Как выбрать основное сырье для водорастворимых светодиодных светорассеивающих покрытий?

К светодиодной лампе со стеклянной трубкой предъявляются высокие требования по однородности, пропусканию, дымке, безопасности, адгезии, стабильности, незагрязняемости и ценовой сетке светорассеивающего покрытия. Чтобы соответствовать этим требованиям, необходимо изучить выбор смолы и светорассеивателя, а также процесс производства. Применение водорастворимого светодиодного светорассеивающего покрытия позволяет избежать загрязнения окружающей среды за счет низкого уровня эмиссии органических летучих веществ (VOC), является безопасным и удобным в использовании, а также быстро развивается в условиях масштабного развития светодиодных ламп с прямым стеклом.

1 выбор водорастворимой пленкообразующей смолы

Пленочная смола, отвечающая технологическим требованиям оборудования, является ключом к безвредной технологии фотодиффузионного покрытия на водной основе. В настоящее время пленкообразующие смолы, которые можно использовать в качестве светодиодного светорассеивающего покрытия, представлены водорастворимой алкидной смолой, водорастворимой акриловой смолой, водорастворимой полиуретановой смолой и так далее. Эти три вида смол могут использоваться отдельно или в комбинации в определенном соотношении, чтобы избежать недостатков в работе при использовании только определенного вида смолы. Ниже описаны различия в характеристиках этих трех видов водорастворимых пленкообразующих смол.

1.1 Водорастворимые алкиды смола - первый разработанный пленкообразующий агент

Водоразбавляемая алкидная смола - это раннее разработанное водоразбавляемое покрытие, механизм пленкообразования которого аналогичен традиционной алкидной смоле на основе растворителя, отверждаемое путем окисления и сшивания ненасыщенных жирных кислот без добавления сорастворителя (пленкообразующего агента) и не содержащее летучих органических соединений. Кроме того, водоразбавляемая алкидная смола обладает хорошей смачиваемостью, сильной несущей способностью, хорошей проницаемостью, выравниванием и полнотой, легкостью нанесения и хорошим эффектом покрытия. Однако полимерная цепь легко гидролизуется, и долговечность пленки оставляет желать лучшего. Если время прокаливания слишком велико, она слегка изменит цвет. Однако, если смолу модифицировать акриловой кислотой или полиуретаном после самоэмульгирования, долговечность можно повысить и использовать в светорассеивающем слое.

1.2 Водорастворимая полиакриловая смола - самый идеальный на сегодняшний день пленкообразователь

Водоразбавляемая акриловая смола включает в себя акриловую смолу-эмульсию, водную дисперсию акриловой смолы и водный раствор акриловой смолы. Водоразбавляемая полиакриловая смола, используемая в качестве водно-диффузионного покрытия, является одной из эмульсий. В зависимости от состава мономера, она обычно делится на чисто акриловую эмульсию, стирол-акриловую эмульсию, ацетат-акриловую эмульсию, кремний-акриловую эмульсию, третичную уксусную (трет-карбонат-винилацетат) эмульсию, трет-акриловую (трет-карбонат-акрилат) эмульсию, фторуглеродную эмульсию, фтор-акриловую эмульсию и так далее. Эмульсия на основе акриловой смолы обладает такими преимуществами, как быстрая скорость высыхания, высокая твердость, низкая стоимость, хорошая атмосферостойкость (не легко меняет цвет при воспламенении), и избавляет от таких недостатков, как плохое пленкообразование, низкий блеск, устойчивость к растворителям, горячая адгезия и холодная хрупкость при использовании в светодиодном светорассеивающем покрытии. Водоразбавляемая полиакриловая смола является наиболее идеальным пленкообразующим агентом для светорассеивающего покрытия с точки зрения комплексных характеристик и соотношения цены и качества.

