2023 Полное руководство по совершенствованию и будущим тенденциям развития УФ-технологий
Технология отверждения света (УФ) — это высокоэффективная, экологически чистая, энергосберегающая, высококачественная новая технология 21 века, широко используемая в покрытиях, клеях, чернилах, оптоэлектронике и других областях. С 1946 года в США компания Inmont сделала первый патент на УФ-отверждаемые чернила, в 1968 году в Германии компания Bayer разработала первое поколение УФ-отверждаемых покрытий для древесины, светоотверждаемые покрытия в мире получили быстрое развитие. В последние десятилетия в УФ-отверждении используется большое количество новых, эффективных фотоинициаторов, смол, мономеров и передовых источников УФ-света, что способствует развитию индустрии УФ-отверждаемых покрытий.
Технология светового отверждения продолжает развиваться
Технология светового отверждения подразумевает использование света в качестве источника энергии, под воздействием света происходит разложение фотоинициаторов с образованием радикалов, ионов и других активных веществ, эти активные вещества запускают полимеризацию мономеров, благодаря чему происходит быстрый переход от жидких полимеров к твердым, что обусловлено низким энергопотреблением (1/5 — 1/10 от термической полимеризации), быстротой (от нескольких секунд до десятков секунд для завершения процесса полимеризации), отсутствием загрязнения (не улетучивается растворитель) и другими преимуществами и известно как зеленая технология.
В настоящее время Китай стал одним из крупнейших приложений фотополимерных материалов, в области развития международного внимания. В современных условиях все более серьезного загрязнения окружающей среды разработка экологически чистой технологии фотополимеризации очень важна. Согласно статистике, ежегодный мировой выброс углеводородов в атмосферу составляет около 20 миллионов тонн, большую часть из которых составляют органические растворители в красках. Органические растворители, выбрасываемые в атмосферу в процессе производства ЛКМ, составляют 2% от объема производства ЛКМ, а органические растворители, улетучивающиеся в процессе использования ЛКМ, составляют от 50% до 80% от объема ЛКМ. В целях сокращения выбросов загрязняющих веществ УФ-отверждаемые покрытия постепенно вытесняют традиционные термоотверждаемые покрытия и покрытия на основе растворителей.
С непрерывным прогрессом технологии светоотверждения области ее применения также будут постепенно расширяться. Вначале технология светового отверждения применялась в основном в покрытиях, поскольку в то время не удавалось решить проблему проникновения и поглощения света в цветных системах. Однако с развитием фотоинициаторов и улучшением мощности источника света, технология светового отверждения может постепенно адаптироваться к потребностям различных систем чернил, светоотверждаемые чернила получили быстрое развитие. Непрерывный прогресс технологии светоотверждения в последние годы позволил ему проникнуть в другие области. Благодаря прогрессу фундаментальных исследований, более глубокому пониманию основного механизма светового отверждения, а также изменениям в социальной среде будут выдвигать новые требования к технологии светового отверждения, технология светового отверждения смогла внедрить инновации и развиваться.
Светоотверждаемые покрытия находят все более широкое применение
УФ-отверждаемые покрытия включают.
Светоотверждаемые покрытия для бамбука: в качестве специального продукта в Китае, бамбуковая мебель и бамбуковый пол и другие продукты в настоящее время в основном используются УФ-отверждаемые покрытия. Доля различных отечественных напольных УФ-покрытий очень высока, это один из важных видов использования УФ-покрытий.
Светоотверждаемое бумажное покрытие: Как одна из первых разновидностей УФ-покрытия, УФ-лакирование бумаги используется в различных печатных материалах, особенно в рекламе и обложках изданий, которые по-прежнему являются более крупными разновидностями УФ-покрытия.
Светоотверждаемые пластиковые покрытия: Пластиковые изделия нуждаются в окрашивании для придания им эстетичности и стойкости. Ультрафиолетовые пластиковые покрытия имеют множество типов и сильно различаются по требованиям, но в основном являются декоративными, и наиболее распространенными УФ-пластиковыми покрытиями являются корпуса различной бытовой техники, сотовых телефонов и т.д.
