Come scegliere le materie prime principali dei rivestimenti LED idrosolubili per la diffusione della luce?

La lampada LED a tubo di vetro ha elevati requisiti di uniformità, trasmittanza, velatura, sicurezza, adesione, stabilità, non inquinamento e prezzo del rivestimento per la diffusione della luce. Per soddisfare questi requisiti, è necessario studiare la scelta della resina e del diffusore di luce e il processo di produzione. L'applicazione del rivestimento per la diffusione della luce LED a base acquosa evita l'inquinamento ambientale causato dalla bassa emissione di sostanze organiche volatili (VOC), è sicura e comoda da usare e si sviluppa rapidamente con la promozione dello sviluppo su larga scala delle lampade LED a vetro diritto.

1 selezione di resina filmogena idrosolubile

La resina per film che soddisfa i requisiti tecnologici dell'apparecchiatura è la chiave della tecnologia di rivestimento fotodiffusivo innocuo a base acquosa. Attualmente, le resine filmogene che possono essere utilizzate come rivestimento per la diffusione della luce LED sono la resina alchidica a base acquosa, la resina acrilica a base acquosa, la resina poliuretanica a base acquosa e così via. Questi tre tipi di resine possono essere utilizzati separatamente o in combinazione, secondo una certa proporzione, per evitare i difetti di prestazione derivanti dall'utilizzo di un certo tipo di resina da sola. Di seguito vengono descritte le differenze di prestazione di questi tre tipi di resine filmogene idrosolubili.

1.1 Alchidico a base acqua resina, il primo agente filmogeno sviluppato

La resina alchidica a base acquosa è un rivestimento a base acquosa di recente sviluppo e il suo meccanismo di formazione del film è simile a quello della tradizionale resina alchidica a base di solventi, che viene polimerizzata per ossidazione e reticolazione degli acidi grassi insaturi senza l'aggiunta di cosolventi (agenti filmogeni) e priva di composti organici volatili. Inoltre, la resina alchidica a base acquosa ha una buona bagnabilità, una forte capacità portante, una buona permeabilità, livellamento e pienezza, facilità di rivestimento e buon effetto di rivestimento. Tuttavia, la catena polimerica è facilmente idrolizzabile e la durata del film è scarsa. Se il tempo di accensione è troppo lungo, il colore cambia leggermente. Tuttavia, quando la resina viene modificata con acido acrilico o poliuretano dopo l'autoemulsione, la durata può essere migliorata e può essere utilizzata nello strato di diffusione della luce.

1.2 Resina poliacrilica all'acqua: l'agente filmogeno attualmente più ideale

La resina acrilica a base acquosa comprende l'emulsione di resina acrilica, la dispersione acquosa di resina acrilica e la soluzione acquosa di resina acrilica. In base alla composizione del monomero, viene solitamente suddivisa in emulsione acrilica pura, emulsione stirolo-acrilica, emulsione acetato-acrilica, emulsione silicone-acrilica, emulsione aceto terziario (tert-carbonato-vinilacetato), emulsione tert-acrilica (tert-carbonato-acrilato), emulsione fluorocarbonica, emulsione fluoro-acrilica e così via. L'emulsione di resina acrilica presenta i vantaggi della rapida essiccazione, dell'elevata durezza, del basso costo, della buona resistenza agli agenti atmosferici (non è facile cambiare colore nel punto di accensione) ed evita gli svantaggi della scarsa formazione del film, della bassa brillantezza, della resistenza ai solventi, dell'adesione a caldo e della fragilità a freddo quando viene utilizzata nel rivestimento per la diffusione della luce LED. La resina poliacrilica a base acquosa è l'agente filmogeno più ideale per il rivestimento a diffusione luminosa in termini di prestazioni complete e di rapporto prestazioni/prezzo.

1.3 Resina poliuretanica idrosolubile: la prima scelta per i rivestimenti di alta gamma

Il rivestimento poliuretanico a base acquosa utilizza la resina poliuretanica a base acquosa e l'acqua come mezzo, che presenta i vantaggi di bassa tossicità, non facile da bruciare, non inquinante per l'ambiente, risparmio energetico, sicurezza e così via. Il rivestimento presenta elevata durezza, forte adesione e buona flessibilità. Il polimero per rivestimenti poliuretanici monocomponente ha un gran numero di componenti relativi e non presenta reazioni di reticolazione nel processo di formazione del film, per cui è comodo da usare. I rivestimenti poliuretanici bicomponenti devono essere miscelati prima dell'uso, la reazione di reticolazione avviene nel processo di formazione del film e le prestazioni del film sono migliori. Tuttavia, la maggior parte di questa resina viene prodotta all'estero, il costo è elevato, il rapporto prestazioni/prezzo non è ideale e viene utilizzata solo in alcuni prodotti di fascia alta.

