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浅谈UV胶黏剂的表干问题
来源: 好乐紫外技术贸易(上海)有限公司作者: 邵建义 博士时间:2021-10-30 10:06:19点击:2036

美中不足的丙烯酸UV胶 

胶黏剂是施加于材料表面,固化后与材料有一定连接强 度的物质的统称,也称胶粘剂、粘接剂和粘合剂。胶黏剂 在生活中无处不在,相对于传统机械连接方式,胶黏剂更 灵活,使用更方便,能大幅度提高使用效率,已成为现代 工业领域不可或缺的原料。而UV胶作为胶粘剂的一个重要分支,有着固化速度快,几秒至几十秒即可完成固化,有 利于自动化生产线,且能耗低,无溶剂,对环境友好等优势,已广泛应用于消费电子、汽车电子、航空航天、医疗以及一般工业等领域中。


UV胶黏剂从化学成分的角度来看,可大致分为两类, 丙烯酸类UV和环氧类UV。丙烯酸类UV胶相对环氧UV胶黏剂来说,具有显而易见的优势:柔韧性较好,粘接力强, 粘度范围较广,从几十到几十万甚至百万的粘度都可以调 配,固化速度也非常快,最快可达到1s固化,非常适合于 要求高UPH的消费电子等行业。但是随着胶水使用范围的不断扩大,人们发现丙烯酸类UV胶黏剂有一个明显的特 点:虽然光照后几乎即刻达到最大粘接强度,但却不能够 很好的表干!这个特点也可以说是此类胶水的一个缺点。 在某些不关心胶水是否表干的应用中这个缺陷是可以被人们接受的,比如两块玻璃的粘接,胶水本身就在玻璃的加 层中间,人们也无法感受到胶水是否表干,而且胶水是否 表干也不影响粘接应用。但是随着胶水的应用面越来越广 泛,这个缺陷有时却是影响一个应用的关键。


人们在判断一个胶水是否满足要求时,往往会先把关注点集中在它的常规性能上,比如粘接力、硬度、粘度、 颜色等,但在实际使用时,尤其是在一些涂覆、包封、保 护、圆顶涂层(dome coating)等的应用中,人们会发现丙烯酸类UV胶黏剂很难做到表干,这会导致一系列的问题:发粘的胶水会吸附灰尘,影响外观,而且会由于表 面未固化影响胶层固化后的光泽度、耐刮擦性能,甚至会 影响胶层的长期稳定性,对于一些光学领域的应用或者对 VOC控制要求比较严苛的领域,这也会影响产品的透光率 或导致VOC的排放偏高。有时候发粘的表面也会导致工 艺过程中的二次污染和故障,比如固化后的产品会堆叠摆 放,发粘的胶水表面与材料接触而造成表面污染,或者由于相互黏连而导致在产品后续自动分发时出错。这类问题往往是难以接受的。


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表干问题的背后 

UV光固化胶粘剂按照反应机理可分为自由基聚合反应 和阳离子聚合反应两类,丙烯酸酯UV胶黏剂是自由基反 应类型胶黏剂,它的固化反应机理是在紫外光照射下,胶 黏剂内的光引发剂被激活形成游离基或者叫自由基,这种 活性很高的自由基会打开丙烯酸酯小分子的碳-碳双键形成活跃的单体,并引起交联、聚合等化学反应,形成链的增长,从而使胶黏剂从液态变为固态。


这其中,氧气抑制是导致自由基反应类型胶黏剂表面发 粘的原因。通俗地讲,空气中的氧气也是一种非常活跃的 物质,它也会与自由基进行反应,而且由于其分子量往往小于丙烯酸单体的分子量,所以,氧气与自由基的反应更 容易,这一反应与丙烯酸单体相互竞争而消耗了自由基, 且会不断从胶层表面扩散到胶层内部,继续阻碍自由基与 丙烯酸酯小分子的聚合反应。由于在胶层浅表面的氧分子 扩散最为容易,所以这种现象最容易发生在胶层浅表层, 从而导致胶层出现底部固化、表面未固化而发黏的现象, 这一现象业内也叫氧阻聚现象。


而UV环氧胶黏剂是阳离子 反应类型胶黏剂,O2对阳离子聚合反应不敏感,所以通常 情况下环氧类型UV胶不会出现氧阻聚现象。 由于大部分紫外光固化工艺是在空气中进行的,所以 O2对于自由基反应类胶黏剂的影响几乎难以避免。在了解了胶黏剂不表干的机理后,已经可以确定不表干是由空气中的O2造成的,如何解决自由基反应类型胶黏剂的氧阻聚反应,则是胶黏剂行业共同面临的问题!

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解决表干问题,我们在路上 

为了更好的适应市场需求,胶黏剂行业内的研发人员和 使用者通过摸索和测试,已经可以从不同方向入手来解决表干问题了。


首先,可以通过提高光照强度,比如可以使用高光强、高热量的汞灯,在氧气还未来的及与自由基发生反应之前 使光固化反应迅速进行,这样不仅有助于获得表干良好的 表面,而且有助于获得更深的固化深度,也提高了固化反 应速度,对于不想改变现有工艺和不想寻找新的替代方案 的使用者来说,这不失为一个较好的折中方案。但此种方 法只能改善,往往不能彻底解决表干问题。 


其次,为了避免氧气对于胶黏剂的影响,还可通过改变紫外光固化的环境来实现,比如将固化过程置于惰性气体 环境中,这样就避免了氧气与胶水表面的直接接触,也就 避免了氧气阻碍聚合反应的形成条件,从而实现抑制氧阻 聚的作用。这种方法一般情况下可以彻底解决表干问题, 但是对于大多数使用者来说,这不仅是增加了一道工序, 而且还增加了材料成本,使原本相对简单的工艺变得复杂。


最后,对于某些涂覆类的应用,可以先在表面用一种能透光的薄膜进行覆盖,以隔绝氧气,然后进行UV固化,再 把薄膜去除,从而实现表干。但是这种方式同样面临着增加工序,提高成本的问题,而且普适性不高,比如对于三 维的涂覆,就很难实现,所以实用性不强。


当然,以上的方案都是从工艺层面来解决问题的,还 可以选择从配方上入手来解决这一问题,但是这对于胶黏剂的研发人员来说,就是一个巨大的挑战了。令人振奋的 是,市场需求永远是行业发展最好的驱动力!市场上已经 有胶黏剂供应商如德国知名胶黏剂供应商Panacol公司采 用了特殊的配方,生产研发出了一些表干的丙烯酸类胶黏剂,这不仅顺应了市场的潮流,也从根源上解决了自由基 反应胶黏剂氧阻聚的问题,使得丙烯酸类胶黏剂的应用将 更加广泛。同时,他们也开发出了丙烯酸与环氧杂交的UV 类型胶水,同样也很好地解决了单纯丙烯酸的表干问题。


在制造业快速发展的今天,各行各业的客户对于产品的 性能要求越来越高,作为产品重要辅料的胶黏剂,业内对 其要求也自然水涨船高,人们希望胶水在某方面的特性不 断地得到改善,这在对胶黏剂供应商们提出新的挑战的同 时,也对胶粘剂行业带来新的机遇。不仅胶黏剂供应商们 要为做到行业内满足客户要求的“完美”胶黏剂而努力, 使用者如何把它用好亦是值得强调的方面,只有二者紧密 结合起来,才能使胶黏剂在产品上发挥出最大的功效与作 用,从而真正满足客户的需求!EM

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