Светоотверждаемые вакуумные покрытия: Для повышения фактурности упаковки наиболее распространенным методом является металлизация пластика путем вакуумного осаждения паров, этот процесс требует использования УФ-грунтовки, верхнего слоя и других продуктов, его основное применение — косметическая упаковка.
Светоотверждаемые покрытия для металлов: УФ-покрытия для металлов включают УФ-антикоррозийные грунтовки, УФ-отверждаемые металлические временные защитные покрытия, металлические УФ-декоративные покрытия, металлические УФ-покрытия для защиты поверхности и т.д.
Светоотверждаемые покрытия для оптического волокна: При производстве оптического волокна необходимо нанести 4~5 покрытий снизу доверху, что в настоящее время почти всегда делается с помощью светоотверждения. УФ-покрытие оптического волокна также является наиболее успешным примером применения светоотверждения, и его скорость светоотверждения может достигать 3000 м/мин.
Светоотверждаемое конформное покрытие: для наружных продуктов, особенно электронных продуктов, необходимо выдержать испытание ветром и дождем и другие естественные изменения окружающей среды, чтобы обеспечить долгосрочное нормальное использование продукта, необходимость защиты электроприборов и т.д., УФ конформное покрытие разработано для этого приложения, предназначенного для продления срока службы электроприборов и использования стабильности.
Светоотверждаемые покрытия для стекла: стекло само по себе слабо декоративно, если вам нужно, чтобы стекло производило цветовые эффекты, вам нужно покрасить, УФ-покрытия для стекла родились, этот тип продукта по устойчивости к старению, кислоте и щелочи требования высоки, является высококлассной УФ-продукцией.
Светоотверждаемые керамические покрытия: керамика для того, чтобы увеличить свою красоту, необходимость покрытия поверхности, УФ-покрытия в настоящее время применяется к керамике в основном керамические струйные покрытия, керамические цветочные бумажные покрытия и т.д.
Светоотверждаемые покрытия для камня: натуральный камень будет иметь различные дефекты, для того, чтобы улучшить его эстетику, необходимость отделки камня, основной целью светоотверждаемых покрытий для камня является ремонт дефектов натурального камня, высокие требования к прочности, цвету, износостойкости, устойчивости к старению.
Светоотверждаемые покрытия для кожи: УФ-покрытия для кожи имеют две категории, одна из них — УФ-покрытие для кожи, используемое при подготовке искусственной кожи, узорчатой бумаги, его дозировка очень велика; другая — декоративное покрытие для кожи, изменяющее внешний вид натуральной или искусственной кожи, повышающее ее декоративность.
Светоотверждаемые автомобильные покрытия: освещение изнутри и снаружи будет использовать технологию светоотверждения, чаши светильников, абажуры ламп должны быть окрашены с помощью технологии светоотверждения; большое количество деталей в интерьере и экстерьере автомобиля используют технологию светоотверждения, такие как приборные панели, зеркала, рулевые колеса, ручки передач, колеса, планки внутренней отделки и т.д. ; бампер автомобиля подготавливается по технологии светового отверждения, а покрытие поверхности также подвергается световой полимеризации для завершения; большое количество электронных частей автомобиля, таких как подготовка дисплея автомобиля, центральной панели управления и т.д. также должны использовать светоотверждаемые материалы; и теперь популярное покрытие автомобиля, его устойчивое к старению покрытие также завершено по технологии светового отверждения; и покрытие кузова автомобиля было достигнуто светового отверждения; ремонт пленки краски автомобиля, ремонт разбитого стекла и т.д. также будет использовать технологию светового отверждения.
Светоотверждаемые покрытия на водной основе: Для того чтобы решить проблему загрязнения окружающей среды, вызванную необходимостью добавления растворителей для распыления УФ-покрытий, важным направлением является УФ-покрытие на водной основе, вода в качестве растворителя для улучшения строительных характеристик УФ-покрытий, покрытия на водной основе в стране и за рубежом находятся на начальной стадии.
Светоотверждаемые порошковые краски: сочетание обычных порошковых красок и технологии светоотверждения, разработка светоотверждаемых порошковых красок с низкой температурой отверждения, отличным качеством продукции, широким спектром применения. Это покрытие находится на стадии исследований и разработок в Китае, но уже промышленно освоено за рубежом.