2. Analisi comparativa dell'agente di diffusione della luce

2.1 Parametri tecnici del rivestimento per la diffusione della luce

(1) Trasmittanza luminosa-Il rapporto tra il flusso luminoso attraverso la lampada a strato di diffusione e il flusso luminoso attraverso il tubo di vetro rivestito di diffusione è espresso in percentuale. Tuttavia, esiste il problema della differenza tra lo spessore superiore e inferiore della lampada a tubo diritto nel processo di produzione. Oggi molti produttori utilizzano il confronto tra il flusso luminoso prima e dopo il rivestimento del tubo di vetro con lo strato di diffusione della luce, misurato nella sfera integratrice alle stesse condizioni.

2) foschia-Il rapporto tra il flusso di luce diffusa attraverso il tubo di vetro (che devia dalla direzione della luce incidente) e il flusso di luce trasmessa è espresso in percentuale (in questo metodo, il flusso di luce diffusa che devia dalla direzione della luce incidente di oltre 2,5° è utilizzato per calcolare la foschia), che viene spesso misurata dai misuratori di foschia.

(3) Tempo di antinvecchiamento: il tasso di decadimento della luce causato dal rivestimento in uno specifico punto di combustione alla temperatura di esercizio. Il tasso di decadimento della luce di 1 000 h o 10 000 h è comunemente usato per esprimerlo.
La trasmittanza luminosa e la foschia sono indicatori importanti per misurare la trasparenza delle lampade LED. La sfida del diffusore di luce consiste nell'ottenere un'elevata foschia, garantendo al contempo un'elevata trasmittanza luminosa e un effetto di illuminazione uniforme e morbido. Il criterio chiave per l'eccellenza dei diffusori di luce è quello di ridurre il più possibile il decadimento della luce causato dalla diffusione della luce nel processo di esercitare efficacemente l'effetto della diffusione della luce.

2.2 Diffusore di luce inorganico.

Esistono molti tipi di materiali che possono essere utilizzati come diffusori di luce inorganici, come il carbonato di calcio, il talco, l'ossido di zinco, il biossido di titanio, l'ossido di silicio e così via. Il diffusore ottico può aumentare la velatura del rivestimento, regolare l'energia reologica, migliorare la resistenza meccanica e la durata del film.

2.2.1 Carbonato di calcio (CaCO3).

Il carbonato di calcio comprende il carbonato di calcio pesante e il carbonato di calcio leggero. Quando il carbonato di calcio leggero viene utilizzato come materia prima della sospensione, è necessario prestare attenzione alla quantità. La dissociazione del Ca2+ dall'ossido di calcio libero in acqua influisce sulla stabilità di conservazione della sospensione, pertanto il contenuto di ossido di calcio libero nel carbonato di calcio leggero è un indice importante per la preparazione di rivestimenti a diffusione luminosa. Il carbonato di calcio pesante, che comprende la polvere bianca e la polvere di calcite, si ottiene dalla polvere di calcite ad alta purezza. Il carbonato di calcio pesante è relativamente denso e facile da precipitare, quindi è necessario prestare attenzione alla prevenzione della sedimentazione quando viene utilizzato in sospensione.

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

La composizione chimica della polvere di talco è silicato di magnesio idrato, in grado non solo di migliorare la flessibilità del film, ma anche di eliminare le tensioni interne durante la polimerizzazione e di avere una buona proprietà livellante.

2.2.3 Ossido di zinco (ZnO).

L'ossido di zinco, noto anche come bianco di zinco, ha un effetto antimuffa, sbiancante e può migliorare la resistenza alla luce e la polverizzazione del film. Tra questi, lo Zn2+ può causare l'ispessimento e la coagulazione di alcuni rivestimenti; non può essere utilizzato da solo e occorre prestare attenzione al dosaggio e alla compatibilità con i rivestimenti corrispondenti, nonché effettuare il test di stabilità termica della formula.

