覃賢

廣東華農(nóng)溫氏畜牧股份有限公司 廣東云浮 527400

LED燈可以在室內(nèi)照明中代替?zhèn)鹘y(tǒng)熒光燈，這個(gè)在燈管在短短幾年中就取得了長足進(jìn)步的原因就是在很大程度上是實(shí)施，研究和開發(fā)了來自燈管的光擴(kuò)散涂層。光擴(kuò)散材料的選擇，制造技術(shù)和測試技術(shù)都取得了長足的進(jìn)步。當(dāng)前，涂層材料的新組合的不斷發(fā)展，涂層生產(chǎn)技術(shù)的不斷改進(jìn)和涂層檢測技術(shù)的逐步改進(jìn)，再加上涂層生產(chǎn)成本的降低，這就在一定程度上刺激了其應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大。本文分析了LED管光擴(kuò)散涂層的材料和技術(shù)的發(fā)展，并為工藝研究和開發(fā)更具成本效益的涂層提供基礎(chǔ)。

1 光擴(kuò)散涂層材料

1.1 粘結(jié)劑材料

在2012年，當(dāng)玻璃管進(jìn)入LED照明市場時(shí)，當(dāng)時(shí)最大的挑戰(zhàn)就是光擴(kuò)散涂料的選擇，其中最難選擇的就是粘合劑材料。其中粘結(jié)劑材料基本包括油性油漆；水性環(huán)氧樹脂；水溶丙烯酸乳液；PEO膠液[1]。

1.1.1 油性油漆

建議使用油性涂料作為粘合劑，其中有機(jī)醋酸丁酯用作溶劑，油漆涂料具有不同的機(jī)械強(qiáng)度和耐水性。但是，由于揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC）的釋放，這種類型的油漆已嚴(yán)重?fù)p害了環(huán)境和員工的身心健康。因此它逐漸被替換為水溶性有機(jī)粘合劑或可溶性乳液。

1.1.2 水性環(huán)氧樹脂

控制低VOC的研究為開發(fā)環(huán)保型散射LED涂料做出了貢獻(xiàn)。此類樹脂乳液通常使用硬化劑和乳化劑制成。水性環(huán)氧樹脂通常在存儲過程中不會作為最終原料預(yù)先乳化，而是在使用前與水性多胺硬化劑混合并乳化。使用多胺基水基環(huán)氧固化劑對低分子環(huán)氧樹脂液體具有良好的乳化效果。而且涂層有很強(qiáng)的耐熱性，耐水性，透明性和柔韌性。

1.1.3 水溶性丙烯酸乳液

該乳液的干燥速度快，成本低，硬度高，無污染，而且它還有很高的經(jīng)濟(jì)性，它是丙烯酸樹脂，甲基丙烯酸酯和苯乙烯等共聚物。相同樹脂的性能也會因平均分子量的不同而有很大差異，而且從目前工藝條件來看，平均分子量在1000-5000的樹脂有很好的涂層性能。使用聚胺樹脂已經(jīng)成為交聯(lián)粘合劑的趨勢。

1.1.4 PEO膠液

當(dāng)引入LED玻璃管的光擴(kuò)散涂層時(shí)，人們使用PEO制成普通的熒光燈-納米氧化鋁和磷光體粉末直接在光擴(kuò)散涂層上制成糊狀，但不再繼續(xù)進(jìn)行烘烤過程。對使用的涂層進(jìn)行特殊測試后，發(fā)現(xiàn)該涂層可以承受-20℃/168h的低溫冷凍測試，而且還不會破裂或掉落。但是由于水性丙烯酸乳液的不斷發(fā)展和客戶日益嚴(yán)格的要求，該涂料最終將會被淘汰。

1.2 光擴(kuò)散劑材料

能夠散射光的顆粒統(tǒng)稱為光擴(kuò)散劑材料。在早期階段，就使用了輕質(zhì)碳酸鈣，二氧化硅，氧化鋁，氧化鋅，二氧化鈦，甚至鹵化磷酸鈣。當(dāng)前，最常用的有3個(gè)體系。分別是碳酸鈣-氧化鋅-氧化鋁體系；鹵磷酸鈣-硅膠體系；碳酸鈣-二氧化硅體系。

