Comment choisir les principales matières premières des revêtements hydrosolubles pour la diffusion de la lumière des LED ?

La lampe LED à tube de verre a des exigences élevées en matière d'uniformité, de transmittance, de voile, de sécurité, d'adhérence, de stabilité, de non-pollution et de grille de prix du revêtement de diffusion de la lumière. Pour répondre à ces exigences, il est nécessaire d'étudier la sélection de la résine et du diffuseur de lumière ainsi que le processus de fabrication. L'application d'un revêtement de diffusion de lumière LED à base d'eau permet d'éviter la pollution de l'environnement causée par une faible émission de matières organiques volatiles (VOC), est sûre et pratique à utiliser, et se développe rapidement sous la promotion du développement à grande échelle des lampes LED à verre droit.

1 sélection de résine filmogène soluble dans l'eau

La résine de film qui répond aux exigences technologiques de l'équipement est la clé de la technologie de revêtement par photodiffusion en phase aqueuse inoffensive. Actuellement, les résines filmogènes qui peuvent être utilisées comme revêtement de diffusion de la lumière LED sont la résine alkyde en phase aqueuse, la résine acrylique en phase aqueuse, la résine polyuréthane en phase aqueuse, etc. Ces trois types de résines peuvent être utilisés séparément ou en combinaison selon une certaine proportion afin d'éviter les défauts de performance lors de l'utilisation d'un certain type de résine seule. Les différences de performance de ces trois types de résines filmogènes hydrosolubles sont décrites ci-dessous.

1.1 Alkyde en phase aqueuse la résine - le premier agent filmogène développé

La résine alkyde en phase aqueuse est un revêtement en phase aqueuse développé très tôt, et son mécanisme de formation de film est similaire à celui de la résine alkyde traditionnelle en phase solvant, qui est durcie par oxydation et réticulation d'acides gras insaturés sans ajout de cosolvant (agent de formation de film) et sans composés organiques volatils. En outre, la résine alkyde en phase aqueuse présente une bonne mouillabilité, une forte capacité de charge, une bonne perméabilité, un bon nivellement et une bonne plénitude, un revêtement facile et un bon effet de revêtement. Toutefois, la chaîne polymère est facilement hydrolysée et la durabilité du film est médiocre. Si le temps d'ignition est trop long, le film changera légèrement de couleur. Toutefois, lorsque la résine est modifiée par de l'acide acrylique ou du polyuréthane après l'auto-émulsification, la durabilité peut être améliorée et peut être utilisée dans la couche de diffusion de la lumière.

1.2 Résine polyacrylique en phase aqueuse - l'agent filmogène le plus idéal à l'heure actuelle

La résine acrylique en phase aqueuse comprend l'émulsion de résine acrylique, la dispersion aqueuse de résine acrylique et la solution aqueuse de résine acrylique. La résine polyacrylique en phase aqueuse utilisée comme revêtement à diffusion d'eau est l'une des émulsions. En fonction de la composition du monomère, elle est généralement divisée en émulsion acrylique pure, émulsion styrène-acrylique, émulsion acétate-acrylique, émulsion silicone-acrylique, émulsion vinaigre tertiaire (acétate de tert-carbonate-vinyle), émulsion tert-acrylique (tert-carbonate-acrylate), émulsion fluorocarbone, émulsion fluoro-acrylique et ainsi de suite. L'émulsion de résine acrylique présente les avantages d'une vitesse de séchage rapide, d'une dureté élevée, d'un faible coût, d'une bonne résistance aux intempéries (pas de changement de couleur au point d'ignition), et évite les inconvénients d'une mauvaise formation de film, d'une faible brillance, d'une résistance aux solvants, d'une adhésion à chaud et d'une fragilité à froid lorsqu'elle est utilisée dans le revêtement de diffusion de la lumière des LED. La résine polyacrylique en phase aqueuse est l'agent de formation de film le plus idéal pour le revêtement de diffusion de lumière en termes de performance globale et de rapport performance/prix.

