光固化胶粘剂的研究与应用

发布日期:2015-03-21 21:11:21
光固化胶粘剂的研究与应用和紫外光固化
光固化胶粘剂的研究与应用,光固化胶粘剂(以下简称光固胶)可分为紫外光固化胶粘剂(波长200~400 nm )和可见光固化胶 粘剂(波长400~500 nm )。UV光固化就是用适当波长和 光强的紫外光照射,使光引发剂迅速分解成自由基或阳离 子,进而引发不饱和有机化合物发生聚合反应,最终生成 交联结构的固化产物。
自1960年国外报道UV光固胶以来,该胶已在许多工 业领域应用m,尤其是需要快速装配的高技术产业领域,例 如LCD (液晶显示器)制造业;照相机等光学产品制造 业;光盘制造业(CD、VCD、DVD、DVD-R (可记录式 DVD));蜂鸣器、手表制造业;手机按键装配、电子线 路板、偏光部件等光电信息产业制造业。在日用品领域也 普遍使用UV胶:如玻璃家具、玻璃工艺品、玩具、装饰品 等的组装。传统产业如磁电机的装配中也使用UV光固胶。 UV光固胶的优点是:(1 )固化时间短,一般1~几十秒即 可固化;(2 )粘接范围广,可粘接金属、玻璃、塑料等各 种材料,也可进行结构材料的粘接;(3)环保、安全,适 用于高速自动化生产|21。
UV光固胶主要由光引发剂、光敏树脂(预聚体)和活 性稀释剂组成。光固化胶粘剂的研究与应用本文主要介绍近几年来紫外光固化胶粘剂 的研贫现状与发展。
1 UV光固化胶粘剂
1.1 UV光引发剂
光引发剂是光固胶组成中最重要的成分。选用光引发 剂时应注意其吸收光谱与光源的发射光谱相匹配,在UV光 源的光谱范围内光活性要高,具有较高的活性体(自由基 或阳离子)量子效率,在齐聚体和单体中有良好的溶解性 和反应活性。另外,为了提高光固化速度可使用复合光敏 引发剂。
光引发剂主要是影响固化速度和固化程度。C. Decke「等131和Zbigniew Czech141等都对光引发剂的影响进行 了探讨。Xinyan Xiao等151以双酚A环氧树脂为基体,丙烯酸 和马来酸酐为改性剂合成了 一种新型的水性环氧丙烯酸 酯,外加纳米硅溶胶(溶胶凝胶法),制备了UV光固化水 性环氧丙烯酸/5圭溶胶杂化材料。进行了光引发剂含量对固 化体系固化时间的影响程度试验,结果表明,固化程度最 高可达88%,光引发剂的最佳用量为3.5%,固化时间为40 s,而且纳米硅溶胶的加入改善了水性环氧丙烯酸酯热稳定 性。芝麻素是包含2个环状缩醛结构的物质,Kemin Wang等161用其作为UV光的引发剂,发现随着芝麻素浓度的 增加,双键的转化率提高。W. D. Wan Rosli等171研究了以 芳茂铁盐和三锍盐作为阳离子引发剂,引发环氧棕榈油-脂 环族双环氧体系表面涂料在UV光照射下的固化,固化胶膜 具有良好的拉伸强度和硬度。
引发剂的添加量越大,固化速度越快,但也导致交联 密度降低,影响粘接性能。一般单一的引发剂引发能力有 限,而利用混合型的引发剂体系可以达到更好的效果。唐 铭等131将安息香乙醚和二苯甲SI1混合为光引发剂,制备了环 氧丙烯酸酯体系的UV光固化涂料。实验发现单独使用安息 香乙醚和二苯甲11中的任何一种光引发剂,其固化速度都 不能令人满意,而利用2者的混合体系效果较好。
1.2预聚体
1.2.1丙烯酸酯体系
UV胶粘剂目前大部分仍然是丙烯酸酯型,其固化机理 是自由基聚合。Shi等|9’ Kl1以季戊四醇和偏苯三酸酐为原料 制备了功能端基超支化聚合物,然后用甲基丙烯酸缩水甘 油酯或甲基丙烯酸酐改性得到的超支化不饱和树脂,可用 于UV光固化涂料。丙烯酸酯光固胶在固化过程中收缩率较 大,会使构件中产生内应力,影响粘接强度。丄H. Moonml等研究了交联聚氨酯-丙烯酸酯和填料组成的UV光 固胶,能很好地控制固化速度,可以用于高湿、高温环 境。
1.2.2环氧体系
C. Esposito (:〇「加呢等"21通过阳离子聚合制备了勃姆 石脂环族环氧树脂复合材料,并对其反应动力学进行了研 究。所得到的产物随着勃姆石纳米填料的增加,Tg略有下 降,表明交联密度有所降低。环氧预聚物有易变黄、黏度 高等缺点;聚氨酯树脂化学稳定性好、柔韧性好、黏度较 低。王云等"3|将环氧型和聚氨酯型预聚物、活性稀释剂搅 拌均匀,加入增稠剂、填料等助剂,待完全溶解后,加入 一种或多种光引发剂,制成的光固胶,固化快、强度高。
1.2.3混合型
