كيف تختار المواد الخام الرئيسية لطلاءات انتشار ضوء LED القابلة للذوبان في الماء؟

يتميز مصباح LED الأنبوبي الزجاجي بمتطلبات عالية من حيث التوحيد والنفاذية والضبابية والسلامة والالتصاق والثبات وعدم التلوث وشبكة سعر طلاء نشر الضوء. لتلبية هذه المتطلبات، من الضروري دراسة اختيار الراتنج وناشر الضوء وعملية التصنيع. إن تطبيق طلاء نشر الضوء LED المنقول بالماء يتجنب التلوث البيئي الناجم عن انخفاض انبعاث المواد العضوية المتطايرة (VOC)، وهو آمن ومريح للاستخدام، ويتطور بسرعة في ظل تعزيز التطوير واسع النطاق لمصابيح LED الزجاجية المستقيمة.

1 مجموعة مختارة من الراتنج المكون للغشاء القابل للذوبان في الماء

الراتنج الغشائي الذي يلبي المتطلبات التكنولوجية للمعدات هو مفتاح تكنولوجيا طلاء الانتشار الضوئي المنقولة بالماء غير الضار. في الوقت الحاضر، الراتنجات المكونة للفيلم التي يمكن استخدامها كطلاء نشر ضوء LED هي راتنج الألكيد المنقول بالماء، وراتنج الأكريليك المنقول بالماء، وراتنج البولي يوريثان المنقول بالماء وما إلى ذلك. يمكن استخدام هذه الأنواع الثلاثة من الراتنجات بشكل منفصل أو مجتمعة وفقًا لنسبة معينة لتجنب عيوب الأداء عند استخدام نوع معين من الراتنجات بمفرده. فيما يلي وصف لاختلافات الأداء لهذه الأنواع الثلاثة من راتنجات تشكيل الأغشية القابلة للذوبان في الماء.

1.1 الألكيد المنقول بالماء الراتينج - أول عامل لتشكيل الأفلام تم تطويره

إن راتنج الألكيد المنقول بالماء هو طلاء محمول بالماء تم تطويره في وقت مبكر، وآلية تشكيله للأغشية تشبه آلية تشكيل الأغشية الخاصة به مثل راتنج الألكيد التقليدي القائم على المذيبات، والذي يتم معالجته عن طريق الأكسدة والربط المتقاطع للأحماض الدهنية غير المشبعة دون إضافة مذيب كوزولفين (عامل تشكيل الأغشية) وخالي من المركبات العضوية المتطايرة. وبالإضافة إلى ذلك، يتميز راتنج الألكيد المنقول بالماء بقابلية ترطيب جيدة، وقدرة تحمل قوية، ونفاذية جيدة، وتسوية وامتلاء، وطلاء سهل وتأثير طلاء جيد. ومع ذلك، فإن سلسلة البوليمر سهلة التحلل المائي ومتانة الفيلم ضعيفة. إذا كان وقت الاشتعال طويلًا جدًا، فسوف يتغير لونه قليلاً. ومع ذلك، عندما يتم تعديل الراتنج بحمض الأكريليك أو البولي يوريثان بعد الاستحلاب الذاتي، يمكن تحسين المتانة ويمكن استخدامه في طبقة انتشار الضوء.

1.2 راتنج البولي أكريليك المنقول بالماء - العامل الأكثر مثالية لتشكيل الأغشية في الوقت الحاضر

يشمل راتنج الأكريليك المنقول بالماء مستحلب راتنج الأكريليك ومستحلب راتنج الأكريليك المائي ومحلول راتنج الأكريليك المائي. راتنج الأكريليك متعدد الأكريليك المنقول بالماء المستخدم كطلاء انتشار الماء هو أحد المستحلبات. ووفقاً لتركيبة المونومر، فإنه ينقسم عادةً إلى مستحلب أكريليك نقي، ومستحلب ستايرين-أكريليك، ومستحلب أسيتات-أكريليك، ومستحلب سيليكون-أكريليك، ومستحلب سيليكون-أكريليك، ومستحلب خل ثالثي (أسيتات ثلاثي الكربونات-فينيل ثلاثي الكربونات، ومستحلب ثلاثي الكربونات-أكريليك، ومستحلب فلوروكربون، ومستحلب فلورو-أكريليك، وهكذا. يتمتع مستحلب راتنج الأكريليك بمزايا سرعة التجفيف السريع، والصلابة العالية، والتكلفة المنخفضة، والمقاومة الجيدة للعوامل الجوية (ليس من السهل تغيير اللون عند نقطة الاشتعال)، ويتجنب عيوب ضعف تشكيل الفيلم، واللمعان المنخفض، ومقاومة المذيبات، والالتصاق الساخن والهشاشة الباردة عند استخدامه في طلاء نشر ضوء LED. راتنج البولي أكريليك المنقول بالماء هو العامل الأكثر مثالية لتشكيل الأغشية لطلاء الانتشار الضوئي من حيث الأداء الشامل ونسبة الأداء إلى السعر.

