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淺談UV膠黏劑的表干問題
來源: 好樂紫外技術貿易(上海)有限公司作者: 邵建義 博士時間:2021-10-30 10:06:19點擊:6038

美中不足的丙烯酸UV膠 

膠黏劑是施加于材料表面,固化后與材料有一定連接強 度的物質的統稱,也稱膠粘劑、粘接劑和粘合劑。膠黏劑 在生活中無處不在,相對于傳統機械連接方式,膠黏劑更 靈活,使用更方便,能大幅度提高使用效率,已成為現代 工業領域不可或缺的原料。而UV膠作為膠粘劑的一個重要分支,有著固化速度快,幾秒至幾十秒即可完成固化,有 利于自動化生產線,且能耗低,無溶劑,對環境友好等優勢,已廣泛應用于消費電子、汽車電子、航空航天、醫療以及一般工業等領域中。


UV膠黏劑從化學成分的角度來看,可大致分為兩類, 丙烯酸類UV和環氧類UV。丙烯酸類UV膠相對環氧UV膠黏劑來說,具有顯而易見的優勢:柔韌性較好,粘接力強, 粘度范圍較廣,從幾十到幾十萬甚至百萬的粘度都可以調 配,固化速度也非???,最快可達到1s固化,非常適合于 要求高UPH的消費電子等行業。但是隨著膠水使用范圍的不斷擴大,人們發現丙烯酸類UV膠黏劑有一個明顯的特 點:雖然光照后幾乎即刻達到最大粘接強度,但卻不能夠 很好的表干!這個特點也可以說是此類膠水的一個缺點。 在某些不關心膠水是否表干的應用中這個缺陷是可以被人們接受的,比如兩塊玻璃的粘接,膠水本身就在玻璃的加 層中間,人們也無法感受到膠水是否表干,而且膠水是否 表干也不影響粘接應用。但是隨著膠水的應用面越來越廣 泛,這個缺陷有時卻是影響一個應用的關鍵。


人們在判斷一個膠水是否滿足要求時,往往會先把關注點集中在它的常規性能上,比如粘接力、硬度、粘度、 顏色等,但在實際使用時,尤其是在一些涂覆、包封、保 護、圓頂涂層(dome coating)等的應用中,人們會發現丙烯酸類UV膠黏劑很難做到表干,這會導致一系列的問題:發粘的膠水會吸附灰塵,影響外觀,而且會由于表 面未固化影響膠層固化后的光澤度、耐刮擦性能,甚至會 影響膠層的長期穩定性,對于一些光學領域的應用或者對 VOC控制要求比較嚴苛的領域,這也會影響產品的透光率 或導致VOC的排放偏高。有時候發粘的表面也會導致工 藝過程中的二次污染和故障,比如固化后的產品會堆疊擺 放,發粘的膠水表面與材料接觸而造成表面污染,或者由于相互黏連而導致在產品后續自動分發時出錯。這類問題往往是難以接受的。


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表干問題的背后 

UV光固化膠粘劑按照反應機理可分為自由基聚合反應 和陽離子聚合反應兩類,丙烯酸酯UV膠黏劑是自由基反 應類型膠黏劑,它的固化反應機理是在紫外光照射下,膠 黏劑內的光引發劑被激活形成游離基或者叫自由基,這種 活性很高的自由基會打開丙烯酸酯小分子的碳-碳雙鍵形成活躍的單體,并引起交聯、聚合等化學反應,形成鏈的增長,從而使膠黏劑從液態變為固態。


這其中,氧氣抑制是導致自由基反應類型膠黏劑表面發 粘的原因。通俗地講,空氣中的氧氣也是一種非?;钴S的 物質,它也會與自由基進行反應,而且由于其分子量往往小于丙烯酸單體的分子量,所以,氧氣與自由基的反應更 容易,這一反應與丙烯酸單體相互競爭而消耗了自由基, 且會不斷從膠層表面擴散到膠層內部,繼續阻礙自由基與 丙烯酸酯小分子的聚合反應。由于在膠層淺表面的氧分子 擴散最為容易,所以這種現象最容易發生在膠層淺表層, 從而導致膠層出現底部固化、表面未固化而發黏的現象, 這一現象業內也叫氧阻聚現象。