Светоотверждаемое антистатическое покрытие: Светоотверждаемое антистатическое покрытие — это специальное покрытие, которое добавляет антистатические компоненты в УФ-покрытия для увеличения антистатической способности покрытия, хотя объем применения не велик, но имеет свои особые характеристики.
Светоотверждаемые огнезащитные покрытия: Светоотверждаемые покрытия иногда нуждаются в огнезащитном эффекте, и поэтому проблема огнезащиты покрытия может быть решена путем добавления специальных антипиренов. Хотя некоторые общие антипирены могут быть применены к УФ-покрытиям для придания им огнезащитного эффекта, УФ-огнезащитные покрытия также имеют свои собственные особые структурные требования из-за специальных характеристик УФ-покрытий, таких как требования к светопропусканию.
Светоотверждаемые фторуглеродные покрытия: Фторуглеродные покрытия широко используются благодаря своим хорошим погодным характеристикам, и применение светоотверждаемых фторуглеродных покрытий становится все более распространенным. Ключевым моментом является решение проблемы взаимной растворимости различных компонентов, что требует подготовки сырья для УФ-фторуглеродных покрытий, отвечающего требованиям использования, начиная со структурного проектирования материала.
Совершенствование технологии полимеризации света из сырья и технологий
Что касается самой технологии светоотверждения, то для сохранения присущих ей преимуществ и повышения конкурентоспособности необходимо также постоянно обновлять собственную технологию, начиная с сырья, новых технологий и других аспектов, чтобы добиться непрерывного прогресса, в основном в следующих областях.
Модификация поверхности световым отверждением
Технология светового отверждения из-за ограничений светопропускания не может проникнуть вглубь материала, и поэтому ее применение в основном заключается в химической реакции на поверхности материала. В общем применении поверхности материала, от обычного печатного лака до домашнего декора, строительных материалов, автомобильных интерьеров, наружной защиты, технология светового отверждения также играет свою роль. Для некоторых особых условий и чувствительных к времени применений светоотверждаемая технология занимает незаменимое место, например, при ремонте школ, больниц, крытых торговых точек, гаражей и других объектов. В связи с ограниченными временными рамками, например, в школах необходимо использовать короткие каникулы для завершения ремонта, в больницах — ночные перерывы для завершения ремонта операционных и т. д., необходима быстрая и безопасная технология, и светоотверждаемая технология — лучший выбор. С другой стороны, светоотверждаемые покрытия не выделяют растворителей, что делает их гораздо более безопасными.
Нанесение рисунка световым отверждением
Световое отверждение можно использовать для подготовки и переноса графики благодаря его пространственной и временной управляемости. Фотолитография достигается за счет использования преимуществ пространственно-временной управляемости технологии фотоотверждения. С помощью технологии фотополимеризации можно реализовать различные уровни применения фотолитографии для производства микросхем, ЖК-дисплеев и печатных плат, а также переносить графику разных размеров на различные подложки для достижения точности изготовления графики. В настоящее время микроэлектронные компоненты становятся все меньше и производительнее, важной причиной этого является то, что технология фотолитографии становится все выше, а получаемые линии — все меньше, что делает возможной миниатюризацию микроэлектронных устройств, а потребление энергии также становится все ниже. Кроме того, технология светоотверждения может использоваться для микрофлюидической обработки, подготовки трехмерных изображений, обработки сложных структур и т. д. Эти прецизионные технологии обработки предъявляют очень высокие требования к светоотверждаемым материалам, а их чистота полностью отличается от обычных красок и покрытий.
Светоотверждаемая 3D-печать
Светоотверждаемые материалы особенно подходят для быстрой обработки и формовки, например, для 3D-печати, благодаря своим быстрым характеристикам отверждения, которые позволяют быстро формовать сложные объекты. В настоящее время технология 3D-печати, светоотверждаемая 3D-печать является наиболее широко используемой, например, лазер в качестве источника света трехмерной литографии является основой 3D-печати, это первое поколение технологии 3D-печати, использование лазера в качестве источника света для быстрого зачистки поверхности, для достижения трехмерной графики фиксированной. В настоящее время технология светоотверждаемой 3D-печати распространилась на многочисленные продукты, а источник света постепенно развивался от самого раннего ультрафиолетового света до видимого света.