1.3 راتنجات البولي يوريثان القابلة للذوبان في الماء - الخيار الأول للطلاءات الراقية

يستخدم طلاء البولي يوريثان المنقول بالماء راتنج البولي يوريثان المنقول بالماء والماء كوسيط، والذي يتميز بمزايا السمية المنخفضة، وليس من السهل حرقه، ولا يلوث البيئة، وموفر للطاقة، والسلامة وما إلى ذلك. يتميز الطلاء بالصلابة العالية والالتصاق القوي والمرونة الجيدة. يحتوي بوليمر طلاء البولي يوريثان المكون من مكون واحد على عدد كبير من المكونات النسبية، ولا يوجد تفاعل ربط متقاطع في عملية تشكيل الفيلم، لذلك فهو مناسب للاستخدام. يجب خلط طلاءات البولي يوريثان ثنائية المكونات المنقولة بالماء قبل الاستخدام، ويحدث تفاعل الربط المتقاطع في عملية تشكيل الفيلم، ويكون أداء الفيلم أفضل. ومع ذلك، فإن معظم هذا الراتنج يتم إنتاجه من الخارج، والتكلفة مرتفعة، ونسبة الأداء إلى السعر ليست مثالية، ولا يستخدم إلا في بعض المنتجات الراقية.

2. تحليل مقارن لعامل انتشار الضوء

2.1 المعلمات التقنية لطلاء نشر الضوء

(1) نفاذية الضوء-يتم التعبير عن نسبة تدفق الضوء عبر مصباح طبقة الانتشار الضوئي إلى تدفق الضوء عبر الأنبوب الزجاجي المغلف بطبقة الانتشار الضوئي كنسبة مئوية. ومع ذلك، هناك مشكلة في الفرق بين السماكة العلوية والسفلية لمصباح الأنبوب المستقيم في عملية التصنيع. الآن يستخدم العديد من المصنعين مقارنة التدفق الضوئي قبل وبعد طلاء الأنبوب الزجاجي بطبقة انتشار الضوء المقاسة في المجال المتكامل تحت نفس الظروف.

2) الضباب-نسبة تدفق الضوء المتناثر عبر الأنبوب الزجاجي (المنحرف عن اتجاه الضوء الساقط) إلى تدفق الضوء المرسل يتم التعبير عنها كنسبة مئوية (في هذه الطريقة، يتم استخدام تدفق الضوء المتناثر المنحرف عن اتجاه الضوء الساقط بأكثر من 2.5 درجة لحساب الضباب)، والذي غالباً ما يتم قياسه بواسطة مقاييس الضباب.

(3) الزمن المضاد للتقادم - معدل الاضمحلال الضوئي الناجم عن الطلاء عند نقطة احتراق محددة عند درجة حرارة العمل. ويشيع استخدام معدل الاضمحلال الضوئي البالغ 000 1 ساعة أو 000 10 ساعة للتعبير عنه.
تعتبر نفاذية الضوء والضباب من المؤشرات المهمة لقياس شفافية مصابيح LED. ويتمثل التحدي الذي يواجه ناشر الضوء في الحصول على ضبابية عالية مع ضمان نفاذية عالية للضوء وتأثير إضاءة موحد وناعم. المعيار الرئيسي لتميز ناشر الضوء هو تقليل اضمحلال الضوء الناجم عن انتشار الضوء قدر الإمكان في عملية ممارسة تأثير انتشار الضوء بكفاءة.

2.2 ناشر الضوء غير العضوي.

هناك العديد من أنواع المواد التي يمكن استخدامها كناشر ضوئي غير عضوي، مثل كربونات الكالسيوم ومسحوق التلك وأكسيد الزنك وثاني أكسيد التيتانيوم وأكسيد السيليكون وما إلى ذلك. يمكن للناشر البصري زيادة ضبابية الطلاء، وضبط الطاقة الانسيابية، وتحسين القوة الميكانيكية وتحسين متانة الفيلم.

