¿Cómo elegir las principales materias primas de los recubrimientos de difusión de luz LED solubles en agua?

La lámpara LED de tubo de vidrio tiene elevados requisitos de uniformidad, transmitancia, nebulosidad, seguridad, adherencia, estabilidad, no contaminación y rejilla de precios del revestimiento difusor de luz. Para cumplir estos requisitos, es necesario estudiar la selección de la resina y el difusor de luz y el proceso de fabricación. La aplicación del revestimiento de difusión de luz LED al agua evita la contaminación ambiental causada por la baja emisión de materia orgánica volátil (COV), es seguro y cómodo de usar, y se desarrolla rápidamente bajo la promoción del desarrollo a gran escala de las lámparas LED de cristal recto.

1 selección de resina formadora de película soluble en agua

La resina filmógena que cumple los requisitos tecnológicos del equipo es la clave de la tecnología de revestimiento por fotodifusión a base de agua inocua. En la actualidad, las resinas de formación de película que pueden utilizarse como revestimiento de difusión de luz LED son la resina alquídica de base acuosa, la resina acrílica de base acuosa, la resina de poliuretano de base acuosa, etcétera. Estos tres tipos de resinas se pueden utilizar por separado o combinadas según una proporción determinada para evitar los defectos de rendimiento cuando se utiliza un determinado tipo de resina sola. A continuación se describen las diferencias de rendimiento de estos tres tipos de resinas formadoras de película solubles en agua.

1.1 Alquídica al agua resina, el primer agente filmógeno desarrollado

La resina alquídica al agua es uno de los primeros revestimientos al agua desarrollados, y su mecanismo de formación de película es similar al de la resina alquídica al disolvente tradicional, que se cura por oxidación y reticulación de ácidos grasos insaturados sin añadir cosolvente (agente formador de película) y sin compuestos orgánicos volátiles. Además, la resina alquídica al agua tiene buena humectabilidad, fuerte capacidad de carga, buena permeabilidad, nivelación y plenitud, fácil recubrimiento y buen efecto de recubrimiento. Sin embargo, la cadena polimérica es fácil de hidrolizar y la durabilidad de la película es escasa. Si el tiempo de ignición es demasiado largo, cambiará ligeramente de color. Sin embargo, cuando la resina se modifica con ácido acrílico o poliuretano después de la autoemulsificación, se puede mejorar la durabilidad y se puede utilizar en la capa de difusión de luz.

1.2 Resina poliacrílica al agua: el agente formador de película más idóneo en la actualidad

La resina acrílica al agua incluye la emulsión de resina acrílica, la dispersión acuosa de resina acrílica y la solución acuosa de resina acrílica. Según la composición del monómero, se suele dividir en emulsión acrílica pura, emulsión de estireno-acrílico, emulsión de acetato-acrílico, emulsión de silicona-acrílico, emulsión de vinagre terciario (tercarbonato-acetato de vinilo), emulsión tert-acrílica (tercarbonato-acrilato), emulsión de fluorocarbono, emulsión fluoro-acrílica, etc. La emulsión de resina acrílica tiene las ventajas de la velocidad de secado rápido, alta dureza, bajo coste, buena resistencia a la intemperie (no es fácil que cambie de color en el punto de ignición), y evita las desventajas de la mala formación de película, bajo brillo, resistencia a los disolventes, adhesión en caliente y fragilidad en frío cuando se utiliza en el revestimiento de difusión de luz LED. La resina poliacrílica al agua es el agente formador de película más idóneo para el revestimiento de difusión de luz en términos de rendimiento global y relación rendimiento-precio.

1.3 Resina de poliuretano soluble en agua: la primera elección para revestimientos de gama alta

El revestimiento de poliuretano al agua utiliza resina de poliuretano al agua y agua como medio, lo que tiene las ventajas de baja toxicidad, no es fácil de quemar, no contamina el medio ambiente, ahorra energía, es seguro, etc. El revestimiento tiene alta dureza, fuerte adherencia y buena flexibilidad. El polímero de revestimiento de poliuretano de un componente tiene un gran número de componentes relativos, y no hay reacción de reticulación en el proceso de formación de la película, por lo que es conveniente de usar. Los revestimientos de poliuretano al agua de dos componentes deben mezclarse antes de su uso, se produce reacción de reticulación en el proceso de formación de la película, y el rendimiento de la película es mejor. Sin embargo, la mayor parte de esta resina se produce en el extranjero, su coste es elevado, la relación rendimiento-precio no es ideal, y sólo se utiliza en algunos productos de gama alta.

