Prima di approfondire la tecnologia UV-LED, dobbiamo chiarire diversi concetti fondamentali per assicurarci di discutere dello stesso argomento. Ciò eviterà interpretazioni errate e comunicazioni trasversali-. Qui,UVsi riferisce a materiali polimerizzabili ai raggi UV-come rivestimenti UV, inchiostri UV e adesivi UV;GUIDATOindica specificamente sorgenti luminose LED ultraviolette; ELED-UV è definito come"l'indurimento di materiali UV utilizzando sorgenti di luce LED ultravioletta come fonte di irradiazione".
Come tutti sappiamo, la sorgente luminosa convenzionale per la polimerizzazione dei rivestimenti UV è la lampada al mercurio a media-pressione e ad alta-pressione. Negli ultimi anni, spinto dalle politiche di risparmio energetico e di protezione ambientale, insieme al rapido progresso della tecnologia UVLED (LED ultravioletti) che ha gettato le basi per applicazioni su scala industriale-, il mercato ha assistito a un'impennata dell'adozione degli UV-LED. Le tecnologie emergenti attirano sempre l’attenzione e l’entusiasmo diffusi. Tuttavia, come professionisti del settore, una chiara comprensione dei LED UV- è fondamentale. Qui vorremmo condividere la nostra esperienza di ricerca nel campo UV-LED negli ultimi due anni.
Lo spostamento delle sorgenti luminose (le differenze tra LED e lampade al mercurio verranno elaborate più avanti) ha portato a una trasformazione nei sistemi di formulazione delle vernici UV nonché a una rivoluzione nell'intero processo di rivestimento e polimerizzazione. Per il sistema UV-LED, identifichiamo cinque direzioni di ricerca chiave che abbracciano sia la dimensione tecnica che quella di mercato.
Ricerca sulla fotopolimerizzazione UV-LED
Come definito in precedenza, la fotopolimerizzazione UV-LED si basa suluce LED ultraviolettafonti per polimerizzare i materiali UV. Pertanto, ottenere una cura efficace è l’obiettivo primario di tutti gli sforzi di ricerca. La fotopolimerizzazione richiede due componenti indispensabili: la luce (la fonte di energia) e i materiali UV (il recettore). Un cambiamento nella sorgente luminosa sconvolge inevitabilmente l’equilibrio dell’intero sistema, il cui fulcro risiede nella ricerca e sviluppo interdisciplinare per allineare i rivestimenti UV con le sorgenti luminose a LED.
È ampiamente riconosciuto che lunghezze d’onda dei LED più corte corrispondono a livelli energetici più elevati e a costi più elevati. Al contrario, i fotoiniziatori che richiedono un’energia di eccitazione inferiore presentano lunghezze d’onda di assorbimento più lunghe e richiedono anche prezzi più elevati. Ciò crea una relazione altalenante-tra le sorgenti luminose e gli iniziatori. Pertanto, l'ampliamento dei limiti prestazionali di entrambi e l'identificazione dell'equilibrio ottimale tra sorgenti luminose LED e materiali UV sono diventati il fulcro delle iniziative di ricerca e sviluppo UV-LED.
Ricerca sui sistemi di sorgenti luminose a LED
La tecnologia delle lampade al mercurio è molto matura in termini di sviluppo e applicazione ed è stata a lungo considerata la sorgente luminosa standard. Al contrario, la tecnologia LED ultravioletta è ancora agli inizi e vanta un enorme potenziale di crescita futura. Inoltre, la catena industriale dei LED è molto estesa e comprende la crescita dei cristalli, la sminuzzatura dei trucioli, l'imballaggio dei chip, l'integrazione dei moduli della sorgente luminosa, nonché il controllo dell'alimentazione e la progettazione del sistema di dissipazione del calore. Ogni fase esercita un impatto critico sulla qualità del prodotto finale-la sorgente luminosa UVLED. Pertanto, comprendere ed espandere i limiti prestazionali dei LED è essenziale per far progredire l'intero ecosistema UV-LED.
Differenze tra sorgenti luminose a LED e lampade al mercurio (vantaggi, svantaggi e idee sbagliate comuni sui LED)
Per prevalere nella competizione di mercato, è essenziale una conoscenza approfondita dei propri punti di forza e delle debolezze dei concorrenti. Poiché miriamo a sostituire le tradizionali lampade al mercurio con gli UVLED, è fondamentale confrontare innanzitutto le due tecnologie e analizzare i rispettivi vantaggi, svantaggi e limiti.