2.2.1 كربونات الكالسيوم (CaCO3).

تشمل كربونات الكالسيوم كربونات الكالسيوم الثقيلة وكربونات الكالسيوم الخفيفة. عند استخدام كربونات الكالسيوم الخفيفة كمادة خام للمعلق، يجب الانتباه إلى الكمية. يؤثر تفكك Ca2+، من أكسيد الكالسيوم الحر في الماء، على ثبات تخزين المعلق، لذا فإن محتوى أكسيد الكالسيوم الحر في كربونات الكالسيوم الخفيفة هو مؤشر مهم لإعداد طلاءات الانتشار الخفيف. تُصنع كربونات الكالسيوم الثقيلة، بما في ذلك المسحوق الأبيض ومسحوق الكالسيت، من مسحوق الكالسيت بدرجة نقاء عالية. تكون كربونات الكالسيوم الثقيلة كثيفة نسبيًا وسهلة الترسيب، لذلك من الضروري الانتباه إلى منع الترسيب عند استخدامها في التعليق.

2.2.2.2 التلك (3MgO -4SiO2 -H2O).

التركيب الكيميائي لمسحوق التلك عبارة عن هيدرات سيليكات المغنيسيوم، والتي لا يمكنها فقط تحسين مرونة الفيلم، ولكن أيضًا القضاء على الإجهاد الداخلي أثناء المعالجة، ولها خاصية تسوية جيدة.

2.2.3 أكسيد الزنك (ZnO).

أكسيد الزنك، المعروف أيضًا باسم الزنك الأبيض، له تأثير مضاد للعفن الفطري والتبييض، ويمكنه تحسين مقاومة الضوء وسحق الفيلم. من بينها، يمكن أن يتسبب Zn2+ في زيادة سماكة بعض الطلاءات وتخثرها، ولن يتم استخدامه بمفرده، ويجب الانتباه إلى الجرعة والتوافق مع الطلاءات المقابلة، ويجب إجراء اختبار الثبات الحراري للصيغة.

2.2.4 ثاني أكسيد التيتانيوم (TiO2).

ينقسم ثاني أكسيد التيتانيوم (ثاني أكسيد التيتانيوم) إلى ثلاث حالات بلورية مختلفة: نوع الروتيل، ونوع الأناتاز، ونوع صفيحة التيتانيوم. يتميز ثاني أكسيد التيتانيوم الروتيل بانعكاسية عالية، وقوة إخفاء قوية، ومؤشر انكسار عالي، ومقاومة للضوء، ومقاومة للحرارة والمتانة، وليس من السهل أن يصفر أو يسحق أو يتحلل، ويمكن أن يكون سميكًا ومتغير الانسيابية ومقاومًا للتدفق في الطلاء. نوع أناتاز غير مناسب للاستخدام كناشر للضوء لأنه من السهل سحقه تحت الضوء، في حين أن نوع التيتانيوم اللوحي غير مستقر وليس له قيمة تطبيقية.

2.2.5 ثاني أكسيد السيليكون (SiO2).

السيليكا الطبيعية عبارة عن مسحوق أبيض محايد بخصائص كيميائية تتفق مع ثاني أكسيد السيليكون وثبات عالٍ، ولكن هناك اختلاف كبير في الحالة الفيزيائية. تحتوي بعض المساحيق على جزيئات كبيرة ولون غير نقي وامتصاص معين للضوء، وبالتالي فإن كفاءة الضوء منخفضة عند استخدامها مباشرة كموزع للضوء. يمكن تقسيم السيليكا الطبيعية إلى ثلاثة أنواع: السيليكا الطبيعية غير المتبلورة والسيليكا البلورية الطبيعية والدياتوميت الطبيعي. من بينها، يكون حجم جسيمات السيليكا الطبيعية غير المتبلورة في الغالب أقل من 40 ميكرومتر، وهو ما ينحرف عن أفضل نطاق للتطبيق وليس ناشرًا ضوئيًا مثاليًا. أما الدياتوميت الطبيعي فهو عبارة عن سيليكا تحتوي على الماء البلوري، ويبلغ حجم جسيماته من 4 ~ 12 ميكرومتر، وتختلف درجة امتصاصه باختلاف طرق التصنيع المختلفة، وتتقلب جودته بشكل كبير ويصعب التحكم فيه. حجم جسيمات السيليكا البلورية الطبيعية هو 1.5 ~ 9.0 ميكرومتر، وحجم الجسيمات مناسب. يمكن اختيار المنتج بعد التنقية، والتي يمكن أن تحسن الطاقة الميكانيكية للفيلم.

