隨著人們對(duì)于環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展的關(guān)注越來越強(qiáng)烈，使得綠色環(huán)保技術(shù)受到越來越多的重視。從2020年12月1日開始，針對(duì)清洗劑、涂料、膠黏劑和油墨等化工產(chǎn)品中的可揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC）含量的限制標(biāo)準(zhǔn)也陸續(xù)開始執(zhí)行。
光固化技術(shù)作為一種綠色、環(huán)保和高效的、采用紫外光來對(duì)涂料進(jìn)行固化的技術(shù)，在過去的幾十年中得到了快速發(fā)展。紫外光固化的基本原理是通過紫外線的照射，光引發(fā)劑吸收特定波長(zhǎng)的光，產(chǎn)生自由基或陽離子，引發(fā)單體和低聚物發(fā)生聚合和交聯(lián)反應(yīng)，在極短的時(shí)間里生成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高分子聚合物，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)固化。
目前在紫外固化光源中，使用較多的是傳統(tǒng)中壓汞燈（國內(nèi)稱為高壓汞燈），即使在今天仍然擁有超過一半的市場(chǎng)占有率。中壓汞燈最強(qiáng)發(fā)射輸出波長(zhǎng)在365nm，另外在254nm、208-331nm附近還有密集發(fā)射輸出。但是汞燈存在若干缺點(diǎn)：
1）使用壽命短，僅1000～2000h；
2）光強(qiáng)會(huì)逐步衰減，影響固化效果的控制；
3）能耗大，發(fā)熱量高；啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)，需要預(yù)熱；
4）體積大，對(duì)空間有限制的場(chǎng)景很難安裝。
另外，一個(gè)致命的缺點(diǎn)就是它必須使用汞這一個(gè)對(duì)環(huán)境有害的物質(zhì)。
固化設(shè)備所遇到的這個(gè)問題，直到UV LED的出現(xiàn)，才從根本上為光固化行業(yè)帶來了革命性的曙光并日漸顯示出明顯的替代趨勢(shì)。
根據(jù)波長(zhǎng)，紫外光通?？梢苑譃閁VC（100～280nm）、UVB（280～315nm）和UVA（315～400nm）這3個(gè)波段，見圖1。傳統(tǒng)的汞燈所發(fā)出的紫外光涵蓋了所有這3個(gè)波段，同時(shí)可以通過不同的摻雜（鐵、鎵等）手段，讓光譜在不同的波段，或者特定的波長(zhǎng)上強(qiáng)度有所不同，從而適應(yīng)不同的固化應(yīng)用需求。
圖1 紫外光譜以及汞燈和LED燈發(fā)射光譜對(duì)比
UV LED技術(shù)的出現(xiàn)，為輻射固化技術(shù)帶來了全新的發(fā)展機(jī)會(huì)。UV LED光源屬于固體光源，不會(huì)用到汞等有害物質(zhì)。UV LED光源具有無需預(yù)熱時(shí)間、即開即用、無汞污染、設(shè)備體積相對(duì)較小、更加節(jié)能、使用壽命更長(zhǎng)（可達(dá)數(shù)萬小時(shí)）、無臭氧產(chǎn)生從而不會(huì)對(duì)使用環(huán)境造成空氣污染等諸多優(yōu)點(diǎn)，而且發(fā)出的光線中沒有紅外的部分，可用于熱敏基材。
這些優(yōu)點(diǎn)使得其在當(dāng)前節(jié)能、環(huán)保和VOC控制的大環(huán)境下，UV LED的應(yīng)用推廣得到了加速，因此在過去10年中得到了快速發(fā)展和普及。UV LED固化在如膠黏劑和油墨等很多應(yīng)用領(lǐng)域，已經(jīng)取代了傳統(tǒng)的汞燈固化成為了主流。
UV光固化產(chǎn)品最常見的為UV涂料、UV油墨和UV膠黏劑，固化速率快，一般在幾秒到幾十秒之間；可適用于多種基材，如紙張、木材、塑料、金屬、皮革、石材、玻璃、陶瓷等，特別對(duì)一些熱敏感材質(zhì)（如紙張、塑料或電子元器件等）尤其適用。
UV固化的光源參數(shù)包括輸出波長(zhǎng)分布、輻照光強(qiáng)、輻照面積等，既有光固化相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)多基于傳統(tǒng)汞燈光源體系，以UV LED光源實(shí)施的光固化技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)較少。
當(dāng)前，固化市場(chǎng)作為UV LED的主要應(yīng)用，各細(xì)分領(lǐng)域接受程度不斷增加。UV LED在輻射固化領(lǐng)域中的市場(chǎng)滲透率約為10%-20%；其中面固化在UV LED固化市場(chǎng)中居主導(dǎo)，約為90%，點(diǎn)狀UV LED輻照固化主要應(yīng)用在UV粘接，線狀UV LED輻照固化因光源輻照能量密度低，應(yīng)用較少。
表 1 光固化領(lǐng)域UV LED光源替代傳統(tǒng)光源情況
油墨固化領(lǐng)域，市面上印刷固化主要采用365 nm、385 nm、395 nm波長(zhǎng)的UV LED。當(dāng)前UV LED光源在曝光固化、噴墨打印、絲印固化、膠印固化等領(lǐng)域呈現(xiàn)不同程度的滲透。在印刷電路曝光、噴墨固化中基本替代了汞燈，已實(shí)現(xiàn)了廣泛應(yīng)用。而在膠印、絲印領(lǐng)域紫外固化光源替代率不足20%。
涂料固化領(lǐng)域，UV LED光源推廣較慢，根據(jù)具體應(yīng)用領(lǐng)域不同，市場(chǎng)滲透率各異。在光纖涂覆市場(chǎng)，UV LED固化市場(chǎng)滲透率超過20%；木材固化應(yīng)用處于剛剛起步階段。
膠黏劑固化領(lǐng)域，UV LED光源在電子元器件、醫(yī)療耗材固化領(lǐng)域基本實(shí)現(xiàn)了完全替代；在木材、汽車等固化應(yīng)用方面處于起步階段。
消費(fèi)類固化領(lǐng)域，以美甲固化為代表，市面上主要采用395 nm波長(zhǎng)的UVA LED，已基本實(shí)現(xiàn)了全產(chǎn)業(yè)鏈替代。
總體看，現(xiàn)有UV LED波長(zhǎng)與主流光引發(fā)劑吸收波長(zhǎng)匹配程度較差，300 nm-330 nm范圍的紫外光源產(chǎn)品供應(yīng)短缺，作為與之配套使用的UV LED配方產(chǎn)品，在紫外光固化配方產(chǎn)品中的市場(chǎng)占比較低，未來將具有較大的發(fā)展空間。UV LED固化應(yīng)用雖然較為成熟，但大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化發(fā)展仍處于起步階段。另一方面，UV配方的適應(yīng)材料研究也在開展，包括適應(yīng)UVA LED的長(zhǎng)波吸收高效光引發(fā)劑、長(zhǎng)波高反應(yīng)活性光引發(fā)劑、高效抗氧阻聚添加劑材料等。
參考資料：《紫外LED技術(shù)路線圖（2020-2035）》;《光固化涂料行業(yè)前沿發(fā)展趨勢(shì)》·《中國涂料》,2021年.09期