2.2.4 Biossido di titanio (TiO2).

Il biossido di titanio (biossido di titanio) si divide in tre diversi stati cristallini: tipo rutilo, tipo anatasio e tipo placca di titanio. Il biossido di titanio rutilo ha un'elevata riflettività, un forte potere coprente, un alto indice di rifrazione, resistenza alla luce, resistenza al calore e durata, non è facile all'ingiallimento, alla polverizzazione e alla degradazione, può essere addensato, tixotropico e a prova di flusso nel rivestimento. Il tipo anatasio non è adatto a essere utilizzato come diffusore di luce perché è facile che si polverizzi sotto la luce, mentre il tipo titanio a piastra è instabile e non ha valore applicativo.

2.2.5 Biossido di silicio (SiO2).

La silice naturale è una polvere bianca neutra con proprietà chimiche coerenti con il biossido di silicio e un'elevata stabilità, ma con una grande differenza nello stato fisico. Alcune polveri hanno particelle di grandi dimensioni, colore impuro e un certo assorbimento della luce, per cui l'efficienza luminosa è bassa quando vengono utilizzate direttamente come diffusori di luce. La silice naturale può essere suddivisa in tre tipi: silice naturale amorfa, silice naturale cristallina e diatomite naturale. Tra questi, la dimensione delle particelle della silice naturale amorfa è per lo più inferiore a 40 μ m, il che si discosta dal miglior campo di applicazione e non è un diffusore ottico ideale. La diatomite naturale è una silice contenente acqua cristallina, con una dimensione delle particelle di 4 ~ 12 μ m. La sua assorbanza varia con i diversi metodi di produzione e la sua qualità è molto variabile e difficile da controllare. La dimensione delle particelle della silice cristallina naturale è di 1,5 ~ 9,0 μ m e la dimensione delle particelle è adatta. Il prodotto può essere selezionato dopo la purificazione, che può migliorare l'energia meccanica del film.

2.3 Applicazione del diffusore di luce organica.

I diffusori di luce organici sono particelle di resina organica trasparenti o traslucide; tra quelle più comunemente utilizzate vi sono particelle di dimensioni micrometriche come il polimetilmetacrilato (PMMA), il polistirene, la resina siliconica e la resina acrilica. La maggior parte della luce emessa dal LED può passare attraverso queste particelle, che si differenziano dai diffusori di luce inorganici per due aspetti.

I risultati principali sono i seguenti: (1) Esiste una differenza nell'indice di rifrazione tra il diffusore di luce organico e il substrato, in cui la luce viene rifratta più volte per ottenere un'eccellente foschia, anziché l'effetto diffuso causato dalla riflessione multipla. In questo modo, la trasmittanza della luce è buona, la perdita di luce è minore e si evita l'autoassorbimento della luce causato da riflessioni multiple, migliorando così l'efficienza luminosa e risolvendo il problema del livellamento della luce.

(2) le particelle di resina organica hanno forti caratteristiche di triboelettrificazione, che possono essere rapidamente disperse in altri diffusori ottici e attaccate uniformemente alla superficie di altre particelle di polvere durante la miscelazione a secco. Rispetto alle polveri inorganiche, queste resine granulari hanno una migliore compatibilità con le resine organiche come agenti filmogeni e sono più facili da disperdere nelle resine a base acquosa.

Per quanto riguarda l'effetto applicativo attuale, le particelle di resina siliconica con un indice di rifrazione compreso tra 1,41 e 1,43 hanno un'eccellente trasmittanza luminosa e un'elevata velatura. Rispetto alle microparticelle inorganiche, le microparticelle di resina siliconica hanno un peso specifico inferiore e una migliore resistenza al calore; la trasmittanza luminosa e la stabilità sono superiori a quelle di altri materiali organici e la quantità di aggiunta è inferiore; rispetto alla resina acrilica, il diffusore di luce ha una migliore resistenza al calore e alle alte temperature, una bassa aggiunta e un elevato rapporto prestazioni/prezzo; rispetto al PMMA, è più resistente alle alte temperature e non cambia colore. Nel test della frazione di massa ideale, il coefficiente di diffusione della luce effettiva delle particelle di resina siliconica può raggiungere 76,7%, il più alto tra i diffusori di luce organici conosciuti.

3 materiali a nano-particelle.

