隨著人們對于環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展的關注越來越強烈，使得綠色環(huán)保技術受到越來越多的重視。從2020年12月1日開始，針對清洗劑、涂料、膠黏劑和油墨等化工產品中的可揮發(fā)性有機化合物（VOC）含量的限制標準也陸續(xù)開始執(zhí)行。
光固化技術作為一種綠色、環(huán)保和高效的、采用紫外光來對涂料進行固化的技術，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)劑吸收特定波長的光，產生自由基或陽離子，引發(fā)單體和低聚物發(fā)生聚合和交聯(lián)反應，在極短的時間里生成網狀結構的高分子聚合物，進而實現(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（國內稱為高壓汞燈），即使在今天仍然擁有超過一半的市場占有率。中壓汞燈最強發(fā)射輸出波長在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：
1）使用壽命短，僅1000～2000h；
2）光強會逐步衰減，影響固化效果的控制；
3）能耗大，發(fā)熱量高；啟動時間長，需要預熱；
4）體積大，對空間有限制的場景很難安裝。
另外，一個致命的缺點就是它必須使用汞這一個對環(huán)境有害的物質。
固化設備所遇到的這個問題，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。
根據(jù)波長，紫外光通常可以分為UVC（100～280nm）、UVB（280～315nm）和UVA（315～400nm）這3個波段，見圖1。傳統(tǒng)的汞燈所發(fā)出的紫外光涵蓋了所有這3個波段，同時可以通過不同的摻雜（鐵、鎵等）手段，讓光譜在不同的波段，或者特定的波長上強度有所不同，從而適應不同的固化應用需求。
圖1 紫外光譜以及汞燈和LED燈發(fā)射光譜對比
UV LED技術的出現(xiàn)，為輻射固化技術帶來了全新的發(fā)展機會。UV LED光源屬于固體光源，不會用到汞等有害物質。UV LED光源具有無需預熱時間、即開即用、無汞污染、設備體積相對較小、更加節(jié)能、使用壽命更長（可達數(shù)萬小時）、無臭氧產生從而不會對使用環(huán)境造成空氣污染等諸多優(yōu)點，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)點使得其在當前節(jié)能、環(huán)保和VOC控制的大環(huán)境下，UV LED的應用推廣得到了加速，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用領域，已經取代了傳統(tǒng)的汞燈固化成為了主流。
UV光固化產品最常見的為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，特別對一些熱敏感材質（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)包括輸出波長分布、輻照光強、輻照面積等，既有光固化相關標準多基于傳統(tǒng)汞燈光源體系，以UV LED光源實施的光固化技術標準較少。
當前，固化市場作為UV LED的主要應用，各細分領域接受程度不斷增加。UV LED在輻射固化領域中的市場滲透率約為10%-20%；其中面固化在UV LED固化市場中居主導，約為90%，點狀UV LED輻照固化主要應用在UV粘接，線狀UV LED輻照固化因光源輻照能量密度低，應用較少。
表 1 光固化領域UV LED光源替代傳統(tǒng)光源情況
油墨固化領域，市面上印刷固化主要采用365 nm、385 nm、395 nm波長的UV LED。當前UV LED光源在曝光固化、噴墨打印、絲印固化、膠印固化等領域呈現(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，已實現(xiàn)了廣泛應用。而在膠印、絲印領域紫外固化光源替代率不足20%。
涂料固化領域，UV LED光源推廣較慢，根據(jù)具體應用領域不同，市場滲透率各異。在光纖涂覆市場，UV LED固化市場滲透率超過20%；木材固化應用處于剛剛起步階段。
膠黏劑固化領域，UV LED光源在電子元器件、醫(yī)療耗材固化領域基本實現(xiàn)了完全替代；在木材、汽車等固化應用方面處于起步階段。
消費類固化領域，以美甲固化為代表，市面上主要采用395 nm波長的UVA LED，已基本實現(xiàn)了全產業(yè)鏈替代。
總體看，現(xiàn)有UV LED波長與主流光引發(fā)劑吸收波長匹配程度較差，300 nm-330 nm范圍的紫外光源產品供應短缺，作為與之配套使用的UV LED配方產品，在紫外光固化配方產品中的市場占比較低，未來將具有較大的發(fā)展空間。UV LED固化應用雖然較為成熟，但大規(guī)模產業(yè)化發(fā)展仍處于起步階段。另一方面，UV配方的適應材料研究也在開展，包括適應UVA LED的長波吸收高效光引發(fā)劑、長波高反應活性光引發(fā)劑、高效抗氧阻聚添加劑材料等。
參考資料：《紫外LED技術路線圖（2020-2035）》;《光固化涂料行業(yè)前沿發(fā)展趨勢》·《中國涂料》,2021年.09期
