Voordat we ons verdiepen in UV-LED-technologie, moeten we eerst een aantal kernconcepten verduidelijken om er zeker van te zijn dat we hetzelfde onderwerp bespreken. Dit voorkomt verkeerde interpretaties en communicatie met meerdere doeleinden-. Hier,UVverwijst naar UV-uithardbare materialen zoals UV-coatings, UV-inkten en UV-kleefstoffen;LEDduidt specifiek op ultraviolette LED-lichtbronnen; EnUV--LED wordt gedefinieerd als"het uitharden van UV-materialen met behulp van ultraviolette LED-lichtbronnen als bestralingsbron".
Zoals we allemaal weten is de conventionele uithardingslichtbron voor UV-coatings de midden-druk- en hoge-drukkwiklamp. In de afgelopen jaren is de markt, gedreven door het beleid op het gebied van energiebesparing en milieubescherming, in combinatie met de snelle vooruitgang van de UVLED-technologie (ultraviolette LED), die de basis heeft gelegd voor toepassingen op industriële- schaal, getuige geweest van een toenemende toename van de adoptie van UV-LED's. Opkomende technologieën trekken altijd brede aandacht en enthousiasme. Voor praktijkmensen uit de sector is een duidelijk begrip van UV-LED echter absoluut noodzakelijk. Hier willen we onze onderzoekservaring op UV-LED-gebied van de afgelopen twee jaar delen.
De verschuiving in lichtbronnen (de verschillen tussen LED's en kwiklampen zullen later worden uitgewerkt) heeft geleid tot een transformatie in de formuleringssystemen voor UV-coatings en tot een revolutie in de gehele coating- en uithardingsprocessen. Voor het UV-LED-systeem identificeren we vijf belangrijke onderzoeksrichtingen die zowel technische als marktdimensies omvatten.
Onderzoek naar UV-LED-lichtuitharding
Zoals eerder gedefinieerd, is UV-LED-foto-uitharding afhankelijk vanultraviolet LED-lichtbronnen om UV-materialen uit te harden. Daarom is het bereiken van effectieve genezing het primaire doel van alle onderzoeksinspanningen. Voor fotoharding zijn twee onmisbare componenten nodig: licht (de energiebron) en UV-materialen (de receptor). Een verandering in de lichtbron verstoort onvermijdelijk het evenwicht van het hele systeem, waarbij de kern ligt in de interdisciplinaire R&D om UV-coatings op één lijn te brengen met LED-lichtbronnen.
Het wordt algemeen erkend dat kortere LED-golflengten overeenkomen met hogere energieniveaus en hogere kosten. Omgekeerd hebben foto-initiatoren die een lagere excitatie-energie vereisen, langere absorptiegolflengten en vragen ze ook om hogere prijzen. Hierdoor ontstaat er een wip-achtige relatie tussen lichtbronnen en initiatiefnemers. Het verleggen van de prestatiegrenzen van beide en het identificeren van de optimale balans tussen LED-lichtbronnen en UV-materialen zijn dus de focus geworden van UV-LED R&D-initiatieven.
Onderzoek naar LED-lichtbronsystemen
De kwiklamptechnologie is qua ontwikkeling en toepassing zeer volwassen en wordt lange tijd beschouwd als de standaardlichtbron. De ultraviolette LED-technologie staat daarentegen nog in de kinderschoenen en biedt een enorm potentieel voor toekomstige groei. Bovendien is de LED-industrieketen zeer uitgebreid en omvat zij kristalgroei, chip-dicing, chipverpakking, integratie van lichtbronmodules, evenals het regelen van de stroomvoorziening en het ontwerpen van warmtedissipatiesystemen. Elke fase heeft een kritische invloed op de kwaliteit van het eindproduct-de UVLED-lichtbron. Daarom is het begrijpen en uitbreiden van de prestatiegrenzen van LED's essentieel voor de vooruitgang van het gehele UV-LED-ecosysteem.
Verschillen tussen LED-lichtbronnen en kwiklampen (voordelen, nadelen en veelvoorkomende misvattingen over LED's)
Om te kunnen zegevieren in de marktconcurrentie is een grondig begrip van zowel de eigen sterke punten als de zwakke punten van de concurrentie essentieel. Omdat we ernaar streven traditionele kwiklampen te vervangen door UVLED's, is het van cruciaal belang om eerst de twee technologieën te vergelijken en hun respectieve voordelen, nadelen en beperkingen te analyseren.