1.2.1 碳酸鈣-氧化鋅-氧化鋁體系

首先使用碳酸鈣是因?yàn)槠渚哂懈玫墓馍⑸湫Ч偷统杀尽Ｔ谠撓到y(tǒng)中，不添加氧化鋅作為光散射劑，而是作為輔助劑。是因?yàn)檠趸\具有一定的堿度，抗霉性和增白性能，通常不用于油漆中。一方面，氧化鋅添加劑可以用作光散射劑的填充劑，從而減少了材料顆粒之間的空間并提高了抗降解能力。另一方面，它會增加涂層的稠度，但是氧化鋅的活性更高，這時(shí)過量的Zn2+就會引起一些涂層的凝結(jié)。因此，應(yīng)重新檢查氧化鋅與涂料配方的相容性和用量。

1.2.2 鹵磷酸鈣-硅膠體系

含磷的鹵化磷酸鈣具有良好的漫反射效果，非常適用于光散射涂料。硅膠的添加可以增加透光率。但是，當(dāng)用作LED的漫反射涂層時(shí)，不需要添加鹵化磷酸鈣作為發(fā)光增強(qiáng)劑。所以在燒結(jié)過程中無需添加銻，錳和其他活化劑，就可以獲得具有優(yōu)異性能的光散射材料。

1.2.3 碳酸鈣-二氧化硅體系

為了提高透光率和光輸出，現(xiàn)在大多數(shù)人都轉(zhuǎn)向更經(jīng)濟(jì)的納米二氧化硅。納米二氧化硅的添加可以代替更昂貴的納米氧化鋁，同時(shí)，還可以去除氧化鋅。將納米二氧化硅添加到水基涂料中來增加涂層的硬度，并且改善其耐磨性以及涂層對玻璃表面的粘附性。由于納米二氧化硅顆粒的表面通常具有小的負(fù)電荷。所以在涂料中添加納米二氧化硅分散體后，無定形的二氧化硅顆粒就會在聚合物顆粒的表面上附聚。顆粒表面的負(fù)電荷就會防止它們絮凝并改善系統(tǒng)的穩(wěn)定性。另外，納米二氧化硅涂層的干燥時(shí)間顯著減少，并且長期的儲存也不會引起沉淀和凝結(jié)。在制備光散射涂料懸浮液的過程中，必須先將納米二氧化硅分散體與樹脂乳液混合，其次再進(jìn)行其他工作。而且不僅只有這些無機(jī)光散射材料，它還可以添加有機(jī)硅膠以進(jìn)一步提高透光率。

2 涂層制造技術(shù)

2.1 涂料的pH值控制

從一些的應(yīng)用角度來看，不管是氧化鋁體系還是二氧化硅體系，都要保持納米級溶液的穩(wěn)定性，且體系中的pH值必須為堿性，即pH＞7。粘合劑通常具有更好的堿性穩(wěn)定性。pH值對其穩(wěn)定性，抗微生物，抗沉淀能力和涂膜特性有很大影響。8-9的pH值范圍是最好的。在碳酸鈣，氧化鋅和氧化鋁的情況下，加上涂層本身就包含堿金屬氧化物，氧化鋅，并且一定量的鋅離子解離，此外，所用的粘合劑是堿性的，因此沒有pH值。當(dāng)使用碳酸鈣-二氧化硅體系時(shí)，對于非堿性粘合劑的涂料，當(dāng)它的pH值小于8.5時(shí)，由于納米二氧化硅分散體的低電荷從而就降低了這個(gè)體系的穩(wěn)定性。而且在高溫環(huán)境中，涂層中的氨會慢慢的蒸發(fā)，這會導(dǎo)致PH降低的同時(shí)發(fā)生絮凝，所以這就必須不斷的補(bǔ)充pH調(diào)節(jié)劑。

2.2 涂層的干燥條件

2.2.1 干燥和交聯(lián)反應(yīng)

在傳統(tǒng)的熒光燈鍍膜中“干燥”和光擴(kuò)散涂層的“干燥”是兩個(gè)不同的概念。熒光燈涂層過程中的“干燥”是在熱空氣的作用下從涂層中失水的過程，而光散射涂層的“干燥”是將兩種成分的聚合物在粘合劑溶液中交聯(lián)的過程。當(dāng)光散射涂層的干燥溫度高于聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，其干燥原理是促進(jìn)粘合劑溶液中的交聯(lián)反應(yīng)。當(dāng)溫度低于該玻璃化轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，即使膠脫水并形成，也不能說是完全干燥的。干燥光散射涂層的主要條件是溫度，該溫度與空氣量幾乎沒有關(guān)系。較高的溫度意味著更有利的交聯(lián)反應(yīng)速率。干燥涂層的第一步是讓溶劑離開涂層，涂層的外觀最終取決于溶劑的蒸發(fā)速度。如果溫度太高，溶劑的蒸發(fā)速率過高，則粘合劑的表面會很快變干，形成封閉的表面[2]。

