UV-LED固化关键技术及其发展方向

         UV-LED固化技术从UV固化技术衍生而来，主要涉及到395nm固化光源和可在395nm光作用下固化的新材料体系两部分内容。在光固化设备方面，长波长(395nm)高功率输出的UV-LED光源设备研制取得了较大的进步，2010年标签博览会展出10台UV-LED灯，英国某公司推出了波长为395nm、功率为12W/cm2的LED系统，2013年标签博览会则展出78台UV-LED设备，数量增长了8倍。另外，UV-LED固化范围也从原先的个别点固化，拓展到如今的面固化，但高效、大功率、三维体固化仍未见报道。目前，许多印刷设备已经使用UV-LED固化技术。UV-LED释放的能量已经可以与传统UV固化灯泡释放的能量相当，甚至更高。16W/cm2的LED固化系统已经正式进入量产两年，基本满足最快的固化速度需要，而且这种LED光源的寿命超过两万小时。复旦大学张善端团队研制出10kW大功率紫外LED固化系统，相关技术正在进行产业化。大连海事大学赵欢等研制了一种阵列型UV-LED光源，可灵活调节辐照面上光功率密度分布，使得三维物体的高效固化成为可能，进入实用还需要一定的时间。UV-LED点、面光源设备已经在实际应用。近年来，LED光源在波长控制、出光效率以及大功率LED光源散热技术也在持续改进中，因此，随着LED技术和半导体技术的进展，开发大功率、光强在三维可控、发射波长与光引发剂吸收波长匹配、结构更简单是其发展方向。在UV-LED光固化新材料方面，2006年，只有极少数油墨与UV-LED技术兼容。富林特集团在UltrakingXCURA品牌下，选用光引发剂能吸收波长较高部分，推出单张纸和转轮胶印用新型低能耗、UV-LED固化高反应性油墨和涂料。这种油墨可以在特定的非多孔性涂布或非涂布基材上印刷，油墨的反应活性很高，不需要多个固化光源。到2013年，20多家油墨和材料供应商支持并配置UV-LED油墨，包括太阳化工、爱克发、德国Ruco、Marabu等公司。相当数量的材料供应商都以他们的材料与UV-LED兼容作为卖点。新的树脂、单体、预聚物以及光引发剂的出现使得UV-LED技术应用越来越广。实际应用结果表明，UV-LED固化系统可以提高颜料含量，以获得更鲜艳的色彩。这对UV-LED固化技术应用领域的拓展十分重要，传统UV固化系统中固体粒子容量相对较小，而UV-LED固化系统具有更高的固体粒子容量，表明在该体系中可以加入更多的具有光、声、电磁功能的纳米粒子，极大地拓展了其应用领域。目前不仅油墨在广泛应用UV-LED技术，涂料和胶粘剂正在专门配置成为能够UV-LED固化的产品，印刷电路板(PCB)、电子元器件封装也相应地用UV-LED固化替代传统的UV固化。以印刷电路板(PCB)曝光为例，采用扫描式的曝光方式，可以有效地减少UV-LED光源的尺寸面积，进而解决UVLED的散热问题。另外，其还具有光强分布均匀稳定、设备成本低等诸多优点，并且在各项性能上均比传统的曝光工艺高，满足PCB曝光工艺。在光固化新材料方面，开发新的引发剂、单体、预聚物固化体系，提高光固化反应活性。采用在UV-LED固化系统中加入光、声、电、磁功能纳米材料，形成新的无机功能粉末分散在有机载体中的新型浆料，将之与3D打印制造结合将带来更多技术创新和更大的市场。