UV-coatings harden uit omdat foto-initiatoren in hun formuleringen ultraviolet licht van specifieke golflengten absorberen, waardoor vrije radicalen (of kationen/anionen) worden gegenereerd die de polymerisatie van monomeren initiëren. Om dit principe te illustreren, zullen we eerst de emissiespectra van kwiklampen en ultraviolette LED's onderzoeken.
Deze grafiek is een klassieke en veel voorkomende vergelijking van de emissiespectra van UV-LED's en kwiklampen. Zoals uit het diagram blijkt, is het emissiespectrum van een kwiklamp continu, van het ultraviolette tot het infrarode bereik. In het bijzonder is de lichtintensiteit geconcentreerd in de UVB- tot kortegolf-UVA-band. Het emissiespectrum van een LED is daarentegen relatief smal, waarbij de twee meest voorkomende golfbanden piekgolflengten hebben bij 365 nm en 395 nm (inclusief 385 nm, 395 nm en 405 nm).
Momenteel de primaireUV-lichtmet industriële toepasbaarheid valt binnen de UVA-band, met name de LED-lichtbronnen met golflengten van 365 nm en 395 nm, zoals geïllustreerd in figuur 1. Binnen dit golflengtebereik vertonen de meeste foto-initiatoren relatief lage molaire uitdovingscoëfficiënten. Als gevolg hiervan hebben UV-LED-systemen over het algemeen te lijden onder een lage initiatie-efficiëntie en ernstige zuurstofremming, die schadelijk zijn voor de uitharding van het oppervlak.
Opmerking: De bewering die veel UVLED-fabrikanten of leveranciers van LED-UV-coatings vaak maken over de "uitstekende schuurbaarheid van LED-UV-coatings" is strikt genomen een direct gevolg van onvoldoende uitharding van het oppervlak. De echte uitdaging ligt niet in het bereiken van een goede schuurbaarheid, maar in het mogelijk maken van een regelbare schuurbaarheid-waarbij een evenwicht wordt gevonden tussen slijtvastheid en schuurgemak. Bovendien nemen sommige fabrikanten hun toevlucht tot misleidende praktijken: het installeren van een kwiklamp achter de LED-array, waarbij de kwiklamp feitelijk de dominante rol speelt bij het uitharden.
Dat gezegd hebbende, merken we ook op dat LED's in de golfbanden van 365 nm en 395 nm een aanzienlijk hogere lichtintensiteit leveren dan kwiklampen, wat het uitharden van UV-materialen in de diepe- lagen vergemakkelijkt.
(Ter referentie: veel traditionele UV-uithardingssystemen bevatten een galliumlamp (met een dominante emissiegolflengte van 415 nm) naast kwiklampen, juist om de uithardingsefficiëntie van de diepe{{1}laag te verbeteren.)
Deze misvatting komt doorgaans voort uit de premisse datslechts 30% van het licht dat door kwiklampen wordt uitgestraald, is ultraviolet (UV), terwijl UVLED's 100% UV-licht uitstralen. De werkelijke bepalende factoren voor het energieverbruik op systeem-niveau zijn echter de foto-elektrische conversie-efficiëntie en de effectieve lichtefficiëntie. Kwiklampen beschikken feitelijk over een hoge foto-elektrische conversie-efficiëntie-hun tekortkoming ligt in het feit dat een groot deel van het uitgezonden licht bestaat uit zichtbare en infrarode stralen, terwijl UV-licht (de enige component die nuttig is voor het uitharden van UV-materialen) slechts 30% voor zijn rekening neemt. Daarentegen hebben UVLED's een aanzienlijk lagere foto-elektrische conversie-efficiëntie, die momenteel rond de 30% schommelt voor UVA-golflengten (wat ongeveer gelijk is aan de UV-lichtefficiëntie van kwiklampen).
Volgens de wet van behoud van energie wordt de resterende 70% van de elektrische energie omgezet in warmte. Dit verklaart twee belangrijke verschillen tussen de twee technologieën:
LED's verdienen hun reputatie als 'koudelichtbron' omdat de gegenereerde warmte via de achterkant van het lamppaneel verdwijnt, waardoor het licht-uitstralende oppervlak koel aanvoelt. Omgekeerd stralen kwiklampen warmte uit via hun reflectoren en infraroodstraling.
