UV LED固化技術及樹脂介紹

2019-08-01 08:59:14

網印工業 2019年7期

近年來UV LED固化技術受到了全世界的高度關注，在許多應用領域中都逐漸采用UV LED光源取代傳統的汞燈光源。UV LED是一種電致發光二極管，相比于傳統的UV汞燈，更為環保、高效且能耗低，是真正面向可持續發展的綠色工業技術。

UV LED特點

單波長，發光效率高，能耗低

UV LED能將電能直接轉換成UV光，且發出的是單波段紫外光，光線能量高度集中在特定紫外光波段，現在市場上有成熟應用的是365nm、385nm、395nm、405nm這幾個波段。而傳統UV汞燈的發射光譜很寬，真正起有效固化作用的紫外光譜段只占其中的一部分，同時光電轉換效率低，能源消耗大。

不產生紅外線及臭氧

傳統汞燈會產生紅外線，并發出大量熱量，易對熱敏感基材造成損傷。而UV LED為冷光源，能有效避免基材因過熱而產生收縮變形，對材料的適應性更廣。同時用于紫外固化的UV LED通常是波長較長的紫外光，因此在固化過程中不會產生臭氧，能夠保持良好的工作環境，相對傳統汞燈更安全、更環保。

即點即亮，電子化控制

UV LED固化機

UV LED無需像汞燈那樣預熱，也不需要為了維持燈管壽命和工作效率而將燈管一直常開。UV LED可瞬間開(關)燈，輸出的能量也可以自由設定，并可隨機器速度而自動調整，非常節能，控制簡單方便。

2011年、2016年UV LED與傳統UV汞燈設備的銷售額對比

使用壽命長，維護成本低

UV LED燈的使用壽命可達10000～50000小時以上，是傳統汞燈的10倍以上，且光衰減得很慢，使用壽命不受開關次數影響。同時LED光源沒有汞，也沒有燈罩等附件，所以幾乎不需要維護，降低了維護成本。

使用靈活性高，系統尺寸小

LED光源可分為點光源、線光源、面光源，可定制有效照射區域。光源設備尺寸小，照射裝置與相關配套裝置非常緊湊，無需以往那種較大的機械安裝空間以及管道施工。這樣的特點使其能夠適應各類生產工藝，生產流程也更高效。

UV LED市場及前景

據TechNavio調研，UV LED市場最近七八年來一直保持著非常高速的增長，從2008年的2,000萬美元增長至2014年的9,000萬美元，復合年均增長率高達28．5%。2016年由于紫外光LED產品積極導入光固化、殺菌與凈化市場等各項應用，預估產值將至1．66億美元，其中LED應用于光固化市場產值將達到8,100萬美元。而到2020年，全球UV LED技術市場的復合年均增長率將達39%。

2015年，紫外光固化市場占UV LED技術市場的48．14%。印刷行業對UV LED固化設備的需求增加，用于UV LED芯片的通量密度大幅改進使得紫外線固化占據了UV LED技術市場的很大一部分。同時印刷業已發展成為LED固化設備的一大用戶。UV LED技術在噴墨領域取得了巨大成功，推動了UV LED技術在整個印刷行業中的應用。

亞洲市場的UV LED技術

TechNavio預測，未來亞太地區的UV LED技術市場增長最快，UV LED技術在亞太地區的復合年增長率將達39．31%。主要因為該地區對UV固化設備和技術的大量需求。中國和印度是新興市場，由于政府倡導節能光源并支持對工業、醫療和科學部門進行管控，這些政策鼓勵UV LED制造商增加UV LED的生產。LED光固化應用目前主要集中于木器、油墨和UV膠三大領域，在未來幾年中會有較大漲幅。

歐洲市場的UV LED技術

歐洲UV LED技術將從2015年的3,628萬美元增長到2020年的1．902億美元。歐洲對有害物質實行環境監管和對汞燈的禁止使得歐洲市場成為全球UV LED市場收入的重要貢獻者。由于UV LED為環保型且耗電量少，在歐洲的醫療、粘合劑、印刷固化市場有著大量應用，這些應用也成為歐洲市場增長的一大重要因素。

北美市場的UV LED技術

UV LED技術占北美市場份額的26．8%。TechNavio預測，北美UV LED技術市場將從2015年的3,433萬美元增長到2020年的1．7906億美元。由于市場快速增長，北美洲的平面藝術行業正越來越多地使用紫外固化設備和技術。其他UV LED光固化應用涉及醫療保健行業、通信設備行業、汽車行業、建材行業等。

UV LED樹脂

由于UV LED為單一波段的UV光源，引發劑吸收光譜需要與LED發射光譜匹配，目前市場上針對LED光源開發的引發劑不多，可量產化的就更匱乏了。因此引發劑的匹配問題一直是LED光固化的難點，目前可使用的光引發劑有TPO、TPO-L、ITX、DETX、BAPO等。而這些引發劑在365nm、385nm、395nm、405nm的波段并沒有非常強的吸收峰，因此引發效率不高。同時與傳統汞燈相比，其功率較低，輻照能量不高，尤其是油墨類有色體系，若印刷速度過快，易導致油墨固化不徹底。

鑒于引發劑匹配度和設備功率這兩方面的問題，用于LED固化的光固化樹脂就必須有非常高的反應活性，才能避免固化不良等問題。目前市場可供選擇的UV LED固化樹脂很少，主要受制于反應活性和穩定性這兩大問題。

固化速度、抗表面氧阻聚和儲存穩定性的平衡

固化速度、抗表面氧阻聚和儲存穩定性，是UV光固化技術中很重要的三個方面，單獨實現相對容易，但如果三者都要兼顧難度就很大。潤奧化工的科研人員通過大量的實驗工作，采用創新的方法對樹脂結構進行了改變，并采用輔助手段，特別開發了三款不同應用體系的UV LED固化樹脂，完美地達到了固化速度、抗表面氧阻聚和儲存穩定性三者的平衡，從而很好地解決了實際應用問題。

UV膠飾品

環氧自流平環氧樹脂地坪

木器及塑膠涂料方向

FSP8370是四官能特種改性聚酯丙烯酸酯，專門開發應用于LED木器及塑膠涂料。該樹脂低能量固化速度極快，轉化率高，硬度高，有著出色的耐磨性和耐水煮性。實驗時，采用光強只有200mw/cm2的395nm點光源照射10秒即可表干。FSP8370不僅有著突出的反應活性，其儲存穩定性也十分優異。在有引發劑的配方中，放入60℃烘箱2周，黏度基本無變化，熱穩定性優異。