1.3 Водорастворимая полиуретановая смола - первый выбор для высококачественных покрытий

Водоразбавляемое полиуретановое покрытие использует водоразбавляемую полиуретановую смолу и воду в качестве среды, которая имеет преимущества низкой токсичности, не легко горит, не загрязняет окружающую среду, энергосберегающая, безопасная и так далее. Покрытие обладает высокой твердостью, сильной адгезией и хорошей гибкостью. Однокомпонентные полиуретановые покрытия имеют большое количество родственных компонентов, в процессе пленкообразования не происходит реакции сшивания, поэтому они удобны в применении. Двухкомпонентные водоразбавляемые полиуретановые покрытия необходимо смешивать перед использованием, в процессе пленкообразования происходит реакция сшивания, и характеристики пленки лучше. Однако большинство этих смол производится за рубежом, их стоимость высока, соотношение цены и качества не идеально, и они используются только в некоторых продуктах высокого класса.

2. Сравнительный анализ агентов для рассеивания света

2.1 Технические параметры светорассеивающего покрытия

(1) Пропускание света-отношение светового потока через лампу со светорассеивающим слоем к световому потоку через стеклянную трубку со светорассеивающим покрытием выражается в процентах. Однако в процессе производства возникает проблема разницы между верхней и нижней толщиной лампы с прямой трубкой. В настоящее время многие производители используют сравнение светового потока до и после покрытия стеклянной трубки светорассеивающим слоем, измеренного в интегрирующей сфере при одинаковых условиях.

2) дымка-отношение потока рассеянного света через стеклянную трубку (отклоняющегося от направления падающего света) к потоку проходящего света выражается в процентах (в данном методе для расчета дымки используется поток рассеянного света, отклоняющийся от направления падающего света более чем на 2,5°), что часто измеряется измерителями дымки.

(3) Время антистарения - скорость затухания света, вызванного покрытием в определенной точке горения при рабочей температуре. Обычно используется показатель светового распада 1 000 ч или 10 000 ч.
Светопропускание и дымка являются важными показателями для измерения прозрачности светодиодных ламп. Задача светорассеивателя - добиться высокой дымки, обеспечив при этом высокое светопропускание, равномерный и мягкий световой эффект. Ключевым критерием совершенства светорассеивателя является максимально возможное уменьшение затухания света, вызванного светорассеиванием, в процессе эффективного использования эффекта светорассеивания.

2.2 Неорганический рассеиватель света.

Существует множество видов материалов, которые могут быть использованы в качестве неорганического рассеивателя света, например, карбонат кальция, тальк, оксид цинка, диоксид титана, оксид кремния и так далее. Оптический рассеиватель может увеличить дымку покрытия, отрегулировать реологическую энергию, улучшить механическую прочность и повысить долговечность пленки.

2.2.1 Карбонат кальция (CaCO3).

Карбонат кальция включает в себя тяжелый карбонат кальция и легкий карбонат кальция. Когда легкий карбонат кальция используется в качестве сырья для суспензии, следует обратить внимание на его количество. Диссоциация Ca2+ из свободного оксида кальция в воде влияет на стабильность хранения суспензии, поэтому содержание свободного оксида кальция в легком карбонате кальция является важным показателем для приготовления светорассеивающих покрытий. Тяжелый карбонат кальция, включая белый порошок и кальцитовый порошок, производится из порошка кальцита высокой степени чистоты. Тяжелый карбонат кальция относительно плотный и легко выпадает в осадок, поэтому при его использовании в суспензии необходимо обращать внимание на предотвращение образования осадка.

2.2.2 тальк (3MgO -4SiO2 -H2O).

Химический состав талька - гидрат силиката магния, который может не только улучшить гибкость пленки, но и устранить внутреннее напряжение при отверждении, а также обладает хорошим выравнивающим свойством.

2.2.3 Оксид цинка (ZnO).

Оксид цинка, также известный как цинковые белила, обладает противоплесневым, отбеливающим эффектом, а также может улучшить светостойкость и рассыпчатость пленки. Среди них Zn2+ может вызвать загустевание и коагуляцию некоторых покрытий, поэтому его нельзя использовать отдельно, следует обратить внимание на дозировку и совместимость с соответствующими покрытиями, а также провести тест на термическую стабильность формулы.