Dit is precies de reden waarom UVLED-lichtbronnen over het algemeen lucht{0}}koelsystemen nodig hebben, en UVLED's met hoog-vermogen vereisen zelfs water-koeleenheden die zo groot zijn dat ze 70% van het elektrische vermogen van de lichtbron kunnen verwerken voor de warmteafvoer van de lampkop.
De echte energie{0}}besparende voordelen van LED's vloeien voort uit twee unieke eigenschappen: onmiddellijke aan/uit-mogelijkheid en nauwkeurige bestraling via optisch ontwerp, wat de effectieve lichtefficiëntie verbetert. Het benutten van deze voordelen vereist echter integratie met infrarooddetectie en intelligente controlesystemen-technologieën waarvoor de meeste fabrikanten van UV-LED-apparatuur op de markt momenteel niet over de R&D-capaciteit beschikken om deze te ontwikkelen.
Ozonproductie: hun emissiespectrum omvat ver-ultraviolet licht onder de 200 nm, dat aanzienlijke hoeveelheden ozon produceert. (Dit is de hoofdoorzaak van de scherpe geur die wordt gerapporteerd door fabrieksarbeiders die kwiklampsystemen bedienen.)
Kwikvervuiling door verwijdering: Kwiklampen hebben een korte levensduur van slechts 800–1000 uur. Het onjuist weggooien van gebruikte lampen leidt tot secundaire kwikvervuiling, een probleem dat tot op de dag van vandaag hardnekkig blijft.
Uit rapporten blijkt dat de energie die jaarlijks nodig is om kwikafval te behandelen gelijk is aan de gecombineerde opwekkingscapaciteit van twee Drieklovendammen. Erger nog, er bestaat momenteel geen haalbare technologie voor de volledige eliminatie van kwik uit afvalstromen.
UV-LED's zijn volledig vrij van deze problemen. Sinds het Minamata-verdrag inzake kwik op 16 augustus 2017 formeel in werking is getreden in China, is de uitfasering-van kwiklampen op de officiële agenda geplaatst. Hoewel het verdrag een uitzondering bevat voor industriële kwikfluorescentielampen waarvoor geen alternatieven bestaan, bepaalt het ook dat de ondertekenende partijen kunnen voorstellen dergelijke producten aan de beperkte lijst toe te voegen zodra er levensvatbare vervangers beschikbaar komen. De tijdlijn voor de volledige uitfasering- van kwiklampen in UV-uithardingstoepassingen hangt dus volledig af van de technologische vooruitgang en industrialisatie van UV-LED-oplossingen.
Het ondersteunt gelokaliseerde precisie-uitharding voor toepassingen zoals 3D-printen.
Door LED's te koppelen aan verschillende foto-initiatoren, is nauwkeurige controle over de uithardingsgraden en -dieptes mogelijk.
Aanpasbare lichtbronconfiguratie LED's hebben een modulair lampkraalontwerp, dat een flexibele aanpassing van lengte, breedte en instralingshoek mogelijk maakt. Deze veelzijdigheid maakt de creatie mogelijk van puntlichtbronnen, lijnlichtbronnen en oppervlaktelichtbronnen, afgestemd op de specifieke eisen van diverse uithardingsprocessen.
Lichtbronparametervereisten voor uitharding van UV-materiaal
Golflengte:365 nm, 395 nm
Bestralingssterkte (lichtintensiteit, optische vermogensdichtheid): mW/cm²
Totale energiedosis: mJ/cm²
Het fotohardingsproces kan niet plaatsvinden zonder de drie hierboven genoemde kernparameters: golflengte, lichtintensiteit en totale energiedosis. Golflengte bepaalt of foto-initiatoren kunnen worden geactiveerd; de lichtintensiteit bepaalt de UV-initiatie-efficiëntie en heeft een directe invloed op de uitharding van het oppervlak (weerstand tegen zuurstofremming) en de prestaties van diepe uitharding; terwijl de totale energiedosis zorgt voor een grondige uitharding van het materiaal.
Vergeleken met kwiklampen ligt het meest opvallende voordeel van LED's in hun formuleerbare en afstembare eigenschappen. Binnen de prestatielimieten van de LED zelf kunnen de parameters ervan maximaal worden geoptimaliseerd om aan specifieke uithardingsvereisten te voldoen. Bij UV-LED-foto-uithardingsexperimenten is het kerndoel het voortdurend verleggen van de prestatiegrenzen van zowel de lichtbron als de UV-materialen, en het identificeren van de optimale balans daartussen. Specifiek voor LED's betekent dit het bepalen van de ideale LED-lichtbronparameters op basis van de coatingformulering om optimale uithardingsresultaten te bereiken.