Le dimensioni delle particelle dei diffusori ottici discussi in precedenza sono tutte a livello di micron. per il diffusore ottico, se è troppo fine, la foschia non è buona, e se è troppo grossolano, la trasmittanza della luce non è buona. Dalla considerazione globale della trasmittanza luminosa e della foschia, il miglior intervallo di dimensioni delle particelle per i diffusori di luce è 2 ~ 20 μ m. Tuttavia, anche l'effetto delle particelle di dimensioni nanometriche sul rivestimento è degno di attenzione.

3.1 Analisi fisico-chimica dei materiali nanoparticellari nei rivestimenti.

Quando le particelle entrano nella scala dei nanometri, l'aumento dei centri attivi superficiali migliora la capacità di reazione della catalisi chimica e della fotocatalisi e conferisce al rivestimento una capacità autopulente sotto l'azione degli ultravioletti e dell'ossigeno. Tra il centro attivo di superficie e il gruppo funzionale del materiale filmogeno può crearsi un legame chimico secondario, che aumenta notevolmente la rigidità e la resistenza del rivestimento e lo rende difficilmente scalfibile. L'energia superficiale del nano-materiale è molto elevata e, dopo la modifica, può essere idrofobica e oleofobica allo stesso tempo. Quando viene utilizzato nel rivestimento a diffusione luminosa, può migliorare significativamente la resistenza alle macchie e all'invecchiamento del rivestimento. Quando il materiale a nano-particelle viene utilizzato nel rivestimento per la diffusione della luce, può aumentare l'adesione tra il rivestimento e il vetro del substrato, migliorare la resistenza meccanica e la forte forza e l'effetto di riempimento tra le nano-particelle e il rivestimento, che è utile per l'incollaggio dell'interfaccia tra il rivestimento e il vetro.
La lunghezza d'onda della luce visibile (400~750 nm) è molto più grande della dimensione delle particelle delle nanoparticelle, che possono attraversare direttamente le particelle, garantendo così l'elevata trasparenza del rivestimento nanocomposito.

3,2 nanometri di silice.

La silice precipitata artificiale è una polvere amorfa bianca con una dimensione media delle particelle di 20~110 nm, che appartiene alla scala nanometrica. Si attacca alla superficie del polimero nel sistema acquoso, mentre una piccola quantità di carica negativa sulla superficie della particella la rende reciprocamente esclusiva e difficile da flocculare, migliorando così la stabilità del sistema. Dopo l'aggiunta di silice nanometrica, il rivestimento non è facile da delaminare, può prevenire la sospensione del flusso e ha una stabilità termica e anti-invecchiamento. Tuttavia, quando il valore del pH del sistema è inferiore a 8,5, la carica superficiale della dispersione di nano-silice diminuisce e anche la stabilità del sistema diminuisce, quindi la dispersione di nano-silice deve essere mescolata con l'emulsione di resina prima di aggiungere altri componenti.

Biossido di titanio a 3,3 nanometri.

Il biossido di nano-titanio è un buon materiale di nano-rivestimento, in grado di essere autopulente e antibatterico allo stesso tempo. La polvere di biossido di nano-titanio può essere utilizzata nei rivestimenti per ottenere una funzione battericida. L'irradiazione della luce può far sì che la superficie del biossido di titanio formi una meravigliosa super anfifilica (coesistenza di due fasi idrofila e lipofila). Sotto la luce di lunghezza d'onda inferiore a 400 nm, le particelle possono assorbire radiazioni luminose a onde corte superiori all'ampiezza della loro banda proibita, produrre una transizione elettronica e gli elettroni della banda di valenza sono eccitati nella banda di conduzione e formano coppie elettrone-buco, che trasferiscono energia al mezzo circostante e inducono la reazione fotochimica, per cui hanno prestazioni fotocatalitiche.
L'aggiunta di biossido di titanio e altre nanoparticelle al rivestimento per la diffusione della luce può non solo migliorare la resistenza all'invecchiamento, ma anche aumentare significativamente la durezza e l'adesione del rivestimento.

4 osservazioni conclusive.

Attualmente, la tecnologia di rivestimento per la diffusione della luce a base d'acqua è al centro dell'attenzione dei produttori di lampade LED a tubo diritto. Le principali materie prime della formula vengono analizzate e studiate, nella speranza di promuovere la ricerca, lo sviluppo e l'applicazione di rivestimenti per la diffusione della luce a LED rispettosi dell'ambiente.