I rivestimenti UV polimerizzano perché i fotoiniziatori nelle loro formulazioni assorbono la luce ultravioletta di lunghezze d'onda specifiche, generando radicali liberi (o cationi/anioni) che avviano la polimerizzazione del monomero. Per illustrare questo principio esamineremo innanzitutto gli spettri di emissione delle lampade al mercurio e dei LED ultravioletti.
Questo grafico è un confronto classico e comunemente utilizzato tra gli spettri di emissione dei LED UV e delle lampade al mercurio. Come si può osservare dal diagramma, lo spettro di emissione di una lampada al mercurio è continuo, spaziando dalla gamma degli ultravioletti a quella degli infrarossi. In particolare, l'intensità della luce è concentrata nella banda UVB e UVA a onde corte-. Al contrario, lo spettro di emissione di un LED è relativamente ristretto, con le due bande d'onda più comuni caratterizzate da lunghezze d'onda di picco a 365 nm e 395 nm (inclusi 385 nm, 395 nm e 405 nm).
Attualmente, le primarieLuce UVcon applicabilità industriale rientra nella banda UVA, in particolare le sorgenti luminose LED con lunghezze d'onda di 365 nm e 395 nm, come illustrato nella Figura 1. All'interno di questo intervallo di lunghezze d'onda, la maggior parte dei fotoiniziatori presenta coefficienti di estinzione molare relativamente bassi. Di conseguenza, i sistemi UV-LED generalmente soffrono di una bassa efficienza di innesco e di una grave inibizione dell'ossigeno, che sono dannose per l'indurimento della superficie.
Nota: l'affermazione spesso fatta da molti produttori UVLED o fornitori di vernici UV LED sull'"eccellente carteggiabilità dei rivestimenti UV LED" è, in senso stretto, il risultato diretto di una polimerizzazione superficiale inadeguata. La vera sfida non sta nell'ottenere una buona levigabilità, ma nel consentire una levigabilità controllabile-trovando un equilibrio tra resistenza all'usura e facilità di levigatura. Inoltre, alcuni produttori ricorrono a pratiche ingannevoli: installano una lampada al mercurio dietro la serie di LED, dove la lampada al mercurio svolge effettivamente il ruolo dominante di polimerizzazione.
Detto questo, notiamo anche che nelle bande d'onda da 365 nm e 395 nm, i LED forniscono un'intensità luminosa significativamente più elevata rispetto alle lampade al mercurio, il che facilita la polimerizzazione degli strati profondi-dei materiali UV.
(Per riferimento, molti sistemi di polimerizzazione UV tradizionali incorporano una lampada al gallio (con una lunghezza d'onda di emissione dominante di 415 nm) insieme a lampade al mercurio, proprio per migliorare l'efficacia della polimerizzazione degli strati- profondi.)
Questo malinteso nasce tipicamente dalla premessa chesolo il 30% della luce emessa dalle lampade al mercurio è ultravioletta (UV), mentre gli UVLED emettono il 100% di luce UV. Tuttavia, i veri determinanti del consumo energetico a livello di sistema- sono l'efficienza della conversione fotoelettrica e l'efficienza luminosa effettiva. Le lampade al mercurio vantano in realtà un'elevata efficienza di conversione fotoelettrica-il loro difetto risiede nel fatto che gran parte della luce emessa è costituita da raggi visibili e infrarossi, con la luce UV (l'unico componente utile per polimerizzare i materiali UV) che rappresenta solo il 30%. Al contrario, gli UVLED hanno un’efficienza di conversione fotoelettrica significativamente inferiore, che attualmente si aggira intorno al 30% per le lunghezze d’onda UVA (che è più o meno equivalente all’efficienza della luce UV delle lampade al mercurio).
Secondo la legge di conservazione dell’energia, il restante 70% dell’energia elettrica viene convertita in calore. Ciò spiega due differenze fondamentali tra le due tecnologie:
I LED si sono guadagnati la reputazione di "sorgenti di luce fredda" perché il calore generato si dissipa dal retro del pannello della lampada, lasciando la superficie di emissione della luce-fresca al tatto. Al contrario, le lampade al mercurio irradiano calore in avanti attraverso i loro riflettori e le emissioni infrarosse.
