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UV輻射固化膠粘劑綜述

2007/8/10 15:04:24 人評論

前 言UV固化膠粘劑是由預(yù)聚物,活性單體,光引發(fā)劑等主成分配以穩(wěn)定劑、流平劑等助劑組成。其在適當(dāng)波長的UV光照射下,光引發(fā)劑迅速生成自由基或離子,引發(fā)預(yù)聚物和活性單體聚合交聯(lián)成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),從而完成與被粘材料的粘接。由于使用UV固化技術(shù),提高了施工的生產(chǎn)效率,防止了溶劑揮發(fā)所造成的污染,縮短了固化時間,節(jié)約了能源,降低了成本,特別適用于熱敏性基材的粘合,這些優(yōu)點使其獲得了快速發(fā)展并賦予UV固化膠粘劑強大的競爭力。隨著二十一世紀(jì)的到來,人們對環(huán)保、節(jié)能意識的增強,綠色工業(yè)產(chǎn)品—UV固化膠粘劑必將有更大的發(fā)展。本文綜述了如下幾個方面的研究新進(jìn)展。1 自由基光固化技術(shù)及其膠粘劑方面1 1 自由基光固化技術(shù)自由基光引發(fā)體系在UV固化中應(yīng)用得最早,相對而言技術(shù)也較為成熟,是目前UV固化膠粘劑的主要體系。但其存在氧阻聚、固化后體積收縮大、影響附著力、對三維部分固化較困難等缺點。近年圍繞氧阻聚問題,有如下一些研究:在光敏樹脂中引入干性油,利用干性油吸氧固化的特性來減少O2的影響;盡量排除膠層中的空氣,最好在惰性氣氛(如N2、CO2等)中進(jìn)行紫外光固化;用強紫外光源解決氧阻聚問題;使用特殊光引發(fā)劑,如近年研究的可消除膠膜中氧氣對自由基聚合反應(yīng)起阻聚作用的二苯甲酮與叔胺配合的引發(fā)劑體系。圍繞擴大光波范圍發(fā)展了一批新型自由基光引發(fā)劑:引發(fā)速度更快(是二苯甲酮的8倍)的二苯氧基二苯酮及硫雜蒽酮類,如CPTX適合用于含有填料的體系,特別適合對紫外光有較大屏蔽作用的TiO2的光固化體系。最近Ciba公司開發(fā)的BAPO、819及德國巴斯公司開發(fā)的TMPO、TEPO等均屬于酰基膦化氧類光引發(fā)劑,它們有對紫外光更大范圍(350~400nm并延至450nm)的吸收,增大了對較長波長光的吸收,且在長期光輻射的情況下,使透明膠粘劑幾乎不泛黃,具有光漂白作用。還有α-氨基苯已酮類如MMMP、BDMB(I-369)等。它們的吸收光譜延伸到了近紫外區(qū)和可見光區(qū),對320nm左右的光有非常高的吸光系數(shù),利于較厚膠層的深層固化 徹底固化。1 2 自由基光固化膠粘劑目前研究和應(yīng)用紫外光固化膠粘劑主要仍為自由基光固化類型。國內(nèi)外研究了各種具有不同特性的自由基光引發(fā)的膠粘劑。如Z-941系列膠為低毒無味 穩(wěn)定性高的自由基光固化膠粘劑;Z-97型膠采用烯丙基雙酚A丙烯酸酯(AEDB)作稀釋劑,使其的粘接強度和耐水性均有所提高。李桂芝等研究了聚氨酯甲基丙烯酸酯膠/環(huán)氧丙烯酸酯膠兩種自由基混合體系,發(fā)現(xiàn)把少量的其中一種加入另一種中可相互改善拉伸、相容性等性能。Ache son公司以丙烯酸-2-芐氧乙酯 聚丁二烯丙烯酸酯、聚氨酯基丙烯酸酯為主原料,開發(fā)了耐濕、耐熱的UV固化膠粘劑。Loctite公司用聚氨酯-三甲基丙烯酸酯共聚物、甲基丙烯酸羥丙酯,與光引發(fā)劑二苯基甲酮制得UV固化膠粘劑。日本專利[7]報道了用單官能團(tuán)丙烯酸酯(M311)和雙官能團(tuán)丙烯酸酯(Viscoat260)及三官能團(tuán)丙烯酸酯(M310)混合,配以少量聚氨酯基丙烯酸酯,用I-184自由基光引發(fā)劑引發(fā)的UV固化膠粘劑。此膠粘接強度可達(dá)45gf/159mm,7天后可達(dá)72gf/150mm。