UV LED固化技術(shù)及樹脂介紹

文章來源 慧聰印刷網(wǎng)

近年來UV LED固化技術(shù)受到了全世界的高度關(guān)注，在許多應(yīng)用領(lǐng)域中都逐漸采用UV LED光源取代傳統(tǒng)的汞燈光源。UV LED是一種電致發(fā)光二極管，相比于傳統(tǒng)的UV汞燈，更為環(huán)保、高效且能耗低，是真正面向可持續(xù)發(fā)展的綠色工業(yè)技術(shù)。

UV LED特點

單波長，發(fā)光效率高，能耗低

UV LED能將電能直接轉(zhuǎn)換成UV光，且發(fā)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(xiàn)在市場上有成熟應(yīng)用的是365nm、385nm、395nm、405nm這幾個波段。而傳統(tǒng)UV汞燈的發(fā)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(zhuǎn)換效率低，能源消耗大。

不產(chǎn)生紅外線及臭氧

傳統(tǒng)汞燈會產(chǎn)生紅外線，并發(fā)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(chǎn)生收縮變形，對材料的適應(yīng)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(chǎn)生臭氧，能夠保持良好的工作環(huán)境，相對傳統(tǒng)汞燈更安全、更環(huán)保。

即點即亮，電子化控制

UV LED無需像汞燈那樣預(yù)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(guān))燈，輸出的能量也可以自由設(shè)定，并可隨機器速度而自動調(diào)整，非常節(jié)能，控制簡單方便。

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(tǒng)汞燈的10倍以上，且光衰減得很慢，使用壽命不受開關(guān)次數(shù)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(tǒng)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(qū)域。光源設(shè)備尺寸小，照射裝置與相關(guān)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(yīng)各類生產(chǎn)工藝，生產(chǎn)流程也更高效。

2011年、2016年UV LED與傳統(tǒng)UV汞燈設(shè)備的銷售額對比

UV LED市場及前景

據(jù)TechNavio調(diào)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(fù)合年均增長率高達28.5%。2016年由于紫外光LED產(chǎn)品積極導(dǎo)入光固化、殺菌與凈化市場等各項應(yīng)用，預(yù)估產(chǎn)值將至1.66億美元，其中LED應(yīng)用于光固化市場產(chǎn)值將達到8,100萬美元。而到2020年，全球UV LED技術(shù)市場的復(fù)合年均增長率將達39%。

2015年，紫外光固化市場占UV LED技術(shù)市場的48.14%。印刷行業(yè)對UV LED固化設(shè)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(jù)了UV LED技術(shù)市場的很大一部分。同時印刷業(yè)已發(fā)展成為LED固化設(shè)備的一大用戶。UV LED技術(shù)在噴墨領(lǐng)域取得了巨大成功，推動了UV LED技術(shù)在整個印刷行業(yè)中的應(yīng)用。

亞洲市場的UV LED技術(shù)

TechNavio預(yù)測，未來亞太地區(qū)的UV LED技術(shù)市場增長最快，UV LED技術(shù)在亞太地區(qū)的復(fù)合年增長率將達39.31%。主要因為該地區(qū)對UV固化設(shè)備和技術(shù)的大量需求。中國和印度是新興市場，由于政府倡導(dǎo)節(jié)能光源并支持對工業(yè)、醫(yī)療和科學(xué)部門進行管控，這些政策鼓勵UV LED制造商增加UV LED的生產(chǎn)。LED光固化應(yīng)用目前主要集中于木器、油墨和UV膠三大領(lǐng)域，在未來幾年中會有較大漲幅。

歐洲市場的UV LED技術(shù)

歐洲UV LED技術(shù)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(zhì)實行環(huán)境監(jiān)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(huán)保型且耗電量少，在歐洲的醫(yī)療、粘合劑、印刷固化市場有著大量應(yīng)用，這些應(yīng)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(shù)

UV LED技術(shù)占北美市場份額的26.8%。Tech-Navio預(yù)測，北美UV LED技術(shù)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(shù)行業(yè)正越來越多地使用紫外固化設(shè)備和技術(shù)。其他UV LED光固化應(yīng)用涉及醫(yī)療保健行業(yè)、通信設(shè)備行業(yè)、汽車行業(yè)、建材行業(yè)等。