2. Análisis comparativo del agente difusor de la luz

2.1 Parámetros técnicos del revestimiento de difusión de la luz

(1) Transmitancia luminosa-la relación entre el flujo luminoso que atraviesa la lámpara de capa de difusión luminosa y el flujo luminoso que atraviesa el tubo de vidrio revestido de difusión luminosa se expresa en porcentaje. Sin embargo, existe el problema de la diferencia entre el espesor superior e inferior de la lámpara de tubo recto en el proceso de fabricación. Ahora muchos fabricantes utilizan la comparación del flujo luminoso antes y después de que el tubo de vidrio esté recubierto con la capa de difusión de la luz medida en la esfera integradora en las mismas condiciones.

2) bruma-la relación entre el flujo de luz dispersa a través del tubo de vidrio (que se desvía de la dirección de la luz incidente) y el flujo de luz transmitida se expresa en porcentaje (en este método, el flujo de luz dispersa que se desvía de la dirección de la luz incidente en más de 2,5 ° se utiliza para calcular la bruma), que a menudo se mide con brumímetros.

(3) Tiempo de antienvejecimiento: velocidad de descomposición de la luz causada por el revestimiento en un punto de combustión específico a la temperatura de trabajo. Para expresarlo se suele utilizar la tasa de decaimiento de la luz de 1 000 h o 10 000 h.
La transmitancia luminosa y la neblina son indicadores importantes para medir la transparencia de las lámparas LED. El reto del difusor de luz consiste en obtener una alta opacidad al tiempo que se garantiza una alta transmitancia de luz y un efecto de iluminación uniforme y suave. El criterio clave para la excelencia del difusor de luz es reducir al máximo la descomposición de la luz causada por la difusión de la luz en el proceso de ejercer eficazmente el efecto de difusión de la luz.

2.2 Difusor de luz inorgánico.

Hay muchos tipos de materiales que pueden utilizarse como difusores de luz inorgánicos, como el carbonato cálcico, el talco, el óxido de zinc, el dióxido de titanio, el óxido de silicio, etcétera. El difusor óptico puede aumentar la opacidad del revestimiento, ajustar la energía reológica, mejorar la resistencia mecánica y mejorar la durabilidad de la película.

2.2.1 Carbonato cálcico (CaCO3).

El carbonato cálcico incluye el carbonato cálcico pesado y el carbonato cálcico ligero. Cuando se utiliza carbonato cálcico ligero como materia prima de la suspensión, debe prestarse atención a la cantidad. La disociación del Ca2+, del óxido de calcio libre en el agua, afecta a la estabilidad de almacenamiento de la suspensión, por lo que el contenido de óxido de calcio libre en el carbonato cálcico ligero es un índice importante para la preparación de revestimientos de difusión de luz. El carbonato cálcico pesado, que incluye el polvo blanco y el polvo de calcita, se fabrica a partir de polvo de calcita de gran pureza. El carbonato cálcico pesado es relativamente denso y fácil de precipitar, por lo que es necesario prestar atención a la prevención de la sedimentación cuando se utiliza en suspensión.

2.2.2 talco (3MgO -4SiO2 -H2O).

La composición química del polvo de talco es silicato de magnesio hidratado, que no sólo puede mejorar la flexibilidad de la película, sino también eliminar la tensión interna durante el curado, y tiene una buena propiedad de nivelación.

2.2.3 Óxido de zinc (ZnO).

El óxido de zinc, también conocido como blanco de zinc, tiene efecto antimoho y blanqueador, y puede mejorar la resistencia a la luz y la pulverización de la película. Entre ellos, el Zn2+ puede hacer que algunos revestimientos se espesen y coagulen, por lo que no se utilizará solo, y se deberá prestar atención a la dosificación y compatibilidad con los revestimientos correspondientes, y realizar la prueba de estabilidad térmica de la fórmula.