2.2.4 Диоксид титана (TiO2).

Диоксид титана (двуокись титана) подразделяется на три различных кристаллических состояния: рутиловое, анатазовое и пластинчатое. Рутиловый диоксид титана обладает высокой отражающей способностью, сильной кроющей способностью, высоким коэффициентом преломления, светостойкостью, термостойкостью и долговечностью, не подвержен пожелтению, рассыханию и разрушению. Он может быть загущенным, тиксотропным и текучим в покрытии. Анатаз не подходит для использования в качестве рассеивателя света, так как легко разрушается под воздействием света, а пластинчатый титан нестабилен и не имеет прикладного значения.

2.2.5 Диоксид кремния (SiO2).

Природный диоксид кремния представляет собой нейтральный белый порошок с химическими свойствами, соответствующими диоксиду кремния, и высокой стабильностью, но существует большая разница в физическом состоянии. Некоторые из порошков имеют крупные частицы, нечистый цвет и определенное поглощение света, поэтому эффективность освещения низкая при непосредственном использовании в качестве рассеивателя света. Природный кремнезем можно разделить на три типа: природный аморфный кремнезем, природный кристаллический кремнезем и природный диатомит. Среди них размер частиц природного аморфного кремнезема в основном составляет менее 40 мкм, что отклоняется от оптимального диапазона применения и не является идеальным оптическим рассеивателем. Природный диатомит - это кремнезем, содержащий кристаллическую воду, с размером частиц 4 ~ 12 мкм. Его поглощающая способность меняется в зависимости от различных методов производства, а его качество сильно колеблется и его трудно контролировать. Размер частиц природного кристаллического кремнезема составляет 1,5 ~ 9,0 мкм, и размер частиц является подходящим. Продукт может быть отобран после очистки, что может улучшить механическую энергию пленки.

2.3 Применение рассеивателя органического света.

Органические светорассеиватели представляют собой прозрачные или полупрозрачные частицы органических смол, среди которых наиболее часто используются такие микронные частицы, как полиметилметакрилат (ПММА), полистирол, силиконовая и акриловая смола. Большая часть света, излучаемого светодиодом, может проходить через эти частицы, что отличается от неорганического рассеивателя света двумя способами.

Основные результаты следующие: (1) существует разница в показателе преломления между органическим рассеивателем света и подложкой, в которой свет преломляется много раз, чтобы получить отличную дымку, а не диффузный эффект, вызванный многократным отражением. Таким образом, светопропускание хорошее, потери света меньше, а самопоглощение света, вызванное многократным отражением, исключено, что повышает эффективность освещения и решает проблему выравнивания света.

(2) частицы органической смолы обладают сильными характеристиками трибоэлектризации, которые могут быстро диспергироваться в других оптических рассеивателях и равномерно прикрепляться к поверхности других частиц порошка во время сухого смешивания. Такое упорядоченное смешивание улучшает характеристики смешивания, текучесть и формуемость порошка. По сравнению с неорганическими порошками, эти гранулированные смолы имеют лучшую совместимость с органическими смолами в качестве пленкообразователей и легче диспергируются в водорастворимых смолах.

Что касается текущего применения, то частицы силиконовой смолы с коэффициентом преломления 1,41-1,43 обладают отличной светопропускной способностью и высокой дымкой. По сравнению с неорганическими микрочастицами, микрочастицы силиконовой смолы имеют меньший удельный вес и лучшую термостойкость; светопропускание и стабильность выше, чем у других органических материалов, а количество добавок меньше; по сравнению со светорассеивателем из акриловой смолы, он имеет лучшую термостойкость и устойчивость к высоким температурам, низкую добавку и высокое соотношение производительности и цены; по сравнению с PMMA, он более устойчив к высокой температуре и не меняет цвет. В тесте на идеальную массовую долю эффективный коэффициент рассеивания света частиц силиконовой смолы может достигать 76,7%, что является самым высоким показателем среди известных органических светорассеивателей.