LED-luminescentieprincipe en huidige ontwikkelingsstatus van UVLED-chips
Gebaseerd op het principe van de elektronentransitie (details weggelaten; geïnteresseerde lezers kunnen online bronnen raadplegen voor meer informatie), wanneer elektronen in een atoom terugkeren van een aangeslagen toestand naar een grondtoestand, geven ze energie vrij in de vorm van straling op verschillende golflengten (dat wil zeggen ze zenden elektromagnetische golven uit met verschillende golflengten).
Daarom zijn er twee primaire benaderingen voor de productie van UV--lichtbronnen:
De eerste benadering is het identificeren van een atoom waarvan het elektronenenergieverschil tussen de aangeslagen toestand en de grondtoestand precies binnen het ultraviolette spectrum valt. Traditionele kwiklampen zijn op basis van dit principe de meest gebruikte UV-lichtbronnen.
De tweede benadering maakt gebruik van het halfgeleiderluminescentieprincipe (details weggelaten; geïnteresseerde lezers kunnen online bronnen raadplegen voor meer informatie). In het kort: wanneer een voorwaartse spanning wordt toegepast op een licht-emitterende halfgeleider, worden gaten geïnjecteerd vanuit het P--gebied naar het N--gebied en elektronen geïnjecteerd vanuit het N--gebied naar het P--gebied gerecombineerd met elektronen in het N--gebied en gaten in het P--gebied binnen een paar micrometer nabij de PN-overgang, waardoor spontane fluorescentie wordt gegenereerd straling.
Zoals algemeen bekend is, valt de bandafstand van halfgeleidermaterialen uit groep III-V, variërend van aluminiumnitride tot galliumnitride of indiumgalliumnitride (InGaN), precies binnen het spectrum van blauw licht tot ultraviolet licht. Door de materiaalverhouding van aluminium-indium-galliumnitride aan te passen, kunnen we bronnen van ultraviolet en zichtbaar licht produceren over een breed scala aan golflengten.
Hoewel theoretisch licht van elke golflengte kan worden geproduceerd door de samenstelling van luminescerende materialen aan te passen, blijft het bereik van UVLED-chips dat beschikbaar is voor commerciële productie vrij beperkt vanwege verschillende beperkingen. Chips met hoog-vermogen die geschikt zijn voor industriële toepassingen zijn hoofdzakelijk geconcentreerd in de UVA-band (365–415 nm). De afgelopen jaren hebben UVB- en UVC-technologieën ook een krachtige ontwikkeling doorgemaakt, maar deze zijn feitelijk beperkt tot civiele en consumentenmarkten met een laag-vermogen, zoals desinfectie en sterilisatie.
Hiervoor zijn verschillende belangrijke redenen:
De structuur van het kristalmateriaal bepaalt de lichtefficiëntie (foto-elektrische conversie-efficiëntie) Galliumnitride (GaN) en hoog-efficiëntie-indiumgalliumnitride (InGaN) kunnen nog steeds worden gebruikt voor het bereik van 365–405 nm binnen UVA. UVB- en UVC-chips zijn daarentegen volledig afhankelijk van aluminium-galliumnitride (AlGaN)-een materiaal met een inherent lage lichtopbrengst-in plaats van de meer algemeen gebruikte GaN en InGaN. Dit komt omdat GaN en InGaN ultraviolet licht onder 365 nm absorberen. Hierdoor is de lichtefficiëntie van UVB- en UVC-chips extreem laag. De 278 nm-chip van LG heeft bijvoorbeeld slechts een foto-elektrische conversie-efficiëntie van slechts 2%.
Uitdagingen op het gebied van warmteafvoer als gevolg van een laag rendement Volgens de wet van behoud van energie betekent een foto-elektrische conversie-efficiëntie van 2% dat 98% van de elektrische energie wordt omgezet in warmte. Bovendien zijn de levensduur en het lichtrendement van LED-chips omgekeerd evenredig met de temperatuur. Een dergelijke hoge warmteontwikkeling stelt extreem strenge eisen aan warmteafvoersystemen. Met de bestaande koeltechnologieën is het eenvoudigweg onmogelijk om effectieve warmteafvoer te bereiken voor UVB- en UVC-chips met hoog-vermogen.