混合型UV胶粘剂是自由基型和阳离子型的混合体系, 通常是丙烯酸酯和环氧化合物混合物,兼具2者的优点。这 种UV固化体系引发效率高,还可减少体积收缩,同时在其 他性能方面也具有很好的协同效应。
Biwu Huang"41利用己二醇二缩水甘油醚和丙烯酸为原 料,制备了 1种新型UV光固化预聚物,黏度低,固化材料 的弹性也较好,弹性模量为871.88 MPa,断裂伸长率为 6.77%。Atilla"51研究用环氧树脂和3-异硫氰基丙基三乙氧 基硅烷合成丙烯酸脂双功能化树脂,固化程度达到 95%~98%,是1种新型的光固胶预聚体。王云"2|等实验发 现,单一的光引发剂,无论是羟基S、安息香类,还是酰 基磷SI类,均可以UV光将其引发聚合,但是定位时间和最 终强度有所差异。
1.2.4聚氨酯型
聚氨酯丙烯酸酯(PUA >分子结构中含有氨基甲酸酯键 和丙烯酸官能团,光固化胶粘剂的研究与应用固化后的材料兼具聚氨酯的高耐磨性、粘 附力、柔韧性和优良的低温性能以及聚丙烯酸酯卓越的光 学性能和耐候性能,综合性能优异。
溶剂型PU虽然具有性能优势,但有机溶剂不但会造成 空气污染,还有一定的毒性。水性聚氨酯引发剂不含有机 溶剂,是环境友好产品,已广泛应用在许多领域。但PU胶 膜的机械强度和刚度较差。改善水性聚氨酯性能的有效方 法之一是加入无机纳米填料,如纳米二氧化硅、粘土碳纳 米管、纤维素纳米晶等等。Zhang"61用硅溶胶通过原位合成 制备了水性UV光固化聚氨酯/Si02纳米复合材料。纳米二氧 化硅在聚氨酯中分散均匀,聚氨酯的软段和硬段混合也十 分均勾,在DMA分析中表现出单一的5峰值。Zhang Tong等"7|对一系列的水性聚氨酯-丙烯酸酯 (WPUA)UV光固胶进行了研究,并提出了新的合成方 法。
文献"sl介绍,在UV光固化聚碳酸酯型聚氨酯研究中, 加入端羟基聚二甲基硅氧烷(PDMS)为软段,固化后的 涂膜具有低表面能和较高的热降解温度,提高了热性能, 并可对胶膜的表面性能进行控制;加入端羟基全氟聚醚 (PFPE ) "9|,表面自由能随着氟浓度增加明显下降。
1.3活性稀释剂
辐射固化胶中的单体又叫活性稀释剂,其主要作用是 调节黏度但能参加聚合反应12' —般应选用气味、刺激 性、挥发性低的活性稀释剂。郑嘉咏12”以聚酯多元醇、二 异氰酸酯和丙烯酸羟乙酯为原料,合成了聚氨酯丙烯酸预 聚体并配制UV光固胶。试验结果表明,活性稀释单体质量 分数2 0 % ~ 2 5 %时可获得较佳的粘接强度。罗晔1221研究了 活性稀释剂的添加量对固化速度的影响,实验采用N-乙烯 吡咯烷S ( NVP,单官能团)和三羟甲基丙烷三丙烯酸酯 (TMPTA,多官能团)为活性稀释剂,研究了稀释剂的用 量与固化速度的关系。发现当NVP和TMPTA的用量都为 2.0 gB寸固化时间最短。
通用的光固化丙烯酸类胶粘剂适用光源为中高度的 UV光和70mW/cm2的可见光,固化物无色透明,适用于聚 碳酸酯、丙烯酸酯和聚氯乙烯等热塑性材料的粘接。
2.2电子电器
UV光固胶作为液晶显示器制作的一种重要材料,在 LCD产业中起着关键作用。郑嘉咏1241从聚氨酯丙烯酸酯预 聚体的合成出发,配制了 UV光固胶,分析了不同组分对 LCD液晶灌注口及金属管脚粘接性能影响。该胶粘接强度 高,耐候性能佳,可满足LCD的性能要求。利用UV光固化 树脂可制备嵌入式电极。Shu-Ming Kuo等1241在制作质谱仪 微流控设备集成过程中,将UV胶夹在2基片中,其固化时 间不到10 min。在压印光刻技术中,UV光压印光刻技术使 得分辨率更高,并且实现了低成本|251。UV光固胶在印刷电 路板上集成电路块的粘接,线圈导线端子和零部件的固 定,以及接线柱、继电器、电容器和微开关的涂装和密封 等方面也得到了应用。
2.3汽车领域
在汽车修补漆市场,UV光固化涂料修补速度快,涂层 固化仅需几分种,光固化胶粘剂的研究与应用漆膜固化完全且具有耐溶剂性。在汽车 灯装配、倒车镜和气袋部件的粘接、燃油喷射系统、器材 面板、气缸垫圈、方向盘等生产中也都使用UV光固胶。
3结语
为了使光固化的光谱响应范围更大,开发新型高感低 能的、对长波敏感的光敏引发体系已成为研究的新热点。 另外,光固化胶粘剂固化过程中普遍存在固化深度有限、 有色以及不透明材料难以应用等缺点,对此,新型引发剂 和新型固化方式的研究就显得特别重要。同时光固化胶粘 剂也应向着高性能、环保型方面发展。
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