Светоотверждаемые биоматериалы
Применение светоотверждаемой технологии в биомедицине в основном включает в себя материалы для восстановления полости рта, костной ткани, быстрого беспроводного сшивания тканей, хирургические клинические модели, фиксацию в кардиохирургии, устранение дефектов тканей, приготовление гидрогеля для мягких тканей и т.д. Самыми ранними разработанными светоотверждаемыми биоматериалами являются светоотверждаемые стоматологические ремонтные материалы, в настоящее время широко используется ортодонтическая модель светоотверждаемой 3D-печати; светоотверждаемые ортопедические материалы в основном используются для замены традиционных материалов из нержавеющей стали для восстановления костей, как для достижения быстрого ремонта, так и для уменьшения боли при вторичной операции по удалению фиксированных частей; Например, сердце должно биться, поэтому материал должен быть эластичным, в отличие от кости, которая является жесткой, и различные ткани человека имеют различные функции и структуры, поэтому материал для ремонта должен иметь ту же структуру и функцию, иначе отремонтированная ткань не может работать должным образом. Технология беспроводных швов — это технология, использующая световое отверждение для быстрого восстановления ран пациента без необходимости наложения швов. Кроме того, светоотверждаемые клеи разлагаются и не требуют удаления, что сокращает процесс снятия швов для пациента, что важно для хирургии in vivo, но в клинической практике светоотверждаемые беспроводные швы сталкиваются с многочисленными проблемами.
Собственные светоотверждаемые материалы
С развитием технологии светоотверждения начали применяться процессы, сочетающие фотополимеризацию с другими технологиями, такими как фототермические и фотоприливные технологии, фотополимеризация переднего плана и катионная фотополимеризация. Отверждение светом стало постепенно переходить от модификации поверхности к получению различных собственных материалов, таких как светоотверждаемые композиты, светоотверждаемые блочные материалы, светоотверждаемые компоненты автомобилей, самолетов, космических аппаратов и т.д. Например, свет используется в качестве движущей силы, чтобы сначала осуществить полимеризацию поверхности материала. Поскольку при полимеризации материала выделяется большое количество тепла, когда тепла, выделяемого при полимеризации, достаточно для запуска традиционной термической полимеризации, свет больше не нужен, а термическая полимеризация также будет выделять тепло для дальнейшего запуска последующей полимеризации. Аналогично, после полимеризации поверхности материала с помощью фотополимеризации, если последующая приливная полимеризация может произойти, вода в воздухе может непрерывно проникать в материал, так что приливная полимеризация может продолжаться до тех пор, пока все материалы не будут полимеризованы и остановлены, что может быть использовано для приготовления материалов большой толщины. При фотокатионной полимеризации катионы, однажды образовавшись, сохраняются в течение длительного времени, поэтому для начала полимеризации катионов можно использовать свет, а для частей, куда свет не может проникнуть, можно использовать уже имеющиеся катионы, чтобы добиться продолжения полимеризации катионов путем нагревания. Эти технологии используются в производстве автомобильных бамперов, деталей интерьера автомобилей, деталей авиационной техники и деталей самолетов, особенно после того, как на повестке дня стоит вопрос облегчения автомобилей, а применение композитов из углеродного волокна в автомобилях постепенно достигает массового производства, и применение технологии светового отверждения становится все более и более популярным.
Другие потенциальные области применения светоотверждения
Солнечные панели в процессе подготовки будут использоваться в технологии светового отверждения, такие как сшивка диафрагмы EVA, устойчивое к пятнам покрытие солнечной поверхности, органические солнечные элементы рулонного светоотверждаемого покрытия.
Подготовка лопастей ветряных электростанций уже может достичь светового отверждения, а при ремонте повреждений лопастей ветра световое отверждение является одним из самых простых, эффективных и экономичных методов.
В дополнение к вышеупомянутым автомобильным, авиационным и другим областям применения светоотверждения, технология светоотверждения в деталях внутренней отделки высокоскоростных железных дорог, композитных материалах высокоскоростных железных дорог, материалах внутренней отделки кораблей также имеет большое количество применений, таких как светоотверждаемые огнестойкие внутренние панели для высокоскоростных железных дорог и круизных судов, общее покрытие ванной комнаты высокоскоростных железных дорог.