Lage UV-doorlaatbaarheid van verpakkings- en lensmaterialen Om LED-chips te beschermen is inkapseling essentieel. Omdat LED's omnidirectioneel licht uitstralen, zijn lenzen nodig om de lichtbundel te concentreren. Behalve kwartsglas hebben de meeste materialen echter een zeer lage UV-doorlaatbaarheid-en de doorlaatbaarheid neemt sterk af naarmate de golflengte korter wordt. Hoewel de inherente lichtefficiëntie van UVB/UVC-chips al laag is, wordt een aanzienlijk deel van het licht geabsorbeerd door de lenzen, wat resulteert in een extreem zwakke bruikbare lichtopbrengst die nauwelijks voldoende is voor industriële toepassingen.
Lage kristalopbrengst en hoge productiekosten De huidige UVB- en UVC-chips worden geproduceerd met behulp van dezelfde reactoren als UVA-chips. Naast inherente materiaaldefecten leiden problemen zoals niet-overeenkomende thermische uitzettingscoëfficiënten tussen het substraat en het kristal tot extreem lage kristalopbrengsten, waardoor de productiekosten onbetaalbaar hoog blijven.
Als gevolg van de lage lichtopbrengst, de hoge kosten en de strenge vereisten voor warmteafvoer van UVB- en UVC-technologieën, is de ontwikkeling van-hoge vermogensUVB- en UVC-lichtbronnen voor industriële toepassingen zullen ongrijpbaar blijven totdat grote technologische doorbraken zijn bereikt.
Belangrijke R&D-focussen van LED-lichtbronsystemen
Een LED-chip is slechts één cruciaal onderdeel van een LED-lichtbron. Bij het uitvoeren van R&D op het gebied van LED-lichtbronnen moeten we eensystematisch,holistische aanpak. Naast het afstemmen van de LED-golflengte omvat het R&D-gebied een reeks stroomafwaartse processen, waaronder verpakkingstechnologie, optisch ontwerp, warmtedissipatiesystemen, stroomvoorzieningssystemen en intelligente controlesystemen.
Momenteel zijn er vier reguliere verpakkingsstructuren voor LED-chips:
Verticale montagestructuur
Flip-Chipstructuur
Verticale structuur
3D verticale structuur
Conventionele LED-chips gebruiken doorgaans een verticale montagestructuur met een saffiersubstraat. Deze structuur heeft een eenvoudig ontwerp en volwassen productieprocessen. Saffier heeft echter een slechte thermische geleidbaarheid, waardoor het moeilijk wordt om de door de chip gegenereerde warmte over te dragen naar het koellichaam,- een beperking die de toepassing ervan in hoog-LED-systemen beperkt.
Flip-chipverpakkingen vertegenwoordigen een van de huidige ontwikkelingstrends. In tegenstelling tot verticaal gemonteerde structuren hoeft de warmte bij flip-chipontwerpen niet door het saffiersubstraat van de chip te gaan. In plaats daarvan wordt het rechtstreeks overgebracht naar substraten met een hogere thermische geleidbaarheid (zoals silicium of keramiek) en vervolgens via een metalen basis afgevoerd naar de externe omgeving. Omdat flip-chipstructuren de behoefte aan externe gouddraden elimineren, maken ze bovendien een hogere chipintegratiedichtheid en een verbeterd optisch vermogen per oppervlakte-eenheid mogelijk. Dat gezegd hebbende, hebben zowel de verticaal gemonteerde als de flip-chipstructuren een gemeenschappelijk minpunt: de P- en N-elektroden van de LED bevinden zich aan dezelfde kant van de chip. Dit dwingt de stroom horizontaal door de n-GaN-laag te stromen, wat leidt tot stroomophoping, plaatselijke oververhitting en uiteindelijk een beperking van de bovengrens van de aandrijfstroom.
Verticale-structuur blauwe-lichtchips zijn voortgekomen uit verticale montagetechnologie. In dit ontwerp wordt een conventionele saffier-substraatchip omgedraaid en verbonden met een zeer thermisch geleidend substraat, gevolgd door een laserlift-van het saffiersubstraat. Deze structuur pakt op effectieve wijze het knelpunt van de warmtedissipatie aan, maar omvat complexe productieprocessen- met name de uitdagende stap van substraatoverdracht- die resulteert in lage productieopbrengsten. Niettemin is de verticale verpakking voor UV-LED's met de voortschrijdende technologie steeds volwassener geworden.
