Como escolher as principais matérias-primas dos revestimentos de difusão de luz LED solúveis em água?

A lâmpada LED com tubo de vidro tem requisitos elevados em termos de uniformidade, transmitância, nebulosidade, segurança, aderência, estabilidade, não poluição e grelha de preços do revestimento de difusão da luz. Para cumprir estes requisitos, é necessário estudar a seleção da resina e do difusor de luz e o processo de fabrico. A aplicação do revestimento de difusão de luz LED à base de água evita a poluição ambiental causada pela baixa emissão de matéria orgânica volátil (COV), é segura e conveniente de utilizar, e desenvolve-se rapidamente sob a promoção do desenvolvimento em grande escala de lâmpadas LED de vidro reto.

1 seleção de resina formadora de película solúvel em água

A resina de película que satisfaz os requisitos tecnológicos do equipamento é a chave para a tecnologia de revestimento por fotodifusão à base de água inofensiva. Atualmente, as resinas formadoras de película que podem ser utilizadas como revestimento de difusão de luz LED são a resina alquídica à base de água, a resina acrílica à base de água, a resina de poliuretano à base de água, etc. Estes três tipos de resinas podem ser utilizados separadamente ou em combinação, de acordo com uma determinada proporção, para evitar os defeitos de desempenho quando se utiliza apenas um determinado tipo de resina. As diferenças de desempenho destes três tipos de resinas formadoras de película solúveis em água são descritas abaixo.

1.1 Alquídicos à base de água resina - o primeiro agente de formação de película desenvolvido

A resina alquídica aquosa é um revestimento aquoso desenvolvido precocemente e o seu mecanismo de formação de película é semelhante ao da resina alquídica tradicional à base de solvente, que é curada por oxidação e reticulação de ácidos gordos insaturados sem adição de co-solvente (agente formador de película) e sem compostos orgânicos voláteis. Além disso, a resina alquídica à base de água tem boa molhabilidade, forte capacidade de suporte, boa permeabilidade, nivelamento e plenitude, revestimento fácil e bom efeito de revestimento. No entanto, a cadeia polimérica é fácil de hidrolisar e a durabilidade da película é fraca. Se o tempo de ignição for demasiado longo, mudará ligeiramente de cor. No entanto, quando a resina é modificada por ácido acrílico ou poliuretano após auto-emulsificação, a durabilidade pode ser melhorada e pode ser utilizada na camada de difusão de luz.

1.2 Resina poliacrílica à base de água - o agente formador de película mais ideal atualmente

A resina acrílica à base de água inclui a emulsão de resina acrílica, a dispersão aquosa de resina acrílica e a solução aquosa de resina acrílica. A resina poliacrílica à base de água utilizada como revestimento por difusão de água é uma das emulsões. De acordo com a composição do monómero, divide-se normalmente em emulsão acrílica pura, emulsão estireno-acrílica, emulsão acetato-acrílica, emulsão silicone-acrílica, emulsão de vinagre terciário (acetato de terc-carbonato-vinilo), emulsão terc-acrílica (acrilato de terc-carbonato), emulsão de fluorocarbono, emulsão fluoro-acrílica, etc. A emulsão de resina acrílica tem as vantagens de velocidade de secagem rápida, elevada dureza, baixo custo, boa resistência às intempéries (não é fácil mudar de cor no ponto de ignição) e evita as desvantagens de má formação de película, baixo brilho, resistência a solventes, aderência a quente e fragilidade a frio quando utilizada no revestimento de difusão de luz LED. A resina poliacrílica à base de água é o agente formador de película mais ideal para o revestimento por difusão de luz em termos de desempenho abrangente e relação desempenho/preço.