Questo è esattamente il motivo per cui le sorgenti luminose UVLED generalmente richiedono sistemi di raffreddamento ad aria-e gli UVLED ad alta-potenza richiedono addirittura unità di raffreddamento ad acqua-dimensionate per gestire il 70% della potenza elettrica della sorgente luminosa per la dissipazione del calore della testa della lampada.
I reali vantaggi-di risparmio energetico dei LED derivano da due caratteristiche uniche: capacità di accensione/spegnimento istantaneo e irradiazione di precisione tramite il design ottico, che migliora l'efficienza luminosa effettiva. Tuttavia, per sfruttare questi vantaggi è necessaria l'integrazione con tecnologie di rilevamento a infrarossi e sistemi di controllo intelligenti,-che la maggior parte dei produttori di apparecchiature LED UV sul mercato attualmente non dispone della capacità di ricerca e sviluppo per sviluppare.
Generazione di ozono: il loro spettro di emissione include la luce-ultravioletta lontana inferiore a 200 nm, che produce notevoli quantità di ozono. (Questa è la causa principale dell’odore pungente riportato dagli operai che utilizzano sistemi di lampade al mercurio.)
Inquinamento da mercurio derivante dallo smaltimento: le lampade al mercurio hanno una durata utile breve, pari a sole 800–1000 ore. Lo smaltimento improprio delle lampade esaurite porta all’inquinamento secondario da mercurio, un problema che rimane ancora oggi irrisolvibile.
I rapporti indicano che l’energia necessaria ogni anno per trattare i rifiuti di mercurio è equivalente alla capacità di generazione combinata di due dighe delle Tre Gole. Peggio ancora, attualmente non esiste una tecnologia praticabile per la completa eliminazione del mercurio dai flussi di rifiuti.
I LED UV sono completamente esenti da questi problemi. Da quando la Convenzione di Minamata sul mercurio è entrata formalmente in vigore in Cina il 16 agosto 2017, l'-eliminazione graduale delle lampade al mercurio è stata inserita nell'agenda ufficiale. Sebbene la Convenzione preveda un'esenzione per le lampade fluorescenti industriali al mercurio laddove non esistano alternative, stabilisce anche che le parti firmatarie possano proporre di aggiungere tali prodotti all'elenco ristretto una volta che saranno disponibili sostituti validi. Pertanto, il calendario per l'eliminazione completa-delle lampade al mercurio nelle applicazioni di polimerizzazione UV dipende interamente dal progresso tecnologico e dall'industrializzazione delle soluzioni LED UV.
Supporta la polimerizzazione di precisione localizzata per applicazioni come la stampa 3D.
Abbinando i LED a diversi fotoiniziatori, consente un controllo preciso sui gradi e sulle profondità di polimerizzazione.
Configurazione personalizzabile della sorgente luminosa I LED presentano un design modulare del cordone della lampada, che consente la regolazione flessibile di lunghezza, larghezza e angolo di irradiazione. Questa versatilità consente la creazione di sorgenti luminose puntiformi, sorgenti luminose lineari e sorgenti luminose areali, su misura per soddisfare i requisiti specifici dei diversi processi di polimerizzazione.
Requisiti dei parametri della sorgente luminosa per la polimerizzazione dei materiali UV
Lunghezza d'onda:365 nm, 395 nm
Irraggiamento (intensità della luce, densità di potenza ottica): mW/cm²
Dose di energia totale: mJ/cm²
Il processo di fotoindurimento non può procedere senza i tre parametri fondamentali sopra menzionati: lunghezza d'onda, intensità della luce e dose di energia totale. La lunghezza d'onda determina se i fotoiniziatori possono essere attivati; l'intensità della luce determina l'efficienza dell'innesco UV e influisce direttamente sull'indurimento superficiale (resistenza all'inibizione dell'ossigeno) e sulle prestazioni di indurimento profondo; mentre la dose totale di energia garantisce una polimerizzazione completa del materiale.