還有用9EG-A(壬乙二醇二丙烯酸酯)與芳族聚酯及1173光引發(fā)劑等組成的UV固化膠粘劑[8]。另外,還報道[9]了用丙烯酰氨基封端的二甲基硅氧烷和甲基丙烯酰氧脲基封端的二甲基硅氧烷制得的UV固化膠粘劑,此種膠UV固化更快;用?;趸㈩愖杂苫庖l(fā)劑合成的UV固化膠粘劑,已用于制造光盤時粘合其基材[10],此種膠UV固化后80℃、90%相對濕度下一周后粘合力優(yōu)良。2 陽離子光固化技術(shù)及其膠粘劑方面2 1 陽離子光固化技術(shù)鑒于自由基光引發(fā)體系的弊端,七十年代末陽離子光引發(fā)體系發(fā)展起來,它具有不受氧的影響,體積收縮小,粘附力強等優(yōu)點。它不僅在鏈終止階段可產(chǎn)生新的引發(fā)中心,而且在光照消失后仍可發(fā)生“后固化”而繼續(xù)引發(fā)聚合,使光線不易達(dá)到的部位固化充分,陽離子光固技術(shù)已日趨成熟,但其所利用光引發(fā)劑品種較少,且昂貴,因此,近年又開發(fā)出一些新型陽離子引發(fā)劑,如芳茂鐵鹽、有機鋁絡(luò)合物/硅烷體系、二烷基苯酰甲基硫鹽等。但陽離子固化體系存在的問題是光固化速度慢,預(yù)聚體和稀釋劑激光引發(fā)劑品種少,價格偏高,受溫度和堿氣氛影響大。2 2 陽離子光固化膠粘劑用環(huán)狀化合物(如PlaccelM49)和具有橡膠彈性的聚合物(如EpofriendA1020),配以增粘劑(如KE311),用Daicat陽離子引發(fā)劑引發(fā)合成了UV固化膠粘劑,其對不銹鋼有極強的粘接性;用液態(tài)環(huán)氧樹脂(如AdekaEp-4100或Epikote828)與固態(tài)環(huán)氧樹脂(如YDCN-701),在陽離子引發(fā)劑SP-170下引發(fā)的UV固化膠粘劑。該膠粘劑有良好的初始粘接力及濕潤性能。日本生產(chǎn)的一種丙烯酸環(huán)氧樹脂UV固化膠粘劑,應(yīng)用陽離子光引發(fā)體系的優(yōu)點,低溫下粘合不透光底物。還有文獻(xiàn)報道了用脂環(huán)族二環(huán)氧羧酸酯或乙縮醛類作主原料,用環(huán)氧硅烷作偶合劑,由三芳基硫-SbF6引發(fā)的陽離子體系,此膠又稱為精密膠,其UV固化時收縮性低、熱膨漲系數(shù)低。最新日本專利采用了氫化雙酚A二環(huán)氧甘油醚(EXA7015)、環(huán)己烷二甲醇二環(huán)氧甘油醚,用I-184增感RhodorsilPI2074的陽離子光引發(fā)劑體系合成快速固化UV固化膠粘劑。而且最近美聯(lián)合碳化公司、UCB等公司已推出系列環(huán)氧單體和預(yù)聚物、乙烯基醚單體產(chǎn)品;TOAGOSEI公司開發(fā)了一系列帶有一個或二個丙氧環(huán)烷的單體和預(yù)聚物,這將推進(jìn)這一體系膠粘劑的更大發(fā)展。3 混雜光固化技術(shù)及其膠粘劑方面3 1 混雜光固化技術(shù)針對自由基光固化體系和陽離子固化體系的優(yōu)缺點,近年混雜體系脫穎而出。此種體系既可光自由基聚合又可發(fā)生陽離子聚合,可以取長補短,充分發(fā)揮自由基和陽離子固化體系的特點。得到的自由基-陽離子混雜體系在光引發(fā)、體積變化互補、性能調(diào)節(jié)等方面理論上應(yīng)具有協(xié)同效應(yīng)。另外,陽離子聚合具有“后固化”現(xiàn)象,這可使混雜體系進(jìn)一步固化。為了組成混雜體系可以簡單地將自由基光固化體系和陽離子固化體系適當(dāng)配合,或者將陽離子聚合和自由基聚合兩種不同的反應(yīng)統(tǒng)一于一體。由于陽離子聚合和自由基聚合在同一分子上發(fā)生,固化后行成一個以強化學(xué)鍵結(jié)合的聚合整體,使自由基-陽離子的體積互補效應(yīng)通過化學(xué)鍵傳遞,同時避免了聚合物“碎片”的產(chǎn)生,提高了UV固化膠粘劑的性能,有利于較厚膜層的內(nèi)部深層區(qū)域的固化,并拓寬了其在有色體系和部分不透明材質(zhì)中的使用。