Onlangs is een nieuwe verticale 3D-structuur voorgesteld. Vergeleken met traditionele LED-chips met verticale{2}}structuur omvatten de belangrijkste voordelen de eliminatie van gouden draadverbinding, waardoor dunnere pakketprofielen mogelijk zijn, verbeterde warmteafvoerprestaties en eenvoudiger integratie van hoge aandrijfstromen. Er moeten echter talloze technische hindernissen worden overwonnen voordat verticale 3D-structuren op de markt kunnen worden gebracht.
Aangezien UVLED's over het algemeen een lagere lichtefficiëntie vertonen in vergelijking met LED's voor algemene verlichting, heeft een verpakking met verticale structuur de voorkeur om de efficiëntie van de lichtextractie te maximaliseren.
Omdat LED's omnidirectioneel licht uitstralen en hun inherente lichtefficiëntie al relatief laag is, is een wetenschappelijk en rationeel optisch ontwerp nodig om de effectieve lichtefficiëntie (dwz de lichtefficiëntie van frontale bestraling) te verbeteren. Gemeenschappelijke optische componenten zijn onder meer reflectoren, primaire lenzen en secundaire lenzen.
Bovendien ondergaat ultraviolet licht een hoge demping wanneer het door media gaat. Daarom moeten meerdere factoren worden geëvalueerd bij het selecteren van lensmaterialen-zoals kwartsglas, borosilicaatglas en gehard glas-, waarbij prioriteit moet worden gegeven aan materialen met een hoge UV-doorlaatbaarheid. Dit maximaliseert niet alleen de lichtopbrengst, maar voorkomt ook overmatige temperatuurstijging veroorzaakt door materiaallichtabsorptie bij langdurige UV-blootstelling.
Zoals eerder vermeld, wordt volgens de wet van behoud van energie slechts een deel van de elektrische energie omgezet in lichtenergie, terwijl een groot deel wordt afgevoerd als warmte. Voor de UVA-band is de typische energieconversieverhouding 10:3:7 voor respectievelijk elektriciteit, licht en warmte. De effectieve levensduur van LED-chips hangt nauw samen met hun junctietemperatuur. Bij het fotohardingsproces vereist een hoge optische vermogensdichtheid vaak een hoge-dichtheidsintegratie van LED-chips, wat strenge eisen stelt aan warmtedissipatiesystemen.
Het bereiken van een efficiënte warmteafvoer en het garanderen dat de junctietemperatuur van alle LED-chips binnen een redelijk en gebalanceerd bereik blijft, vereist dus een rigoureus wetenschappelijk ontwerp, computersimulatie en praktische tests.
Onderzoek naar UV-coatingformuleringen
Beperkingen van foto-initiatoren en een systeembenadering van hars- en monomeerreactiviteit op -niveau Zoals geïllustreerd in de voorgaande inleiding tot LED-technologie, zijn hoog- LED-lichtbronnen die geschikt zijn voor industriële toepassingen momenteel beperkt tot de UVA-band, met name golflengten boven 365 nm. Nu we de prestatiegrenzen van LED-lichtbronnen hebben gedefinieerd, kunnen we nu zien dat de selectie van compatibele foto-initiatoren tamelijk beperkt is, aangezien de meeste foto-initiatoren lage molaire uitdovingscoëfficiënten vertonen bij golflengten boven 365 nm.
Om het probleem van de lage initiatie-efficiëntie van LED-compatibele foto-initiatoren aan te pakken, mogen de R&D-inspanningen niet beperkt blijven tot de foto-initiatoren zelf. In plaats daarvan moeten we een perspectief op systeem-niveau aannemen dat harsen, monomeren, foto-initiatoren en zelfs hulpadditieven integreert in een holistisch onderzoekskader, waardoor de uithardingsefficiëntie van LED-UV-systemen wordt verbeterd.
Formuleringsontwerp en coatingprocesontwikkeling voor LED-uitharding (effecten van foto-initiatoren, harsen, monomeren, temperatuur, oppervlaktedroogte, doordroging, pigmenten en vulstoffen) Om de absorptie van UV-licht met lange- golflengte door foto-initiatoren te verbeteren, is het vaak nodig om benzeenringen, stikstof (N), fosfor (P) en andere atomen in hun moleculaire structuren op te nemen. Hoewel deze modificatie de UV-absorptie met lange golflengte- verbetert, leidt dit ook tot een verhoogde kleuring van de foto-initiatoren.