Rispetto alle lampade al mercurio, il vantaggio più importante dei LED risiede nelle loro proprietà formulabili e regolabili. Entro i limiti prestazionali del LED stesso, i suoi parametri possono essere ottimizzati al massimo per soddisfare specifici requisiti di polimerizzazione. Negli esperimenti di fotopolimerizzazione UV-LED, l'obiettivo principale è espandere continuamente i limiti prestazionali sia della sorgente luminosa che dei materiali UV e identificare l'equilibrio ottimale tra loro. Nello specifico per i LED, ciò significa determinare i parametri ideali della sorgente luminosa LED in base alla formulazione del rivestimento per ottenere risultati di polimerizzazione ottimali.
Principio della luminescenza dei LED e stato di sviluppo attuale dei chip UVLED
Basandosi sul principio della transizione elettronica (dettagli omessi; i lettori interessati possono fare riferimento alle risorse online per maggiori informazioni), quando gli elettroni in un atomo ritornano da uno stato eccitato a uno stato fondamentale, rilasciano energia sotto forma di radiazione a diverse lunghezze d'onda (cioè emettono onde elettromagnetiche di varie lunghezze d'onda).
Pertanto, esistono due approcci principali alla produzione di sorgenti luminose che emettono raggi UV-:
Il primo approccio consiste nell'identificare un atomo la cui differenza di energia elettronica tra lo stato eccitato e lo stato fondamentale ricade esattamente nello spettro ultravioletto. Basandosi su questo principio, le tradizionali lampade al mercurio sono le sorgenti di luce UV più utilizzate.
Il secondo approccio sfrutta il principio della luminescenza del semiconduttore (dettagli omessi; i lettori interessati possono fare riferimento alle risorse online per ulteriori informazioni). In breve, quando una tensione diretta viene applicata a un semiconduttore che emette luce, i fori iniettati dalla regione P-alla regione N-e gli elettroni iniettati dalla regione N-alla regione P-si ricombinano rispettivamente con gli elettroni nella regione N-e i fori nella regione P- entro pochi micrometri vicino alla giunzione PN, generando radiazione fluorescente spontanea.
Come è noto, la banda proibita dei materiali semiconduttori del gruppo III-V, dal nitruro di alluminio al nitruro di gallio o al nitruro di indio e gallio (InGaN), rientra esattamente nello spettro che va dalla luce blu alla luce ultravioletta. Regolando il rapporto materiale del nitruro di alluminio, indio e gallio, possiamo produrre sorgenti di luce ultravioletta e visibile in un'ampia gamma di lunghezze d'onda.
Sebbene in teoria la luce di qualsiasi lunghezza d’onda possa essere prodotta regolando la composizione dei materiali luminescenti, la gamma di chip UVLED disponibili per la produzione commerciale rimane piuttosto limitata a causa di vari vincoli. I chip ad alta-potenza adatti per applicazioni industriali sono fondamentalmente concentrati nella banda UVA (365–415 nm). Negli ultimi anni, anche le tecnologie UVB e UVC hanno registrato un vigoroso sviluppo, ma sono fondamentalmente limitate ai mercati civili e di consumo a bassa-energia come la disinfezione e la sterilizzazione.
Ci sono diverse ragioni principali per questo:
La struttura del materiale cristallino determina l'efficienza luminosa (efficienza di conversione fotoelettrica)Il nitruro di gallio (GaN) e il nitruro di gallio indio (InGaN) ad alta-efficienza possono ancora essere utilizzati per l'intervallo 365–405 nm all'interno dei raggi UVA. Al contrario, i chip UVB e UVC si basano interamente sul nitruro di alluminio e gallio (AlGaN)-un materiale con efficienza luminosa intrinsecamente bassa-invece dei più comunemente usati GaN e InGaN. Questo perché GaN e InGaN assorbono la luce ultravioletta al di sotto di 365 nm. Di conseguenza, l’efficienza luminosa dei chip UVB e UVC è estremamente bassa. Ad esempio, il chip da 278 nm di LG ha un'efficienza di conversione fotoelettrica pari solo al 2%.
Sfide di dissipazione del calore derivanti da una bassa efficienzaSecondo la legge di conservazione dell'energia, un'efficienza di conversione fotoelettrica del 2% significa che il 98% dell'energia elettrica viene convertita in calore. Inoltre, la durata e l’efficienza luminosa dei chip LED sono inversamente proporzionali alla temperatura. Una generazione di calore così elevata impone requisiti estremamente severi ai sistemi di dissipazione del calore. Con le tecnologie di raffreddamento esistenti, è semplicemente impossibile ottenere un'efficace dissipazione del calore per i chip UVB e UVC ad alta-potenza.
