UV LED固化技术及树脂介绍

2019-08-01

网印工业 2019年7期

近年来UV LED固化技术受到了全世界的高度关注，在许多应用领域中都逐渐采用UV LED光源取代传统的汞灯光源。UV LED是一种电致发光二极管，相比于传统的UV汞灯，更为环保、高效且能耗低，是真正面向可持续发展的绿色工业技术。

UV LED特点

单波长，发光效率高，能耗低

UV LED能将电能直接转换成UV光，且发出的是单波段紫外光，光线能量高度集中在特定紫外光波段，现在市场上有成熟应用的是365nm、385nm、395nm、405nm这几个波段。而传统UV汞灯的发射光谱很宽，真正起有效固化作用的紫外光谱段只占其中的一部分，同时光电转换效率低，能源消耗大。

不产生红外线及臭氧

传统汞灯会产生红外线，并发出大量热量，易对热敏感基材造成损伤。而UV LED为冷光源，能有效避免基材因过热而产生收缩变形，对材料的适应性更广。同时用于紫外固化的UV LED通常是波长较长的紫外光，因此在固化过程中不会产生臭氧，能够保持良好的工作环境，相对传统汞灯更安全、更环保。

即点即亮，电子化控制

UV LED固化机

UV LED无需像汞灯那样预热，也不需要为了维持灯管寿命和工作效率而将灯管一直常开。UV LED可瞬间开(关)灯，输出的能量也可以自由设定，并可随机器速度而自动调整，非常节能，控制简单方便。

2011年、2016年UV LED与传统UV汞灯设备的销售额对比

使用寿命长，维护成本低

UV LED灯的使用寿命可达10000～50000小时以上，是传统汞灯的10倍以上，且光衰减得很慢，使用寿命不受开关次数影响。同时LED光源没有汞，也没有灯罩等附件，所以几乎不需要维护，降低了维护成本。

使用灵活性高，系统尺寸小

LED光源可分为点光源、线光源、面光源，可定制有效照射区域。光源设备尺寸小，照射装置与相关配套装置非常紧凑，无需以往那种较大的机械安装空间以及管道施工。这样的特点使其能够适应各类生产工艺，生产流程也更高效。

UV LED市场及前景

据TechNavio调研，UV LED市场最近七八年来一直保持着非常高速的增长，从2008年的2,000万美元增长至2014年的9,000万美元，复合年均增长率高达28．5%。2016年由于紫外光LED产品积极导入光固化、杀菌与净化市场等各项应用，预估产值将至1．66亿美元，其中LED应用于光固化市场产值将达到8,100万美元。而到2020年，全球UV LED技术市场的复合年均增长率将达39%。

2015年，紫外光固化市场占UV LED技术市场的48．14%。印刷行业对UV LED固化设备的需求增加，用于UV LED芯片的通量密度大幅改进使得紫外线固化占据了UV LED技术市场的很大一部分。同时印刷业已发展成为LED固化设备的一大用户。UV LED技术在喷墨领域取得了巨大成功，推动了UV LED技术在整个印刷行业中的应用。

亚洲市场的UV LED技术

TechNavio预测，未来亚太地区的UV LED技术市场增长最快，UV LED技术在亚太地区的复合年增长率将达39．31%。主要因为该地区对UV固化设备和技术的大量需求。中国和印度是新兴市场，由于政府倡导节能光源并支持对工业、医疗和科学部门进行管控，这些政策鼓励UV LED制造商增加UV LED的生产。LED光固化应用目前主要集中于木器、油墨和UV胶三大领域，在未来几年中会有较大涨幅。

欧洲市场的UV LED技术

欧洲UV LED技术将从2015年的3,628万美元增长到2020年的1．902亿美元。欧洲对有害物质实行环境监管和对汞灯的禁止使得欧洲市场成为全球UV LED市场收入的重要贡献者。由于UV LED为环保型且耗电量少，在欧洲的医疗、粘合剂、印刷固化市场有着大量应用，这些应用也成为欧洲市场增长的一大重要因素。

北美市场的UV LED技术

UV LED技术占北美市场份额的26．8%。TechNavio预测，北美UV LED技术市场将从2015年的3,433万美元增长到2020年的1．7906亿美元。由于市场快速增长，北美洲的平面艺术行业正越来越多地使用紫外固化设备和技术。其他UV LED光固化应用涉及医疗保健行业、通信设备行业、汽车行业、建材行业等。

UV LED树脂

由于UV LED为单一波段的UV光源，引发剂吸收光谱需要与LED发射光谱匹配，目前市场上针对LED光源开发的引发剂不多，可量产化的就更匮乏了。因此引发剂的匹配问题一直是LED光固化的难点，目前可使用的光引发剂有TPO、TPO-L、ITX、DETX、BAPO等。而这些引发剂在365nm、385nm、395nm、405nm的波段并没有非常强的吸收峰，因此引发效率不高。同时与传统汞灯相比，其功率较低，辐照能量不高，尤其是油墨类有色体系，若印刷速度过快，易导致油墨固化不彻底。

鉴于引发剂匹配度和设备功率这两方面的问题，用于LED固化的光固化树脂就必须有非常高的反应活性，才能避免固化不良等问题。目前市场可供选择的UV LED固化树脂很少，主要受制于反应活性和稳定性这两大问题。

固化速度、抗表面氧阻聚和储存稳定性的平衡

固化速度、抗表面氧阻聚和储存稳定性，是UV光固化技术中很重要的三个方面，单独实现相对容易，但如果三者都要兼顾难度就很大。润奥化工的科研人员通过大量的实验工作，采用创新的方法对树脂结构进行了改变，并采用辅助手段，特别开发了三款不同应用体系的UV LED固化树脂，完美地达到了固化速度、抗表面氧阻聚和储存稳定性三者的平衡，从而很好地解决了实际应用问题。

UV胶饰品

环氧自流平环氧树脂地坪

木器及塑胶涂料方向

FSP8370是四官能特种改性聚酯丙烯酸酯，专门开发应用于LED木器及塑胶涂料。该树脂低能量固化速度极快，转化率高，硬度高，有着出色的耐磨性和耐水煮性。实验时，采用光强只有200mw/cm2的395nm点光源照射10秒即可表干。FSP8370不仅有着突出的反应活性，其储存稳定性也十分优异。在有引发剂的配方中，放入60℃烘箱2周，黏度基本无变化，热稳定性优异。