2.2.4 Dióxido de titanio (TiO2).

El dióxido de titanio (dióxido de titanio) se divide en tres estados cristalinos diferentes: tipo rutilo, tipo anatasa y tipo placa de titanio. El dióxido de titanio rutilo tiene alta reflectividad, fuerte poder cubriente, alto índice de refracción, resistencia a la luz, resistencia al calor y durabilidad, y no es fácil de amarillear, pulverizar y degradar. puede ser espesado, tixotrópico y a prueba de flujo en el revestimiento. El tipo anatasa no es adecuado para ser utilizado como difusor de luz porque es fácil que se pulverice bajo la luz, mientras que el tipo placa de titanio es inestable y no tiene valor de aplicación.

2.2.5 Dióxido de silicio (SiO2).

La sílice natural es un polvo blanco neutro con propiedades químicas consistentes con el dióxido de silicio y gran estabilidad, pero hay una gran diferencia en el estado físico. Algunos de los polvos tienen partículas grandes, color impuro y cierta absorción de luz, por lo que la eficacia luminosa es baja cuando se utilizan directamente como difusores de luz. La sílice natural puede dividirse en tres tipos: sílice amorfa natural, sílice cristalina natural y diatomita natural. Entre ellos, el tamaño de partícula de la sílice amorfa natural es en su mayoría inferior a 40 μ m, lo que se desvía del mejor rango de aplicación y no es un difusor óptico ideal. La diatomita natural es sílice que contiene agua cristalina, con un tamaño de partícula de 4 ~ 12 μ m. Su absorbancia varía con los diferentes métodos de fabricación, y su calidad fluctúa mucho y es difícil de controlar. El tamaño de partícula de la sílice cristalina natural es de 1,5 ~ 9,0 μ m, y el tamaño de partícula es adecuado. El producto puede ser seleccionado después de la purificación, lo que puede mejorar la energía mecánica de la película.

2.3 Aplicación del difusor de luz orgánico.

Los difusores de luz orgánicos son partículas de resina orgánica transparentes o translúcidas, y entre las más utilizadas se encuentran partículas micrométricas como el polimetacrilato de metilo (PMMA), el poliestireno, la resina de silicona y la resina acrílica. La mayor parte de la luz emitida por el LED puede atravesar estas partículas, que se diferencian del difusor de luz inorgánico en dos aspectos.

Los principales resultados son los siguientes (1) existe una diferencia en el índice de refracción entre el difusor de luz orgánico y el sustrato, en el que la luz se refracta muchas veces para obtener una neblina excelente, en lugar del efecto difuso causado por la reflexión múltiple. De este modo, la transmitancia de la luz es buena, la pérdida de luz es menor y se evita la autoabsorción de la luz causada por las reflexiones múltiples, con lo que se mejora la eficacia luminosa y se resuelve el problema de la nivelación de la luz.

(2) las partículas de resina orgánica tienen fuertes características de triboelectrificación, que pueden dispersarse rápidamente en otros difusores ópticos y adherirse uniformemente a la superficie de otras partículas de polvo durante la mezcla en seco. Esta mezcla ordenada mejora las características de mezclado, la fluidez y la formabilidad del polvo. En comparación con los polvos inorgánicos, estas resinas granulares tienen una mejor compatibilidad con las resinas orgánicas como agentes formadores de películas y son más fáciles de dispersar en resinas a base de agua.

En lo que respecta al efecto de aplicación actual, las partículas de resina de silicona con un índice de refracción de 1,41 a 1,43 tienen una excelente transmitancia de la luz y una elevada nebulosidad. En comparación con las micropartículas inorgánicas, las micropartículas de resina de silicona tienen menor peso específico y mejor resistencia al calor; la transmitancia de luz y la estabilidad son superiores a las de otros materiales orgánicos, y la cantidad de adición es menor; en comparación con el difusor de luz de resina acrílica, tiene mejor resistencia al calor y a las altas temperaturas, baja adición y alta relación rendimiento-precio; en comparación con el PMMA, es más resistente a las altas temperaturas y no cambia de color. En la prueba de fracción de masa ideal, el coeficiente efectivo de difusión de luz de las partículas de resina de silicona puede alcanzar 76,7%, que es el más alto entre los difusores de luz orgánicos conocidos.

3 materiales de nanopartículas.