Bassa trasmittanza UV dei materiali dell'imballaggio e delle lenti Per proteggere i chip LED, l'incapsulamento è essenziale. Poiché i LED emettono luce in modo omnidirezionale, sono necessarie delle lenti per concentrare il fascio luminoso. Tuttavia, a parte il vetro al quarzo, la maggior parte dei materiali ha una trasmittanza UV molto bassa-e la trasmittanza diminuisce drasticamente quando la lunghezza d'onda si accorcia. Di conseguenza, anche se l’efficienza luminosa intrinseca dei chip UVB/UVC è già bassa, una parte significativa della luce viene assorbita dalle lenti, con conseguente emissione di luce utilizzabile estremamente debole, appena sufficiente per le applicazioni industriali.
Bassa resa dei cristalli e costi di produzione elevatiGli attuali chip UVB e UVC vengono prodotti utilizzando gli stessi reattori dei chip UVA. Oltre ai difetti intrinseci del materiale, problemi quali coefficienti di dilatazione termica non corrispondenti tra il substrato e il cristallo portano a rese dei cristalli estremamente basse, che a loro volta mantengono i costi di produzione proibitivi.
Nel complesso, a causa della bassa efficienza luminosa, dei costi elevati e dei severi requisiti di dissipazione del calore delle tecnologie UVB e UVC, lo sviluppo di tecnologie ad alta-potenzaLuce UVB e UVCle fonti per le applicazioni industriali rimarranno sfuggenti finché non verranno raggiunti importanti progressi tecnologici.
Principali obiettivi di ricerca e sviluppo dei sistemi di sorgenti luminose a LED
Un chip LED è solo uno dei componenti critici di una sorgente luminosa a LED. Quando conduciamo attività di ricerca e sviluppo sulle sorgenti luminose a LED, dobbiamo adottare asistematico,approccio olistico. Oltre alla regolazione della lunghezza d'onda dei LED, l'ambito di ricerca e sviluppo comprende una serie di processi a valle, tra cui la tecnologia di confezionamento, la progettazione ottica, i sistemi di dissipazione del calore, i sistemi di alimentazione e i sistemi di controllo intelligenti.
Attualmente esistono quattro strutture di confezionamento tradizionali per i chip LED:
Struttura a montaggio verticale
Capovolgi-struttura del chip
Struttura verticale
Struttura verticale 3D
I chip LED convenzionali adottano tipicamente una struttura a montaggio verticale con un substrato in zaffiro. Questa struttura presenta un design semplice e processi di produzione maturi. Tuttavia, lo zaffiro ha una scarsa conduttività termica, il che rende difficile il trasferimento del calore generato dal chip al dissipatore di calore-, una limitazione che ne limita l'applicazione nei sistemi LED ad alta-potenza.
Il packaging Flip-chip rappresenta una delle attuali tendenze di sviluppo. A differenza delle strutture a montaggio verticale, il calore nei design dei chip flip-non ha bisogno di passare attraverso il substrato in zaffiro del chip. Viene invece trasferito direttamente su substrati con conduttività termica maggiore (come silicio o ceramica) e poi dissipato nell'ambiente esterno tramite una base metallica. Inoltre, poiché le strutture flip-chip eliminano la necessità di fili d'oro esterni, consentono una maggiore densità di integrazione dei chip e una migliore potenza ottica per unità di area. Detto questo, sia le strutture a montaggio verticale che quelle a chip flip- condividono un difetto comune: gli elettrodi P e N del LED si trovano sullo stesso lato del chip. Ciò costringe la corrente a fluire orizzontalmente attraverso lo strato n-GaN, provocando un affollamento di corrente, un surriscaldamento localizzato e, infine, limitando la soglia superiore della corrente di azionamento.
Chip di luce blu-con struttura verticale-evoluti dalla tecnologia di montaggio verticale. In questo progetto, un convenzionale chip di substrato in zaffiro- viene capovolto e fissato a un substrato altamente termicamente conduttivo, seguito dal laser che si stacca-dal substrato in zaffiro. Questa struttura risolve efficacemente il collo di bottiglia della dissipazione del calore, ma coinvolge processi di produzione complessi- in particolare l'impegnativa fase di trasferimento del substrato- che si traduce in bassi rendimenti di produzione. Tuttavia, con l’avanzamento della tecnologia, il packaging verticale per LED UV è diventato sempre più maturo.
