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光固化涂料技术升级推动LED固化设备研发深入

2016-04-16 00:10
九一隐士
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  随着半导体照明技术的快速发展,发光二极管(LED)凭借体积小、寿命长、可靠性高、亮度可调等优点,由其制成的光源、灯具和照明器具产品逐渐进入各种可见光照明和紫外辐照应用领域。随着人们对照明应用要求的变化和高光通量和高辐通量应用需求的增加,大功率LED的需求不断增长,且具体要求也在不断变化。而在工业领域如紫外固化、光化学合成和光生物改性等,应用的紫外光源的功率要求甚至达到了千瓦级以上(1~20kW)。

  1、紫外固化技术

  紫外光固化是指用紫外线(UV)照射有机涂层,使其产生辐射聚合、辐射交联和辐射接枝等反应,将低相对分子质量的物质转变成高相对分子质量产物的化学过程。由于该固化反应中不需要加热,反应体系中也基本不含有溶剂或只含有极少量的溶剂,且经过辐照后液膜几乎100%固化,因此反应引起的挥发性有机化合物(VOC)排放量非常低,基本上不会污染环境,是一种绿色环保的固化技术。

  光固化技术还具有许多卓越的优点

  反应速度非常快,固化所需时间仅有几秒至几十秒,能够有效地提高生产率;

  固化温度很低,不需要额外加热,在室温下就可以实现固化,比热固化节能约90%,适用于不宜高温固化的材料;

  固化产品性能优良,耐腐蚀、耐磨损、强度高、抗冲击;

  固化成本低,产量高,产品性价比好。

  所以光固化是一种高效、高品质、节能环保的技术。

  长期以来,光固化技术在国际上获得飞速发展,其产品在许多行业都得到广泛应用,包括光固化涂料、光固化油墨、光固化胶粘剂、光固化保护套、光刻胶、激光三维成像、三维造型等。随着全球对环保的日益重视,美国、德国、日本、意大利等许多国家已通过立法来限制VOC排放量高的传统涂料的使用,UV涂料等环保新材料已逐步取代传统产品。

  近年来,紫外固化技术在地坪涂料中的应用得到了越来越多的关注和推广,在欧美市场已取得了商业化的突破。地坪要求具有一定的强度和刚度,并且根据不同场所有不同的性能要求,例如防潮、防水、保暖、耐磨、耐腐蚀等。传统的地坪涂料都采用化学方法,使涂料在自然条件下固化,一层涂料通常需要2~6h的干燥时间,完全固化则需要24h。而在一般地坪涂料的施工过程中,需要进行多次打磨→涂漆→固化的过程,因此施工期限长,人力成本高。而紫外固化技术能使涂料在数秒至数十秒内深层固化,大大缩短了工期,节约了成本。而且紫外涂层固化后表面具有非常良好的性能,完全能够满足各种场合对地坪的要求。

  2、紫外光源

  紫外光源作为光固化反应中必不可少的重要构成之一,也有着巨大的需求量。根据统计,在印刷行业中,1998年全球安装的紫外光源固化装置为4.2万套,而到2007年已达到了8.5万套,增长了一倍以上。目前紫外固化技术在地坪涂料的应用中还处于初期阶段,随着行业技术的不断发展和成熟,对于紫外固化设备的需求也必然大幅增加。

  当前市场上供应的紫外光源产品有多种不同类型,包括气体放电灯如普通中高压汞灯、微波中压汞灯(无极灯)、脉冲氙灯等,以及紫外LED光源,分别应用于不同的行业。根据灯功率、辐射效率、光谱分布、价格成本等因素考量,这些类型的光源在紫外固化应用中各有其优势和缺点。

  图1描绘了几种常用紫外光源的光谱,包括低压汞灯、UV荧光灯、中高压汞灯、氙灯、准分子灯以及UVLED等,不同光源发出的紫外光谱存在很大的差异。在紫外固化反应中必须要使用光引发剂,光引发剂吸收一定波长的能量,产生自由基、阳离子等,从而引发单体聚合交联固化的反应。但是不同光引发剂对光子波长的响应范围不同,因此在设计地坪涂料紫外固化的施工方案时,必须确保紫外光源与光引发剂的匹配。

  光固化涂料技术升级推动LED固化设备研发深入

图1几种常用紫外光源的相对光谱功率分布

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