当前位置: 首页 » 资讯 » 产业资讯 » 企业动态 » 正文

【极智课堂】同济大学金明:LED光源与光引发剂——光固化基础

放大字体  缩小字体 发布日期:2020-03-24 08:41   来源:中国半导体照明网  浏览次数:2417
 

当前,新型冠状病毒仍在持续,对产业及企业造成了一定程度的影响,也牵动着各行各业人们的心。在此形势下,中国半导体照明网、极智头条,在国家半导体照明工程研发及产业联盟、第三代半导体产业技术创新战略联盟指导下,开启疫情期间知识分享,帮助企业解答疑惑。助力我们LED照明企业和产业共克时艰!

本期,我们邀请到同济大学材料学院教授金明带来了“LED光源与光引发剂——光固化基础”的精彩主题分享,以下为主要内容

一、光固化的定义和应用

光固化反应是在光照(紫外或可见光)下, 引发剂产生活性种(自由基或者阳离子)引发多官能度的低聚物和/或活性稀释剂进行链式聚合反应,快速形成高度交联的聚合物网络。优势是时间和空间可控制、无VOC、反应速度快(秒级)。


光固化应用广泛

光固化的应用非常广泛,比如UV涂料部分,可应用于罩光油、地板、食品包装、罐用涂料、管用涂料、木器涂料、塑料、汽车等。



印刷油墨方面,比如会应用于平版印刷、柔版印刷、丝网印刷、喷墨、凹版印刷等。


UV粘合剂方面,比如压敏粘合剂(标签、包装),层压粘合剂(CD, DVD、薄膜)等。


电子和光成像产品方面,涉及印刷电路板、蚀刻油墨、阻焊油墨、印刷板、柔性板、移印板、

报纸印刷板、三维制版、激光成像三维物体、晶片。

 

二、光源和光引发剂的关系


1.光引发剂的地位

光引发剂的用量较少,但非常重要,涉及吸光作用。


2.LED光源的优势

传统光源汞灯,使用寿命短、发热高、臭氧释放、效率低等缺点,汞蒸气对人体健康有危害。

发光二极管(LED),具有单色光、能量高,能耗低、无臭氧,成本低、操作简便安全,可程控,在365-405nm波段发展成熟等优势。

3.光引发剂吸收峰和光源发射峰的匹配


 

4.光能否被全部利用?


5.吸收的比例可以知道吗?


6.朗格-比尔定律


7.摩尔消光系数和透射深度(1wt%


8.为什么TPO要加那么大的量?

假设用TPO做引发剂,引发HDDA的聚合(其它因素皆不考虑),引发剂的浓度是5wt%,薄膜厚度是20微米,用LED@385nm光源激发,那么如果希望1s内所有的TPO分子均被激发,需要至少多大的光强(忽略氧阻聚、光的散射等等等各种影响因素)?

 

9.计算


10.光聚合的核心


11.TPO要大量加入的原因!摩尔消光系数太低!


12.理论上的固化速度

假设385nmLED的光强是10W/cm2,光带的宽度是5cm,那么上述配方用履带式固化机进行固化,那么履带可以允许的最大速度是多少米/秒,米/分钟?

13.可见光的互补性

 

14.光引发剂的选择

无色体系(如: 清漆、上光清油等等。。)

α-羟基酮类光引发剂及苯酰甲酸酯光引发剂 

 

有色体系(如:色漆、有色油墨等)

α-氨基酮或酰基膦氧化物光引发剂,配合使用

α-羟基酮类光引发剂或苯酰甲酸酯光引发剂

复配型光引发剂


厚膜体系(如:复合材料等)

酰基膦氧化物光引发剂

 

15.有色体系UV配方的固化特性


16.UV油墨配方中寻找透光窗口


1)光引发剂吸收紫外光是光固化得以实现的关键;

2)油墨配方中,颜料对入射紫外光的衰减作用很大;

3)可能导致油墨印层下部光屏蔽,难以有效见光。

4UV油墨体系中,简单提高光引发剂浓度,对墨层彻底固化往往没有帮助。

三、自由基型光引发剂

自由基型光引发剂有两类,其中,裂解型(Type I)引发剂,受到紫外光照射后,吸收光子的能量,可以跃迁至激发态,结构呈现不稳定的状态,引发剂中强度较弱的化学键就会发生裂解,产生自由基引发聚合反应的发生。

夺氢型(Type II)引发剂,受到紫外光照射后,会与共引发剂经电子转移反应产生自由基,其中共引发剂所生发的自由基活性较高,用以引发单体、树脂聚合。

UV LED适用的自由基型光引发剂

 

四、阳离子型光引发剂

1.氧阻聚

2.光强影响

 

3.氧阻聚


4.商品化UV LED敏感的阳离子光引发剂(光引发体系)


5.敏化从而实现LED激发


6.光聚合的现状和发展趋势

有氧条件下的固化

问题氧阻聚

解决办法新的添加剂或高性能的光引发体系


更高的引发效率

问题反应性低

解决办法:高性能的光引发体系,新型自由基,新单体

 

阳离子聚合

问题仅在紫外区有吸收(碘鎓盐,硫鎓盐等)

解决办法可见光激发的光引发体系(合成互穿网络聚合物)

 

低光强及紫外-可见光固化

问题汞灯的使用

解决办法用于温和条件新的光引发体系(自然光,LED,卤素灯,氙灯,激光二极管…)

 

最终性能

问题最终聚合物的性能待提升

解决办法提高机械性能或有新的功能(如导电,发光,抗菌等)

 

深层固化

问题光渗透率低,紫外光的危害性

解决办法近红外激发的光引发剂,光敏化氧化还原聚合,光产酸剂,光产碱剂

 

7.从理论到实践—对比研究

根据需求调整配方:

1)选择与光源有更好重叠和合适吸光能力的光引发剂或者光引发体系,厚膜用摩尔消光系数低的引发剂;薄膜用高的引发剂;或者混合体系; 

2)调整合适引发剂浓度,可计算出理论用量基础上增减,包括薄膜厚度,光源光强,传送带速度等等;

3)增加体系均匀性应该有利于聚合,但是某些领域应用需要追求不均匀性,例如增加粗糙度、光学效果、水接触角等等;


8.光固化对LED的要求

1)更高的光强;

2)更加灵活的发射光谱以适应引发剂的吸收峰和避开染料的吸收峰;

3)光源的组合;

4320-340nmLED光源,甚至更短波长; 

 
【版权声明】本网站所刊原创内容之著作权为「中国半导体照明网」网站所有,如需转载,请注明文章来源——中国半导体照明网;如未正确注明文章来源,任何人不得以任何形式重制、复制、转载、散布、引用、变更、播送或出版该内容之全部或局部。
 
[ 资讯搜索 ]  [ 加入收藏 ]  [ 告诉好友 ]  [ 打印本文 ]  [ 关闭窗口 ]

 
0条 [查看全部]  相关评论

 
关于我们 | 联系方式 | 使用协议 | 版权隐私 | 诚聘英才 | 广告服务 | 意见反馈 | 网站地图 | RSS订阅