Светоотверждаемая технология для ремонта поврежденных дорог, по своим характеристикам она аналогична бетону, и может достигать быстрого завершения работ в течение 30 минут, чтобы не вызывать обширных пробок.
Для дорожных знаков, из-за длительного воздействия сложной окружающей среды, как высокой температуры, высокой влажности, так и очень низкой температуры, ветра и солнца, и не должны быть часто заменены, поэтому требования очень высоки, зарубежные страны использовали технологию электронно-лучевого (EB) отверждения для покрытия поверхности дорожных знаков для достижения устойчивости к старению, высокой температуры и высокой влажности, дождя и снега и т.д.
В последние годы, с развитием технологии подготовки микроэлектроники, применение технологии светового отверждения в оптической пленке становится все более зрелым, от обычной упрочняющей пленки до просветляющей пленки, от поляризованной пленки до диффузионной пленки подготовки имеют свет отверждения фигуры, и чип производства фоторезиста является очень важным.
Будущие тенденции в технологии светоотверждения
Развитие светоотверждения и его сырья, оборудования, технологических достижений неразделимы, будущее развитие светоотверждения включает следующие аспекты.
Развитие функционализированных смол
Смолы, содержащие функциональные группы с низкой поверхностной энергией, будут использоваться для пятностойких покрытий, к ним относятся кремнийсодержащие, фторсодержащие структурные единицы, структура кремний-фтор может эффективно снизить поверхностную энергию системы, тем самым играя роль в пятностойкости и самоочистке.
Светоотверждаемые смолы на водной основе — это в основном смолы, содержащие катионные, анионные или неионные группы, которые могут растворяться или диспергироваться в воде, поэтому воду можно использовать в качестве разбавителя, чтобы уменьшить применение органических растворителей и тем самым снизить выбросы летучих органических соединений. Самая большая проблема с существующими УФ-смолами на водной основе заключается в том, что конечные свойства готовых покрытий, такие как водостойкость, кислото- и щелочестойкость, устойчивость к растворителям и устойчивость к царапинам, не отвечают требованиям.
Неорганическо-органические гибридные смолы используются для получения высокоэффективных поверхностных покрытий для повышения твердости и устойчивости к царапинам. Эти смолы в основном получают золь-гель методом с использованием неорганических наночастиц, которые равномерно диспергируются в органической фазе, при этом органическая фаза обеспечивает полимеризационные свойства, а неорганические частицы — другую функционализацию.
Разработка смол с ультранизкой вязкостью стала актуальной в последние годы в связи с развитием светоотверждаемых продуктов, таких как 3D-печать, струйная печать и распыление без растворителей, где спрос на смолы с низкой вязкостью растет с каждым годом. Поскольку современные светоотверждаемые материалы для отверждения покрытия требования к производительности все более высоки, для того, чтобы улучшить характеристики материала, необходимость в высокофункциональных смол для улучшения свойств полимера для улучшения характеристик материала, более выгодной программой является модифицированный с гиперразветвленным полиэфиром и т.д., синтез полимеризуемых смол.
Разработка смолы на основе возобновляемых ресурсов является текущим развитием горячих точек, таких как природные масла и жиры, природные соединения сахара, природные полимеры, растительные и животные экстракты на основе подготовки смолы было много фундаментальных исследований, некоторые продукты, такие как соевое масло модифицированный акрилат, фурфурол смолы акрилата и т.д. были промышленно реализованы.
Разработка источников света
Традиционное отверждение света ртутной лампы высокого давления в качестве источника света, использование процесса будет производить озон и загрязнение окружающей среды, большое количество тепла и энергии отходов, и ртуть сама по себе является токсичным веществом, что делает применение ртутных ламп ограничено, разработка новых источников света является важной задачей, энергосберегающие, безопасные, эффективные светодиодные источники света является эффективной альтернативой.