1.3 Resina de poliuretano solúvel em água - a primeira escolha para revestimentos topo de gama

O revestimento de poliuretano à base de água utiliza resina de poliuretano à base de água e água como meio, que tem as vantagens de baixa toxicidade, não é fácil de queimar, não polui o ambiente, economiza energia, segurança e assim por diante. O revestimento tem elevada dureza, forte aderência e boa flexibilidade. O polímero de revestimento de poliuretano de um componente tem um grande número de componentes relativos e não há reação de reticulação no processo de formação de película, pelo que é conveniente utilizá-lo. Os revestimentos de poliuretano de dois componentes à base de água devem ser misturados antes da utilização, a reação de reticulação ocorre no processo de formação da película e o desempenho da película é melhor. No entanto, a maior parte desta resina é produzida no estrangeiro, o custo é elevado, a relação desempenho/preço não é a ideal e só é utilizada em alguns produtos topo de gama.

2. Análise comparativa do agente de difusão da luz

2.1 Parâmetros técnicos do revestimento de difusão da luz

(1) Transmitância da luz-A relação entre o fluxo luminoso através da lâmpada com camada de difusão da luz e o fluxo luminoso através do tubo de vidro revestido com camada de difusão da luz é expressa em percentagem. No entanto, existe o problema da diferença entre a espessura superior e inferior da lâmpada de tubo reto no processo de fabrico. Atualmente, muitos fabricantes utilizam a comparação do fluxo luminoso antes e depois de o tubo de vidro ser revestido com a camada de difusão da luz, medido na esfera de integração nas mesmas condições.

2) neblina-a razão entre o fluxo de luz dispersa através do tubo de vidro (que se desvia da direção da luz incidente) e o fluxo de luz transmitida é expressa em percentagem (neste método, o fluxo de luz dispersa que se desvia da direção da luz incidente mais de 2,5 ° é utilizado para calcular a neblina), que é frequentemente medida por medidores de neblina.

(3) Tempo anti-envelhecimento - a taxa de deterioração da luz causada pelo revestimento num ponto de combustão específico à temperatura de trabalho. A taxa de deterioração da luz de 1 000 h ou 10 000 h é normalmente utilizada para o exprimir.
A transmitância da luz e a neblina são indicadores importantes para medir a transparência das lâmpadas LED. O desafio do difusor de luz é obter uma elevada opacidade, assegurando simultaneamente uma elevada transmissão de luz e um efeito de iluminação uniforme e suave. O critério-chave para a excelência do difusor de luz é reduzir ao máximo a degradação da luz causada pela difusão da luz no processo de exercer eficazmente o efeito de difusão da luz.

2.2 Difusor de luz inorgânico.

Existem muitos tipos de materiais que podem ser utilizados como difusores de luz inorgânicos, tais como carbonato de cálcio, pó de talco, óxido de zinco, dióxido de titânio, óxido de silício, etc. O difusor ótico pode aumentar a opacidade do revestimento, ajustar a energia reológica, melhorar a resistência mecânica e aumentar a durabilidade da película.

2.2.1 Carbonato de cálcio (CaCO3).

O carbonato de cálcio inclui o carbonato de cálcio pesado e o carbonato de cálcio ligeiro. Quando o carbonato de cálcio leve é utilizado como matéria-prima da suspensão, deve prestar-se atenção à quantidade. A dissociação do Ca2+, do óxido de cálcio livre na água, afecta a estabilidade de armazenamento da suspensão, pelo que o teor de óxido de cálcio livre no carbonato de cálcio leve é um índice importante para a preparação de revestimentos de difusão da luz. O carbonato de cálcio pesado, incluindo o pó branco e o pó de calcite, é fabricado a partir de pó de calcite de elevada pureza. O carbonato de cálcio pesado é relativamente denso e fácil de precipitar, pelo que é necessário prestar atenção à prevenção da sedimentação quando é utilizado em suspensão.

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

A composição química do pó de talco é silicato de magnésio hidratado, que pode não só melhorar a flexibilidade da película, mas também eliminar o stress interno durante a cura, e tem uma boa propriedade de nivelamento.

2.2.3 Óxido de zinco (ZnO).

O óxido de zinco, também conhecido como branco de zinco, tem efeito anti-mofo e branqueador, e pode melhorar a resistência à luz e a pulverização da película. Entre eles, o Zn2+ pode fazer com que alguns revestimentos engrossem e coagulem, e não será utilizado sozinho, devendo prestar-se atenção à dosagem e compatibilidade com os revestimentos correspondentes, e deve ser efectuado o teste de estabilidade térmica da fórmula.