而UV環氧膠黏劑是陽離子 反應類型膠黏劑,O2對陽離子聚合反應不敏感,所以通常 情況下環氧類型UV膠不會出現氧阻聚現象。 由于大部分紫外光固化工藝是在空氣中進行的,所以 O2對于自由基反應類膠黏劑的影響幾乎難以避免。在了解了膠黏劑不表干的機理后,已經可以確定不表干是由空氣中的O2造成的,如何解決自由基反應類型膠黏劑的氧阻聚反應,則是膠黏劑行業共同面臨的問題!

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解決表干問題,我們在路上 

為了更好的適應市場需求,膠黏劑行業內的研發人員和 使用者通過摸索和測試,已經可以從不同方向入手來解決表干問題了。


首先,可以通過提高光照強度,比如可以使用高光強、高熱量的汞燈,在氧氣還未來的及與自由基發生反應之前 使光固化反應迅速進行,這樣不僅有助于獲得表干良好的 表面,而且有助于獲得更深的固化深度,也提高了固化反 應速度,對于不想改變現有工藝和不想尋找新的替代方案 的使用者來說,這不失為一個較好的折中方案。但此種方 法只能改善,往往不能徹底解決表干問題。 


其次,為了避免氧氣對于膠黏劑的影響,還可通過改變紫外光固化的環境來實現,比如將固化過程置于惰性氣體 環境中,這樣就避免了氧氣與膠水表面的直接接觸,也就 避免了氧氣阻礙聚合反應的形成條件,從而實現抑制氧阻 聚的作用。這種方法一般情況下可以徹底解決表干問題, 但是對于大多數使用者來說,這不僅是增加了一道工序, 而且還增加了材料成本,使原本相對簡單的工藝變得復雜。


最后,對于某些涂覆類的應用,可以先在表面用一種能透光的薄膜進行覆蓋,以隔絕氧氣,然后進行UV固化,再 把薄膜去除,從而實現表干。但是這種方式同樣面臨著增加工序,提高成本的問題,而且普適性不高,比如對于三 維的涂覆,就很難實現,所以實用性不強。


當然,以上的方案都是從工藝層面來解決問題的,還 可以選擇從配方上入手來解決這一問題,但是這對于膠黏劑的研發人員來說,就是一個巨大的挑戰了。令人振奮的 是,市場需求永遠是行業發展最好的驅動力!市場上已經 有膠黏劑供應商如德國知名膠黏劑供應商Panacol公司采 用了特殊的配方,生產研發出了一些表干的丙烯酸類膠黏劑,這不僅順應了市場的潮流,也從根源上解決了自由基 反應膠黏劑氧阻聚的問題,使得丙烯酸類膠黏劑的應用將 更加廣泛。同時,他們也開發出了丙烯酸與環氧雜交的UV 類型膠水,同樣也很好地解決了單純丙烯酸的表干問題。


在制造業快速發展的今天,各行各業的客戶對于產品的 性能要求越來越高,作為產品重要輔料的膠黏劑,業內對 其要求也自然水漲船高,人們希望膠水在某方面的特性不 斷地得到改善,這在對膠黏劑供應商們提出新的挑戰的同 時,也對膠粘劑行業帶來新的機遇。不僅膠黏劑供應商們 要為做到行業內滿足客戶要求的“完美”膠黏劑而努力, 使用者如何把它用好亦是值得強調的方面,只有二者緊密 結合起來,才能使膠黏劑在產品上發揮出最大的功效與作 用,從而真正滿足客戶的需求!EM

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