Разработка различных длин волн, особенно длин волн в 300 нм до 365 нм светодиодный источник света является основной потребностью для технологии светового отверждения, источник света эффективного света является ключом к экономии энергии. Для длинноволновых светодиодов, таких как 385 — 405 нм длины волн хорошо установлены, но проблема в том, что есть очень мало фотоинициаторов, соответствующих этим длинам волн, что делает их применение ограниченным; с другой стороны, длинноволновые светодиодные источники света еще не достаточно хороши для решения проблемы отверждения поверхности материала, и, следовательно, необходимость разработки коротковолновых светодиодных источников света. Однако, чем короче длина волны, тем выше энергия света, высокая энергия будет разрушать органические молекулы разлагаться, таким образом, коротковолновые светодиодные упаковочные материалы является самой большой трудностью, если окончательное решение коротковолновой светодиодной упаковки и ее высокой энергии, что сделает применение технологии светового отверждения было большее развитие, потому что светодиодный источник света длительный срок службы, низкая стоимость, низкое потребление энергии, это будет очень благоприятно для продвижения технологии светового отверждения.
Новая технология светового отверждения
Технология полимеризации EB также по сути является технологией полимеризации света, разница в том, что технология EB имеет более короткую длину волны, более высокую энергию. Технология полимеризации EB в Китае все еще находится в зачаточном состоянии, но по мере созревания отечественного оборудования EB, применение технологии будет продвигаться. В последние годы EB-отверждение в полиграфии получило широкое распространение, потому что EB-отверждение печати более энергоэффективно, более высокая скорость, лучшее качество продукции. Сигаретные фильтры находятся в непосредственном контакте с материалом человеческого рта, поэтому требования к ним чрезвычайно высоки, они не должны растворяться в воде, не должны иметь никаких соединений, мигрирующих наружу, но также не могут иметь запаха. Однако фильтр представляет собой бумагу, которая вовсе не является водостойкой. Для достижения водостойкости, биологической безопасности и других свойств на такую бумагу необходимо нанести покрытие, и покрытие, отверждаемое методом EB, является одним из лучших вариантов.
В Китае также начинают применять разделительную пленку, отверждаемую методом ЭБ, в основном за счет использования высокой энергии ЭБ, которая позволяет материалу быть сильно сшитым, так что из разделительного слоя не высвобождаются мелкие молекулы, обеспечивая стабильность разделительной пленки, особенно для высокоэффективных пленочных материалов, таких как оптические пленки, любое загрязнение в разделительном слое снизит производительность оптической пленки и сделает ее непригодной для использования, поэтому разделительная пленка ЭБ используется в основном для высококлассных продуктов.
Применение EB в покрытии рулонной стали было достигнуто в массовом производстве за рубежом, но в Китае все еще находится на начальной стадии, его самым большим преимуществом является быстрая скорость отверждения, которая может значительно повысить эффективность производства и снизить потребление энергии, кроме того, его производительность также очень хороша, особенно устойчивость к старению на открытом воздухе намного выше, чем у светоотверждаемого покрытия и традиционного покрытия теплового отверждения. Технология распыления без растворителя в основном разработана для решения проблемы загрязнения растворителями, вызванной необходимостью добавления определенного количества растворителя для разбавления распыления.
Технология катионной фотополимеризации
Текущее быстрое развитие свободнорадикальной системы из-за собственных недостатков не может удовлетворить требования некоторых приложений, поэтому развитие катионной фотополимеризации является эффективным дополнением. Например, для высокоэластичных покрытий общая свободнорадикальная фотополимеризация не может быть достигнута из-за собственных характеристик материала, в то время как фотокатионная полимеризация с эпоксидной смолой в качестве основного тела может быть проще для получения высокоэластичных покрытий. В дополнение к покрытию металлических субстратов, система свободно-радикальной фотополимеризации из-за ее быстрой полимеризации и объемной усадки, адгезия покрытия плохая, в то время как использование катионной фотополимеризации, эпоксидной смолы в процессе полимеризации, чтобы открыть кольцо и вызвать объемное расширение, может значительно улучшить адгезию покрытия.
Развитие технологии фотополимеризации связано не только с собственным технологическим прогрессом, но и с национальной политикой, требованиями других областей, другими технологическими прорывами в промышленности, связанными со строгой экологической политикой в Китае, ограничением выбросов растворителей, предпочтение будет отдаваться экологически чистым технологиям фотополимеризации.