2.3 تطبيق ناشر الضوء العضوي.

ناشرات الضوء العضوية هي جزيئات راتينج عضوي شفاف أو شفاف، وأكثرها استخدامًا جزيئات ميكرون مثل البولي ميثيل ميثاكريلات (PMMA) والبوليسترين وراتنج السيليكون وراتنج الأكريليك. يمكن لمعظم الضوء المنبعث من الصمام الثنائي الباعث للضوء أن يمر عبر هذه الجسيمات، وهو ما يختلف عن ناشر الضوء غير العضوي بطريقتين.

النتائج الرئيسية هي كما يلي: (1) هناك اختلاف في معامل الانكسار بين ناشر الضوء العضوي والركيزة، حيث ينكسر الضوء عدة مرات للحصول على ضبابية ممتازة، بدلاً من التأثير المنتشر الناجم عن الانعكاسات المتعددة. وبهذه الطريقة، يكون نفاذية الضوء جيدة، ويكون فقدان الضوء أقل، ويتم تجنب الامتصاص الذاتي للضوء الناجم عن الانعكاسات المتعددة، وبالتالي يتم تحسين كفاءة الضوء وحل مشكلة تسوية الضوء.

(2) تتميز جزيئات الراتنج العضوي بخصائص التحويل الكهربائي القوي، والتي يمكن أن تتشتت بسرعة في ناشرات ضوئية أخرى وترتبط بشكل منتظم بسطح جزيئات المسحوق الأخرى أثناء الخلط الجاف. يعمل هذا الخلط المنظم على تحسين خصائص الخلط والسيولة وقابلية تشكيل المسحوق. وبالمقارنة مع المساحيق غير العضوية، فإن هذه الراتنجات الحبيبية تتوافق بشكل أفضل مع الراتنجات العضوية كعوامل تشكيل الأغشية ويسهل تفريقها في الراتنجات المنقولة بالماء.

فيما يتعلق بتأثير التطبيق الحالي، فإن جسيمات راتنج السيليكون ذات معامل الانكسار من 1.41 إلى 1.43 تتمتع بنفاذية ممتازة للضوء وضبابية عالية. بالمقارنة مع الجسيمات الدقيقة غير العضوية، فإن جسيمات راتنج السيليكون الدقيقة ذات الراتنج السيليكوني لها وزن نوعي أقل ومقاومة أفضل للحرارة؛ نفاذية الضوء وثباته أعلى من المواد العضوية الأخرى، وكمية الإضافة أقل؛ بالمقارنة مع ناشر الضوء من راتنج الأكريليك، فهو يتمتع بمقاومة أفضل للحرارة ومقاومة درجات الحرارة العالية، وإضافة منخفضة ونسبة أداء إلى سعر مرتفع؛ بالمقارنة مع PMMA، فهو أكثر مقاومة لدرجات الحرارة العالية ولا يتغير لونه. في اختبار الكسر الكتلي المثالي، يمكن أن يصل معامل انتشار الضوء الفعال لجزيئات راتنج السيليكون إلى 76.7%، وهو الأعلى بين ناشرات الضوء العضوية المعروفة.

3 مواد جسيمات نانوية.

بالنسبة للناشر البصري، إذا كان ناعمًا جدًا، فإن الضباب ليس جيدًا، وإذا كان خشنًا جدًا، فإن نفاذية الضوء ليست جيدة. من خلال النظر الشامل لنفاذية الضوء والضباب، فإن أفضل نطاق لحجم الجسيمات للناشر الضوئي هو 2 ~ 20 ميكرون، ومع ذلك، فإن تأثير الجسيمات النانوية الحجم على الطلاء يستحق الاهتمام أيضًا

3.1 التحليل الفيزيائي الكيميائي لمواد الجسيمات النانوية في الطلاءات.