2.2.4 Dióxido de titânio (TiO2).

O dióxido de titânio (dióxido de titânio) divide-se em três estados cristalinos diferentes: tipo rutilo, tipo anatase e tipo placa de titânio. O dióxido de titânio rutilo tem elevada refletividade, forte poder de cobertura, elevado índice de refração, resistência à luz, resistência ao calor e durabilidade, e não é fácil de amarelecer, pulverizar e degradar. O tipo anatase não é adequado para ser usado como difusor de luz porque é fácil de ser pulverizado sob a luz, enquanto o tipo de placa de titânio é instável e não tem valor de aplicação.

2.2.5 Dióxido de silício (SiO2).

A sílica natural é um pó branco neutro com propriedades químicas consistentes com o dióxido de silício e elevada estabilidade, mas existe uma grande diferença no estado físico. Alguns dos pós têm partículas grandes, cor impura e certa absorção de luz, pelo que a eficiência da luz é baixa quando utilizada diretamente como difusor de luz. A sílica natural pode ser dividida em três tipos: sílica amorfa natural, sílica cristalina natural e diatomite natural. Entre eles, o tamanho das partículas da sílica amorfa natural é maioritariamente inferior a 40 μm, o que se desvia da melhor gama de aplicação e não é um difusor ótico ideal. A diatomite natural é sílica contendo água cristalina, com um tamanho de partícula de 4 ~ 12 μ m. A sua absorvância varia com os diferentes métodos de fabrico, e a sua qualidade flutua muito e é difícil de controlar. O tamanho de partícula da sílica cristalina natural é de 1,5 ~ 9,0 μ m, e o tamanho de partícula é adequado. O produto pode ser selecionado após a purificação, o que pode melhorar a energia mecânica da película.

2.3 Aplicação do difusor de luz orgânico.

Os difusores de luz orgânicos são partículas de resina orgânica transparentes ou translúcidas, e as mais utilizadas incluem partículas micrónicas como o polimetacrilato de metilo (PMMA), o poliestireno, a resina de silicone e a resina acrílica. A maior parte da luz emitida pelo LED pode passar através destas partículas, o que difere do difusor de luz inorgânico em dois aspectos.

Os principais resultados são os seguintes: (1) existe uma diferença no índice de refração entre o difusor de luz orgânico e o substrato, no qual a luz é refractada muitas vezes para obter uma excelente névoa, em vez do efeito difuso causado pela reflexão múltipla. Desta forma, a transmissão da luz é boa, a perda de luz é menor e a auto-absorção da luz causada por reflexões múltiplas é evitada, pelo que a eficiência da luz é melhorada e o problema do nivelamento da luz é resolvido.

(2) As partículas de resina orgânica têm fortes caraterísticas de triboelectrificação, que podem ser rapidamente dispersas noutros difusores ópticos e uniformemente fixadas à superfície de outras partículas de pó durante a mistura a seco. Esta mistura ordenada melhora as caraterísticas de mistura, a fluidez e a formabilidade do pó. Em comparação com os pós inorgânicos, estas resinas granulares têm uma melhor compatibilidade com as resinas orgânicas como agentes formadores de película e são mais fáceis de dispersar em resinas de base aquosa.

No que diz respeito ao efeito da aplicação atual, as partículas de resina de silicone com um índice de refração de 1,41 a 1,43 têm uma excelente transmissão de luz e uma elevada nebulosidade. Em comparação com as micropartículas inorgânicas, as micropartículas de resina de silicone têm menor peso específico e melhor resistência ao calor; a transmitância da luz e a estabilidade são superiores às de outros materiais orgânicos, e a quantidade de adição é menor; em comparação com o difusor de luz de resina acrílica, tem melhor resistência ao calor e resistência a altas temperaturas, baixa adição e alta relação desempenho-preço; em comparação com o PMMA, é mais resistente a altas temperaturas e não muda de cor. No teste de fração de massa ideal, o coeficiente de difusão de luz eficaz das partículas de resina de silicone pode atingir 76,7%, que é o mais elevado entre os difusores de luz orgânicos conhecidos.