Recentemente è stata proposta una nuova struttura verticale 3D. Rispetto ai tradizionali chip LED a struttura verticale-, i suoi vantaggi principali includono l'eliminazione del collegamento in filo d'oro, consentendo profili del contenitore più sottili, migliori prestazioni di dissipazione del calore e una più semplice integrazione di correnti di pilotaggio elevate. Tuttavia, prima che le strutture verticali 3D possano essere commercializzate, devono essere superati numerosi ostacoli tecnici.
Dato che i LED UV generalmente presentano un’efficienza luminosa inferiore rispetto ai LED per l’illuminazione generale, il confezionamento con struttura verticale è la scelta preferita per massimizzare l’efficienza di estrazione della luce.
Poiché i LED emettono luce in modo omnidirezionale e la loro efficienza luminosa intrinseca è già relativamente bassa, è necessaria una progettazione ottica scientifica e razionale per migliorare l'efficienza luminosa effettiva (ovvero l'efficienza luminosa dell'irradiazione frontale). I componenti ottici comuni includono riflettori, lenti primarie e lenti secondarie.
Inoltre, la luce ultravioletta subisce un'elevata attenuazione quando passa attraverso i media. Pertanto, è necessario valutare più fattori quando si selezionano i materiali delle lenti-come vetro al quarzo, vetro borosilicato e vetro temperato-con priorità data ai materiali con elevata trasmittanza UV. Ciò non solo massimizza l'emissione luminosa, ma previene anche l'eccessivo aumento della temperatura causato dall'assorbimento della luce da parte del materiale in caso di esposizione prolungata ai raggi UV.
Come accennato in precedenza, secondo la legge di conservazione dell'energia, solo una parte dell'energia elettrica viene convertita in energia luminosa, mentre una grande parte viene dissipata sotto forma di calore. Per la banda UVA, il tipico rapporto di conversione energetica è 10:3:7 rispettivamente per elettricità, luce e calore. La durata effettiva dei chip LED è strettamente correlata alla temperatura di giunzione. Nel processo di fotopolimerizzazione, l'elevata densità di potenza ottica spesso richiede l'integrazione ad alta-densità di chip LED, il che impone requisiti rigorosi ai sistemi di dissipazione del calore.
Pertanto, per ottenere un’efficiente dissipazione del calore e garantire che la temperatura di giunzione di tutti i chip LED rimanga entro un intervallo ragionevole ed equilibrato, sono necessari una progettazione scientifica rigorosa, una simulazione al computer e test pratici.
Ricerca sulle formulazioni di rivestimento UV
Limitazioni dei fotoiniziatori e un approccio a livello di sistema-alla reattività della resina e dei monomeriCome illustrato nella precedente introduzione alla tecnologia LED, le sorgenti luminose LED ad alta-potenza adatte per applicazioni industriali sono attualmente limitate alla banda UVA, in particolare alle lunghezze d'onda superiori a 365 nm. Avendo definito i limiti prestazionali delle sorgenti luminose a LED, possiamo ora vedere che la selezione di fotoiniziatori compatibili è piuttosto limitata, poiché la maggior parte dei fotoiniziatori presenta bassi coefficienti di estinzione molare a lunghezze d'onda superiori a 365 nm.
Per risolvere il problema della bassa efficienza di avvio dei fotoiniziatori-compatibili con i LED, gli sforzi di ricerca e sviluppo non dovrebbero limitarsi ai fotoiniziatori stessi. Dobbiamo invece adottare una prospettiva a livello di sistema- che integri resine, monomeri, fotoiniziatori e persino additivi ausiliari in un quadro di ricerca olistico, migliorando così l'efficienza di polimerizzazione dei sistemi UV LED.
Progettazione di formulazioni e sviluppo del processo di rivestimento per la polimerizzazione dei LED (impatti di fotoiniziatori, resine, monomeri, temperatura, secchezza superficiale, secchezza completa, pigmenti e riempitivi) Per migliorare l'assorbimento della luce UV a lunga-lunghezza d'onda da parte dei fotoiniziatori, è spesso necessario incorporare anelli di benzene, azoto (N), fosforo (P) e altri atomi nelle loro strutture molecolari. Sebbene questa modifica migliori l'assorbimento UV-a lunghezza d'onda lunga, porta anche ad una maggiore colorazione dei fotoiniziatori.
