戊四醇六丙烯酸酯及其乙氧化與丙氧化衍生物。
31.權利要求
28的方法，其中漆涂層的歸一化厚度范圍為0.5-20g/m2。
32.權利要求
27的方法，其中施加漆涂層包括通過輥涂施加、間接凹印施加、直接凹印施加中的一種及其結合施加。
33.權利要求
27的方法，其中高度加速的粒子發射在0.5-10兆拉德范圍內的能量，以引起對漆涂層的化學反應。
34.權利要求
27的方法，其中化學反應包括聚合反應。
35.權利要求
34的方法，其中通過從液態轉變為固態，聚合使漆涂層固化。
36.權利要求
27的方法，其中由選自基本上由下述組成的材料制造基片聚烯烴，其中包括取向聚丙烯(OPP)、鑄塑聚丙烯、聚乙烯和聚乙烯共聚物；聚苯乙烯；聚酯，其中包括聚對苯二甲酸乙二酯(PET)或聚萘二甲酸乙二酯(PEN)；聚烯烴共聚物，其中包括乙烯乙酸乙烯酯、乙烯丙烯酸和乙烯乙烯醇(EVOH)、聚乙烯醇及其共聚物；聚酰胺，其中包括尼龍和MXD6；聚酰亞胺；聚丙烯腈；聚氯乙烯；聚二氯乙烯；聚偏氯乙烯、聚丙烯酸酯；離聚物；多糖，其中包括再生纖維素；硅氧烷，其中包括橡膠或密封劑；天然或合成橡膠；玻璃紙或粘土涂布的紙張；紙板；牛皮紙；和金屬化膜和蒸汽沉積的金屬氧化物涂布的聚合物膜，其中包括AlOx、SiOx或TiOx。
37.權利要求
27的方法，其中基片的歸一化厚度范圍為10-200g/m2。
38.權利要求
27的方法，進一步包括在該基片的頂側上施加標簽印刷體，其中通過漆涂層保護標簽印刷體。
39.權利要求
38的方法，其中施加標簽印刷體包括通過膠印、轉輪印刷、膠版石印、噴涂印刷中的一種及其結合施加。
40.權利要求
27的方法，進一步包括在該基片的頂側和底側上施加阻擋層，以維持包裝產品的內容物所處的條件。
41.權利要求
40的方法，進一步包括在該阻擋層的頂側上施加標簽印刷體印刷且通過漆涂層來保護。
42.權利要求
40的方法，其中通過真空沉積方法施加阻擋層。
43.權利要求
40的方法，其中施加阻擋層進一步包括施加氣化鋁的層，其中包括氧化鋁(AlOx)層。
44.權利要求
43的方法，其中氣化鋁的層的厚度范圍為100-1000埃。
45.權利要求
40的方法，其中施加阻擋層進一步包括施加氧化硅(SiOx)層。
46.權利要求
45的方法，其中氧化硅(SiOx)層的厚度范圍為100-1000埃。
47.權利要求
27的方法，其中施加輻射活潑層進一步包括施加熱封層，以熱封包裝產品。
48.權利要求
47的方法，其中施加熱封層進一步包括將熱封層擠出到該基片的底側上。
49.權利要求
47的方法，其中由熔點在100-150℃的溫度范圍內的聚合物制造熱封層。
50.權利要求
47的方法，其中由選自聚乙烯、聚乙酸乙烯酯、乙烯丙烯共聚物、乙烯丙烯酸三元共聚物、茂金屬、離聚物及其結合中的材料制造熱封層。
51.權利要求
27的方法，其中施加輻射活潑層進一步包括施加冷封層，以冷封包裝產品。
52.權利要求
51的方法，其中由選自天然橡膠、聚酰胺及其結合中的材料制造冷封層。
53.權利要求
47的方法，其中冷封層的歸一化厚度為5-50g/m2。
54.一種尺寸小且效率高的粒子束處理器件，它引起在基片上的化學反應，該器件包括電源；在容器內產生并維持真空環境的真空泵；位于真空容器內并連接到在110kV或更低范圍內的第一電壓下操作的電源上的粒子發生組件，該粒子發生組件包括一旦加熱生成多個粒子的至少一根燈絲；箔片支持組件，其在比第一電壓高的第二電壓下操作，以允許至少一部分所述粒子從第一電壓穿行到達第二電壓并離開箔片支持組件，該箔片支持組件包括由厚度為10微米或更低的鈦或其合金制造的薄箔片；和處理組件，其用于接受離開箔片支持組件以引起所述化學反應的所述粒子，其中根據下述確定處理器件的機器產率(K)K＝劑量·速度/電流其中K是以兆拉德.英尺/分鐘/毫安為單位測量的機器產率，劑量是以兆拉德為單位測量的單位質量吸收的能量，速度是以英尺/分鐘為單位測量的基片的供料速度，和電流是以毫安為單位測量的從加熱的燈絲中提取的電子數。