3 materiais de nano-partículas.

O tamanho das partículas do difusor ótico discutido acima está todo no nível do mícron. para o difusor ótico, se for muito fino, a névoa não é boa e, se for muito grossa, a transmitância da luz não é boa. A partir da consideração abrangente da transmissão de luz e da névoa, a melhor faixa de tamanho de partícula do difusor de luz é de 2 ~ 20 μ m. No entanto, o efeito de partículas de tamanho nano no revestimento também merece atenção

3.1 Análise físico-química de materiais nano-partículas em revestimentos.

Quando as partículas entram na escala nanométrica, o aumento dos centros activos de superfície aumenta a capacidade de reação da catálise química e da fotocatálise, e confere ao revestimento uma capacidade de auto-limpeza sob a ação do ultravioleta e do oxigénio. A ligação química secundária pode ocorrer entre o centro ativo de superfície e o grupo funcional do material formador de película, o que aumenta consideravelmente a rigidez e a resistência do revestimento e torna-o difícil de riscar. A energia de superfície do nanomaterial é muito elevada e pode ser hidrofóbica e oleofóbica ao mesmo tempo após a modificação. Quando utilizado no revestimento de difusão de luz, pode melhorar significativamente a resistência às manchas e ao envelhecimento do revestimento. Quando o material de nanopartículas é utilizado no revestimento de difusão de luz, pode aumentar a adesão entre o revestimento e o vidro do substrato, melhorar a resistência mecânica e o forte efeito de força e enchimento entre as nanopartículas e o revestimento, o que é útil para a ligação da interface entre o revestimento e o vidro.
O comprimento de onda da luz visível (400~750nm) é muito maior do que o tamanho das partículas das nanopartículas, que podem passar diretamente através das partículas, garantindo assim a elevada transparência do revestimento nanocompósito.

Sílica de 3,2 nanómetros.

A sílica precipitada artificial é um pó branco amorfo com um tamanho médio de partícula de 20~110nm, que pertence à escala nanométrica. Será fixada à superfície do polímero no sistema aquoso, enquanto uma pequena quantidade de carga negativa na superfície da partícula torna-a mutuamente exclusiva e difícil de flocular, melhorando assim a estabilidade do sistema. Após a adição de sílica nanométrica, o revestimento não é fácil de ser delaminado, pode impedir a suspensão do fluxo e tem estabilidade térmica e anti-envelhecimento. No entanto, quando o valor de pH do sistema é inferior a 8,5, a carga superficial da dispersão de nano-sílica diminui e a estabilidade do sistema também diminui, pelo que a dispersão de nano-sílica deve ser misturada com a emulsão de resina antes de adicionar outros componentes.

Dióxido de titânio de 3,3 nanómetros.

O dióxido de nano-titânio é um bom material de nano-revestimento, que pode ser auto-limpante e antibacteriano ao mesmo tempo. O pó de dióxido de nano-titânio pode ser utilizado em revestimentos para que tenha uma função bactericida. A irradiação da luz pode fazer com que a superfície do dióxido de titânio forme um maravilhoso super anfifílico (coexistência de duas fases hidrofílica e lipofílica). Sob a luz cujo comprimento de onda é inferior a 400 nm, as partículas podem absorver radiação luminosa de ondas curtas superior à largura da sua banda proibida, produzir transição eletrónica e os electrões da banda de valência são excitados para a banda de condução e formam pares eletrão-buraco, que transferem energia para o meio circundante e induzem reacções fotoquímicas, pelo que têm desempenho fotocatalítico.
A adição de dióxido de titânio e outras nanopartículas ao revestimento de difusão de luz pode não só melhorar a resistência ao envelhecimento, mas também aumentar significativamente a dureza e a aderência do revestimento.

4 observações finais.

Atualmente, a tecnologia de revestimento por difusão de luz à base de água é o foco dos fabricantes de lâmpadas LED de tubo reto. As principais matérias-primas da fórmula são analisadas e estudadas, na esperança de promover a investigação, o desenvolvimento e a aplicação de revestimentos de difusão de luz LED amigos do ambiente.