該技術(shù)國外已有在膠粘劑中得到應(yīng)用。3 2 混雜光固化膠粘劑近年此種體系也有研究。由丙烯酸酯、環(huán)氧樹脂構(gòu)成的混雜固化技術(shù)在國外已應(yīng)用到UV固化膠粘劑中,光引發(fā)體系為:I-1700-SP-170混合自由基-陽離子光引發(fā)體系;在丙烯酸酯中添加環(huán)氧樹脂,用以改進(jìn)膠的性能[19];楊治中等[20]研究合成了UV固化改性環(huán)氧-莰烯衍生物基聚合物,以自由基-陽離子(安息香乙醚-硫鹽[BDS·(2PF6)2-]為光引發(fā)劑,其具有良好的粘接能力。4 雙重固化技術(shù)及其膠粘劑方面4 1 雙重固化技術(shù)由于光固化體系的固化過程是由光引發(fā)的,因此,光固化體系也有如下缺點:固化深度受限;在有色體系和不透明材質(zhì)中難以應(yīng)用;固化對象的形狀不能太復(fù)雜。為此又發(fā)展了將光固化與其它固化方式結(jié)合起來的雙重固化體系。在此體系中,體系的交聯(lián)或聚合反應(yīng)是通過兩個獨立的具有不同反應(yīng)原理的階段來完成的。其中一個階段是通過紫外光反應(yīng),另一階段是通過熱固化、濕氣固化、氧化固化或厭氧固化等暗反應(yīng)來進(jìn)行的。這樣就可以利用紫外光使體系快速定型或達(dá)到“表干”,而利用暗反應(yīng)使“陰影”部分或內(nèi)層充分固化,達(dá)到“實干”。雙重固化擴展了UV固化膠粘劑在不透明介質(zhì)間、形狀復(fù)雜的基材 超厚膠層及有色膠層中的應(yīng)用。此種體系賦予UV固化膠粘劑更強大的競爭力。4 2 雙重固化膠粘劑及應(yīng)用采用環(huán)脂族環(huán)氧樹脂、聚酯三醇、聚氨酯二醇和硫鹽光引發(fā)劑合成UV固化膠粘劑。應(yīng)用于印刷物品的步驟為:一、涂布后用UV光照5min;二、于70℃下加熱10min;三、室溫放24h,得拉伸粘合力11.1N/cm。采用雙(3,4-環(huán)氧環(huán)己基)己二酸、鄰甲酚酚醛環(huán)氧樹脂清漆、聚丁二醇,4,4′-雙(二苯基硫基)苯基硫化物雙(六氟磷酸酯)合成UV固化膠粘劑。將其用于電子元件固定到印刷電路板上,步驟如下:將制得的膠粘劑涂覆一部分印刷電路板,將電子元件置于涂覆部分,用UV光初步固定元件,之后再加熱印刷電路板以牢固電子元件。以上均為UV固化/熱固化類型,先用UV光初步固化,對物品初步固定,而后再用熱固化深層固化。5 應(yīng) 用由于UV固化膠粘劑可用于粘接、灌封、密封、固定,因而現(xiàn)已應(yīng)用于醫(yī)療衛(wèi)生、航空、電子裝配 印刷 光學(xué)儀器、包裝、信息、國防軍工、玻璃制品、工藝制品及日常生活等各個領(lǐng)域。其品種越來越多,性能不斷提高。6 結(jié)束語水性膠粘劑是綠色環(huán)保的發(fā)展方向。水性UV固化膠粘劑用水代替稀釋單體,消除了單體對皮膚的刺激,更為安全、環(huán)保,其在吸收性基材上有廣泛的應(yīng)用前景。但目前對其的研究幾乎沒有。近年UV固化膠粘劑以其獨特的優(yōu)點為人們廣泛關(guān)注。在文獻(xiàn)中有大量的研究報道,但真正走向工業(yè)化生產(chǎn)的卻較少。目前世界膠粘劑企業(yè)30強中僅有W R Grace公司生產(chǎn)輻射固化膠粘劑;國內(nèi)成百上千的膠粘劑生產(chǎn)單位中僅有浙江金鵬化工股份有限公司、南昌南強化工廠及中國兵器工業(yè)第五三研究所等生產(chǎn)UV固化膠粘劑。因此其工業(yè)化過程有待開發(fā),生產(chǎn)規(guī)模有待提高。國內(nèi)UV固化膠粘劑的研究起步較晚,因此在研究、開發(fā)、生產(chǎn)、應(yīng)用等領(lǐng)域與國外均有較大差距。

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