Bovendien moeten, vanwege de lage lichtabsorptie-efficiëntie van deze initiatoren, grote hoeveelheden zeer reactieve harsen en monomeren-typisch hoge- acrylharsen en monomeren- worden toegevoegd om de algehele reactiesnelheid van het coatingsysteem te versnellen. Deze aanpak heeft echter de neiging om coatings te produceren met een hoge hardheid en toch een slechte flexibiliteit, wat hun toepassingsbereik beperkt.
Dat gezegd zijnde bieden de doorgaans lage molaire uitdovingscoëfficiënten van LED UV-foto-initiatoren ook een uniek voordeel: ze maken een hogere UV-lichttransmissie door de coatinglaag mogelijk, wat bevorderlijk is voor een diepe uitharding van dikke films.
Prestatie-eisen voor coatings voor verschillende opslag-, transport-, bouwomstandigheden en applicatieprocessen In de coatingindustrie stellen verschillende applicatietechnieken zoals rolcoating, spuitcoating en gordijncoating verschillende viscositeitseisen aan coatings. Ondertussen vereisen verschillende substraten op maat gemaakte coatingeigenschappen op het gebied van bevochtigbaarheid en hechting. Bovendien vereisen variërende transport- en opslagomstandigheden overeenkomstige niveaus van opslagstabiliteit voor de coatings. Daarom moeten al deze factoren volledig in overweging worden genomen bij het ontwerpen van de coatingformulering.
Prestatie-eisen voor coatingfilms voor diverse toepassingen Verschillende toepassingsgebieden stellen verschillende prestatie-eisen aan coatingfilms, waaronder glans, colorimetrische eigenschappen, hardheid, flexibiliteit, slijtvastheid en slagvastheid. Bijgevolg moet bij de ontwikkeling van coatings een evenwicht worden gevonden tussen de uithardingsefficiëntie en de filmprestaties.
Onderzoek naar coatingprocessen
Coaten is een systematisch engineeringproces. Het optimaliseren van coatingprocessen kan de toepassingsgrenzen van UV-LED-technologie verder uitbreiden. Zoals een gezegde uit de sector luidt:"Drie delen zijn afhankelijk van de coating; zeven delen zijn afhankelijk van het applicatieproces". Uiteindelijk bereiken zowel coatings als lichtbronnen de beoogde prestaties alleen door een juiste toepassing.
Bovendien kan het optimaliseren van coatingprocessen in combinatie met UV-coatings en LED-lichtbronnen de beperkingen van zowel materialen als lichtbronnen aanzienlijk compenseren. Verwarming kan bijvoorbeeld de viscositeit verlagen van coatings met een hoog-hars-gehalte die bij kamertemperatuur te viskeus zijn, waardoor ze geschikt worden voor verschillende applicatiemethoden. Bovendien kan verwarming de vloeibaarheid van het coatingsysteem verbeteren, de moleculaire activiteit verbeteren, volledigere initiële uithardingsreacties garanderen en gladdere filmoppervlakken opleveren.
Onderzoek naar upstream- en downstream-industrieketens
De afgelopen twee jaar hebben het tekort aan en de torenhoge prijzen van foto-initiatoren als gevolg van milieubeschermingscampagnes tastbare verliezen toegebracht aan downstream-bedrijven en de ontwikkeling van LED-UV-technologie ernstig belemmerd. Dit onderstreept dat de connectiviteit van upstream- en downstream-industrieketens en de soepelheid van supply chain-systemen de fundamentele garanties zijn voor de gezonde ontwikkeling van een industrie en het marktsucces van haar producten en technologieën.
Hoewel veel industrieën vanuit het niets evolueren door de elkaar versterkende dynamiek van technologische innovatie, industriële ontwikkeling en vraagstijging, moeten deze factoren tijdens het marketingproces uitvoerig worden geëvalueerd.
Bovendien kan het uitvoeren van onderzoek naar en het inzetten van upstream- en downstream-industrieketens vanuit investeringsperspectief niet alleen een stabiel aanbod garanderen wanneer producten op de markt komen, maar bedrijven ook in staat stellen te delen in de dividenden van de groei van de industrie.