عندما تدخل الجسيمات إلى مقياس النانومتر، فإن زيادة المراكز النشطة السطحية تعزز قدرة التفاعل للحفز الكيميائي والتحفيز الضوئي، وتعطي الطلاء قدرة التنظيف الذاتي تحت تأثير الأشعة فوق البنفسجية والأكسجين. يمكن أن تحدث رابطة كيميائية ثانوية بين المركز النشط السطحي والمجموعة الوظيفية للمادة المكونة للفيلم، مما يزيد بشكل كبير من صلابة وقوة الطلاء ويجعله غير سهل الخدش. تكون الطاقة السطحية للمادة النانوية عالية جدًا، ويمكن أن تكون كارهة للماء والزيوت في الوقت نفسه بعد التعديل، وعند استخدامها في طلاء الانتشار الضوئي، يمكنها أن تحسن بشكل كبير من مقاومة البقع ومقاومة الشيخوخة للطلاء. عند استخدام مادة الجسيمات النانوية في طلاء الانتشار الضوئي، يمكنها زيادة الالتصاق بين الطلاء وزجاج الركيزة، وتحسين القوة الميكانيكية، والقوة القوية وتأثير الملء بين جسيمات النانو والطلاء، وهو ما يساعد على الترابط البيني بين الطلاء والزجاج.
إن الطول الموجي للضوء المرئي (400 ~ 750 نانومتر) أكبر بكثير من حجم جسيمات الجسيمات النانوية، والتي يمكن أن تمر عبر الجسيمات مباشرة، مما يضمن شفافية عالية للطلاء المركب النانوي.

3.2 نانومتر سيليكا 3.2 نانومتر.

السيليكا المترسبة الاصطناعية عبارة عن مسحوق أبيض غير متبلور بمتوسط حجم جسيمات يتراوح بين 20 و110 نانومتر، والتي تنتمي إلى مقياس النانومتر. سيتم ربطها بسطح البوليمر في النظام المائي، في حين أن كمية صغيرة من الشحنة السالبة على سطح الجسيمات تجعلها متنافية ويصعب تلبدها، وبالتالي تحسين استقرار النظام. بعد إضافة السيليكا النانومترية، ليس من السهل نزع الطلاء بعد إضافة السيليكا النانومترية، ويمكن أن يمنع التدفق المعلق، ويتمتع بمقاومة الشيخوخة والاستقرار الحراري. ومع ذلك، عندما تكون قيمة الأس الهيدروجيني للنظام أقل من 8.5، ستنخفض الشحنة السطحية لمشتت السيليكا النانوية السيليكا، وسيقل ثبات النظام أيضًا، لذلك يجب خلط مشتت السيليكا النانوية السيليكا مع مستحلب الراتنج قبل إضافة المكونات الأخرى.

3.3 نانومتر ثاني أكسيد التيتانيوم 3.3 نانومتر.

يُعد ثاني أكسيد التيتانيوم النانوي مادة طلاء نانوية جيدة، ويمكن أن يكون ذاتي التنظيف ومضادًا للجراثيم في الوقت نفسه. يمكن استخدام مسحوق ثاني أكسيد التيتانيوم النانوي في الطلاءات لجعله يتمتع بوظيفة مبيد للجراثيم. يمكن أن يتسبب تشعيع الضوء في جعل سطح ثاني أكسيد التيتانيوم ثاني أكسيد التيتانيوم يشكل مادة برمائية فائقة رائعة (تعايش ثنائي الطور محب للماء ومحب للدهون). في ظل الضوء الذي يقل طوله الموجي عن 400 نانومتر، يمكن للجسيمات أن تمتص إشعاع الضوء قصير الموجة أعلى من عرض نطاقه الممنوع، وتنتج انتقال الإلكترونات، وتثار إلكترونات نطاق التكافؤ إلى نطاق التوصيل وتشكل أزواج ثقب إلكتروني، والتي تنقل الطاقة إلى الوسط المحيط وتحفز التفاعل الكيميائي الضوئي، وبالتالي يكون لها أداء التحفيز الضوئي.
لا يمكن أن تؤدي إضافة ثاني أكسيد التيتانيوم والجسيمات النانوية الأخرى إلى طلاء الانتشار الضوئي إلى تحسين مقاومة الشيخوخة فحسب، بل تزيد أيضًا من صلابة الطلاء والتصاقه بشكل كبير.

4 ـ ملاحظات ختامية.

في الوقت الحاضر، تعتبر تكنولوجيا طلاء نشر الضوء المنقولة بالماء هي محور تركيز مصنعي مصابيح LED الأنبوبية المستقيمة. يتم تحليل ودراسة المواد الخام الرئيسية للتركيبة الرئيسية، على أمل تعزيز البحث والتطوير والتطبيق لطلاءات نشر ضوء LED الصديقة للبيئة.