1.3 Résine polyuréthane soluble dans l'eau - le premier choix pour les revêtements haut de gamme

Le revêtement polyuréthane en phase aqueuse utilise une résine polyuréthane en phase aqueuse et de l'eau comme support, ce qui présente les avantages suivants : faible toxicité, pas facile à brûler, pas de pollution de l'environnement, économie d'énergie, sécurité, etc. Le revêtement présente une grande dureté, une forte adhérence et une bonne flexibilité. Le polymère de revêtement polyuréthane monocomposant a un grand nombre de composants relatifs, et il n'y a pas de réaction de réticulation dans le processus de formation du film, il est donc facile à utiliser. Les revêtements polyuréthanes bicomposants en phase aqueuse doivent être mélangés avant d'être utilisés, une réaction de réticulation se produit lors de la formation du film, et la performance du film est meilleure. Cependant, la plupart de ces résines sont produites à l'étranger, leur coût est élevé, le rapport performance/prix n'est pas idéal et elles ne sont utilisées que dans certains produits haut de gamme.

2. Analyse comparative des agents de diffusion de la lumière

2.1 Paramètres techniques du revêtement de diffusion de la lumière

(1) Transmission de la lumière-Le rapport entre le flux lumineux traversant la lampe à couche de diffusion lumineuse et le flux lumineux traversant le tube de verre revêtu d'une couche de diffusion lumineuse est exprimé en pourcentage. Cependant, la différence entre les épaisseurs supérieure et inférieure du tube droit pose un problème lors de la fabrication. Aujourd'hui, de nombreux fabricants utilisent la comparaison du flux lumineux avant et après le revêtement du tube de verre par la couche de diffusion lumineuse, mesuré dans la sphère d'intégration dans les mêmes conditions.

2) brume-le rapport entre le flux de lumière diffusée à travers le tube de verre (s'écartant de la direction de la lumière incidente) et le flux de lumière transmise est exprimé en pourcentage (dans cette méthode, le flux de lumière diffusée s'écartant de la direction de la lumière incidente de plus de 2,5 ° est utilisé pour calculer la brume), ce qui est souvent mesuré par les brumisateurs.

(3) Durée d'anti-vieillissement - taux de décroissance de la lumière causée par le revêtement à un point de combustion spécifique à la température de travail. Le taux de décroissance de la lumière de 1 000 h ou 10 000 h est couramment utilisé pour l'exprimer.
La transmission de la lumière et le voile sont des indicateurs importants pour mesurer la transparence des lampes LED. Le défi du diffuseur de lumière est d'obtenir un voile élevé tout en garantissant une transmission lumineuse élevée et un effet d'éclairage uniforme et doux. Le critère clé pour l'excellence du diffuseur de lumière est de réduire autant que possible la dégradation de la lumière causée par la diffusion de la lumière dans le processus d'exercice efficace de l'effet de diffusion de la lumière.

2.2 Diffuseur de lumière inorganique.

Il existe de nombreux types de matériaux pouvant être utilisés comme diffuseurs de lumière inorganiques, tels que le carbonate de calcium, le talc, l'oxyde de zinc, le dioxyde de titane, l'oxyde de silicium, etc. Le diffuseur optique peut augmenter le voile du revêtement, ajuster l'énergie rhéologique, améliorer la résistance mécanique et la durabilité du film.

2.2.1 Carbonate de calcium (CaCO3).

Le carbonate de calcium comprend le carbonate de calcium lourd et le carbonate de calcium léger. Lorsque le carbonate de calcium léger est utilisé comme matière première de la suspension, il convient de prêter attention à la quantité. La dissociation du Ca2+, de l'oxyde de calcium libre dans l'eau, affecte la stabilité de stockage de la suspension, de sorte que la teneur en oxyde de calcium libre dans le carbonate de calcium léger est un indice important pour la préparation des revêtements de diffusion de la lumière. Le carbonate de calcium lourd, qui comprend la poudre blanche et la poudre de calcite, est fabriqué à partir de poudre de calcite d'une grande pureté. Le carbonate de calcium lourd est relativement dense et facile à précipiter, il est donc nécessaire de veiller à la prévention de la sédimentation lorsqu'il est utilisé en suspension.

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

La composition chimique de la poudre de talc est le silicate de magnésium hydraté, qui peut non seulement améliorer la flexibilité du film, mais aussi éliminer le stress interne pendant le durcissement, et a une bonne propriété de nivellement.

2.2.3 Oxyde de zinc (ZnO).

L'oxyde de zinc, également connu sous le nom de blanc de zinc, a un effet anti-moisissure et blanchissant, et peut améliorer la résistance à la lumière et la pulvérisation du film. Parmi eux, Zn2+ peut provoquer l'épaississement et la coagulation de certains revêtements, et ne sera pas utilisé seul. Il convient de prêter attention au dosage et à la compatibilité avec les revêtements correspondants, et le test de stabilité thermique de la formule doit être effectué.