El tamaño de partícula del difusor óptico discutido anteriormente está todo en el nivel de micras. para el difusor óptico, si es demasiado fino, la neblina no es buena, y si es demasiado grueso, la transmitancia de luz no es buena. Desde la consideración global de la transmitancia de la luz y la neblina, el mejor rango de tamaño de partícula de difusor de luz es de 2 ~ 20 μ m. Sin embargo, el efecto de las partículas de tamaño nanométrico en el recubrimiento también es digno de atención

3.1 Análisis fisicoquímico de materiales nanoparticulados en revestimientos.

Cuando las partículas entran en la escala nanométrica, el aumento de centros activos superficiales mejora la capacidad de reacción de la catálisis química y la fotocatálisis, y confiere al revestimiento capacidad de autolimpieza bajo la acción de los rayos ultravioleta y el oxígeno. El enlace químico secundario puede producirse entre el centro activo superficial y el grupo funcional del material formador de la película, lo que aumenta enormemente la rigidez y resistencia del revestimiento y hace que no sea fácil de rayar. La energía superficial del nanomaterial es muy alta, y puede ser hidrofóbica y oleofóbica al mismo tiempo tras su modificación. cuando se utiliza en revestimientos de difusión de luz, puede mejorar significativamente la resistencia a las manchas y al envejecimiento del revestimiento. Cuando el material de nanopartículas se utiliza en el revestimiento de difusión de luz, puede aumentar la adherencia entre el revestimiento y el vidrio de sustrato, mejorar la resistencia mecánica, y la fuerza fuerte y el efecto de relleno entre las nanopartículas y el revestimiento, que es útil para la unión de interfaz entre el revestimiento y el vidrio.
La longitud de onda de la luz visible (400~750 nm) es mucho mayor que el tamaño de las partículas de las nanopartículas, que pueden atravesarlas directamente, garantizando así la gran transparencia del revestimiento nanocompuesto.

Sílice de 3,2 nanómetros.

La sílice precipitada artificial es un polvo amorfo blanco con un tamaño medio de partícula de 20~110nm, que pertenece a la escala nanométrica. Se unirá a la superficie del polímero en el sistema acuoso, mientras que una pequeña cantidad de carga negativa en la superficie de la partícula hace que sea mutuamente excluyente y difícil de flocular, mejorando así la estabilidad del sistema. Tras la adición de sílice nanométrica, el recubrimiento no es fácil de deslaminar, puede evitar el colgado por flujo y tiene estabilidad antienvejecimiento y térmica. Sin embargo, cuando el valor de pH del sistema es inferior a 8,5, la carga superficial de la dispersión de nano sílice disminuirá, y la estabilidad del sistema también disminuirá, por lo que la dispersión de nano sílice debe mezclarse con la emulsión de resina antes de añadir otros componentes.

Dióxido de titanio de 3,3 nanómetros.

El dióxido de nanotitanio es un buen material de nanorrevestimiento, y puede ser autolimpiante y antibacteriano al mismo tiempo. El polvo de nanodióxido de titanio puede utilizarse en revestimientos para que tenga función bactericida. La irradiación de luz puede hacer que la superficie del dióxido de titanio forme un maravilloso superanfifílico (coexistencia de dos fases hidrofílica y lipofílica). Bajo la luz cuya longitud de onda es inferior a 400 nm, las partículas pueden absorber radiación luminosa de onda corta superior a la anchura de su banda prohibida, producir transición de electrones, y los electrones de la banda de valencia se excitan a la banda de conducción y forman pares electrón-hueco, que transfieren energía al medio circundante e inducen reacción fotoquímica, por lo que tienen rendimiento fotocatalítico.
La adición de dióxido de titanio y otras nanopartículas al revestimiento de difusión de luz no sólo puede mejorar la resistencia al envejecimiento, sino también aumentar significativamente la dureza y la adherencia del revestimiento.

4 observaciones finales.

En la actualidad, la tecnología de revestimiento de difusión de luz a base de agua es el centro de atención de los fabricantes de lámparas LED de tubo recto. Se analizan y estudian las principales materias primas de fórmula, con la esperanza de promover la investigación, el desarrollo y la aplicación de revestimientos de difusión de luz LED respetuosos con el medio ambiente.