Inoltre, a causa della bassa efficienza di assorbimento della luce di questi iniziatori, è necessario aggiungere grandi quantità di resine e monomeri altamente reattivi-tipicamente resine e monomeri acrilici ad alta-funzionalità-per accelerare la velocità di reazione complessiva del sistema di rivestimento. Tuttavia, questo approccio tende a produrre rivestimenti con elevata durezza ma scarsa flessibilità, il che ne limita la gamma di applicazioni.
Detto questo, i coefficienti di estinzione molare generalmente bassi dei fotoiniziatori UV LED offrono anche un vantaggio unico: consentono una maggiore trasmissione della luce UV attraverso lo strato di rivestimento, il che favorisce l’indurimento profondo di film spessi.
Requisiti prestazionali del rivestimento per diverse condizioni di stoccaggio, trasporto, costruzione e processi applicativi Nell'industria dei rivestimenti, varie tecniche di applicazione come il rivestimento a rullo, il rivestimento a spruzzo e il rivestimento a velo impongono requisiti di viscosità distinti sui rivestimenti. Nel frattempo, diversi substrati richiedono proprietà di rivestimento su misura in termini di bagnabilità e adesione. Inoltre, le diverse condizioni di trasporto e stoccaggio richiedono livelli corrispondenti di stabilità allo stoccaggio per i rivestimenti. Pertanto, tutti questi fattori devono essere pienamente considerati durante la progettazione della formulazione del rivestimento.
Requisiti prestazionali delle pellicole di rivestimento per diverse applicazioni Campi applicativi diversi impongono requisiti prestazionali diversi alle pellicole di rivestimento, tra cui lucentezza, proprietà colorimetriche, durezza, flessibilità, resistenza all'abrasione e resistenza agli urti. Di conseguenza, lo sviluppo del rivestimento deve trovare un equilibrio tra efficacia di polimerizzazione e prestazioni della pellicola.
Ricerca sui processi di rivestimento
Il rivestimento è un processo di ingegneria sistematico. L'ottimizzazione dei processi di rivestimento può espandere ulteriormente i limiti applicativi della tecnologia UV-LED. Come dice un proverbio del settore,"Tre parti dipendono dal rivestimento; sette parti dipendono dal processo di applicazione". In definitiva, sia i rivestimenti che le sorgenti luminose raggiungono le prestazioni previste solo attraverso una corretta applicazione.
Inoltre, l’ottimizzazione dei processi di rivestimento insieme ai rivestimenti UV e alle sorgenti luminose a LED può compensare in modo significativo le limitazioni sia dei materiali che delle sorgenti luminose. Ad esempio, il riscaldamento può ridurre la viscosità dei rivestimenti ad alto contenuto di-resina-che sono eccessivamente viscosi a temperatura ambiente, rendendoli adatti a diversi metodi di applicazione. Inoltre, il riscaldamento può migliorare la fluidità del sistema di rivestimento, potenziare l'attività molecolare, garantire reazioni di polimerizzazione iniziale più complete e produrre superfici della pellicola più lisce.
Ricerca sulle catene industriali a monte e a valle
Negli ultimi due anni, la carenza e l’impennata dei prezzi dei fotoiniziatori innescata dalle campagne di protezione ambientale hanno inflitto perdite tangibili alle imprese a valle e ostacolato gravemente lo sviluppo della tecnologia UV LED. Ciò sottolinea che la connettività delle catene industriali a monte e a valle e la fluidità dei sistemi della catena di approvvigionamento sono le garanzie fondamentali per il sano sviluppo di un settore e il successo di mercato dei suoi prodotti e tecnologie.
Mentre molte industrie si evolvono da zero attraverso le dinamiche che si rafforzano a vicenda tra innovazione tecnologica, sviluppo industriale e aumento della domanda, questi fattori devono essere valutati in modo completo durante il processo di commercializzazione.
Inoltre, dal punto di vista degli investimenti, condurre ricerche e implementare catene industriali a monte e a valle può non solo garantire un’offerta stabile quando i prodotti entrano nel mercato, ma anche consentire alle imprese di condividere i dividendi della crescita del settore.