3 наночастицы.

Размер частиц оптических рассеивателей, рассмотренных выше, находится на микронном уровне. для оптического рассеивателя, если он слишком мелкий, дымка не будет хорошей, а если он слишком крупный, светопропускание не будет хорошим. Исходя из комплексного рассмотрения светопропускания и дымки, наилучший диапазон размеров частиц для рассеивателя света составляет 2 ~ 20 мкм. Однако влияние наноразмерных частиц на покрытие также заслуживает внимания

3.1 Физико-химический анализ наночастиц в покрытиях.

Когда частицы переходят в нанометровый масштаб, увеличение количества поверхностных активных центров усиливает реакционную способность химического катализа и фотокатализа, а также придает покрытию способность к самоочищению под действием ультрафиолета и кислорода. Вторичная химическая связь может возникать между поверхностным активным центром и функциональной группой пленкообразующего материала, что значительно повышает жесткость и прочность покрытия и делает его нелегким для царапин. Поверхностная энергия наноматериала очень высока, и после модификации он может быть гидрофобным и олеофобным одновременно. При использовании в светорассеивающем покрытии он может значительно улучшить устойчивость к пятнам и сопротивление старению покрытия. Когда материал с наночастицами используется в светодиффузионном покрытии, он может увеличить адгезию между покрытием и стеклом-подложкой, улучшить механическую прочность, а также сильную силу и эффект заполнения между наночастицами и покрытием, что способствует межфазному соединению между покрытием и стеклом.
Длина волны видимого света (400~750 нм) намного больше размера частиц наночастиц, которые могут проходить непосредственно через частицы, что обеспечивает высокую прозрачность нанокомпозитного покрытия.

Кремнезем толщиной 3,2 нанометра.

Искусственный осажденный кремнезем представляет собой белый аморфный порошок со средним размером частиц 20~110 нм, который относится к нанометровой шкале. Он прикрепляется к поверхности полимера в водной системе, а небольшое количество отрицательного заряда на поверхности частиц делает их взаимоисключающими и труднофлокулируемыми, что повышает стабильность системы. После добавления нанометрового диоксида кремния покрытие не расслаивается, может предотвратить зависание потока, обладает антивозрастной и термической стабильностью. Однако, когда значение pH системы ниже 8,5, поверхностный заряд дисперсии нанокремнезема уменьшается, и стабильность системы также снижается, поэтому дисперсию нанокремнезема следует смешивать с эмульсией смолы перед добавлением других компонентов.

Диоксид титана 3,3 нанометра.

Нано-диоксид титана - хороший материал для нанопокрытий, он может быть самоочищающимся и антибактериальным одновременно. Нанопорошок диоксида титана можно использовать в покрытиях, чтобы придать им бактерицидную функцию. Облучение светом может привести к образованию на поверхности диоксида титана замечательной суперамфифильной структуры (сосуществование гидрофильной и липофильной двухфазной структуры). Под воздействием света с длиной волны менее 400 нм частицы могут поглощать коротковолновое световое излучение, превышающее ширину их запрещенной зоны, производить электронный переход, а электроны валентной зоны переходят в зону проводимости и образуют электронно-дырочные пары, которые передают энергию окружающей среде и вызывают фотохимическую реакцию, поэтому они обладают фотокаталитической эффективностью.
Добавление диоксида титана и других наночастиц в светорассеивающее покрытие позволяет не только повысить устойчивость к старению, но и значительно увеличить твердость и адгезию покрытия.

4 Заключительные замечания.

В настоящее время технология нанесения светорассеивающих покрытий на водной основе находится в центре внимания производителей светодиодных ламп с прямыми трубками. Основные формулы сырья анализируются и изучаются, в надежде продвинуть исследования, разработку и применение экологически чистых светодиодных светорассеивающих покрытий.