UV LED樹脂

由于UV LED為單一波段的UV光源，引發(fā)劑吸收光譜需要與LED發(fā)射光譜匹配，目前市場上針對LED光源開發(fā)的引發(fā)劑不多，可量產(chǎn)化的就更匱乏了。因此引發(fā)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(fā)劑有TPO、TPO-L、ITX、DETX、BAPO等。而這些引發(fā)劑在365nm、385nm、395nm、405nm的波段并沒有非常強的吸收峰，因此引發(fā)效率不高。同時與傳統(tǒng)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(dǎo)致油墨固化不徹底。

鑒于引發(fā)劑匹配度和設(shè)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(yīng)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(yīng)活性和穩(wěn)定性這兩大問題。

固化速度、抗表面氧阻聚和儲存穩(wěn)定性的平衡

固化速度、抗表面氧阻聚和儲存穩(wěn)定性，是UV光固化技術(shù)中很重要的三個方面，單獨實現(xiàn)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(chuàng)新的方法對樹脂結(jié)構(gòu)進行了改變，并采用輔助手段，特別開發(fā)了三款不同應(yīng)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(wěn)定性三者的平衡，從而很好地解決了實際應(yīng)用問題。

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(fā)應(yīng)用于LED木器及塑膠涂料。該樹脂低能量固化速度極快，轉(zhuǎn)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(yīng)活性，其儲存穩(wěn)定性也十分優(yōu)異。在有引發(fā)劑的配方中，放入60℃烘箱2周，黏度基本無變化，熱穩(wěn)定性優(yōu)異。

UV膠方向

FSP8376是兩官能特種改性聚氨酯丙烯酸酯，專門開發(fā)應(yīng)用于UV LED膠黏劑體系。該樹脂固化速度快，低收縮，有著優(yōu)異的內(nèi)聚力和耐水性，對塑膠基材的粘接強度高，其伸長率為130%，有著出色的回彈性。

油墨方向

FSP8374是兩官能特種改性聚酯丙烯酸酯，專門開發(fā)應(yīng)用于UV LED油墨體系。該樹脂固化速度快，柔韌性佳，有著優(yōu)異的顏料潤濕性，柔韌性佳，對塑料、金屬、玻璃都有較好的附著力，適合多種承印基材。良好的印刷適性也使其適用于膠印及絲印工藝。

UV LED在光固化中的應(yīng)用

UV噴墨

目前，市場對UV LED固化技術(shù)的關(guān)注度很高，其中噴墨領(lǐng)域的創(chuàng)新最多，而UV LED固化的優(yōu)勢恰好能滿足這一領(lǐng)域的需求。

UV LED噴墨優(yōu)勢：節(jié)能、高效、分辨率高、適應(yīng)多種基材。應(yīng)用領(lǐng)域：工業(yè)或裝潢印刷、大幅面噴墨印刷、標簽及包裝印刷。

UV膠印

LED UV膠印與普通的UV印刷相比，在整個印刷生產(chǎn)過程中，更節(jié)能環(huán)保，壽命長，可以減少高達70～80%的能源消耗，且對承印材料有著出眾的適應(yīng)性。

PCB行業(yè)

元件（電容、電感、各種插件、螺絲、芯片等）固定；防潮灌封和核心電路、芯片保護，抗氧化涂層保護；電路板保型(角)涂層；地線、飛線、線圈固定；波峰焊通孔掩膜。

木器行業(yè)

和傳統(tǒng)的涂裝方法相比，UV LED不會對基材含水率產(chǎn)生影響，而且從封閉底、底漆、修色、面漆全面實現(xiàn)UV LED快速固化的施工工藝，省去了傳統(tǒng)木器底、面漆漫長的干燥固化時間和低固含多道噴涂施工的繁雜工序，能夠?qū)崿F(xiàn)全線機械化、流水線式作業(yè)，對于工廠產(chǎn)能的提高有著極大的促進作用。

UV膠黏劑

使用UV LED固化膠水有很多優(yōu)勢， 比如低放熱，更低的能量需求，節(jié)省固化時間和位置，提升生產(chǎn)率，更容易自動化。因此被廣泛用于微電子行業(yè)及醫(yī)療器械領(lǐng)域中，起到粘接、固定、保護等作用。

UV甲油膠

采用低功率的LED燈固化，使用過程放熱低，UV甲油膠固化效果佳，可以保持長時間亮麗如新。

UV涂料

LED優(yōu)勢：冷光源、污染少、固化快、耗能低、成膜性能優(yōu)越。

應(yīng)用領(lǐng)域：手機、汽車涂料、光學(xué)透鏡、塑料涂層、光纖涂層。