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光固化粘合剂的机遇与挑战
发布时间:2021-08-30

光固化粘合剂的机遇与挑战


摘要:简要总结了光固化粘合剂及其应用的特点、配方设计要点、难点和核心性能指标;从技术特色和技术先进性角度提出了一些值得关注、并有较大市场空间的光固化粘合剂,包括UV压敏胶、复合胶、建筑胶、电子胶和光学胶;分析了提高光固化的官能团转化率的重要性以及新原料、新产品开发方面的一些难题。


01.UV粘合剂

光固化粘合剂,简称UV粘合剂,其胶层是采用紫外光照射而固化。与热固化、湿气固化等固化方式相比,UV固化有许多独特和先进之处:

1)快速固化:可在0.01~数秒的时间“瞬间”固化。例如,DVD光盘的粘接用闪光曝光固化;

2)单组分:使用时无需配胶,打开即用;

3)常温固化:光固化无需加热,低温也可以固化;

4)节能:与热固化相比可节能90%以上;

5)无溶剂:光固化材料组分几乎100%固化,几乎无VOC排放。

上述的前3个特征显示了UV胶在使用方便的优点,使得一些传统的热固化粘合剂升级为光固化粘合剂,并开拓新的应用领域,也推动UV胶在电子产品生产获得广泛应用,可通过程序化控制使光电子元件连续、高效、自动化地粘接、定位。在现代先进光电子器件、触摸屏器件、智能手机等电子产品中,UV胶成为必用品和必用技术。

近年来我国在光固化材料领域发展速度非常快,UV固化涂料已广泛应用于日常生活的各个方面,包括建筑装饰、包装和印刷、手机以及电器等的保护和装饰等用途;UV粘合剂也在各个领域获得广泛应用,尤其是需要快速、高效装配的高技术产业领域,例如照相机、光盘、手机按键、磁电机的装配、印刷线路板、偏光部件以及LCD模组、智能手机、触摸屏器件等光电信息产品的制造;在日用品领域,UV 胶,俗称“无影胶”广泛用于玻璃家具和玻璃工艺品、灯具、玩具、钟表、图(像)片保护等,已经是粘合剂的一个品种。


02.UV粘合剂的设计

UV胶由光敏剂、树脂和单体为主要成分构成,光敏剂吸收光能而激活,并分解出高活性物种,引发树脂和单体的聚合官能团发生聚合反应,使得粘合剂固化并产生强的粘合力。按照聚合反应的类型UV胶分为自由基型和阳离子型,前者的单体和树脂含丙烯酸酯基团、后者主要是环氧基团。2种聚合反应的差异主要在于:自由基聚合反应速度快,但体积收缩大,空气有严重的聚合抑制作用;后者聚合体积收缩小,空气无影响,但聚合速度稍慢,反应对水汽敏感,而且阳离子引发剂分解的酸可能对一些粘接材质有腐蚀作用。总体来说,自由基型粘合剂的原料来源更多,成本更低。

不同于UV涂料单面附着,以装饰和保护功能为主,UV胶则是要使2个界面牢固地联接,性能和配方设计的关注点不同。UV胶的性能设计和传统的粘合剂有很多相同,要考虑的因素包括:

1)性能要求:粘接件的用途、使用环境、温度范围、电性能、光学性能、健康指标;

2)粘接材质,特别是表面特性:塑料、金属、皮革、薄膜、光滑性、多孔性、结晶或非晶性等;

3)粘接工艺:固化方式和速度、光源、施胶方式、黏度;粘接件的用途决定了粘合剂的性能要求:结构胶强调粘接强度、稳定性;电子胶要兼顾粘接力、电性能、固化速度;光学胶需要特定的光学指标,包括透明性、折射率、黄变性和高低温稳定性等;无影胶的重要性能是粘接力、环境稳定性、颜色。粘接力是所有粘合剂的*评价指标,它受粘接材质和固化工艺影响,非极性、低表面能、光滑、结晶性基材通常难粘接;基材的透光性影响光固化的速度、程度和深度,一些透明的塑料基材,可能含有光稳定剂而对紫外光有屏蔽,需要选用光引发剂以避开稳定剂的吸收峰。

设计UV粘合剂时也需要考虑使用工艺的要求,电脑控制的点胶和印刷涂布施胶对UV胶的黏度、感光特性和光活性差别很大;用于玻璃家具和玻璃工艺品的无影胶在阴天也可以自然光固化,无需UV灯。光纤耦合UV胶则用很弱的荧光灯固化。这些要求都是UV粘合剂设计的边界条件,要通过UV树脂、单体以及光敏剂的组合才能满足这些条件。


03.UV粘合剂的机遇

UV粘合剂大致可以分为有基材(胶带、双面胶),和无基材(液态胶水)的2大类,后者使用时UV光照射固化,前者UV光照射可以增加或减低粘接性,UV减粘胶带作为临时保护或临时定位,在微电子、光电子器件,例如晶片、触摸屏玻璃加工业有很大的需求。


a.压敏胶(PSA)

PSA目前都是经过溶液涂布、干燥和化学反应制得,超过60%的溶剂要挥发、燃烧掉,排放高、生产过程长、效率低,产品中还可能残留溶剂等有害化学品。用UV固化方式生产PSA,将无溶剂的液态成分涂布在基材上后,用UV光照射进行光聚合就制成,无需热烘道,生产线简化,生产过程环保,几乎零排放,生产效率也大大提高。

PSA 的产品形式多样,从装饰膜、各种保护膜到工程结构胶带,用途非常广,在广告板、电子产品到高端包装盒中都要用到。


b.复合胶

食品、饮料和一些生物医药制品需要高阻隔软包装,包装材料的阻隔性决定和影响可食用的时间。高阻隔包装材料由塑料薄膜与纸张、金属膜复合制成,具有强度高、隔氧和隔水性好、安全卫生无毒、适应印刷的特点,能耐冻和耐120 ℃高温。目前软包装行业的复合胶几乎都是溶剂型粘合剂,溶剂的质量>70%,复合过程经由涂布、溶剂挥发、复合、存放和熟化的工艺步骤,除了易燃、易爆,排放高、生产过程长、效率低,复合膜中还残留有溶剂。每到精美包装需求旺盛、交货急的节日时段,许多复合包装膜并没有充分反应和彻底挥发干净溶剂就交付使用,残留的溶剂和未反应完全的化学物质可能渗透、污染食品,这是目前仍有不少医药和食品包装物的健康指标不达标的一个主要原因。水性粘合剂虽然无溶剂,但干燥慢、生产效率低,对塑料的粘接性能也不理想。用UV粘合剂取代溶剂型粘合剂,不仅复合膜的生产效率将会大大提高,由原来的几小时的生产过程减小到一分钟就可完成;UV粘合剂不含溶剂,无挥发,无有害残留物,更可以保证复合膜达到食品、医药等包装材料的健康和卫生要求。


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公司胶粘剂产品可用于塑料、橡胶、金属、玻璃、织物、皮革、木材、纸张、石材等材料的粘接。广泛应用于家具、汽车内饰、复合材料、体育休闲、建筑装饰材料、箱包皮具、印刷包装等行业

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