2.2.4 Dioxyde de titane (TiO2).

Le dioxyde de titane se divise en trois états cristallins différents : le type rutile, le type anatase et le type plaque de titane. Le dioxyde de titane rutile présente une réflectivité élevée, un fort pouvoir couvrant, un indice de réfraction élevé, une résistance à la lumière, une résistance à la chaleur et une durabilité, et il n'est pas facile à jaunir, à pulvériser et à dégrader. Il peut être épaissi, thixotrope et résistant à l'écoulement dans le revêtement. Le type anatase ne convient pas pour être utilisé comme diffuseur de lumière parce qu'il est facile à pulvériser sous l'effet de la lumière, tandis que le type titane en plaques est instable et n'a aucune valeur d'application.

2.2.5 Dioxyde de silicium (SiO2).

La silice naturelle est une poudre blanche neutre dont les propriétés chimiques correspondent à celles du dioxyde de silicium et dont la stabilité est élevée, mais dont l'état physique est très différent. Certaines poudres ont de grosses particules, une couleur impure et une certaine absorption de la lumière, de sorte que l'efficacité lumineuse est faible lorsqu'elles sont directement utilisées comme diffuseur de lumière. La silice naturelle peut être divisée en trois types : la silice amorphe naturelle, la silice cristalline naturelle et la diatomite naturelle. La taille des particules de la silice amorphe naturelle est généralement inférieure à 40 μ m, ce qui s'écarte de la meilleure plage d'application et ne constitue pas un diffuseur optique idéal. La diatomite naturelle est une silice contenant de l'eau cristalline, avec une taille de particule de 4 ~ 12 μ m. Son absorbance varie en fonction des différentes méthodes de fabrication, et sa qualité fluctue grandement et est difficile à contrôler. La taille des particules de la silice cristalline naturelle est de 1,5 ~ 9,0 μ m, et la taille des particules est appropriée. Le produit peut être sélectionné après purification, ce qui peut améliorer l'énergie mécanique du film.

2.3 Application du diffuseur de lumière organique.

Les diffuseurs de lumière organiques sont des particules de résine organique transparentes ou translucides, les plus couramment utilisées étant les particules microniques telles que le polyméthacrylate de méthyle (PMMA), le polystyrène, la résine de silicone et la résine acrylique. La majeure partie de la lumière émise par la LED peut passer à travers ces particules, ce qui diffère du diffuseur de lumière inorganique à deux égards.

Les principaux résultats sont les suivants (1) il existe une différence d'indice de réfraction entre le diffuseur de lumière organique et le substrat, dans lequel la lumière est réfractée plusieurs fois pour obtenir un excellent voile, plutôt que l'effet diffus causé par la réflexion multiple. De cette manière, la transmission de la lumière est bonne, la perte de lumière est moindre et l'auto-absorption de la lumière causée par les réflexions multiples est évitée, ce qui améliore l'efficacité de la lumière et résout le problème du nivellement de la lumière.

(2) Les particules de résine organique présentent de fortes caractéristiques de triboélectrification, qui peuvent être rapidement dispersées dans d'autres diffuseurs optiques et uniformément attachées à la surface d'autres particules de poudre pendant le mélange à sec. Ce mélange ordonné améliore les caractéristiques de mélange, la fluidité et la formabilité de la poudre. Par rapport aux poudres inorganiques, ces résines granulaires ont une meilleure compatibilité avec les résines organiques en tant qu'agents filmogènes et sont plus faciles à disperser dans les résines à base d'eau.

En ce qui concerne l'effet de l'application actuelle, les particules de résine de silicone ayant un indice de réfraction de 1,41 à 1,43 ont une excellente transmission de la lumière et un voile élevé. Par rapport aux microparticules inorganiques, les microparticules de résine de silicone ont un poids spécifique plus faible et une meilleure résistance à la chaleur ; la transmission de la lumière et la stabilité sont plus élevées que celles des autres matériaux organiques, et la quantité d'ajout est moindre ; par rapport au diffuseur de lumière en résine acrylique, il a une meilleure résistance à la chaleur et aux températures élevées, un faible ajout et un rapport performance-prix élevé ; par rapport au PMMA, il est plus résistant aux températures élevées et ne change pas de couleur. Lors du test de la fraction de masse idéale, le coefficient de diffusion de la lumière efficace des particules de résine de silicone peut atteindre 76,7%, ce qui est le plus élevé parmi les diffuseurs de lumière organiques connus.