55.權利要求
54的粒子束處理器件，其中機器產率(K)等于或高于20/L，其中L是以英尺為單位測量的處理器件的寬度。
56.一種尺寸小且效率高的粒子束處理器件，它引起在基片上的化學反應，該器件包括電源；在容器內產生并維持真空環境的真空泵；位于真空容器內并連接到在110kV或更低范圍內的第一電壓下操作的電源上的粒子發生組件，該粒子發生組件包括一旦加熱生成多個粒子的至少一根燈絲；箔片支持組件，其在比第一電壓高的第二電壓下操作，以允許至少一部分所述粒子從第一電壓穿行到達第二電壓并離開箔片支持組件，該箔片支持組件包括由厚度為20微米或更低的鋁或其合金制造的薄箔片；和處理組件，其用于接受離開箔片支持組件以引起所述化學反應的所述粒子，其中根據下述確定處理器件的機器產率(K)K＝劑量·速度/電流其中K是以兆拉德.英尺/分鐘/毫安為單位測量的機器產率，劑量是以兆拉德為單位測量的單位質量吸收的能量，速度是以英尺/分鐘為單位測量的基片的供料速度，和電流是以毫安為單位測量的從加熱的燈絲中提取的電子數。
57.權利要求
56的粒子束處理器件，其中機器產率(K)等于或高于20/L，其中L是以英尺為單位測量的處理器件的寬度。
58.一種在粒子束處理器件內，在基片上引起化學反應的方法，該方法包括在具有至少一根燈絲的粒子發生組件內產生并維持真空；加熱至少一根燈絲，產生多個粒子；在范圍為110kV或更低的第一電壓下操作粒子發生組件；在比第一電壓高的第二電壓下操作具有薄箔片的箔片支持組件，引起至少一部分所述粒子從第一電壓穿行到達第二電壓并離開在粒子發生組件內的真空，薄箔片由厚度為10微米或更低的鈦或其合金制造；和使離開的粒子穿過薄箔片進入處理組件，基片在此暴露于粒子下；其中根據下述確定處理器件的機器產率(K)K＝劑量·速度/電流其中K是以兆拉德.英尺/分鐘/毫安為單位測量的機器產率，劑量是以兆拉德為單位測量的單位質量吸收的能量，速度是以英尺/分鐘為單位測量的基片的供料速度，和電流是以毫安為單位測量的從加熱的燈絲中提取的電子數。
59.權利要求
58的方法，其中機器產率(K)等于或高于20/L，其中L是以英尺為單位測量的處理器件的寬度。
60.一種在粒子束處理器件內，在基片上引起化學反應的方法，該方法包括在具有至少一根燈絲的粒子發生組件內產生并維持真空；加熱至少一根燈絲，產生多個粒子；在范圍為110kV或更低的第一電壓下操作粒子發生組件；在比第一電壓高的第二電壓下操作具有薄箔片的箔片支持組件，引起至少一部分所述粒子從第一電壓穿行到達第二電壓并離開在粒子發生組件內的真空，薄箔片由厚度為20微米或更低的鋁或其合金制造；和使離開的粒子穿過薄箔片進入處理組件，基片在此暴露于粒子下；其中根據下述確定處理器件的機器產率(K)K＝劑量·速度/電流其中K是以兆拉德.英尺/分鐘/毫安為單位測量的機器產率，劑量是以兆拉德為單位測量的單位質量吸收的能量，速度是以英尺/分鐘為單位測量的基片的供料速度，和電流是以毫安為單位測量的從加熱的燈絲中提取的電子數。
61.權利要求
60的方法，其中機器產率(K)等于或高于20/L，其中L是以英尺為單位測量的處理器件的寬度。
專利摘要
本發明涉及尺寸較小且高效率地操作的粒子束處理裝置，和還涉及該裝置的應用，處理在可處理材料的基片如用于撓性包裝上的涂層。該處理裝置包括粒子束發生組件、箔片支持組件和處理組件。在粒子束處理組件中，生成電子并加速穿過箔片支持組件。在撓性包裝應用中，基片被供料到在低壓如110kV或更低下操作的處理裝置內并暴露于加速電子下以處理在基片上的涂層。
文檔編號G21K5/04GKCN1663012SQ03814395
公開日2005年8月31日 申請日期2003年5月23日
發明者I·蘭格瓦拉, H·克拉夫, G·翰納芬 申請人:能量科學公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan