耐高温UV胶的配方研究
时间：2020-03-30 05:18:25 来源：千叶帆 本文已影响人
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摘要：研究了手机导电玻璃镀膜生产用耐高温紫外光固化胶（耐高温UV胶）的配方组成，通过单一变量实验方法，从单体及偶联剂种类、偶联剂及光引发剂用量、抗氧化剂种类及用量等因素出发，对导电玻璃与基材玻璃在高温下粘接性能的影响进行了研究。结果表明，配方组成为丙烯酸酯改性聚硅氧烷70质量份、异十三烷基丙烯酸酯30质量份、γ-缩水甘油醚基丙基三甲氧基硅烷1质量份、1-羟基环己基苯基甲酮3质量份和抗氧化剂0.4质量份时，耐高温UV胶对玻璃的粘接力较好，且有优异的耐高温性能。
关键词：镀ITO；耐高温；紫外光固化胶；粘接力；配方
中图分类号：TQ577.3+5 文献标识码：A 文章编号：1001-5922（2016）04-0040-04
紫外光固化胶（UV胶）是近些年飞速发展的紫外光固化材料中的一个重要分支，它符合“5E”原则，即经济（Economy）、节能（Energy）、环保（Ecology）、高效（Efficiency）、多能（Enabling）。
小片制程OGS生产过程中，导电玻璃镀氧化铟锡最高需要在260℃的真空环境下操作，而镀膜工艺完成后要求易于将导电玻璃从玻璃基材上剥离下来，所以需要用紫外光固化压敏胶。本文主要研究UV胶各组分变化时，对高温下粘接力和使用工况的影响，找出最佳的耐高温UV胶配方。
紫外光固化胶的粘接力主要与胶的配方、被粘材质、表面处理方法等有关，其中最重要的是紫外光固化胶的配方设计。本文从紫外光固化胶的各组分对高温粘接力的影响出发，讨论耐高温UV胶的配方设计。由于玻璃是导电玻璃与基板玻璃的主体材料，因此重点测试UV胶在高温下对玻璃的粘接强度和不良工艺现象。
1实验部分
1.1原料
丙烯酸酯改性聚硅氧烷，Mn=10000，自制；四氢呋喃丙烯酸酯、2-苯氧乙基丙烯酸酯、丙烯酸十二醇酯、异十三烷基丙烯酸酯，美国沙多玛；甲基丙烯酸叔丁酯、丙烯酸-4-羟基丁酯，日本三菱；γ-氨丙基三乙氧基硅烷（KH550）、γ-缩水甘油醚基丙基三甲氧基硅烷（KH560）、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷（KH570）、γ-巯丙基三甲氧基硅烷（KH590），佛山文泰化工；Irganox 1010，汽巴精化；CYANOX 1790，美国氰特；BELANOX 6026，广州腾顺化工；1-羟基环己基苯基甲酮，常州华钛化学。
1.2仪器及设备
Intelli-Ray 400全功能紫外光固化机，美国UVITRON公司；RSZ-2000型热重分析仪，北京精仪化工有限公司；F0310C型马弗炉，重庆雅马拓科技有限公司；TD5A型离心机，湖南长沙湘仪离心机仪器有限公司。
1.3样品的制备
在100 mL的烧杯中，加入计量的丙烯酸酯单体、光引发剂1-羟基环己基苯基甲酮和抗氧化剂，加热至50℃，直至1-羟基环己基苯基甲酮和抗氧化剂完全溶解，冷却至室温；加入计量的丙烯酸酯改性聚硅氧烷和硅烷偶联剂，充分搅拌混合均匀，通过离心机脱泡处理，得到紫外光固化胶样品。
1.4性能测试
热重分析：将UV胶在光强60 mW/cm2的紫外光下固化1 20 s，取10 mg样品放于坩埚，氮气保护，从室温升温至600℃，保持5 min，升温速率10℃/min。
高温烘烤模拟测试：将约1.5 g胶样涂在玻璃基板上，从一边开始缓慢将5英寸的手机导电玻璃盖在玻璃基板（厚0.7 mm）上，等胶样自然流平后，在光强60 mW/cm2下正反各光固化60 s。将玻璃基板垂直放于马弗炉中，从室温升至260℃，升温速率20℃/min，260℃保温1 h，观察玻璃贴合处是否存在发黄、气泡、裂纹、脱开等不良现象。
2结果与分析
2.1稀释单体对粘接力的影响
选取不同类型的单体，测试UV胶在高温烘烤l h后的性能变化。胶粘剂组成：丙烯酸酯改性聚硅氧烷70份（质量份，下同），单体30份，硅烷偶联剂1份，抗氧化剂0.5份，1-羟基环己基苯基甲酮3份。实验结果见表1。
从表1可以看出，2-苯氧乙基丙烯酸酯和异十三烷基丙烯酸酯uV胶的粘接力较高。其中2-苯氧乙基丙烯酸酯的胶样有发雾现象，主要是反应速度不一致，导致相容性差，出现发雾现象，高温下容易出现相分离，导致粘接力下降。故主要选取异十三烷基丙烯酸酯作为紫外光固化胶的主要单体成分。
2.2偶联剂对粘接力的影响
偶联剂对UV胶粘接力的影响见表2。胶粘剂组成：丙烯酸酯改性聚硅氧烷70份，异十三烷基丙烯酸酯30份，偶联剂1份，1-羟基环己基苯基甲酮3份，抗氧化剂0.5份。
从表2可以看出，KH560和KH5 70对附着力的贡献比较大，其中KH560的环氧基与玻璃的亲和力较好，因此大幅提高粘接强度，而KH570的双键可以参与UV胶的固化反应，也较大程度提高了粘接强度。综合考虑，选择KH560为UV胶的偶联剂。
2.3偶联剂用量对粘接力的影响
皎粘剂组成：丙烯酸酯改性聚硅氧烷70份，异十三烷基丙烯酸酯30份，偶联剂为KH560，1-羟基环己基苯基甲酮3份，抗氧化剂0.5份。偶联剂的用量对耐高温粘接力的影响见表3。从表3可以看出，最佳偶联剂用量是1.0%～1.5%，因偶联剂的成本较高，所以选取偶联剂的用量为1.0%。
2.4光引发剂用量对粘接力的影响
光引发剂1-羟基环己基苯基甲酮是最通用的光引发剂，其吸收波长与市面上流行的主发射波长3 6 5 nm的紫外光源相匹配，同时其具有引发活性高、不易产生黄变、热稳定性好等优点。因此，本文研制的uV胶选择1-羟基环己基苯基甲酮作为光引发剂。光引发剂浓度直接影响临界曝光量E0和透射深度Dp，所以，研究了光引发剂用量对粘接力的影响（见表4）。胶粘剂组成：丙烯酸酯改性聚硅氧烷70份，异十三烷基丙烯酸酯30份，KH5601份，光引发剂为1-羟基环己基苯基甲酮，抗氧化剂0.5份。从表4可知，最佳光引发剂用量为3份。引发剂用量少，固化不充分，粘接力不够：引发剂用量大，导致残留引发剂多，耐久性差，同时也降低了粘接力。
2.5抗氧化剂的种类对耐高温性能的影响
抗氧化剂的种类有很多，包括受阻酚类、有机亚磷酸酯类、含有机硫类等抗氧化剂。不同抗氧化剂在不同溶剂中的溶解度也不相同。为了找到溶解于配方体系的抗氧化剂，研究了抗氧化剂种类对uV胶耐高温性能的影响（见表5）。胶粘剂组成：丙烯酸酯改性聚硅氧烷70份，异十三烷基丙烯酸酯30份，KH560 1份，1-羟基环己基苯基甲酮3份，抗氧化剂0.5。从表5可知，抗氧化剂6026的效果最好。
2.6抗氧化剂用量对耐高温性能的影响
胶粘剂组成：丙烯酸酯改性聚硅氧烷70份，异十三烷基丙烯酸酯30份，KH560 1份，1-羟基环己基苯基甲酮3份，抗氧化剂6026。抗氧化剂用量对胶粘剂耐高温性的影响见表6、图1。从表6和图l可以看出，最佳的抗氧化剂用量是0.4%。因为抗氧化剂用量太小，不能完全清除热降解产生的自由基；用量太大，可与光引发剂引发时产生的自由基反应，降低了反应交联程度。
3结论