3 matériaux à base de nanoparticules.

La taille des particules du diffuseur optique mentionné ci-dessus est de l'ordre du micron. Pour le diffuseur optique, s'il est trop fin, la brume n'est pas bonne, et s'il est trop grossier, la transmission de la lumière n'est pas bonne. Si l'on considère l'ensemble de la transmission de la lumière et du voile, la meilleure gamme de tailles de particules pour les diffuseurs de lumière est de 2 à 20 μ m. Cependant, l'effet des particules de taille nanométrique sur le revêtement mérite également une attention particulière.

3.1 Analyse physico-chimique des nanoparticules dans les revêtements.

Lorsque les particules atteignent l'échelle du nanomètre, l'augmentation des centres actifs de surface renforce la capacité de réaction de la catalyse chimique et de la photocatalyse, et confère au revêtement une capacité d'autonettoyage sous l'action des ultraviolets et de l'oxygène. La liaison chimique secondaire peut se produire entre le centre actif de la surface et le groupe fonctionnel du matériau filmogène, ce qui augmente considérablement la rigidité et la résistance du revêtement et le rend difficilement rayable. L'énergie de surface du nanomatériau est très élevée, et il peut être hydrophobe et oléophobe en même temps après modification. Lorsqu'il est utilisé dans un revêtement de diffusion de la lumière, il peut améliorer de manière significative la résistance aux taches et au vieillissement du revêtement. Lorsque le matériau à nanoparticules est utilisé dans le revêtement par diffusion de la lumière, il peut augmenter l'adhérence entre le revêtement et le substrat en verre, améliorer la résistance mécanique, et la force importante et l'effet de remplissage entre les nanoparticules et le revêtement, ce qui contribue à la liaison de l'interface entre le revêtement et le verre.
La longueur d'onde de la lumière visible (400~750nm) est beaucoup plus grande que la taille des nanoparticules, qui peuvent passer directement à travers les particules, assurant ainsi la grande transparence du revêtement nanocomposite.

Silice de 3,2 nanomètres.

La silice précipitée artificielle est une poudre blanche amorphe dont la taille moyenne des particules est comprise entre 20 et 110 nm, ce qui correspond à l'échelle nanométrique. Elle se fixe à la surface du polymère dans le système aqueux, tandis qu'une petite quantité de charge négative à la surface des particules les rend mutuellement exclusives et difficiles à floculer, améliorant ainsi la stabilité du système. Après l'ajout de silice nanométrique, le revêtement n'est pas facile à délaminer, peut empêcher l'écoulement et possède une stabilité thermique et antivieillissement. Toutefois, lorsque le pH du système est inférieur à 8,5, la charge de surface de la dispersion de nano-silice diminue, et la stabilité du système diminue également ; la dispersion de nano-silice doit donc être mélangée à l'émulsion de résine avant d'ajouter d'autres composants.

Dioxyde de titane de 3,3 nanomètres.

Le dioxyde de titane est un bon matériau de nano-revêtement, qui peut être à la fois autonettoyant et antibactérien. La poudre de dioxyde de titane nanométrique peut être utilisée dans les revêtements pour leur conférer une fonction bactéricide. Sous l'effet de la lumière, la surface du dioxyde de titane peut former un merveilleux super amphiphile (coexistence de deux phases hydrophile et lipophile). Sous l'effet de la lumière dont la longueur d'onde est inférieure à 400 nm, les particules peuvent absorber un rayonnement lumineux à ondes courtes supérieur à la largeur de leur bande interdite, produire une transition électronique, et les électrons de la bande de valence sont excités vers la bande de conduction et forment des paires électron-trou, qui transfèrent l'énergie au milieu environnant et induisent une réaction photochimique, ce qui leur confère une performance photocatalytique.
L'ajout de dioxyde de titane et d'autres nanoparticules au revêtement de diffusion de la lumière peut non seulement améliorer la résistance au vieillissement, mais aussi augmenter de manière significative la dureté et l'adhérence du revêtement.

4. Remarques finales.

Actuellement, la technologie de revêtement de diffusion de la lumière à base d'eau est au centre des préoccupations des fabricants de lampes LED à tube droit. Les principales matières premières de la formule sont analysées et étudiées, dans l'espoir de promouvoir la recherche, le développement et l'application de revêtements de diffusion de lumière LED respectueux de l'environnement.