2.2.2 下部積粉的處理

燈管底部的粉末堆積一般都比較大，這就增加了在惡劣環(huán)境下使用的潛在危險(xiǎn)。如果粉末的堆積太大，由于不完全的交聯(lián)反應(yīng)，從而導(dǎo)致了局部應(yīng)力產(chǎn)生斷裂。而且裂紋會隨著時(shí)間的推移而增加。如果此時(shí)水也進(jìn)入裂縫，它將不可避免地進(jìn)一步加速粘結(jié)的破裂，最終導(dǎo)致涂層破裂甚至剝落。所以在形成粉末層之后且在其硬化之前，可以浸入水中除去積聚的粉末進(jìn)行清潔。還可以添加超聲波清洗工藝以提高去除效果。

3 涂層性能的檢測

3.1 水煮試驗(yàn)

水可能會對涂層和玻璃之間的連接表面產(chǎn)生破壞性影響。粘合表面上水的物理破壞有兩個(gè)作用：第一，它使樹脂溶脹，從而導(dǎo)致界面細(xì)化的破壞。其次，水使待膠粘的表面脫附，并替換吸附的膠水使其脫附。水對涂料樹脂的化學(xué)作用有兩種：可逆的和不可逆的。如果水分子僅僅用來破壞聚合物中的氫鍵和其他二價(jià)鍵，以造成聚合物的增塑并降低機(jī)械能，則這種作用是可逆的；反之亦然。無論是物理的還是化學(xué)的，如果發(fā)生不可逆的反應(yīng)，涂層都會被破壞，從而導(dǎo)致其嚴(yán)重掉落。

3.2 低溫凍結(jié)測試

低溫測試旨在檢查涂層與玻璃管之間的附著程度以及與之相應(yīng)的膨脹系數(shù)。如果涂層的膨脹系數(shù)大于玻璃的膨脹系數(shù)，則涂層就會開裂或掉落；但是如果涂層的膨脹系數(shù)低于玻璃的膨脹系數(shù)，涂層反而會起皺和脫落。即使這樣，涂層仍然具有一定程度的韌性，而薄涂層具有更高的韌性。低溫測試也是確定涂料中粘合劑的交聯(lián)度的方法。

3.3 交替濕熱試驗(yàn)

由于正在開發(fā)的所有直管型LED燈頭都是開孔的，所以帶有開孔的燈頭就會很容易導(dǎo)致燈管進(jìn)入大氣。其中如果包含水蒸氣的空氣與涂層的接觸會損壞涂層，特別是在熱帶地區(qū)，雨后會形成高溫和高濕的極端條件，這是對燈管涂層附著力的嚴(yán)格測試。我們要求涂料中的交聯(lián)反應(yīng)完成必須通過12個(gè)小時(shí)的6個(gè)交替循環(huán)測試，分別為55/RH95%和25℃/RH95%。在使用過程中，這是白天和夜晚在極高濕度的條件下進(jìn)行的12小時(shí)模擬測試。

3.4 雙85濕熱試驗(yàn)

該測試不僅涉及涂層，還涉及由于溫度變化而導(dǎo)致的導(dǎo)體組件熱降解的確定。它可以測量在高濕度環(huán)境中由燈引起的熱應(yīng)力及其承受長時(shí)間濕氣滲透的能力。涂層暴露于高溫和高濕條件下，這可能導(dǎo)致水蒸氣的吸附，吸收和擴(kuò)散。在高溫下，這會加速水對涂層的破壞。當(dāng)涂層的粘合特性差時(shí)，它在吸收水分后會膨脹并降低其性能，從而導(dǎo)致涂層的機(jī)械強(qiáng)度降低。對于光伏產(chǎn)品，雙重測試85的持續(xù)時(shí)間為1000小時(shí)，而在LED燈管上移植的大部分時(shí)間為168小時(shí)。在雙85條件下進(jìn)行老化測試時(shí)，經(jīng)常在老化測試后檢查燃點(diǎn)特性的變化并于老化測試前相比較。實(shí)際上，雙重測試85就是對燈的耐熱和耐濕性的測試。

4 結(jié)語

近年來，對用于LED燈管的光擴(kuò)散涂層的材料，技術(shù)和測試方法的研究已將涂層的制造成本降低了70%以上。它對材料的發(fā)展做出了貢獻(xiàn)，生產(chǎn)技術(shù)和試驗(yàn)的不斷進(jìn)步也對此做出了貢獻(xiàn)，也同時(shí)奠定了LED燈管在照明燈中的地位。