最佳耐高温紫外光固化胶配方为：丙烯酸酯改性聚硅氧烷70质量份，异十三烷基丙烯酸酯30O质量份，γ-缩水甘油醚基丙基三甲氧基硅烷1质量份，γ-羟基环己基苯基甲酮3质量份，抗氧化剂0.4质量份。用此配方制备的uV胶对玻璃的粘接力较好，且有优异的耐高温性能，在260℃烘烤1 h没有气泡和裂纹。
UV胶主要应用领域
1、在医疗用品中的应用
一次性用品成为紫外光固化胶粘剂用量增长的推动力之一。技术扩展到将皮下注射针头与注射器和静脉注射管粘接上，以及在导尿管和医用过滤器的使用。欧洲每年在该领域消耗的紫外光胶粘剂估计在20吨，年增长率5.4%。
2、在玻璃和工艺品、珠宝业的应用
紫外光固化胶粘剂用量在其它几方面的增长势头良好，零售商店厨窗和装修，包括彩色玻璃在内的建筑物应用，更重要的是安全玻璃的应用。传统工艺是用聚乙烯醇缩丁醛粘接，需将涂有这种胶粘剂的两片玻璃叠放在热压机中滚压，温度130℃，压力1.3 MPa，并维持一定时间。这种安全玻璃的总生产时间约20 h左右。而借助UV固化胶粘剂则仅需几秒或几分钟即可完成粘接过程。这样大大缩短了生产周期，节省了能源，提高了经济效益。在珠宝、装饰品业中，可快速的完成宝石、水晶等镶嵌、定位等。玻璃家具也是重要的应用领域，尽管受时尚的影响很大。
3、在电子电器行业的应用
紫外光固化胶粘剂在电子电器行业应用的发展速度最快，两者合计的年增长率平均为9.2%，主要用途包括：①智能卡和导电聚合物显示器的粘接和密封；②接线柱、继电器、电容器和微开关的涂装和密封；③印刷电路板（PCB）粘贴表面元件；④印刷电路板上集成电路块粘接；⑤线圈导线端子的固定和零部件的粘接。
同样，汽车工业零部件的粘接通常也属于这一领域，其应用覆盖汽车灯装配、倒车镜和气袋部件的粘接和燃油喷射系统。
4、在光电子、信息行业应用
虽然电子电器和汽车业是发展最快的部分，而消耗量最大的则是具有巨大潜力的光电子信息行业，其中主要包括三个消费领域：数字光盘制造业、光学纤维粘合和液晶及聚合物显示器。
进入信息时代，光盘作为最重要的信息载体之一，需求量十分惊人。无论是现在还是未来都将是紫外光固化胶粘剂最大的应用领域。CD、CD—R、CD—RW制造中主要用于反射膜层、保护膜层的涂覆。而更大的用量是在DVD制造业，关于DVD生产有很重要的二点：首先是不像其前身CD光盘，它的制造依靠两层聚碳酸酯膜粘接在一起构成基本盘；其次，不是以点而是以面来粘接，使得用量增加。另外用于DVD包装的密封罩也使用紫外光固化胶粘剂。
DVD的需求趋势表明，DVD市场加上家庭影院在内有很高的增长率。考虑到诸如多层DVD的潜在技术的发展，用于该领域的市场规模会有巨大的增长。
光导纤维和导电泵合物显示器也是应用领域之一，美国已经用光导纤维代替铜线传输信号，中国的发展前景也是一片光明。
液晶及聚合物显示器是LCD技术的延续，最具发展前景的扁平面板显示技术一液晶显示器，正经历着迅速发展，成为市场热点。紫外光固化胶粘剂在液晶显示器制造中的应用如下：①光电组件对位临时固定；②主板密封：③端口密封；④金属引端子的粘接；⑤柔性封端；⑥裸芯片贴装；⑦同向异位和薄膜粘接，以及FCOG盖涂层。
非结构性紫外光固化胶粘剂的应用
非结构性紫外光固化胶粘剂产量较大，主要类型分为压敏胶型和纸板、包装箱用胶。四个成品性良好的紫外光敏胶带和标签市场为：①医用胶带和修补用医疗压敏胶；②专用工程胶带，例如汽车和管道业；③透明电影胶片标签；④功能标签。
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